-
Verfahren sur Rektifikation, fraktionierten Destillation, Absorption
und dgl. sowie Apparatur zur DurchfUhrung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Rektifikation, fraktionierten Destillation, Absorption
und dgl. sowie auf eine fUr die Durchführung des Verfahrens geeignete Apparatur.
-
Bekanntlich basieren die herkömmlichen Verfahren zur Durchführung
der vorerwEhnten Maßnahmen auf dem Konzept, einen Materialaustausch zwischen zwei
strUmenden Medien herbeizufUhren, nämlich einer flUssigen und einer dampfförmigen
Phase, welche im Gegenstrom eine Fraktionier-oder Absorptionskolonne durchlaufen.
Die hierfür verwendeten Apparaturen können nach der üblichen Terminologie in die
Klassen der Differentialapparaturen, sowie der stufenwelse arbeitenden Apparaturen
unterteilt
werden, wobei in beiden Klassen kontinuierlich oder diskontinuierlich gearbeitet
werden kann.
-
Bel Differentialapparaturen ändern sich die Bedingungen in der Kolonne
(Konzentrationen, PartialdrUcke usw.) kontinuierlich längs der Kolonne. Diese Apparaturen
werden insbesondere für Vakuumverfahren verwendet. Dagegen variieren bei den stufenweise
arbeitenden Apparaturen diese Bedingungen abeatzweise, wobei jeder Absatz einer
Stufe entpricht.
-
Diese letzterwähnten Apparaturen werden aufgrund ihrer besseren Gesamtausbeute
und ihrer Betriebssicherheit, trotz ihrer höheren Gestehungskosten, insbesondere
in großtechnischen Anlagen häufiger als die erstgenannten Apparaturen verwendet.
-
Mit der Erfindung soll ein Verfahren zur Rektifikation, fraktionierten
Destillation, Absorption und dgl. geschaffen werden, das gegenüber den bekannten
Verfahren eine erhöhte FlieBgeschwindigkeit durch die Kolonne und relativ hohe DurchsCtze
ermöglicht und das als besondere Vorteile (a) eine erhöhte Gesamt-und Teilleistung,
(b) eine bedeutend erleichterte Verfahrensführung und-steuerung und (c) geringe
Abmessungen der Apparatur aufweist.
-
Dieses Ziel wird erfindungagemäß, ausgehend von einem Verfahren,
bei dem der Materialaustausch zwischen zwei sich in der Gesamtheit im Gegenstrom
entlang eines durch eine Viel zahl von Stufen gebildeten Weges i wegenden 6tromenden
Medienx
durchgeführt wird, dadurch erreicht, daß innerhalb jeder
dieser Stufen die strömenden Medien im Gleichstrom zueinander geführt werden.
-
D erfindungsgemäße Verfahren wird vorsugsweise in einer Kolonne durchgeführt,
die in eine Vielzahl von Absehnitten, von tenon jeter eine Stufe darstllt, unterteilt
ist. Im Bereich eines jeden dieser Abschnitte sind dabei zweckmäßig Organe vorgesehen,
welche die eventuell von der Dampfphase mitgerissenen Teilchen der flüssigen Phase
abzutrennen in der Lago sind.
-
Weitere 8inselheiten und Verteile der Erfindung werden nachfolgend
in eine* beworzugtn, jedech nioht ausschließlichen Ausführungsbeispiel anhand der
Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei stellen dars Fig. 1 ein Flleßcheua sur Erlkuterung des Grundgedankens
der Erfinung, Fig. 2 und 3 aohematiach eine Auaführungsform einer, Kolonne für die
Druchführung des erfindungsgemäßen Verfahren in swei us 90° zueinander verdrehten
Seitenansichten, Fig. 4 schematisch einen talennenabschnitt in einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 5 und 6 Diagramme, die die Abhänigkeit der Leistung bzw. des Druckverlaustes
von der
Steiggeschwindigkeit der Dampfphase (bei kdrniger Quarzeand-PUllung)
zeigen und Fig. 7 das theroretische und Versuchsmäßige Diagramm der Leistung nach
Murphry in Abhängigkeit vom Druckverlust bei verschiedenen Geschwindigkeiten der
Dampfphase (da von den Teildiagrammen der Fig. 5 und 6 übertragen wurde und ebenfalls
fUr Quarzsand gilt).
