DE1056588B - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung 'bezieht sich auf eine Stoffaustauschkolonne mit im wesentlichen senkrechten, parallelen Kanälen, in denen jeweils abwärts strömende Flüssigkeit und aufwärts strömendes, gas- oder d'ampfförmir ges Mittel gegeneinander geführt sind und von denen jeder ein Drosselorgan zum Ableiten des gewünschten Erzeugnisses z. B. in Dampfform besitzt. Unter Drosselorgan ist — im Gegensatz zu einem Absperrorgan — ein Organ zu verstehein, dessen Durchlaßquerschnitt kleiner ist als Querschnitt der Kanäle, das· jedoch nicht völlig verschließbar ist und dessen Querschnitt überdies vorzugsweise konstant, also nicht verstellbar ist.

In einer derartigen Stofraustauschkolonne kann z. B. Destillation· oder Rektifikation oder aber Extraktion (Absorption;) etwa einer Komponente aus eiinem gasförmigen Gemisch mittels einer fremden, in Stoffaustausch mit dem Gemisch stehenden, im Gegenstrom zu ihm in den Kanälen der Austaus chko'lonne geleiteten Abtrennflüssigkeit (Extraktions- oder Absorptionsflüssigkeit) oder aber eine Abtrennung isotoper Elemente aus einem Stoff auf Grund einer chemischen Austauschreaktion vorgenommen werden, z. B. die Trennung von ¹⁴N-Ammoniaik und ¹⁵N-Ammoniak (¹⁴N=Stickstoffisotop mit der Massenzahl 14; ¹⁵N= Stickstoffisotop mit der Massemzahl 15), die zur Darstellung von ¹⁵N (schwerem Stickstoff) durchgeführt wird.

Bei bisherigen Vorrichtungen dieser Art münden sämtliche Austauschkanäle in einen gemeinsamen· Entnahmeraum (Sammel-Entnahmeraum), aus dem das gewünschte, angereicherte Erzeugnis über eine ein Absperrorgan enthaltende Leitung entnommen werdien kann.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß jedes Drosselorgan ein Absperrorgan mit. einem Durchlaßquerschnitt, der größer als der Querschnitt des Drosselorgans ist-, aufweist. Vorteilhaft sind sämtliche Absperrorgane gemeinsam bedienbar.

Die Entnahme läßt sich dann ohne weiteres unterbrechen, also das Erzeugnis z. B. absatzweise entnehmen, ohne daß die Gefahr besteht, daß es in der Zeit, wo d'as Absperrorgan der vom-Sammel-Entnahmeraum wegführenden Entnahnieleitung geschossen ist, aus einem Austauschkanal über Drosselorgane und Sammel-Entnahmeraum in einen anderen Austauschkanal einströmt. Dies kann bei den bisherigen Vorrichtungen eintreten, sobald die Entnahme unterbrochen, also etwa absatzweise entnommen wird, und zwar infolge unterschiedlicher Drücke vor den Drossel-Organen der einzelnen Austauschkanäle, die z..B. dadurch entstehen, können,, daß in den Kanälen unterschiedlicher Druckabfall etwa infolge etwas unterschiedlicher Packung von Füllkörpern hervorgerufen wird.

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselst:. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 20. März 1956

Dr. phil. Werner Kuhn und Dr. se. nat; Peter Baertschi,

Basel (Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden

Die sogenannte Überwanderung wird also vermieden, so daß das.· Verhältnis der Mengen von zurückströmendem zu entnommenem Medium — das sogenannte Rückström- oder Mengenverhältnis— bei jedem Kanal weitgehend gleich und' damit die Konzentration des Gesamterzeugnisses gleich derjenigen des aus jedem einzelnen Kanal entnommenem Gutes, also scharf definiert ist. Es können mit der Vorrichtung, selbst Gemische getrennt werden, bei denen die Siedepunkte der einzelnen! Komponenten bei 1 ata nur sehr wenig, z. B. 1° C, auseinamderliegen.

Beispielsweise werden die Absperrorgane stündlich während etwa 3 Ms 5 Minuten geöffnet^ und es werden in dieser Zeit mittels einer Pumpe 30' bis·'5Ol des' dampfförmigen Erzeugnisses abgesaugt; während der übrigen Zeit bleiben die Absperrorgane geschlossen, so daß sich das Erzeugnis innerhalb der Kanäle im Bereich vor den Drosselorganen anreichert. Gegebenenfalls wird die gesamte stündliche Öffnungszeit, d'ie bei dem erwähnten Beispiel 3 bis 5 Minuten beträgt, in mehrere kurze Abschnitte unterteilt, beispielsweise wird stündlich fünfmal je 1 Minute lang geöffnet.

