DE1444379A1

DE1444379A1 - Verfahren zur Regelung kontinuierlich arbeitender Destillationsverfahren

Info

Publication number: DE1444379A1
Application number: DE19631444379
Authority: DE
Inventors: Rijnsdorp Johannes Everhardus
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1962-12-19
Filing date: 1963-12-17
Publication date: 1968-11-14
Also published as: GB1018884A; BE641400A; CH444819A; US3342698A; SE311628B; DK111355B; NL286980A

Description

betreffend

"Verfahren zur Regelung kontinuierlich arbeitender Destillationaverfahren"»

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der kontinuierlichen Destillation eines veränderlichen Stroms eines Zulaufgemisches bei höherem als Atmosphärendruck, in einer Destillationskolonne, unter Anwendung γοη Rück/fuß im Kopfteil und Wiederverdampfung im Sumpfteilc Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zulauf in wechselnden Mengen zugeführt, bleibt aber auch dann unabhängig von den Bedingungen in dem erfindungsgemäßen Destillationsverfahren»

Die Regelung eines kontinuierlichen DestillationsverfahreiP wird allgeatln geübt. Als korrigierende Zustandsgrößen (correcting conditions) sind hiebei im allgemeinen folgende geeignet! Di· HUokfluÖmeßge, die zur Wiederv.erdampfung aufgewendet· Wärmemenge, der K«pfAblaufstrom, der Sumpfablaufstrom»

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das Ausmaß der Kühlung im Kondensator und der Vorwärmung des Zulaufs«

Die Erfindung bezweckt eine solche Eegelung des Destillat ionsvsrfahrens, daß die variablen Betriebskosten liehst niedrig werden. Diese Kosten werden hauptsächlich durch die Kosten des Torwärmens des Zulaufs, zusammen mit den Kosten der zur Wiederverdampfung aufgewendeten Wärme, be~ stimmte

Um dieses Ziel zu erreichen, werden unter den sechs korrigierenden Zustandsgrößen erfindungsgemäß die Rückflußmenge, das Ausmaß der Wiederverdampfung, der Kopf produkt strom und der Sumpfproduktstrom in an sich bekannter Weise derart ein» -gestellts äaS die Menge des entstan&enea Kdpfproduktes (ange«- zeigt durch das Niveau im Sammelbehälter) und die im Koloimensuaipf aawesesde flüssigkeitsmenge (Sumpfniveau) "in vorher be-« stimmten Srenzea schwanken und die Qualität der Auftrennung nicht oder nur wenig von den an diese gestellten Anforderungen abweicht© (Eingeregelte Bedingungen)<»

Di© "beiden restlichen korrigierend©» Zustandsgrößen köa«

so siag®st©llt werdes_? daß die Betriebskosten möglichst aie-

das

drig alad« Zm iissem Zweck wird/di« Zufuhr des

Koßdeßsatör regulierende Ventil soweit alg möglich· offes . gehalten^ aimindsst soweit_s als ®m miQh mit des für die lolea« ne festg©l©gt©a zulässigen Mindestdruok ia der Kolonae verträgt*

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Ia allgemeinen liegt dieser Wert gerade oberhalb von Ataosphärendruck.

Der Druok in der Kolonne kann frei zwischen den niedrigsten und höchsten für die Kolonne festgesetzten, zulässigen Druckwerten schwanken, d. h., der Druck in der Kolonne kann sich selbst einstellen« In dieser Beziehung unterschiedet sich auch das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich von den bekannten Destillationsverfahren, bei welchen das Destillationeverfahren immer so geregelt wird, daß der Druck mittels einer Hegelvorrichtung stets auf einem vorherbestimmten Wert oder nahe einem solchen gehalten wird.

Mittels des erfindungsgemäSen legelverfahren stellt sieh der Dructfautomatisch auf den niedrigsten Wert ein, bei welche· der DestillationsVorgang, wenn man den tatalaaliohen Wert des Zulaufstromes in Betracht zieht, noch in gewünschter Weise vor sich geht· Dies fuhrt zu einer Heträohtliohen Teminderung der variablen Betriebskosten· SeM wenn Ale durch die Destillation zu trennenden Kompoaeaten, «1· Ales In der Praxis oft der Fall 1st, bei abaekAeadem Druck soaehaende relative Flüchtigkeit besltaen, ta*· 1st» wenB der Druck niedriger wird, weniger Riickflui mat DaapfetrOsoag fur Erreichung der gewünschten Auftrenerforderlich· Xnfog-lgedeseen auß sur Erzielung der ge«

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wünschten Trennung weniger Wärme von dem Aufkocher zu dem Kondensator übertragen werden» Das wird erreicht, indem man dem Aufkocher weniger Wärme zuführt, wodurch man eine Senkung der variablen Kosten erzielt*

Die Wirtschaftlichkeit des Destillationsverfahrens gewinnt im allgemeinen weniger van der Einstellung der Vorwärmung für den Zulauf, als davon, daß man den Druck sich frei einstellen läßt· Wünscht man auch den Einfluß der Vorwärmung voll auszunützen, dann muß man die Kosten derselben in Betracht ziehen und feststellen, ob die Vorwärmung des Zulaufs durch, eine verhältnismäßig kostspielige oder verhältnismäßig billige Wärmequelle, im Vergleich zu der für die Wiederverdampfung verwendeten, erfolgt· Bei diesem Vergleich muß man auch den Unterschied in der Wirkung (auf das Ergebnis der Destillation) zwischen der dem Kolonnenboden (Wiederverdampfung) und der dem Zulauf zugeführten Wärme unterscheiden« Man kann sagen, daß die Wirkung annähernd der Hphe der Kolonne oberhalb des Ortes der Wärmezufuhr proportional ist·

Wird beispielsweise der Zulauf in halber Höhe der Kolonne eingeführt, dann ist die Wirkung der für die Vorwärmung des Zulaufs verwendeten Wärme ungefähr halb so groß, als die Wirkung derselben Wärmemenge, wenn sie zur Wiederverdampfung verwendet wirde Wird z· B. die Wärme für den Zulauf und für

,dhc
die Wiederverdampfung durch dieTWärmequelle geliefert (z. B.

