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Verfahren zur Kondensation von Gemischen aus Wasserdampf und organischen
Dämpfen Bei der Kondensation von Geniischen aus Wasserdampf und wasserulöslichen
oder schwerlöslichen organischen Verbindungen, z. B. von Kohlenwasserstoffen bzw.
deren Derivaten, treten, oft Schwierigkeiten auf. Es. ist nämlich oftemals nicht
möglich, eine klare Abtrennung und Gewinnung dieser organischen Verbindungen, durch
Kondensation und Weiterbehandlung der Kondensate zu erhalten, da die organischen
Verbindungen, stets bis zu einem gewissen Grad im Wasser löslich sind oder aber
mit Wasser schwer zerlegbare Emulsionen, bilden. Man muß daher Vorkehrungen treffen,
um den anteil an kondensiertem Wasser im lösemittelhaltigen Kondensat auf ein Mindestmaß
zu reduzieren. Weitere Schwierigkeiten treten auf, wenn die zu kondensierenden Dampfgemiscbe
organische Verbindungen enthalten, die in Gegenwart von wasserdampf zur Säureabspaltung
neigen, wie z. B. Aceta, t, d ! as Essigsaure aibspa. ltet, oder chlorierte Kohlenwasserstoffe,
die Salzsäure abspalten, weil die abgespaltenen, Säuren od. dgl. erhebliche Schänden
in den Teilen der Apparatur verurschen können, die mit den Dämpfen und Kondensaten
in Beriuhrung kommen.
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Ahnlich wie Wasserdampf für sich hat man aus der Miszella im Vakuum
abdestillierte Lösungsmittel in Einspritzkondenstoren niedergeschlagen. Dabei wurde
das Einspritzwasser im Kreislauf durch einen oder zwei Kondensatoren, welche gegebenenfalls
getrennt arbeiteten, und einien Oberilächenkühler geführt. Hier ka, es indessen
darauf an, möglichst teife Kühlwassertemperauren anzuwenden, dait in den permanenten
Gasen, die durch die Vakuumpumpe aus den.
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Kondensatoren abgezogen wurden, nur noch geringe Mengen. von. Lösungsmitteldämpfen
enthalten waren.
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Diese P. artialdruckern. iedrigung der Lösungsmitteldämpfe in den
aus der Kondensa. tio. n evakuierten Gasen durch Anwendung möglichst tiefer Kondensa.
tionstemperaturen führte zu besonders guten Ergebnissen, wenn zwei Kondensatoren,
in denen die Lösungsmitteldämpfe nacheinander behandelt wurden, angewendet wurden,
denen das Einspritzwasser in parallelen. Stromen zugeffihrt wurde, wodurch. im zweiten
Kondensa. to. r, in. dem die Lösungsmitte'ldämpfe zuletzt behandelt wurden, eine
tiefere Temperatur erzeugt werden konnte als im ersten. In der Külhlanage wurde
dem Kreislaufwasser die in der Kondensation aufgenommene Wärme wieder entzogen,
undeskonntedarindasEinspritzwasser auf Temperaturen gekühlt werden, die wesentlich
unter denjenigen lagen, mit der es ursprünglich zur Verfügung stand. Das kondensierte
Lösungsmittel wurde aus dem kreisenden Einspritzwasser in bekannter Weise ablgetrennt.
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Die Ernndung hat zum Ziel, die Kondensation von
Gemischen aus Wasserdampf
und Dämpfen in Wasser nicht oder nur teilweise löslicher Studie, wie Kohlenwasserstoffe
bzw. deren Derivaten, so auszugestalten, daß Lösungsmittelverluste in dem in geradem
Durchgang duroh die Kondensation geführten Kühlwasser praktisch restlos vermieden
werden können. Es handelt sich als bei der Erfindung darum, im Verfahren auch diejenigen
Lasungsmittelmengen zu gewinnen, die bisher im unmittelbar angewendeten Kühlwasser
gelas bzw. emtgiert blieben und mit dem aus der Koodensatio. n abgeleiteten Wasser
verlorengingen.
