DE1519736A1 - Cascade column - Google Patents

Description

Kaskaden-Kolonne. Cascade column.

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, 4\rorteil- 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.In the patent application W 38 330 IVc / l2 a, a column construction is described which essentially represents a trickle column with an annular arrangement of the exchange spaces, as well as counter and concurrent currents of vapors and liquids. It is true that liquid bottoms can also be formed here at the lower reversal points if they are allowed to fill with liquid. so that after two exchange methods. that of a film contact as well as that of a passage contact, 4 \ rorteil- naft can be combined with each other, work can be carried out. nevertheless, the procedure and construction described there is primarily geared towards an exchange of material through the use of fils.

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.In many cases of separation, however, it is useful in predominantly The extent of the exchange, preferably by means of passage contact, especially when performing rectifications with high liquid returns got to. While maintaining, but modifying the same, in the patent application W 38 33o IVc / 12 a illustrated and inventive working and construction principle but can be a simple way a mainly on passage contact Achieve well-founded separation of vaporizable substance mixtures, if one analogously the proportion of liquid floors increased to the detriment of the proportion of trickle walls and the bottoms, for example, in the form of rings or squares Arranges cascades in such a way that there is a constant countercurrent return of the condensates can take place compared to the vapors from clearing to the ground. Here it is essential that the condensates as a whole are moved in countercurrent to the steam mixtures, but they themselves carry out a cross flow on every floor. The arrangement of the Floor spaces can either be concentric in order to maintain a column shape Rings, but also in a square or rectangular arrangement or stacked on top of one another be made box-shaped. However, a cascade-like overall arrangement must be observed will.

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.To the advantage achieved here of a low overall height and a to adhere to and demonstrate compact, heat-saving construction and arrangement, various possible constructions are shown schematically in Figures 1 to 4, which are described as follows.

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.Figure I shows the most favorable arrangement for the case in terms of overall height represents that the vapors are fed to the innermost tube (A-1) of the ring column and progress from the inside out when passing through the soil fluids (1 to 4), whereby according to the invention they alternate within the steam-filled annular spaces ascend and descend. As soon as the vapors within a ring cascade group at the have reached the column wall (B-1) lying ring cascade, they are within a cavity (C-1) returned to the central part of the column (A-2), from where they again radially from the inside to the outside the next ring cascade group of Cross out (A-2) after (B-2) and so on.

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.On the other hand, the reflux liquid is at the top of the column respectively. added to any bottom and moves in free drainage from above downwards from floor to floor by means of overflows distributed analogously on the floors in countercurrent to the vapors, as a whole from top to bottom, but within one Cascade group from the outside to the inside and from one cascade group to the other from the inside to the outside, but in these districts as a pure process without touching the water. It is possible to add liquid to any cascade group of your choice, whereby the most appropriate place of the feed is outside at B-1, B-2, B-3 etc. will be. But it is also easily possible to feed at points A-2, A-3, etc.

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.From Figure I it can be seen that a large number of floors within a relatively low overall height is to be accommodated. The height of the annulus only needs the usual height of a tray of a conventional tray column that is necessary to keep liquids and vapors safe from each other separate and prevent carryover of droplets or sckaum lamellas.

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.The height of rise of each cascade group as the further criterion a minimum height per floor, then results as a maximum as the ratio of The sump height of a soil is related to its width and at least about half the sump height to the width of the floor.

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.The total height requirement of a cascade group (A-l / B-l) results then from the number of cascades per group, multiplied by half the liquid height per tray plus the sum of half a liquid level and a tray height without d; f liquid level.

Die Ringräume C-l, a-2 usf. können besonders niedrig gehalten werden.The annular spaces C-1, a-2, etc. can be kept particularly low.

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.In the figure II the arrangement of the cascades is done in the way. that the vapors as a whole move from the outside to the inside while the soil fluids go the opposite way.

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.Again, the cascade groups are arranged directly one above the other. in order to maintain the lowest possible overall height. The liquid drain from a cascade group to the next lower from the outside to the inside with a slight gradient be guided. The arrangement shown in Figure II is preferred for such Cases to be considered in which, for example, there is no interim removal of soil fluids arrives.

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.In the figure III a generally applicable arrangement Q is shown, in which no special shipyard is placed at the lowest construction height. It arise dead spaces that are ventilated and for repair purposes, to accommodate lines, Overflows, additional heating devices, controls, etc., can be exploited.

Auch hier ist allgemein, infolge der Kaskadenanordnung, eine grosse Zahl von Böden auf relativ geringer Höhe unterzubringen.Here too, due to the cascade arrangement, there is generally a large one To accommodate number of floors at a relatively low height.

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.In the left part of Figure 1, a floor overflow is shown schematically. These overflows can have a wide variety of designs and arrangements that correspond to the state of the art. You are not yourself in detail Subject of this invention. So you can more or less pay over the Circumference of the individual ring bottoms, but as regularly as possible, be distributed. One appropriate arrangement is z. B. the equipment of 3, 4 or 6 overflow points per ring base, or 4 overflow points per base with a square arrangement, etc.

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.The guide and reversing plates immersed in the soil fluids can be smooth or serrated or perforated or otherwise designed at the lower edge in order to achieve as even a distribution as possible of those passing through the liquid To achieve fumes over the entire circumference.

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.In order to continue to have a flow velocity that is as uniform as possible of both the vapors and the condensate from cascade to cascade and can be observed, the distances between the concentric annulus towards the outside it becomes smaller, towards the inside it becomes wider. This creates a uniform Residence time of the condensate, which is sometimes desirable and advantageous, is reached. In order to maintain the most intensive contact possible between condensate and vapors received, the respective annulus on the vapor inlet side opposite the Annular space on the steam outlet side due to the closer arrangement of the reversing plate can be reduced in size.