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durch parallele Ströme des gleichen Heizmediums), dann ist in diesem Beispiel die Wärme für das Vorwärmen verhältnismässig kostspielig (nämlich ungefähr doppelt so teuer).

Will man auch in Bezug auf die Torwärmung möglichst wirtschaftlich destillieren, dann darf man nur verhältnismäßig billige Wärmequellen und zw%r so vollständig als möglich für die Vorwärmung verwenden«

Einen Druckabfall unter den für die Kolonne festgesetzten minimal zulässigen Wert vermeidet man vorzugsweise dadurch, daß man den Druck in der Kolonne mißt und ein entsprechendes Signal einem Regler zuleitet, der auf das die Zufuhr des Kühlmediums in den Kühler regelnde Ventil derart wirkt, daß die Kühlung abnimmt, wenn der gemessene Druck unter den minimal zulässigen Wert abfällt.

Bin Druckanstieg in der Kolonne über den für die Kolonne festgesetzten, maximal zulässigen Wert wird vorzugsweise so verhütet, daß man den Druck in der Kolonne mißt und ein entsprechendes Signal einem Regler zuleitet, der das Ausmaß der Wiederverdampfung erniedrigt, wenn der gemessene Druck über den maximal zulässigen Wert ansteigt«

Zwar werden durch das erfindungsgemäße Regelverfahren die Druckwerte nicht so geregelt, daß sie einen vorherbestimmten

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Wert annehmen oder anzunehmen streben, jedoch ist'es mög- , lieh und oft auch erwünscht, rasche Druckschwankungen in der Kolonne hintanzuhalten· Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal wird das Destillationsverfahren daher zusätzlich durch eine Regelvorrichtung geregelt, die auf den Druck in der Kolonne anspricht und die Wiederverdampfung in der Kolonne beeinflußt und zwar derart, daß rasche Druekänderungen hintangehalten werdeη_β

Vorzugsweise geschieht dies mittels einer Segeleinrichtung, die das Ausmaß der Wiederverdampfung regelt. Diese Regeleinrichtung kann durch die Meßwerte für eine der vorher erwähnten geregelten Größen (insbesondere der erreichten Qualität der Auftrennung) und durch den Druck oder die Druekänderungen in der Kolonne beeinflußt werden, liefert aber bei stationären Größen ein Signal, das nur von. der in Präge stehenden geregelten Größe abhängt_B

Die Hintanhaltung plötzlioher Druckschwankungen kann auch mittels eines Heglers erreicht warden_? dessen Ausgangssignal das Regelventil für die Kondenaatorkiihlung einstellt» Diesem Regler wird der gemessene Druckwerk aus der Kolonne zugeführt. Der Sollwert des Reglers hängt von dem Unterschied zwischen dem Ausgangesignal das Reglers und einen fixierten Signal, dessen Wert demjenigen Wert das erwähnten Ausgangssignals entspricht, bei welchem das Regelventil fast voll«, ständig geöffnet ist, ab« Der Regler strebt, diesen Unterschied möglichst klein zu halten, d_e h_c, das Regelventil

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wird fast vollständig offengehalten. Nur eine rajsche Druckänderung verursacht eine vorübergehende abweichende Stellung des Regelventils und wirkt der Druckänderung entgegen»

Mas kann auch einen Hegler anwenden, dessen Ausgangesignal das Eegelventil für die Kondensationskühlung steuert und hier in der Leitung für den kondensierten Dampf zwischen Kondensator und Sammelbehälter angeordnet ist· Diesem Regler wird der gemessene Druckwert aus der Kolonne zugeleitet. Der Sollwert dieses Reglers hängt über einen Niveaustandmesser und einen Regler von dem Niveau des Kondensats im Kondensator ab_e Der Sollwert des Niveaustandmessers entspricht einem fast minimalen Wert des Kondensatniveaus in dem Kondensator· Ein niedriges Kondensatniveau in dem Kondensator bedeutet eine fast maximale Kapazität des Kondensators und dies begünstigt das Erreichen niedrigen Drucks. Ein Druckanstieg wird dann durch Veränderung des Kondensatniveaus in dem Kondensator hintangehalten₀

Zur Hintanhaltung plötzlicher Druckschwankungen kann man sich auch einer Meßvorrichtung bedienen» die ein Signal entsprechend den verhältnismäßig raschen Druckschwankungen in der Kolonne liefert· Der Regler, dessen Ausgangssignal das Ausmaß der Wiederverdampfung steuert, erhält nun das Signal aus dieser Meßvorrichtung und ein von der Qualität der Auftrennung abhängiges Signal·

Wird ein Regler verwendet, dessen Ausgangssignal das Regel-

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ventil für die Kondensatorkühlung steuert, dann muß diesem Regler das Signal von der erwähnten Meßvorrichtung für Druckschwankungen und ein feststehendes Signal zugeleitet werden, dessen Wert dem Wert des Ausgangssignals entspricht, bei dem das Regelventil fast vollständig geöffnet ist.

Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläuterte

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung einer Destillationskolonne 1, die bei Überdruck arbeitet· Der Zulauf wird kontinuierlich durch eine Rohrleitung 2 eingeführt, das Kopfprodukt in der Dampfphase über eine Rohrleitung 5 und das flüssige Sumpfprodukt über eine Rohrleitung 4 abgeleitet.