Die erfindungsgemäße Bauart bringt auch den Vorteil mit sich, daß der Querschnitt der Drosselorgane, z. B. der Querschnitt von Kapillaren, nicht zu·'eng gewählt zu werden braucht, so daß die Drosselorgan© nicht verstopft werden können oder daß sich in ihnen keine· Blasen und (oder) Tropfen festsetzen, auf Grund' deren sie ungleich arbeiten wurden.

Die Erfindung gewinnt besondere Bedeutung, wenn man mit sehr hohen Rückströmverhältnissen arbeitet,

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weil dann der Unterschied des für die Genauigkeit der und mit 1 bezeichnet ist, sind durch Böden der Plat-Erzeugnsiskonzentration entscheidenden Rückstrom- ten 2, 3 geführt und in ihnen gehalten. Zwischen den, Verhältnisse bei den einzelnen Kanälen bereits durch Böden 2, 3 ist ein nach außen abgeschlossener, dampfgeringe Unterschiede der aus den einzelnen! Kanälen beheizter Raum 4 gebildet, so daß der in Raum 4 geentnommenen Mengen groß wird. 5 legene Abschnitt 5 des Rohres· 1 den Verdampf ungs-

Bei einer Ausführungsform ist das Drosselorgan teil bildet. Jedes Rohr 1 ist unten mittels eines, für

selbst als Absperrorgan ausgebildet. Der Querschnitt eine in das Rohr hineinragende Drosselkapillare 7 be-

des Drosselorgans ist dann mit dem Durchlaßquer- nutzten Trägers 6 verschlossen. Der Träger 6 enthält

schnitt des Absperrorgans identisch, einen Ventilsitz 8 und' ein eine Feder 9 aufweisendes

Bei einer Bauart ist eine mit Sperrgliedern der Ab- io Führungsrohr 10 für einen oben kegelig ausgebildeten sperrorgane in Wirkungsverbindüng stehende Platte Ventilkörper 11. Die Ventilöffnung 12 hat größeren angeordnet, welche über einen oder mehrere mit Durchlaß querschnitt als die Kapillare 7. Bei einer anDruckmittel gespeiste Bälge hin- und herbewegbar ist. deren Bauart ist am die Stelle der bei Fig. 1 mit 12 Der Balg wird vorteilhaft mit Druckgas, z. B. Druck- bezeichneten Ventilöffnung eine Drosselkapillare einiluft, betätigt. Da im Inneren der Austauschkanäle im 15 gesetzt, während an die Stelle der mit 7 bezeichneten allgemeinen ein erheblich unter dem Atmosphären- Kapillare ein Zulieitungskanal von — im Vergleich druck liegender Druck herrscht, so bleiben die Ab- zum Durdhlaßquerschnitt der Ventile 8, 11 — größesperrorgane, sofern das Innere des Balgs mit der Atmo- rem Querschnitt eingebaut ist. Grundsätzlich ist es Sphäre in Verbindung steht, immer geschlossen, und gleichgültig, ob —· in Ausströmrichtung — zuerst die es kann nicht unbeabsichtigt geöffnet werden. 20 Drosselstelle oder zuerst das Ventil kommt.

Zweckmäßig ist an jedem Austauschkanaä ein als Bei dem Beispiel nach Fig. 1, das das Ventil·'8, 11 Träger für eine Drosselkapillare verwendeter Ventil- in Schließstellung wiedergibt, ist Feder 9 oben an dem sitz angebracht, der mit einem über eine Feder von Ventilkörper 11 und unten an einem Schieber 13 beder Platte aus in Sperrstellung zu bringenden, ver- festigt, so daß durch sie der Ventilkörper bei Abschiebbaren Ventilkörper zusammenwirkt. Die Federn 25 wärtsschieben des Schiebers 13 nach unten gezogen wirken als Druckausgleichglieder, die besonders 'in wird. Demgegenüber geht bei dem Beispiel nach Fig. 2 Verbindung mit den empfindlichen Kapillaren Bedeu- der Ventilkörper 11 bei Abwärtsschieben des Schietung gewinnen. bers 13 infolge seines eigenen Gewichts in die gezeicn-