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.For many purposes, however, it can be particularly advantageous not to keep the volumes of the liquids in the ring cascades the same, but to consciously increase the liquid volumes by maintaining the same distance from the inside to the outside or from the outside to the inside with the reverse guidance to zoom out. Such measures in the design and execution must be adjusted to the particular separation task at hand. Their possibility in one direction or the other shows the surprisingly versatile and favorable adaptation advantage of the present invention.

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.By periodically increasing or decreasing the liquid volume Longer and more intensive contact is made at suitable points in the annular spaces brought about between phases, with the consequence that a higher degree of Approach to the theoretical ground is brought about than it is, for example is achieved with the usual bubble cap trays, which is about the same on each tray Contain liquid. On the other hand, there is less fluid at the locations a shorter dwell time is set, which is advantageous if such a Shorter contact time is enough to balance the steam and Set liquid.

Durch Kombination aller der genannten Effekte kann somit in grosser Breite das für jeden Zweck optimale Ergebnis eingestellt werden.By combining all of the effects mentioned, it is possible to achieve greater Width can be set for the optimal result for each purpose.

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.The column design described so far is based on the: cascade principle is still not just attached to an array of n concentric annuli, either circular, square or rectangular, bound. You can say such annular spaces cut open and bend apart to form elongated spaces, then box-shaped Arrangements arise. Here, the arrangement can be in the form of a staircase Cascades can be retained, but the extreme case of stacking can also be used of the cascades can be selected, as shown schematically in FIG. IV.

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.Several cascades can be combined into groups, that they are interconnected in parallel within the individual floors. By such a superposed arrangement in particular the liquid and Damping guidance is made much easier because it is conveniently attached to the front sides can be, as indicated by Figure IV. Here, too, are the most varied Combinations possible.

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.All other accessories for distillation columns, such as the type of supply and discharge of liquid, vaporous and partially liquid and vaporous feedstocks and products of distillation, the decrease of Top, side and bottom products, the type of recovery of return and its Return to the column, reheating of products or intermediate fractions etc. may be conventional devices known in the art and are not the subject of the present invention.

Claims (6)

Patentansprüche.Claims. 1. Destillationskolonne zur kontinaierlichen und diskontinu-*e 4 ahen Fráktionieruilg von Flüssigkeitsgemischen unter Mitteldruck und Vakuum in Form einer Bodenkolonne, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsböden entweder ringförmig oder quadratisch cder sonstwie konzentrisch angeordnet und in sich geschlossen sind, dass sie mit Bezug auf den Durchfluss der Bodenflüssigkeit kaskadenförmig an-bzw. absteigen ueinander angeordnet sind, wobei gleichzeitig die durch die Flüssigkeit hindurchtretenden Dämpfe in den über den Bodenflüssigkeiten befindlichen Räumen durch eintauchende Leitbleche in ihnen abwechselnd auf- und absteigen und an deren unteren Rande durch die Flüssigkeit hindurchtreten.1. Distillation column for continuous and discontinuous * e 4 ahen Fractionation of liquid mixtures under medium pressure and vacuum in the form of a Tray column, characterized in that the liquid trays are either ring-shaped or square or otherwise concentrically arranged and self-contained, that they cascade on or off with reference to the flow of the soil liquid. descend one behind the other, while simultaneously passing through the liquid penetrating vapors in the rooms located above the soil fluids by immersing baffles in them alternately ascend and descend and on their pass through the lower edge through the liquid. 2* Anordnung im Innern der Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskaden jeweils derart aufeinander folgen, dass der Dämpfeeintritt einmal an der Peripherie der Kolonne, zum andern in oder bei der Kolonnenachse erfolgt.2 * arrangement inside the column according to claim 1, characterized in that that the cascades follow one another in such a way that the steam enters once takes place at the periphery of the column, on the other hand in or near the column axis. 3. Anordnung im Innern der Kolonne gemäss Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kaskaden in zueinander parallelen Gruppen oder auch in treppenförmiger Folge zueinander angeordnet sind.3. Arrangement inside the column according to claim 1 and 2, characterized characterized in that cascades in parallel groups or in stair-shaped groups Sequence are arranged to each other. 4. Anordnung im Innern der Kolonne gemäss Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrische Anordnung der Ringräume in der Richtung des Dämpfeflusses derart getroffen wird, dass, soweit als möglich, gleiche Flüssigkeitsvolumina innerhalb der einzelnen Räume hergestellt werden.4. Arrangement inside the column according to claim 1, 2 and 3, characterized characterized in that the concentric arrangement of the annular spaces in the direction of the Vapor flow is made such that, as far as possible, equal volumes of liquid can be made within the individual rooms. 5. Anordnung der Kolonne nach gleichen Bauprinzipien gemäss Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass langgestrei kte Kaskaden vorhanden sind, die treppenförmig versetzt und erhöht nebeneinander, im Extremfall jedoch übereinander angeordnet sind.5. Arrangement of the column according to the same construction principles according to claim 1, 2 and 3, characterized in that elongated cascades are present, which are staggered and raised next to each other, but in extreme cases on top of each other are arranged. 6. Anordnung einer Kaskadenkolonne nach Anspruch 1,2, 3 ; und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine beliebige Anzahl, mindestens jedoch zwei, Kaskaden in Übereinander-Anordnung zueinander dämpfeseitig und flüssigkeitsseitig parallel geschaltet sind.6. Arrangement of a cascade column according to claim 1, 2, 3; and 5, thereby marked that any number, but at least two, cascades in One above the other connected in parallel to one another on the vapor side and on the liquid side are.