2 a und 2 b sind Wäremaustauscher· Wenn eine im Vergleiche zu der für die Wiederverdampfung verwendeten relativ billige, für das Torwärmen des Zulaufs geeignete ■ , Wärmequelle vorhanden ist, dann werden die Wärmeaustauscher 2 a und 2 b voll benutzte Ist jedoch die Wärmequelle verhältnismäßig kostpielig, dann werdem die Wärmeaustauscher nicht benutzt*

Ί
Das Kopfprodukt 4ea?- Dampfphase wird in einem Kondensator

5 kondensiert, das Kondensat fließt in einen Sammelbehälter 6· Ein Teil des Kondensats wird als Rückfluß über Rohrleitung 7 dem Kolonnenkopf 1 zugeführt. Das flüssige Kopfprodukt wird über eine Rohrleitung 8 abgezogen. Dieses Produkt und der Sumpf-

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ablauf können weiter (ζ, Β. durch Destillation, Extraktion oder chemische Behandlung) behandelt oder, gegebenenfalls nach weiterer Abkühlung, gelagert oder zum Versand gebracht werden·

Die Wiederverdampfung wird durchgeführt, indem man einen Strom der Sumpfflüssigkeit über eine Rohrleitung 9 zu ei«- nem Aufkooher (z. Be einem Wärmeaustauscher) 10 leitet und nach dem Erwärmen über eine !Rohrleitung 11 zur Kolonne 1 zurückführt. Die beschriebene Art der Wiederverdampfung ist kein Merkmal der Erfindung! die Wiederverdampfung kann auch auf andere Weise erfolgen, z« B» mittels einer Heiaschlange im Kolonnenboden.

Bei der Regelung eines Verfahrens, im vorliegenden Falle des Destillationsverfahrens, wird unter anderem zwischen geregelten Zustandsgrößen und korrigierenden Zustandsgrößen unterschieden· Die geregelten Zustandsgrößen werden so geregelt, daß im allgemeinen der Unterschied zwischen dem gemessenen Istwert der Zustandsgröße und dem Sollwert dieser Zustandsgrösse (das ist jener Wert der geregelten Zustandsgröße, auf welchen der ^egler eingestellt ist) vermindert wird. Das erreicht man durch Einstellung (Veränderung) der korrigierenden Zustandsgrößen des Verfahrens·

Im vorliegenden Falle sind die Rückflußmenge, das Ausmaß der Wiederverdampfung, der Kopfproduktstrom, der Sumpfpro«

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duktstrom, die Kühlintensität im Kondensator und das Ausmaß der Vorverdampfung des Zulaufs als korrigierende Zustandsgrößen geeignet. Das Verfahren wird als destillation aufgefaßt, bei welcher die Zulaufgesehwindigkeit unabhängig variieren kann. Mit anderen Worten, die Destillation sollte unabhängig von der Zulaufmenge einwandfrei funktionieren. Ein solches Verfahren ist oft, insbesondere in Ölraffinerien, anzutreffen, nämlich dann, wenn der zu destillierende Zulauf aus einem anderen Teil der Raffinerie stammt und Lagertanks für diesen Zulauf nicht vorhanden oder nicht verwendbar sind· Jedoch kann der Zulaufstrom auf einen konstanten oder weitgehend konstanten Wert eingeregelt werden, Z₀ B., wenn lagertanks vorhanden sind·

Das ändert natürlicherweise nichts daran, daß die Menge des Zulaufs in jedem Augenblick gemessen werden kann« Man kann auch diesen Istwert zur Regelung anderer Zustandsgrößen (anderer als der Zulauf$menge) (Verhältnisregelung) verwenden»

Von den erwähnten korrigierenden Zustandsgrößen werden viers nämlich der Rückfluß, die Wiederverdampfung und die Eopf- und Sumpfproduktströme in Abhängigkeit von folgenden vier geregelten Zustandsgrößen eingestellt? Der Qualität des Kopfproduktes, der Qualität des SumpfProduktes, dem Flüssigkeitsstand im Sammelgefäß und im Sumpf, Diese Einstellung kann auf ver-" schiedene Weise durchgeführt werdenο In der sehematischen Darstellung von Mgur 1 wird der Kopf produkt st rom mittels eines regelbaren Ventils 12 in der Rohrleitung 8 eingestellt und die-

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see Ventil erhält ein regelndes Signal vom Regler 13· Im Regler

(siehe Rohentwurf) 13 wird der gemessene Istwert des Flüssigkeitsniveaus/verglichen. Der Segler 13 sendet zum Ventil 12 ein Signal, derart, daß gegebenenfalls ein Unterschied zwischen dem Istwert (measured value) und dem Sollwert (set value) vermindert wird· Ist z· B. in einem gegebenen Zeitpunkt der Istwert des Flüssigkeitsniveaus gröfier, als der Sollwert, dann ändert sich das abgegebene Signal derart, daß sich das Ventil 12 stärker öffnet.

In ähnlicher Weise wird das Flüssigkeitsniveau im Kolonnen-Bumpf mit Hilfe eines Niveaustandsmessers 15, eines Reglers 16 und eines Regelventils 17 in der ^Rohrleitung 4· konstant oder weitgehend konstant gehalten·

Die Qualität des Kopfproduktes wird mittels einer Vorrichtung 18 gemessen, die ein der erreichten Auftrennung entsprechendes Signal an einen Regler 19 abgibt, wo die Ist- und die Sollwerte für die Qualität der Kopfprodukte verglichen werden. Der Regler liefert ein Signal, durch welches ein Regelventil 20 in der Rohrleitung 7 eingestellt wird. Ist die gemessene Qualität zu gering, dann wird das Ventil 20 stärker geöffnet, so daß der Rückfluß zunimmt· Das umgekehrte erfolgt, wenn sich die gemessene Qualität als zu gut erweist·

Die Qualität des SumpfProduktes wird mittels einer Vorrichtung 21 gemessen, die ein der erreichten Auftrennung entsprechendes Signal an einen Regler 22 abgibt, wo die Ist- und Sollwerte für die Qualität des Sumpfproduktes verglichen werden«. Der Regler lie-