Zu der Erfindung gehört ferner eine zeitgesteuerte nete Offenstellung. Bei Schließstellung wirken die Vorrichtung zum selbsttätigen gemeinsamen, gleich- 30 Federn 9 als Druckausgleichsglieder für die einzelnen zeitigen öffnen und Schließen aller Absperrorgane. Ventile. An dem Schieber 13 ist ein Stift 14 ange-Durch sie kann die absatzweise Entnahme über lan- bracht, der in ein Langloch eines auf einer auf und gere Zeitperioden hinweg selbsttätig ausgeführt wer- ab bewegbaren Platte 15 befestigten Halters 16 hinden. Vorteilhaft ist eine Einrichtung zum selbsttätigen einragt. Von Platte 15 sind sämtliche Ventile 8, 11 Regeln der Dauer der Öffnungsperioden der Absperr- 35 gemeinsam zu betätigen. Sie wird mittels eines druckorgane zwischen je zwei Schließperioden in Abhängig- luftgespeisten Balgs 26 bewegt. Die Ventile, die Platte keit von der Konzentration des Erzeugnisses einge- und der Balg befinden sich in einem von einer Wanbaut. Beispielsweise ist eine Entnahmeleitung über dung 17 umschlossenen, abgeschlossenen Sammelraum einen Kondensator zum Kondensieren des dampf- 18 für das zu entnehmende Erzeugnis,
förmig entnommenen Erzeugnisses geführt, der einen 40 Oberhalb des Bodens 2 enthält jedes Austausch-Dichtemesser, z. B. ein Aräometer, einen Schwebe- rohr 1 schematisch angedeutete Füllkörper 19, durch körper usw. enthält, welcher als konzentrationsabhän- die das flüssige, zu rektifizierende Mehrstoffgemisch giges Auslöseglied zum Einleiten des-durch die selbst- abwärts fließt (Pfeil 20).

tätige Vorrichtung auszuführenden öffnungs- und Hier verdampft das Gemisch durch die Wärme der SchMeßvorgangs der Absperrorgane benutzt ist. Die 45 in Raum 4 geleiteten Heizdämpfe restlos, und es· wird selbsttätige Einrichtung wird mit Vorteil in der Weise über Kapillaren 7, Ventile 8, 11 und öffnungen 12 jebetrieben, daß das Rückströmverhältnis in der Aus- weils ein geringer Teil des Dampfes in den Sammelttauschvorrichtung durch selbsttätiges Verkürzen der raum 18 hinein entnommen und von dort seinem Veröffnungsperioden der Absperrorgane größer gemacht wendungs'zweck zugeführt. Der übrige, in jedem wird, sobald die Konzentration des Erzeugnisses zu ge- 50 Kanal 1 verbleibende Teil des· Dampfes strömt entring wird, und daß das Rückströmverhältnis umgekehrt sprechend den Pfeilen 21 durch die Füllkörper 19 hindurch Verlängern der Öffnungsperioden der Absperr- durch in der Flüssigkeitsströmung entgegengesetzter organe kleiner gemacht wird, sobald die Konzentra- Richtung nach oben.

tion des Erzeugnisses zu hodh anwächst. An der selbst- Bei dem abgewandelten Beispiel nach Fig. 3 ist auf

tätigen Steuervorrichtung läßt sich also ein bestimm- 55 eine Kapillare als Drosselorgan verzichtet, vielmehr

ter zulässiger Bereich der Konzentration des Erzeugt- ist das Drosselorgan selbst als Absperrorgan ausge-

nisses einstellen. bildet, das aus einem Sitz 6' von spitzkegeliger Ge-

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise stak und einem dazu passenden Ventilkörper 11' beveranschaulicht, steht. Zwischen beiden ist bei 23 eine Drosselstrecke

Fig. 1 ist ein vereinfachter Schnitt durch einen Teil 60 gebildet, die den Kapillaren 7 bei den Bauarten nach

einer ernndungsgemäß ausgebildeten Abtriebkolonne·, den Fig. 1 und 2 entspricht.

Fig. 2 ein entsprechender Schnitt durcb eine abge- Bei dem Beispiel· nach Fig. 4, bei dem lediglich vier

wandelte Bauart, Austauschkanäle 1 dargestellt und die den Teilen 7, 8,

Fig. 3 ein Schnitt durch eine Einzelheit eines wei- 11 gemäß Fig. 1 und 2 entsprechen, den kombinierten

teren Ausführungsbeispiels und 65 Absperr- und Drosselorgane vereinfacht wiedergegeben

Fig. 4 eine schematische Darstellung des unteren und mit 31 bezeichnet sind, ist.eine an den Sammel-

Teils einer erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffaus- raum 18 angeschlossene Entnahmeleitung 32 durch

tauschkolonne mit einer Entnahme-Regelvorrichtung. einen Kondensator 33 geführt, in dem das aus der Ko-