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Nach der Erfindung gesohieht dies dadurch, daß die Kondensation mindestens
zweistufig derart erfolgt, daß in einer ersten Stufe im wesentlichen der Wasserdampf
utnd in einer zweiten Stufe die Dampfe der in Wasser nicht oder nur teilweise loslichen
Verbindungen und der Rest des Wasserdampfes niedergeschlagen werden. Dabei wird
das Kühlwasser nacheinander durch die Kondensationsstufen geführt und aus der Stufe,
in der das Gemisch von Wasserdampf und Dämpfen wasserunlöslicher oder schwerlöslicher
organischer Verbindungen zuerst behandelt wird, praktisch frei von diesen Stoffen
abgegeben.
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Gemische aus Wasserdampf und Lösemiteldämpfen entstehen z. B. bei
der Abtrennung von absorbierten Stoßen a. us Adsorbentien mit Hilfe vonWasserdampf.
auf soche gemische läßt sic das Verfahren gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft
anwenden.
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Beispielsweise kondensiert man erfindungsgemäß ein Dampfgemisch der
beschriebenen Art in. z. wei Stufen, wobei in der ersten Stufe nur so weit gelçüh
; lt wird, und zwar durch innige Berührung mit Kühlwasser und/oder der wäßrigen
Phase des Konden, sates aus der zweitem Stufe, daß die Lösungsmittel, also die organischen
Verbindunggen, z. B. Kohlewnasserstoffe
bzw. deren Derivate, vorzugsweise
dampfförmig bleibenundzusammen mit dem restlichen Wasserdampf die erste Kondensationsstufe
verlassen, während ein anderer Teil des Wasserdampfes bereits in dieser Kondensationsstufe
kondensiert. Dieser Anteil kann)'großenmäßig eingestellt werden durch Regelung der
Kiihlwasser-bzw. Kühlflüssigkeitszugabe zur ersten Stufe. Die Restadampfmengen gelangen
in eine zweite Kondensationsstufe und schlagen sich dort vollständig nieder, wiederum
durch direkte Berührung der Dampfe mit Kühlnüssigkeiten. Das anfallende Kondensat
läuft in einen Scheidebehälter, trennt sich dort in zwei Flüssigkeitsphasen, und
zwar in eine lösemittelreiche und in iene wäßrige Phase. Die gesamte wäßrige Phase
oder ein Teil derselben kann in die erste Kondensationsstufe zurückgeführt werden.
um dort als Kühlnüssigkeit und gleichzeitig als lösemittehlatiger Rücklauf zu wirden.
Die im wäßrigen Kondensat ursprünglich noch gelösten, organischen Lösemittel verflüchtigen
sich nämlich in der ersten Kohdensa. tionsstufe durch die Gegenstromberührung g
mit heißen Dämpfegemischen. Ein anderer Teil des Wasserkondensates. kann in die
zweite Stufe als Kühlnüssigkeit geleitet werden, und zwar gegel) enenfalls in solchen
Mengen, daß auf die zusätzliche Zugable von Külwasser in die zweite Stufe verzichtet
werden kann. Wenn nötig, kann das wäßrige Isondensat eine Kreislaufbewegung durch
die zweite Kondensationsstufe durch einen indirect wirkenden Kühler und durch den
Abscheidebehälter durchführen.
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Es ist zweckmäßig, das im unteren Teil eines Kondensators, vor allem,
wenn dieser als erste Stufe disent. sich ansammelnde Kondensat erst bei einer wählbaren.
z. B. einer möglichst hohenTemperatur etva nahe dem Siedepunkt des Wassers automatisch
oder von Han. d abzuleiten. Man sieht deshalb unter dem Kondensator einen Flüssigkeitssammelbehälter
vo, r, durch den der neu anlçommende Dampf zum Zwecke einer möglichst innigen Durchmischung
hindurch. geleitet wird. Besondere Vorteil bringt diese Arbeitsweise bei der Aufarbeitung
von Dampfgemischen, die bei der Adsorption von Lösemitteln durch Adsorbentien entstehen.