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fert über eine später zu besprechende Abstimmeinrichtung (selector) 23 ein Signal, durch welches ein Regelventil 24 eingestellt wird, das das Ausmaß der Wiederverdampfung beeinflußt. In Figur I ist dieses Regelventil in der Zuleitung 25 für das Heizmedium, das dem Aufkocher 10 zugeführt wird, angeordnet. Ist zu irgendeinem Zeitpunkt die Qualität der Auftrennung zu gering, dann wird das Ausmaß der Wiederverdampfung erhöht, dohe, in diesem Falle öffnet sich das. Ventil 24 stärker» Das Umgekehrte erfolgt, wenn sich die gemessene Qualität als zu gut erweistβ

Das Kühlwasser für den Kondensator 5 wird über ein Regelventil 26 durch eine Rohrleitung 27 zugeführto Im allgemeinen ist das Regelventil 26 möglichst weit geöffnet, wodurch der Druck in der Kolonne den niedrigsten Wert erreicht« Bei der in diesem Beispiel verwendeten Ausführungsart ist das Ventil soweit als möglich offen, wenn das eingehende Signal ein minimales ist·

Der Druck in der Kolonne wird vom Druckmesser (gaflge) 28 gemessen· Der Regler 29 vergleicht den gemessenen Druck mit dem, dem geringsten zulässigen Druck P_min entsprechenden, Sollwert» Solange der Druck höher als ?_m4_a ist, ist das Ausgangesignal vom Regler 29 ein minimales und das Ventil 26 bleibt maximal geöffnet· Wird der Druck niedriger als I*_min> dann schließt der Regler 29 das Ventil 26 so weit, daß der Druck wieder annähernd gleich P_mln wird.

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Der Eegler 30 vergleicht den gemessenen Druck mit dem, dem maximal zulässigen Druck P__o_ entsprechenden Sollwert.

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Solange der Druck niedriger als P___v ist, ist das Aus-

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gangssignal vom Regler 30 ein maximales. Dieses Ausgangssignal und das von dem Eegler 22 werden zur Abstimmeinrichtung 23 übertragen· .Diese Abstimmeinrichtung hat ein Ausgangssignal, das dem niedrigsten Wert der beiden Eingangssignale gleich ist· Ist der Druck niedriger als P___> dann ist das Ausgangssignal vom Regler 30 ein maximales, so daß das Ausgangssignal vom Regler 22 zum Ventil 24 übertragen wird, wodurch, wie bereits erwähnt, die Qualität der Auftrennung geregelt wird· Wird der Druck höher als P_MevJ

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.dann wird das Ausgangesignal vom Regler 30 immer schwächer, bis es durch die Abstimmeinrichtung 23 auf das Ventil 24 übertragen wird, wodurch dieses Ventil so weit geschlossen wird, daß der Druck annähernd gleich Pj_n^_1x wird«

Im allgemeinen empfiehlt es sich, einen kleinen Sicherheitsspielraum bei den Sollwerten der Regler 29 und 30 vorzusehen.

I figur II zeigt eine Art der HintanhaUung rascher Druckänderungen über das Regelventil 24 für die Zufuhr des Heizmediums sum Aufkooher 10· Der Regler 31 erhält ein Signal, entsprechend dem Druck in der Kolonne, von dem Druckmesser 28» Der eingestellte Sollwert für den Druck im Regler 311 der mit dem Istwert des Druckes aus 28 verglichen wird, stammt von dem Regler 22, welch letzterer den von 21 kommenden Istwert für die Qualität mit dem

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mit dem gewünschten Sollwert vergleicht.. Der Sollwert von 31 kann jedoch nicht höher als P_ma2: werden, da dies durch die Abstimmeinrichtung 32 verhindert wird* Im normalen Zustand, d«h·, wenn der Druck weder zu hoch ist, noch sich rasoh ändert, wird die Zufuhr des Heizmediums zu dem Aufkocher so geregelt, wie es durch die Qualitätsmeßvorriehtung 22 vorgeschrieben wird«

Bei raschen Druckschwankungen reagiert der Druckmesser 28 und auch der Regler 31 rascher als die Qualitätsmeßvorriohtung 21 und der Regler 22, der den Sollwert für den Regler 31 liefert· Infolgedessen kann das Ventil 24 rasch derart eingestellt werden, daß es die Druckschwankungen verhindert« Das Ventil 24 wird dann rasch bei einem plötzlichen Druckanstieg weiter geschlossen und bei einem plötzlichen Druckabfall rasch geöffnet« Anstelle des Druckmessers 28 kann eine Meßvorrichtung für die Druckänderungen verwendet werden« In Figur II hat die Abstimmeinriohtung 32 dieselbe Funktion wie der Regler 30 und die Abstimmeinrichtung 23 in Figur I»

Figur III zeigt eine Art der Verhinderung plötzlicher Druckänderungen über das Kontrollventil 26 für die Zufuhr von Kühlmedium zum Kondensator 5.

Der Druckmesser 28, der hier mit der Rohrleitung 3 verbunden ist, aber auch mit der Kolonne 1 verbunden sein kann,»sendet ein Signal zum Regler 34, für welchen der Sollwert von einem Regler 35 erhalten wird, der das Ausgangssignal vom Regler 34 mit

