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Kaskaden-Kolonne.
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In der Patentanmeldung W 38 330 IVc/l2 a ist eine Kolonnenkonstruktion
beschrieben, die im Wesentlichen eine Rieselkolonne mit ringförmiger Anordnung der
Austauschräume, sowie gegen- und gleichläufiger Ströme der Dämpfe und Flüssigkeiten
darstellt. Zwar können hierbei an den unteren Umkehrstellen auch Flüssigkeitsböden
ausgebildet werden, wenn man es zulässt, dass diese sich mit Blüssigkeit füllen.
so dass nach zwei Austauschmethoden. der einer Filmberührung sowohl, als auch det
einer Durchtrittsberahrung,
naft miteinander kombiniert werden , gearbeitet werden kann. dennoch ist aber die
dort beschriebene Verfahrensweise und Konstruktion in erster Linie auf einen Materialaustausch
durch Filsberahrung abgestellt.
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Für viele Trennungsfälle ist es jedoch zweckmässig in überwiegende
Ausmass den Austausch vorzugsweise mit-tels Durchtrittsberührung her beizuführen,
insbesondere dann, wenn man Rektifikationen mit hohen Flüssigkeitsrückläufen betreiben
muss. Unter Beibehaltung, jedoch Modifizierung des gleichen, in der Patentanmeldung
W 38 33o IVc/12 a dargestellten und erfindungsgemässen Arbeits-und Konstruktionsprinzips
lässt sich aber auf einfache Weise eine in der Hauptsache auf Durchtrittsberührung
begründete Trennung von verdampfbaren Stoffgemischen erreichen, wenn man sinngemäss
den Anteil der Slüssigkeitsböden zu Ungunsten des Anteils der Rieselwände erhöht
und die Böden beispielsweise in Form von ringförmig oder auch quadratisch verlaufenden
Kaskaden derart anordnet, dass ein ständiger Gegenstrom-Rücklauf der Kondensate
gegenüber den Dämpfen von Roden zu Boden erfolgen kann. Hierbei ist wesentlich,
dass die Kondensate als Ganzes im Gegenstrom zu den Dämpfegemischen bewegt werden,
diese selbst aber auf jedem Boden eine Querströmung vollführen. Die Anordnung der
Bodenräume kann dabei, um eine Kolonnenform zu wahren entweder in Form von konzentrischen
Ringen, oder aber auch in quadratischer oder rechteckiger Zuordnung oder auch übereinandergestellt
kastenförmig erfolgen. Es muss jedoch eine kaskadenförmige Gesamtanordnung eingehalten
werden.
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Um den hierbei erzielten Vorteil einer niedrigen Bauhöhe und einer
kompakten, wärme sparenden Bau- und Anordnungsweise einzuhalten und zu demonstrieren,
sind in den Figuren 1 bis 4 verschiedene mögliche Konstruktionen schematisch angegeben,
die wie folgt beschrieben werden.
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Figur I stellt die in der Bauhöhe günstigste Anordnung für den Fall
dar, dass die Dämpfe dem innersten Rohr (A-1) der Ringkolonne zugeführt werden und
bei Durchtritt durch die Bodenflüssigkeiten von innen nach aussen fortschreiten
(1 bis 4), wobei sie erfindungsgemäss innerhalb der dampferfüllten Ringräume abwechselnd
auf- und absteigen. Sobald die Dämpfe innerhalb einer Ringkaskadengruppe an der
an der Kolonnenwand (B-1) liegenden Ringkaskade angelangt sind, werden sie innerhalb
eines Hohlraumes (C-1) nach dem zentralen Teil der Kolonne (A-2) zurückgeführt,
von wo sie erneut radial von innen nach aussen die nächste Ringkaskadengruppe von
(A-2) nach (B-2) durchstreichen und so fort.
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Andererseits wird die Rücklaufflüssigkeit am obersten Boden der Kolonne
bzw.
auf einem beliebigen Boden zugesetzt und bewegt sich in freiem Abfluss von oben
nach unten von Boden zu Boden mittels sinngemäss auf den Böden verteilten Überläufen
im Gegenstrom zu den Dämpfen, im Ganzen von oben nach unten, jedoch innerhalb einer
Kaskadengruppe von aussen nach innen und von einer Kaskadengruppe zur andern jeweils
von innen nach aussen, allerdings in diesen Bezirken als reiner Ablauf ohne Daspfeberúhrung.