Die Temperatur der Dampfgemische bleibt nämlich nicht konstant, sondern bei der
Wasserdampf de'sorption einer bestimmten Adsorbensschicht nimmt der Wasserdampfgehalt
in, den zu kondensierenden Dämpfen bis zum Ende der Desoption stetig zu un, d damit
auch die Kondensationstemperaur der Dämpfe.
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Es dienen dann die heißen Dämpfe, die kurz vor Beendigung der Deosrption
anfallen, zum Nacha. usdämpfen der Lösemittelanteile, die sich noch im Kondensatsammelbehälter
z. B. der ersten Stufe bennden.
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Wenn diese Nachausdämpfung nicht genügen, sollte oder wenn besonderer
Wert auf eine vollständige Gewinnung der Lös. emittelanteile a. us den Kondensaten
gelegt wird, dann kann das Kondensat der ersten Stufe auch in einem darunter befindlichen.
Sammelbehälter noch nachträglich mit frischem Wasserdampf nachbehandelt werden.
Gegebenenfalls wirkt sich hier eine Füllkö'rperschicht, die eine gute Gegenstromberührung
zwischen herabrieselnden Konensat und aufsteigendem Wasserdampf bewirkt, vorteilhaft
aus.
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Diese fülkörperschicht wäre dann zwischen den Kondensa. tsammelbehälter
und die Zutrittsstellen der lösemittelhaltigen Dämpfegemische zu schalten.
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Die Zerlegungswirkung einer kondensatinsstufe beruht, wie schon beschrieben,
auf der teilweisen Kondensation, wobei naturgemäß der schwerersiedende Anteil oder
zumindest der unter den gegebenen Bedingungen schwerersiedende Anteil, also in den
meisten
Fallen das Wasser, Levorzugt niedergeschlagen wird, so daß die Restdämpfemit Lösemittel
angereic. hert werden. Dabei ist nicht berücksichtigt, daß die Kühlnüssigkeiten
ihrerseits einen Eilmuß auf die dampfkonzentration ausüben. dieser Eifluß beruht
auf einer Lösungswirkung der Kühlfüssigkeiten, die je nach deren Konzentration den
Treneffekt der Kondensationsstufe verstärken oder vermindern kann ] Diese zusätzliche
Wirkung der Kühlfl2ssigkeiten wird besonders merkbar bei Anwendung hoher Füllkörperschichten
zur guten Durchmischung von Dampf und Kühlnüssigkeit. Ernndungsgemäß wählt man die
Konzentration der Kühmüssigkeiten so. daß diese ein selektives Lösungsvermögen für
die niederzuschlagende Komponente des Dämpfegemisches haben. Das ist z. B. dann
der Fall, wenn die Kühlflüssigkeiten mit Lösemittel bereits gesättigt sind. Solche
Kühmüssigheiten fallen an imAbscheidebehälternachderzweiten Kondensationsstufe.
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Wenn sich die Trennwirkung durch Teilkondensation und diejenige durch
selektive Lösung im Kühlmittel gegenseitig verstärken, dann lohnt es sich, höhere
Füllkörperschichten anzuwenden, als not wendig wären, um lediglich eine teilweise
Kondensation der Dä,mpfe zu erreichen, und zwar nimmt die Trenn. wirkung einer solchen.
Kondensationsstufe zu mit wachsender Füllkörperschichthöhe bis zu einem Endwert,
der durch die Konzentrationsverhältnisse und d die lage der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte
gegeben ist. Darüber hinaus noch höherschichten anzuwenden ist zwecklos.
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Auch die Trennwirkung durch reine Teilkondensation läßt sich beinflussen.
nmlich dadurch, daß diese Kondensation nicht plötzlich, sondern. na. ch und -nach
vorgenommen wird. So haben mehrere Flüssigkeitsbrausen, die überehander angeordnet
sind und gegebenenfalls durch Füllkörperschichten getrennt sein können, eine bessere
Zerlegungswirkung als eine Flüssigkeitsbrause mit einer Füllkörperschicht, die so
hoch ist wie die vorher beschriebenen Schichten zusammen bei gleichem Mengenverhältnis
Dampf zu Kühlfussigkeit. Auch diese Erkenntnis läßt sich apparativ leicht verwirlSlichen
und zur Verbesserung des Verfahrens auswerten.