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einem Sollwert des Ausgangssignals vergleicht, bei dem das Kegelventil 26 fast vollständig offen ist» Der Regler 35 strebt den Unterschied zwischen den beiden Eingangssignalen auf ein Minimum zu bringen» d. ho, der Sollwert des Reglers 34 wird solange verändert» bis das Ventil 26 fast offen ist· Bei rasohen Druckschwankungen liefert der Regler 34 ein verschiedenes Ausgangssignal» wodurch das Ventil 26 weiter geöffnet oder stärker geschlossen wird, je nachdem, ob der Druck gestiegen oder gefallen ist₀ Sobald die Störung vorüber ist, öffnet sich das Ventil 26 wieder fast vollständig, entsprechend dem schon besprochenen Hechanismus· In der Leitung für das Ausgangssignal von dem Regler 35 ist eine Abstimmeinrichtung 36 angeordnet, die verhütet, daß der ,»Sollwert des Reglers 34 kleiner als P

min

Figur IV zeigt, wie plötzliche Druckschwankungen durch die Regelung des Kondensatniveaus im Kondensator 5 verhindert werden können· Ein Regelventil 38 ist in der Leitung für den kondensierten Dampf zwischen dem Kondensator 5 und dem Sammelgefäß 6 angeordnet» Dieses Regelventil wird durch den Regler 39 betätigt, der das Signal von dem Druckmesser 28 mit einem Signal von dem Niveaustandsmesser 40 und dem Regler 41 vergleicht· Der Sollwert des Reglers 41 entspricht einem fast minimalen Wert des Kondensatniveaus in dem Kondensator· Wenn nun der Druckmesser 28 einen plötzlichen Druckanstieg weiterleitet, wird das Ventil 38 stärker geöffnet, wodurch das Kondensatniveau in 5 sinkt· Die Kühlkapazität von 5 nimmt zu und hiedurch wird dem plötzli-

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chen Druckanstieg entgegenwirkt. Der Niveaustandsmesser 40 und der Regler 41 sorgen für die Wiederherstellung des Normalzustandes in dem Kondensator· Bei plötzliohem Druckabfall wird das Ventil 38 stärker geschlossene Die Regelung des Stromes des Kopfproduktes und des Rückflusses erfolgen hier mittels der Durchflußmesser 42 und 43 und der Regler 43 und 45. Der Strom des KopfProduktes, Regler 43» erhält die Sollwerte von dem Niveaustandsmesser des Sammelbehälters und von den Reglern für das Niveau im Sammelbehälter -14 und 13· Der Regler für den Rückfluß 45 erhält seinen Sollwert von der Qualitätsmeßvorrichtung für das Kopfprodukt und den Reglern für die Qualität des Kopfproduktes 18 und 19_O Der Durchflußmesser 42 und der Regler 43 haltten den Strom des Kopfproduktes auf einem konstanten Wert» Ändert sich jedoch das Flüssigkeitsniveau in dem Sammelbehälter 6, dann ändert sich der Sollwert der Regelvorrichtung 43» wodurch das Ventil 12 bei einem Niveauanstieg in 6 weiter geöffnet und bei einem Niveauabfall weiter geschlossen wird· Der Durchflußmesser 44 und der Regler 45 halten den Rückfluß konstant* Ändert sich jedoch die Qualität des KopfProduktes, dann ändert sich auch der Sollwert des Reglers 45, wodurch das Ventil 20 weiter geöffnet wird, wenn die Qualität des Kopfproduktes schlechter als vorgeschrieben ist und weiter geschlossen wird, wenn die Qualität besser als vorgeschrieben ist·

Figur V zeigt, wie plötzliche Druckänderungen verhindert werden können, indem man auf.^das Ventil 26 durch eine Meßvorrichtung für die Geschwindigkeit (rate) der Druckänderungen 46

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einwirkt· Die Meßvorriehtung 46 liefert ein Signal zum Regler 47» der dieses Signal mit einem Sollwert vergleichtι der der Stellung des Ventils 26 in fast völlig geöffnetem Zustand entspricht· Der Regler 47 trachtet, diese Stellung zu erhalten· Hur bei einer plötzlichen Veränderung des Eingangssignals von Meßvorriohtung 46 wird das Ventil 26 weiter geöffnet oder stärker geschlossenι je nachdem, ob der Druck zunimmt oder ab» nimmt· Sobald die Druckstörung vorüber ist, nimmt das Ventil 26 wieder seine fast völlig geöffnete Stellung ein« Das Signal vom Regler 29t das verhindern muß, daß der Druck in der Kolonne kleiner als P_min wird, ist der Sollwert des Reglers 47»

Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens werden hier weitere schematische Darstellungen gegeben, die alternative Ausführungsformen zu den bereits gezeigten darstellen. Jedoch werden dadurch die Möglichkeiten der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erschöpft»

Die Regelung des Flüssigkeitsniveaus im Sammelbehälter und der Qualität des Kopfproduktes kann nach Figur 6 erfolgen» Der Qualitätsmesser 18 und ein Regler 19 liefern den Sollwert für eine Regelvorrichtung 431 die dieses Signal mit der Anzeige des Durohflußmessers 42 vergleicht« Das Ventil 12 wird durch den Regler 43 so eingestellt, daß das Kopfprodukt den Qualitätsvoreohriften entspricht· Der Rückfluß wird durch den Regler 45 eingeregelt, welcher das Ventil 20 betätigt* Dieser Regler vergleicht die Anzeige des Durchflußmessers 44 mit einem Signal von c dem Regler für das Flüssig#keitsniveau und dem Niveaustandsmes-

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- 18 ser 14ο

Die Regelung des Sumpfniveaus und der Qualität, ζ. Β« des ^öumpfproduktes kann ebenfalls mit Hilfe von Durohflußmessern und Durchflußreglern erfolgen· In Figur VII ist 48 ein Durchflußmesser, der sein Signal an den Hegler 49 abgibt, der das Ventil 24 des Aufkochers 10 einstellt» Der Sollwert des Reglers 49 stammt von dem früher besprochenen Regler 31· Der Niveaustandsregler 16, getrennt durch den ITiveaustandsmesser 15, liefert den Sollwert für den Regler 51, der außerdem ein Signal von der Meßvorrichtung (rate meter) 50 erhält und das Ventil 17 in der Sumpfproduktleitung einstellt·