-
Aus dem Filießschema gemmas Fig. 1 ergibt sich, daß in der Gesamt-Anlage
1 die Dampfphase Y in Gegenstrom zur flüssien Phase L nach oben steigt, während
im Bereich der Stufen 2, wie weiter unten nihar orllutert wird, sich die beiden
Phasen is Gleichstrom uenander bewegen.
-
FEr die praktische Durchführung eines dem Esche gemäß Fig. 1 folgenden
Verfahrens, z. B. einer Rektifikation, kann die in den Fig. 2 und 3 schematisch
dargestellte Kolonne dienen. Diese tolonne ist unter die Stufenanlagen einzureihen
und kann sowohl kontinuierlich als auch dieskontinierlich betrieben werden. Sie
besteht ausfünfAbschnitten(Stufen)5,6 7, 8 und 9 und ist im Bodenbereich mit einer
Blse 15 und an Xopf mit einem Kondensator 16 Verhunden. Die Abschnitte 5 bis 9 von
denen jeder eine körnige Füllung 10, 11, 12 13 bzw. 14
enthält,
sind untereinander durch zwischengeschaltete Zyklone 17, 18, 19 und 20 verbunden.
Weitere Zyklone 21 und 22 sind zwischen der Kolonne und der Blase bzw. dem Kondensator
eingeschaltet.
-
Die Wege der Dampfphase und der flüssigen Phase verlaufen entsprechend
dem Fließschema wie folgt : Der in die Kolonne eingespeiste Dampf gelangt aus der
Blase 15 nach Durchströmen des Zyklons 21 über das Rohr 121 in den Abschnitt 9,
und zwar oberhalb der körnigen FUllung 14.
-
Dort mischt er sich mit der überdas Rohr 23 vom Zyklon 19 und über
das Rohr 24 vom Boden des Abschnittes 8 abgezogenen Flüssigkeit. Die Rohre 23 und
24 vereinigen sich bei 123 und sind über das Rohr 124 oberhalb der Füllung 14 in
den Abschnitt 9 eingeführt. Die in die Kolonne eingespeiste Flüssigkeit tritt vom
Kopfkondensator 16 aus zugleich mit dem vom Zyklon 17 kommenden Dampf über das Rohr
117 oberhalb der Füllung 10 in den oberen Abschnitt 5 ein. Nach dem Austritt aus
der körnigen Fd1-lung 10 strdmt der Dampf über das Rohr 122 zum Zyklon 22 (wo die
mitgerissene Flüssigkeit abgetrennt wird) und dann weiter über nicht dargestellte
Leitungen zum Kondensator 16 Die über das Rohr 222 aus dem Zyklon 22 abgezogene
Flüssigkeit vereinigt sich mit der dber das Rohr 323 vom Boden des Abschnittes 5
abgezogenen Flüssigkeit und wird oberhalb der körnigen Ptillung 11 in den Abschnitt
6 eingeleitet. Gleichartige Wege beschreiben
die flüssige und die
dampfförmige Phase in den übrigen Abschnitten.
-
Die Wirkungsweise der entsprechend dem Fliesschema von Fig. 1 ausgeführten
Kolonnen wurde in vielen Versuchen fUr den Vorgang einer Rektifikation, einer Absorption
von Gasen in einem Lösungsmittel und einer fraktionierten Deßtillation überprüft.
-
So wurden z. B. Versuche mit einem kdrnigen Bett, bestehend aus genau
auf eine Größe von 14 bis 16 mesh gesiebtem Quarzsand vorgenommen. Die Ergebnisse
sind in Kurve I der Diagramme der Fig. 6 und 7, in denen die Leistung q bzw. der
Druckverlust zip p als Funktion der Steiggeschwindigkeit der Dampfphase in der Kolonne
wiedergegeben sind, dargestellt. Dabei zeigt Kurve I, daß die Ergebnisse unbefriedigend
sind und noch nicht dem theoretisch erwarteten Arbeitsverlauf entsprechen. Als Ursache
hierfür sind die mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen zu betrachten.