Die unteren Enden der Kolonnenaustauschrohre, lonne entnommene, höher (schwerer) siedende dampf-

vori denen in Fig.' 1 und 2 jeweils nur eines gezeichnet 70 förmige Erzeugnis durch Kühlung mittels eines ge-

maß den Pfeilen 39, 41 geführten Kühlmittels kondensiert wird. Das flüssige Erzeugnis strömt in einen unteren Behälter 42, der an den Kondensator 33 angebaut ist und¹ in dem sich ein Dkhtemesser, z. B. eine Senkspindel· 34, befindet. Über eine Leitung 43 strömt das flüssige Erzeugnis seiner weiteren Verwendung zu. Die den Betätigungsorganen 13, 14, 15, 26 gemäß Fig. 1 und 2 entsprechenden Glieder, über welche die Absperr- und Drosselorgane 31 gemeinsam geöffnet und geschlossen werden, sind in Fig. 4 durch die gestrichelte Verbindung 36 wiedergegeben, die von einer zeitgesteuerten Vorrichtung, nämlich einer Uhr 35, aus in Bewegung gesetzt werden. Die Uhr 35 steht andererseits über striohpunktiert eingezeichnete Verbindungsglieder 37 mit der Senkspindel¹34 in Wirkungsverbindung. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Organe 31 beispielsweise jede Stunde einmal 5 Minuten· lang geöffnet und darauf wieder 55 Minuten lang geschlossen werden. Dabei wird die Öffnungsperiode, die normalerweise 5 Minuten· dauert, selbst- tätig von der sich im Behälter 42 einstellenden Konzentration des Erzeugnisses gesteuert, und zwar in der Weise, daß die als konzentrationsabhängiges Auslöseglied wirkende Senkspindel 34 bei abnehmender Konzentration des tiefer siedenden Anteils (Erzeugnisses) im Behälter 42 und damit bei normalerweise tieferem Eintauchen der Spindel über die Teile 37 eine Verkürzung der öffnungsperiodeni in der Uhr 35 verursacht, während bei größer werdender Konzentration des schwerer siedenden Erzeugnisses· im Behälter 42 und damit normalerweise bei geringerem Eintauchen der Spindel 34 von dieser aus die Öffnungsperioden in der Uhr 35 verlängert werden. Bei zu geringer Konzentration wird dann· das Rückströmverhältnis in der Austauschikolonne infolge der kürzeren öffnungs-Perioden größer gemacht, bei zu hoher Konzentration wird es infolge der längeren Öffnungsperioden kleiner gemacht. Es läßt sich al'so ein bestimmter Konzentrationsbereich des Erzeugnisses selbsttätig aufrechterhalten.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Stoffaustauschkolonne mit im wesentlichen senkrechten, parallelen Kanälen, in denen jeweils abwärts strömende Flüssigkeit und aufwärts strömendes gas- oder dampfförmiges Mittel gegeneinander geführt sind und von denen jeder ein Drosselorgan Z'Um Ableiten des gewünschten Erzeugnisses z. B. in Dampfform besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drosselorgan (7) ein Absperrorgan (8, 11) mit einem Durchlaßquerschnitt, der großer als der Querschnitt des Drosselorgans (7) ist, aufweist.

2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (H') selbst als Absperrorgan ausgebildet ist.

3. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Absperrorgane (8, 11) gemeinsam bedienbar sind.

4. Kolonne nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch eine mit Sperrgliedern (9, 13) der Absperrorgane (8, 11) in Wirkungsverbindung stehende Platte (15), welche über mindestens einen mit Druckmittel gespeisten Balg (26) hin- und herbewegbar ist.

5. Kolonne nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Austauschkanal (1) ein als Träger für eine Drosselkapillare (7) verwendeter Ventilsitz (8) angebracht ist, der mit einem über eine Feder (9) von der Platte (15) aus in Sperrstellung zu 'bringenden, verschiebbaren Ventilkörper (11) zusammenwirkt.

6. Kolonne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (8) am Ende eines den Ventilkörper (11) enthaltenden Führungsro'hres (10) angebracht ist, das am Umfang mindestens, eine nahe dem Sitz (8) befindliche Öffnung (12) von mindestens dem Querschnitt des Drosselorgans (7) besitzt.

7. Kolonne nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine zeitgesteuerte Vorrichtung (35) zum selbsttätigen gemeinsamen, gleichzeitigen Öffnen und Schließen der Absperrorgane (8, 11; 31).

8. Kolonne nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum selbsttätigen Regeln der Dauer der Öffnungsperioden der Absperrorgane (8, 11) zwischen je zwei Schließperioden in Abhängigkeit von der Konzentration des Erzeugnisses.

9. Kolonne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entnalimelei.tung (32) über einen Kondensator (33) zum Kondensieren des dampfförmig entnommenen Erzeugnisses geführt ist, der einen Diehtemesser (34) enthält, welcher als konzentrationsabhängiges Auslöseglied zum Einleiten des durch die selbsttätige Vorrichtung (35) auszuführenden Öffnungs- und Schließvorgangs der Absperrorgane (8,11; 31) benutzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 634 666.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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