Wie in Figur VIII gezeigt, ist es auch möglich, daß für die Regelung am Kolonnenkopf ein Durchflußmesser 44 in der Rückflußleitung 7 ein Signal zum Regler 45 «endet, der das Rückflußventil 20 betätigt. Der Sollwert des Reglers 45 wird vom Qualitätsregler 19» zusammen mit der Qualitätsmeßvorrichtung 18 geliefert«

Zusätzlich sind mehrere Regelanlagen möglich, bei welchen als einer der beiden Qualitätsregler ein Verhältriisregler (ratio controller) verwendet wird»

Diesen wird man z.B. anwenden, wenn die Qualität der Auftrennung durch den Kochpunkt jener Komponente, welche gleich-

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mäßig über das Kopf- und Sumpfprodukt verteilt ist ((Fraktionssohnittpunkt (eeipoint)) und durch die !Trennschärfe (Trennindex) ausgedrückt wird· In diesem Falle kann eine Qualitätsmeßvorriohtung für die Regelung des Fraktions« sohnittpunktes und ein Verhältnisregler für den Trennindex verwendet werden.

In Figur IX ist 52 ein Verhältnisregler, welcher Signale von den Durchflußmessern 53 und 48, die in der Speiseleitung 2 und in der Leitung für das Heizmedium 25 angeordnet sind, erhält« Das Ausgangesignal von 52 ist der Sollwert des Reglers 31· Der Begier 52 sorgt dafür, daß der Strom des Heizmediums dem Strom des Zulaufe angepaßt ist« Der Durchflussmesser 48 kann auch in der Rückflußleitung angebracht sein· Der Regler 52 regelt dann über 31 den «Strom des Heizmediums zum Aufkocher 10 derart, daß der Regler 19 in Figur I, Figur III, Figur V oder Figur VI den Rückfluß solange verändert, bis das Verhältnis zwisohen Zulaufstrom und Rückfluß den gewünschten Wert erreicht. Diese Möglichkeit ist in Figur 10 erläutert. Zusätzlich kann man den Durchflußmesser 50 in der Leitung für das Sumpfprodukt, zusammen mit dem Durchflußaeeser 48 in der Leitung für das Heizmedium 25 zum Aufkooher 10 und den Verhältnisregler 52 verwenden, wie aus Figur II hervorgeht·

Figur XII zeigt noch eine andere erfindungsgemäße Art

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der Verhältnisregelunge Der Niveaustandsregler 13» der durch den Niveaustandsmesser 14 betätigt wird, liefert die Sollwerte der Regler 43 und 45, die das Ventil 12 in der Leitung für das Kopfprodukt 8 bzw» das Ventil 20 in der ^ückflußleitung 7 betätigen. Die Meßvorrichtungen 42 und 44 sind Durehflußmesser· Durch die Regelung nach diesem System wird das Verhältnis zwischen dem Strom des Kopfproduktes und des Rückflusses und natürlicherweise auch das Niveau im Sammelbehälter 6 konstant gehalten. Die beiden Meßvorriehtungen 42 und 44 können ihr Signal auch einem Verhältnisregler 52 zuleiten, der dann das Rückflußventil 20 steuert, wie in Figur 13 gezeigte ·

Eine Verfeinerung des Regelsystems mit Verhältnisregler wird erzielt, indem man den Sollwert des Verhältnisreglers über ein Rechenelement liefert, das es ermöglicht, die Abhängigkeit des gewünschten Verhältnisses von dem Druck in der Kolonne in Rechnung zu stellen. So kann z_o B· bei niedrigem Druck der Rückflußstrom oder das Ausmaß der Wiederverdampfung auf einen verhältnismäßigen kleineren Wert eingestellt werden·

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, ein Filter zu verwenden, wie in Figur 14 gezeigt, z_e Be bei einem Regelsystem nach Figur 2, wo man sich den Unterschied der Signalgeschwindigkeit von dem Druckmesser 28 und der Qualitätsmeßvorrichtung 21 zunutze macht, wodurch rasche Druckänderungen über das Regelventil 24 hintangehalten werden. Das Filter 55 ist zwischen dem Druckmesser 28 und dem Regler 31 angeordnet, während zusätzlich zwischen 28 und 31 eine direkte Verbindung besteht. Das Filter

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55 läßt Signale, die von raschen Druckänderungen stammen, nicht hinduroh· Diese Signale gehen über die direkte VeibLndung zum Regler 31, der dann auf dem bereits dargestellten Wege das Ventil 24 einstellte Von geringen Druckänderungen herrührende Signale werden von Filter 55 durchgelassen· Selbstverständlich erfolgen diese Signale auch auf dem direkten Weg von dem Druckmesser 28 zum Regler 31 β Jedoch werden die beiden Signale zu der Regeleinrichtung von 31 auf sol· ohe Weise geleitet, daß sie einander aufheben» Infolgedessen haben langsame Druckänderungen keinen Einfluß mehr auf die Stellung des Regelventils 24» Das Ausgangssignal von 31 wird dann vollkommen durch den Sollwert von 31 gesteuert und die- - ses Signal wird z. B₀ von einem Qualitätsregler oder einem Verhältnisregler, wie oben besprochen, gelieferte

Ein Filter dieser Art kann auch in der Regeleinrichtung am Kolonnenkopf angewendet werden, alternativ zu den in Figur 3 oder 5 gezeigten Systemen.28 in Figur 15 ist ein Druckmesser, dessen Signal dem Regler 34 und dem Filter 56 zugeleitet wird· Ein von einer raschen Druckänderung herrührendes Signal wird von dem Filter 56 nicht durchgelassen, sondern erreicht ungehindert den Regler 34 und kann bei raschem Druckabfall das Ventil 26 schließen oder bei raschem Druckanstieg dieses weiter öffnen. Ein Signal von einer langsamen Druckänderung erreicht den Regler 34 sowohl über das Filter 56, als auch direkt und zwar gleichzeitig· Diese Signale erreichen den Regler 34 derart, daß sie einander aufheben, so daß keine Änderung der Stellung des Ventils 26 erfolgt·