-
Dieselben Versuche wurden sodann unter Zwischenschaltung von Labyrinthfallen
zwischen die einzelnen Abschnitte durchgefUhrt.
-
Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Kurve II der Diagramme angegeben,
sie zeigen, daB in diesem Falle der Leistungsverbesserung eine geringe Zunahme des
Druckabfalles entspricht.
-
Schließlich wurden durch den Ersatz der Labyrinthfallen durch normale
Zyklone bei Erzielung einer der Theorie gleichkommenden optimalen Leistung die Druckverluste
auf Werte reduziert, die
fast gleich denen des Sandes ohne Zwischenschaltung
von Separatoren waren. Da jedoch die Druckverluste bei kdrniges Sand naturgemäß
immer verhältnismäßig hoch sind, wurden gleichartige Verscuche mit FUllungen aus
glässernen RASCHIG-Ringen (5x5) durchgeführt. Das dabei erzielte Ergebnis war ausgezeichnet
und die Druckverluste konnten auf Minimalwerte e herabgesetzt werden.
-
Die Erfindung kann in vierler Hinsicht variiert und abgekndert werden,
wie auah alle Binselteile durch andere äquivalente Teile ersetzt werden können.
So weist z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 4 die zur Durchführung des Verfahrens dienende
Kolonne eine Vielzahl von Abschnitten auf, von denen jeder aus einer zylindrischenHülle27beateht,innerhalbderdieFüllung'
R auf ein Auflagesieb 130 aufgelagert ist. Die Hülle 27 int auBen von eines koaxialen
mante 28 umgeben, der mit des folgenden oberen Abschnitt überdie Leitung 29 verbunden
iat.
-
Der Innenraum der Hülle 27 steht mit dem folgenden unteren Abschnitt
über die Leitung 30 in Verbindung. Durch diese Lei-< tung 30 tritt die vom unteren
Abschnitt konuands Dampfphase in die zylindrisohi Hülle 27 ein, wobei sis sich in
der Fliplung R in Gleichstrom mit der vom oberen Abschnitt {ber die Leitungen 131
und 132 kommenden flüssigen Phase mischt. Unterhalb der Füllung R tritt die Dampfphase
durch Öffnungen 133 hindurch in den Mantel 28 ein, wo sie von mitgerissenen Flüssigkeitstropfen
befreit und dann weiter tuber die Leitung 29
sun oberen Abachnitt
befdrdert wird. Die abgeschiedene und sich hlich auf dem Boden sammelnde FlUsigkeit
wird Aber das Rohr 131' in den unteren Abschnitt geführt. Demerkt sie im übrigon
noch, daß die aufeinanderfolgenden Abschnitte zweckmäßig untereinander in einem
Winkel von 90° um die eigene Achse verdreht angeordnet sind.
-
In einer gemäß Fig. 4 ausgeführten Kolonne, bei der die in Fig. 2
und 3 vorher verwendeten Zyklone durch den AuBenzantel ersetzt sind, wurden Versuche
gleich den vorher beschriebenen durchgeführt mit dem Ergebnis, daB die Ioistung
ale Funktion des Druckverlustes sehr ähnlich der mit den Zyklonen erzielten Wirkung
war. Das Konstruktionssohema ist jedoch in diesem Faille sehr vereinfacht und leichter
su verwirklichen.
-
Der abschließende und charakteristische Versuch ist in der Darstellung
der Fig. 5 durch folgende Werte difiniert: Aufstiegsgeschwindigkeit der Dämpfe .............
1,5 m/seo Wirksamkeit nach Murphry ................. 98 % Druckverlust nach jeden
Teller ..................... 22 mm Ws.
-
#Ei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Sangewendeten
Materialien und Abmessungen je nach don Erfordernissen Beiliebeig gewählt werden,
ohne den Rahmen der Erfindung su überschreiten.