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Es werden iiul-i an Hand von schematischen Zeich nungen eine Reihe
von ausführungsformen des Verfahrens geschildert. Abb. 1 veranschaulicht schematisch
einen Kondensator für besonders korrodierende Dämpfe, Dieser Kondensator besteht
aus der Konensatorstufe 1 in getrennter Bauweise von der Kondensatorstufe 2, dem
Scheidebehälter 3 und Nebeninrichtungen,. Der Kondensator der Stufe 1 ist a. us
Griinde des Korroisonsschutzes mit säurebeständigem Material ausgemauert, der Kondensator
der Stufe 2 kan. n normal l ausgemauert sein. Die Arbeitsweise der Apparatur ist
folgende : Bei 4 treten die Brüdendämpfe in die Verteilerbra, use ein, steigen in.
den Kondensatorraum, der mit Raschigringen 5 ausgefüllt ist, hoch, die von einer
Brause 6 berieselt werden. Die Berieselung der Brause wird über ein wärmegesteuertes
Ventil 7, das den, Impulls aus der Dämpfeleitung 8 erhält, geregelt. In der zweiten
Stufe pa, ssieren die Dämpfe wiederum eine Raschigringschicht 9, die von einer zweiten.
Brause 10 berieselt wird, und werden hier restlos kondensiert.
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Die permanenten Gase entweichen über die Entlüftung 11. Das s Kondensat
aus Stufe 2 läuft in den Scheidebehälter 3, wo die Trennung der Bestandteile entsprechend
den spezifischen Gewichten erfolgt. Normalerweise läuft der liehctere Kohlenwasserstoff
bei-
12 ab und das abgeschiedene Wasser über den Schwanenhals 13
in die Konensatorstufe 1. Beim Herabrieseln durch die Raischigringschicht 5 wird
aus diesem kondensierten Wasser der gelöse bzw. mitgerissene organische Körper ausgetrieben.
Das im unteren Teil des Kondensators sich sammelnde Kühlwasser und Kondensat wird
nach Erreichung de Maximaltemperatur über das wärmegesteuerte Ventil 14 kohlenwasserstoffrei
abgelassen.
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Eine besondere Einrichtung bildet noch die Schicht 15, die zur Beseitigung
des suren Charakters der aufsteigenden Brüden z. B. aus Marmorbrocken bestehen kans.
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Die Abb. 2 stellt eine ähnliche Vorrichtung wie die Abb. 1 dar, in
welcher die korrosionsschützende Ausmauerung wegfällt und bei welcher die beiden,
Kondensationsstufen 1 unid 2 in einem einzigen Apparat übereinander aufgebaut sind.
schließlich sind beim Aubau die raschigringschichten weggelassen. und die Ko, n,
densation erfo, lgt über das durch die Brause zerstäubte Wasser. Abweichend von
Abb. 1 ist bei der Anordnung nach Abb. 2 noch eine Nachbehandlung des aus dem Kondensator
abfließenden Wassers vorgesehen. In dem Behälter 16 kann das abfließende Wasser
nochmals über die Brause 17 mit Dampf derart nachbehandelt werden, da. ß die verbliebenen
Reste der Kohlenwasserstoffe aus dem Wasser ausgetrieben werden,. Hierbei läuft
das behandete Wassser über das wärmegesteuerte Ventil 18 nach Erreichung einer Höchsttemperatur
ab.
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Die Abb. 3 stellt den. kontinuierlich arbeitenden, direkt wirkenden.
Wasserkondensator dar. Der Aufbau dieses Apparates entspricht den in. den Abb. 1
und 2 dargestellten Ausführungsformen, die je nach den. besonderen Bedürfnissen
mit Säurescbutz ausgestattet sein können, mit der Ergänzung, daß unterhalb des Brut,
eintritts 4 ein Kolonnenteil 19 mit der Raschigringfüllung 20 un, dem Dampfeintritt
21 vorgesehen ist.
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Dieser untere Kolonnenanteil entspricht in seiner Aufgabe dem Nachbehandlungsbehälter
16 der Abb. 2.