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In Figur 14 kann die Abstimmeinrichtung 32 in die leitung von 55 zu 31 eingebaut sein« In Figur 15 kann die Abstimmeinrichtung 36 in die Leitung von 56 zu 34 eingebaut seino

Die oben erwähnten Qualitätsmeßvorrichtungen können direkte Qualitätsmeßvorriohtungen sein, ZoBo Vorrichtugen zur ohromatographischen Analyse, Vorrichtungen zuifMessung der infraroten oder ultravioletten Absorption, Viskosimeter, Refraktometer oder Flammpunktpriifer» Man kann für diesen Zweck auch für Druckänderungen kompensierte Temperaturmeßvorrichtungen verwenden oder Meßvorrichtungen für Temperaturunterschiede zwischen zwei Böden, Meßvorrichtungen für Dampfdruckunterschiede zwischen dem erhaltenen und dem gewünschten Produkt, ferner, unter gewissen Bedingungen, Regler für das Verhältnis zweier Ströme, Bs ist nicht notwendig, die Qualitätsmeßvorrichtung direkt mit dem Kopfprodukt oder dem Sumpfprodukt zu verbinden« Manchmal kann es, z„B· im Hinblick auf die Genauigkeit der Qualitätsmessung, erwünscht sein, die« se Meßvorrichtung mit dem Gemisch auf einem Kolonnenboden zu verbinden» Die Anordnung der Ventile 24 und 26 kann von der in den Zeichnungen stets gezeigten verschieden sein· So kann das Ventil 24 ζ. B* auch in der Ableitung für das Heizmedium angeordnet sein· Falls dieses Heizmedium Dampf ist, kann 24 in dem Kondensatablauf angeordnet seine Das Ventil 26 kann in dem Ablauf für das Kühlmedium angeordnet sein· Dieses Ventil kann auch in der Leitung 3 oder, wie schon angegeben, in der Leitung für kondensierten Dampf zwischen dem Kon-

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densator 5 und dem Sammelbehälter 6 angeordnet sein· In al« len fällen reguliert das Ventil 26 den Wärmeübergang vom Dampfs tr om zum Kühlmedium.

Die erwähnten Regeleinrichtungen (control systems) können pneumatische, hydraulische, elektrische, elektronische oder mechanische Systeme sein oder aber ein Gemisch dieser verschiedenen Systeme darstellen·

Beispielt

PUr einen Durchsatz von etwa 2000 t/Tag eines Kohlenwasserstoff gemisches mit einem Gehalt an Isopentan wurde eine Destillationskolonne für die Abtrennung von Isopentan als Kopfprodukt gebaut· Die Vorschriften waren folgende: 97 #ige Reinheit des Kopfproduktes und Entfernung von bis zu 95 $> der ureprünglioh anwesenden Menge Isopentan. Diese Vorschriften konnten mittels einer bekannten Regeleinrichtung erfüllt werden, wobei die erforderliche Wärme, ausgedrückt in willkürlichen Einheiten, 1,35 betrug.

Wurde andererseits eine Regeleinrichtung nach der Erfindung verwendet, wie im vorliegenden falle eine Anordnung nach Figuren 7 und 8, dann betrug die erforderliche Wärmemenge, ausgedrüokt in denselben willkürlichen Einheiten, 1,15· Das bedeutet also eine Ersparnis von fast 15 96 der varialen Betriebskosten· In Geld ausgedrückt, kann dies annähernd 200.000 hfl· im Jahr ausmachen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1β Verfahren zur Regelung einer kontinuierlichen Destillation eines variablen Stromes eines zulaufenden Gemisches bei Überdruck in einer Destillationskolonne, in weloher Rückfluß im Kopfteil und Wiederverdampfung im Sumpf angewendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rückflußmenge, das Ausmaß der Wiederverdampfung, den Kopfproduktstrom und den Sumpfproduktstrom in an sich bekannter Weise derart regelt, daß das Flüssigkeitsniveau in dem Sammelbehälter und dae Flüssigkeitsniveau im Sumpf in vorher bestimmten Grenzen schwanken und die Qualität der erreichten Trennung nicht oder möglichst wenig von den Anforderungen an diese abweicht und daß man das die Zufuhr des Kühlmediums zum Kondensator regulierende "Ventil möglichst weit öffnet und zwar zumindest soweit, als es der minimal zulässige, für die Kolonne festgelegte Wert des Drukkes in der Kolonne zuläßt, wobei der Kolonnendruck frei zwischen den für die Kolonne festgesetzten zulässigen Mindest- und Höchstwerten schwanken kann· -

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich· net, daß man für das Vorwärmen der Zuleitung ausschließlich und vollkommen ein oder mehrere Eeizquellen verwendet, deren Heizwirkung im Vergleich mit der Heizwirkung der für die Wiederverdampfung verwendeten Heizquellen verhältnismäßig billig ist. .

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3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der Kolonne herrschenden Druck mißt und ein entsprechendes Signal einem Regler zuleitet, der das Ventil so betätigt, daß die Kühlung vermindert wird, wenn der gemessene Druck unter den zulässigen minimalen Wert absinkt.