Es ist möglich, Flüssigkeit an irgendeiner Kaskadengruppe nach Wahl zuzuführen,
wobei der zweckmässigste Ort der Zuführung jeweils aussen bei B-1, B-2, B-3 usf..
sein wird. Aber auch eine Zuführung an den Stellen A-2, A-3 usf. ist leicht möglich.
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Aus der Figur I geht hervor, dass eine grosse Zahl von Böden innerhalb
einer verhältnisomässiges niederen Bauhöhe unterzubringen ist. Die Höhe des Ringraumes
braucht lediglich der üblichen Höhe eines Bodens einer üblichen Bodenkolonne zu
entsprechen, die notwendig ist, um Plüssigkeit und Dämpfe sicher voneinander zu
trennen und Übertrag von Tröpfchen oder Sckaumlamellen zu verhindern.
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Die Steighöhe einer jeden Kaskadengruppe, als dem weiteren Kriterium
einer minimalen Höhe pro Boden, ergibt sich dann maximal als dem Verhältnis der
Sumpfhöhe eines Bodens zu dessen Breite und minimal etwa zur halben Sumpfhöhe, bezogen
auf die Bodenbreite.
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Der gesamte Höhenbedarf einer Kaskadengruppe (A-l/B-l) ergibt sich
dann aus der Kaskadenzahl pro Gruppe, multipliziert mit der halben Flüssigkeitshöhe
pro Boden plus der Summe aus einer halben Flüssigkeitshöhe und einer Bodenhöhe ohne
d ; f Flüssigkeitshöhe.
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Die Ringräume C-l, a-2 usf. können besonders niedrig gehalten werden.
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In der Figur II ist die Anordnung der Kaskaden in der Weise getrof.
fen worden, dass die Dämpfe als Ganzes sich von aussen nach innen bewegen, während
die Bodenflüssigkeiten den umgekehrten Weg gehen.
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Wiederum sind die Kaskadengruppen unmittelbar übereinander angeordnet,.
um die geringstmögliche Bauhöhe einzuhalten. Dabei muss der Flüssigkeitsablauf von
einer Kaskadengruppe zur nächsttieferen von aussen nach innen mit schwachem Gefälle
geführt werden. Die in Figur II gezeigte Anordnung kommt vorzugsweise für solche
Fälle in Betracht, bei denen es z.B. nicht auf eine Zwischenentnahme von Bodenflüssigkeiten
ankommt.
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In der Figur III ist eine allgemein anwendbare Anordnung Qargestellt,
bei welcher auf geringste Bauhöhe kein besonderer Werft gelegt wird. Es entstehen
tote Räume, die entlüftet sind und zu Reparaturzwecken, zur Unterbringung von Leitungen,
Uberläufen, Zusatzheizeinrichtungen, , Kontrollen usw, ausgenutzt werden können.
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Auch hier ist allgemein, infolge der Kaskadenanordnung, eine grosse
Zahl von Böden auf relativ geringer Höhe unterzubringen.
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Im linken Teil der figur 1 ist schematisch ein Bodenüberlauf eingezeichnet.
Diese Uberläufe können konstruktiv die verschiedensten Bauformen und Anordnungen
haben, die dem Stnad der Technik entsprechen. Sie sind selbst im Einzelnen nicht
Gegenstand dieser Erfindung. So können sie mehr oder weniger zahlteich über den
Umfang der einzelnen Ringböden, jedoch möglichst regelmässig, verteilt sein. Eine
zweckmässige Anordnung ist z. B. die Ausrüstung von 3, 4 oder 6 Überlaufstellen
pro Ringboden, bzw. 4 Uberlaufstellen pro Boden bei quadratischer Anordnung usf.
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Die in die Bodenflüssigkeiten eintauchenden Führungs- und Umkehrbleche
können am unteren Rand glatt oder auch gezahnt oder durchlocht oder sonstwie gestaltet
sein, um eine möglichst gleichmässigi Verteilung der durch die Plüssigkeit hindurchtretenden
Dämpfe über den gesamten Umfang zu erzielen.