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Das nicht ganz von den Kohlenwasserstoffen befreite Kühlwasser rieselt
über die Raschigringschicht 20 und wird durch den aufsteigenden Dampf, der aus der
Brause 21 kommt, erwärmt und von. den Kohlenwasserstoffen restlos befreit. Über
den. Schwanenhals 22 verläßt das kohlenwasserstoßfreie Wasser den Kondensator.
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Das Verfahrensschema na, ch Abb,. 4 entspricht etwa demjenigen nach
Abb. l, mit Ausnahme der abgeänderten Führung der Kühlfliissigkeiten. So. tritt
das frische Kühlowasser and der Stelle 33, geregelt durch ein temperaturgesteuertes
Ventil, in einenindirekt wirkenden Kühler und verläßt diesen durch die Rohrleitung
32, um dann in der ersten Konden : sationsstufe als Kühlflüssigkeit zu dienen. Im
indirekt wirlçen : den Kiihler wird das Kondensat aus der zweiten Konenstaionsstufe
stark unterjkühlt und dann in einem Scheideb. ehälter getrennt. Die wäßrige Phase
geht über eine Pumpe 36. zum Teil als Kühlflüssigkeit über Leitung 31 in. die erste
Stufe und zum anderen Teil über Leitung37 in die zweite Stufe. Aus der Abbildung
geht hervor, daß ein Teil der wäßrigen Phase eine Kreislaufbewegung durch die zweite
Kondensationsstufe, den indirekt wirkenden Kühler und denScheidebhälter durchführen
kann.
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Schließlich ist das gleiche Prinzip zur vollkommenen Ausnutzung des
Kühlwassers in Abb. 5 noch einmal in Kombination mit einer kontinuierlich wirkenden
mNehrstufigen Kondensationsanlage dargestellt.
Im rinzip ähnelt diese Anlage derjenigen
aus Abb. 3. Es werden lediglich die Kühlwasser-und Kühln. üssigkeitseintrittsstellen
an der ersten Kondensationsstufe so angeordnet, daß sich zwischen jeder Eintrittsstelle
und der nächsten, eine Füllkörperschicht befindet. Man erreicht dadurch eine milde
Kondensation mit hoher Zerlegungswirkung.
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Neben den beschriebenen verfahrenstechnischen Vorteilen der Erfindung,
also der Vermeidung von Korroisosschäden in den Kondenstoren, der Auswaschung der
entstandenen Säuren in der ersten Kondensationsstufe, der vollkommene Wiedergewinnung
der Lösemittel in form von hochkonzentrierten Mischungen, hat die Erßndung auch
wärmewirtschaftliche Vorteil infolge der volkommenen ausntuzung des Kühlwassers.
Dieses wird nämlich innerhalb der Apparatur in beliebigen Stufen von seiner Ausgangstemperatur
bis auf nahezu 100° C angewärmt, so daß seine ganze Kühlkapazität ausgenutzt ist.
Das hat t zur Folge, daß ß die Kühlwasserbearf einer Kondenstionseinrichtung gemäß
dieser Erfindung etwa nur halb so groß ist als der Kühlwasserbedarf eines wirtschaftlich
ausgelegten, indirekt wirdkenden Kühlers normaler Bauart.
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PATFNTANSPRf'CHR 1. Verfahren zum Kondensieren von Gemischen aus
Wasserdampf und Dämpfen in Wasser nicht oder nur teilweise löslicher Stoße, wie
Kohlenwasserstoffe bzw. deren Derivate, durch direkte Berührung mit Flüssigkeiten
in, mindestens zwei Stufen, in denen die Gemi. scbe nacheinander behandelt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe im wesentlichen der Wasserdampf
und in einer zweiten Stufe die Dämpfe der in Wasser nicht oder nur teilweise löslichen
Verbindungen und der Rest des Wasserdampfes niedergeschlagen werden und daß das
Gemisch von Wasserdampfkondensat und Kühlmittel aus der Kondensation abgegeben wird,
wobei die aius einer zweiten Stufe abnießende Flüssigkeit nach Abtrennung der in
Wasser nicht oder nur teilweise löslichen Stoffe als Kühlmittel in einler ersten
Kotidensationsstufe verwendet wird.