4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß man den in der Kolonne herr-Bohenden Druck mißt und ein entsprechendes Signal zu einem Eegler leitet, der das Ausmaß der Wiederverdampfung vermindert, wenn der gemessene Druck über den maximal zulässigen Wert ansteigt·

5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e kennzeichnet , daß man die Kühlung des Kondensators und/oder die Wiederverdampfung in Abhängigkeit von Änderungen des Druckes in der Kolonne derart regelt, daß plötzliche Druokänderungen hintangehalten werden, ohne daß der Druck selbst auf einen konstanten Wert eingeregelt wird·

6· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η - seiohnet, daß man einen Regler verwendet, dem man den gemessenen Istwert des Druckes in der Kolonne zuleitet und dessen Sollwert von der Qualität der Trennung abhängt, wobei der Regler das Ausmaß der Wiederverdampfung regelt·

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7* Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man einen Regler verwendet, dessen Ausgangssignal das Regelventil für die Kühlung des Kondensators einstellt, wobei diesem Regler der gemessene Ist«* wert des Druckes in der Kolonne zugeleitet wird und daß man den Sollwert dieses Reglers von der Differenz zwischen dem Ausgangssignal aus dem Regler und einem fixierten Signal abhängig macht, dessen Wert dem jenigen Wert dieses Ausgangssignals entspricht, bei welchem das Regelventil fast vollkommen geöffnet ist*

8ο Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man einen Regler verwendet, dessen Ausgangssignal das Regelventil für die Kühlung des Kondensators, das in der Leitung für kondensierten Dampf zwischen Kondensator und Sammelgefäß angeordnet ist, einstellt, wobei man diesem Regler den gemessenen Istwert des Druckes in der Kolonne zuleitet und der Sollwert dieses Reglers von dem Sollwert des Kondensatniveaus in dem Kondensator über einen Niveaustandsmesser und einen Regler abhängt, und wobei der Sollwert des Niveaustand«messers fast einem minimalen Wert des Kondensatniveaus im Kondensator entspricht·

9» Verfahren .nach Anspruoh 5» daduroh g β k β η η «· zeichnet, daß man einen Regler verwendet} welchem · man ein, den verhältnismäßig raschen Druokänderungen in der Kolonne entsprechendes, Signal und ein von der Qualität dtr Auftrennung abhängiges Signa.1 zuleitet, wobei des-

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sen Ausgangesignal auf das Ausmaß der Wiederverdampfung einwirkt.

10· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeich net, daß man einen Regler verwendet, dessen Ausgangssignal das Regelventil für die Kondensatorkühlung einstellt, wobei man diesem Begier ein, den verhältnismäßig raschen Druckänderungen in der Kolonne entsprechendes, Signal und ein fixiertes Signal zuleitet, dessen Wert demjenigen Wert des Ausgangssignals, bei welchem das Eegelventil fast völlig offen ist, entspricht·

11» "Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit der Leitung ftir das Kopfprodukt verbundene Qualitätsmeßvorrichtung, die mit dem Eingang eines Reglers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eegelventil in der Rückflußleitung verbunden ist, ferner durch einen mit dem Sammelbehälter für das Kopfprodukt verbundenen Niveauetandsmesser, der mit dem Eingang eines Reglers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eegelventil in der Leitung für das Kopfprodukt verbunden ist, ferner durch einen Niveaustandsmesser verbunden mit dem Kolonnensumpf, der mit dem Eingang eines Reglers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Regler in der Leitung für das Sumpfprodukt verbunden ist, ferner durch eine mit der Sumpfproduktkammer verbundene Qualitätsmeßvorrichtung, die mit dem Eingang eines Reglers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Abstimmeinrichtung verbunden ist, deren Ausgang mit einem Regelventil in der Leitung für das Heizmedium zum Aufkocher verbunden ist, während ein anderer Eingang der

ORIGINAL INSPECTED

Abstimmeinriehtung mit dem Ausgang eines Maximalwertreglers verbunden ist, dessen Eingang mit einem, mit der Kolonne verbundenen, Druckmesser verbunden ist, wobei der Druckmesser gleichfalls mit dem Eingang eines Minimalwertreglers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Regelventil in der Leitung für das Kühlmedium zum Kondensator verbunden ist.

12« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Aß-» spruch 6, gekennzeichnet durch einen mit der Ko*· lonne verbundenen Druckmesser, der mit dem Eingang eines Regler» verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Regelventil in der Leitung für das Heizmedium sum Auf kocher verbunden ist, wobei der Eisgang für den Sollwert dieses Reglers mit dem Ausgang ©iner Aöetimmeinriehtusg verbunden ist, deren einer Eingang mit dem Ausgang eines Seglers Verbundes ist, dessen Eingang lalt einer., mit der Surapfproäuktfeaam·? verbundenen? Qualitttteaeßvorriehtung verbunden ist*

13« Terrioltiing aur Durehführasg &®m !®Tt*k?9nm aech Anspruch 7ig9tiisi§loäne. t dureh «iaeu mit -der Kolenn«

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sad original

14· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8_f gekennzeichnet durch einen, mit der Kolonne verbundenen, Druckmesser, der mit dem Eingang eines Seglers verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Regelventil in der leitung für den kondensierten Dampf zwischen dem Kondensator und dem Sammelbehälter verbunden ist, wobei der Eingang des Reglers für den Sollwert mit dem Ausgang eines Reglers verbunden ist, dessen Eingang mit einem, mit dem Kondensator verbünde» nen, Niveaustandsmesser verbunden ist.

15· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine mit der Kolonne verbundene Meßvorrichtung für die Geschwindigkeit der Druckänderungen, die mit dem Eingang eines Reglere verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Regel« ventil in der Leitung für das Heizaedium zum Aufkocher verbunden ist, wobei der Eingang für den Sollwert dieses Reglers mit dem Auegang eines Reglers verbunden ist, des» sen Eingang mit einer, mit der Sumpfproduktkammer verbundenen, Qualitätsaeßvorriohtung verbunden ist·

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruoh 10, gekennzeichnet durch eine mit der Kolonne verbundene Meßvorrichtung für die -Geschwindigkeit der Druokändtruflgen, dl· Alt des Eingang «ines Reglers verbunden 1st, dessen Ausgang Bit einen Regelventil in der Zu

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leitung des Kühlmediums zum Kondensator in Verbindung «teilt,, wobei der Eingang für den Sollwert dieses Reglers mit dem Ausgang eines Itindestwertreglers verbunden ist» dessen Eingang mit einem mit der Kolonne verbundenen Druckmesser verbunden ist·

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