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Um weiterhin eine möglichst gleichmässige Strömungsgeschwindigkeit
sowohl der Dämpfe als auch des Kondensats von Kaskade zu Kaskade zu erreichen und
einzuhalten, können die Abstände zwischen den
konzentrischen Ringräumen
nach aussen hin geringer, nach innen hin weiter werden. Dadurch wird eine gleichmässige
Verweilzeit des Kondensats, die mitunter wünschenswert und vorteilhaft ist, erreicht.
Um weiterhin eine möglichst intensive Berührung zwischen Kondensat und Dämpfen aufrecht-zu
erhalten, kann der jeweilige Ringraum auf der Dämpfeeintrittsseite gegenüber dem
Ringraum auf der Dämpfeaustrittsseite durch entsprechend engere Anordnung des Umkehrbleches
verkleinert werden.
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Für viele Zwecke kann es aber gerade besonders günstig sein, die Volumina
der Flüssigkeiten in den Ringkaskaden nicht gleichgross zu halten, sondern sie durch
Beibehaltung des gleichen Abstandes von innen nach aussen bzw. bei umgekehrter Führung
von aussen nach innen bewusst die Flüssigkeitsvolumina zu vergrössern und wieder
zu verkleinern. Solche Massnahmen bei der Konstruktion und Ausführung müssen
auf die jeweils vorliegende besondere Trenungsaufgabe eingestellt werden. Ihre Möglichkeit
in der eine oder anderen Richtung zeigt aber den überraschend vielseitigen und günstigen
Anpassungsvorteil der vorliegenden Erfindung.
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Durch die periodische Vergrösserung bzw. Verkleinerung der Plüssigkeitsvolumina
in den Ringräumen wird an geeigneten Stellen ein längerer und intensiver er Kontakt
zwischen den Phasen herbeigeführt, was zur Folge hat, dass ein höherer Grad von
Annäherung an den theoretischen Boden herbeigeführt wird, als es beispielsweise
bei den üblichen Glockenböden erreicht wird, die auf jedem Boden etwa gleichviel
Flüssigkeit enthalten. Zum anderen wird an den Orten geringerer Flüssigkeitsmengen
eine kürzere Verweilzeit eingestellt, die dann von Vorteilsist, wenn eine solche
kürzere Berührungsdauer bereits genügt, um das Gleichgewicht zwischen Dampf und
Flüssigkeit einzustellen.
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Durch Kombination aller der genannten Effekte kann somit in grosser
Breite das für jeden Zweck optimale Ergebnis eingestellt werden.
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Die bisher beschriebene Kolonnenausführung g nach der: Kaskadenprinzip
ist weiterhin nicht nur an eine Anordnung n konzentrischen Ringräumen, entweder
kreisförmig, quadratisch oder rechteckig, gebunden. Man kann solche Ringräume sozusagen
aufschneiden und zu gestreckten Räumen auseinanderbiegen, wobei dann kastenförmige
Anordnungen entstehen. Hierbei kann die Anordnung in der Form der treppenförmigen
Kaskaden beibehalten werden, es kann aber auch der Extremfall des Aufeinanderstellen
der Kaskaden gewählt werden, wie dies die Figur IV schematisch zum Ausdruck bringt.
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Mehrere Kaskaden können dadurch zu Gruppen zusammengefasst werden,
dass sie innerhalb der einzelnen Stockwerke parallel zusammengeschaltet werden.
Durch eine solche Übereinander-Anordnung wird ins besondere die Flüssigkeits- und
Dämpfeführung erheblich erleichtert, da sie bequem an den Stirnseiten angebracht
werden können, wie dies die Figur IV andeutet. Auch hierbei sind die unterschiedlichsten
Kombinationen möglich.
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Alle sonstigen Zubehör-Einrichtungen von Destillationekolonnen, wie
die Art der Zu- und Abführung von flüssigen, dampfförmigen und teilweise flüssigen
und dampfförmigen Einsatzstoffen und Produkten der Destillation, die Abnahme von
Kopf-, Seiten- und Sumpfprodukten, die Art der Gewinnung von Rücklauf und dessen
Rückführung in die Kolonne, das Wiederaufheizen von Produkten oder Zwischenfraktionen
usw. können die üblichen, nach dem Stande der Technik bekannten Einrichtungen sein
und sind nicht Gegenstand der vorliegenden « rfindung.