-
Abtreibkolonne
-
Die Erfindung betrifft eine Abtreibkolonne für aus Lösungen oder Suspensionen,bestehenle
Flüssigkeiten, insbesondere zum Ausfällen von Metallsalzen mit Hilfe von Dampf aus
ammoniakalischen Lösungen oder Suspensionen, die bei ammoniakalischen Laugungsprozessen
anfallen, wobei die abzutreibende Flüssigkeit in den Kopfteil der Kolonne und Dampf
in ihren Bodenteil eingespeist wird, und die Kolonne in mehrere Stufen durch abstandsweise
übereinander angeordnete Trennböden mit Abläufen für den Transport der Flüssigkeit
unterteilt ist.
-
Ueblicherweise wird das Austreiben eines tiefer siedenden Stoffes
aus einem Gemisch durch Einleiten von Dampf eines höher siedenden Stoffes, z. B.
Wasserdampf (auch Strippen genannt), in Kolonnen durchgeführt, die mit Einbauten
zur Vergrösserung der Stoffaustausch-Oberflächen versehen sind.
-
Diese Einbauten können z. B. die Form von Austauschböden oder von
Füllkörperbetten haben.
-
Beim Abtreiben von Lösungen oder Suspensionen, aus denen während des
Stoffaustauschvorganges Feststoffe gefällt werden,
tritt häufig
der Fall auf, dass der zur Fällung kommende Stoff an den Kolonneneinbauten oder
Verteilvorrichtungen anhaftet und dort zu Verkrustungen führt, sodass nach einer
gewissen Betriebsdauer die Kolonne verstopft wird und erst nach einer Reinigung
wieder in Betrieb gesetzt werden kann. Derartige Verkrustungen des gefällten Stoffes
treten an den festen Wänden der Kolonne hauptsächlich auf: a) in der Reaktionszone,
wo die Fällung entsteht; b) wenn die Wandungen der Kolonne bzw. die Oberflächen
der Einbauten mit Dampf und Flüssigkeit abwechselnd in Berührung kommen; c) wenn
die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit an den Wandungen der Kolonne oder der
Böden relativ niedrig ist; d) wenn die Wandungen Temperaturen aufweisen, die höher
als die Siedetemperatur der Lösung sind.
-
Die Erfindung hat sich die Ausbildung einer Abtreibkolonne zum Ziel
gesetzt, bei welcher derartige Verkrustungen vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass aus dem
Dampfraum einer unteren Stufe in die jeweils darüber angeordnete Stufe mindestens
eine Leitung-für den Transport des Dampfes geführt ist, welche in einen durch seitliche
'9ånde begrenzten und oben und unten offenen Raum mündet, der in einem oberhalb
eines Trennbodens befindlichen Blasenbett angeordnet ist und dass der Ablauf jeder
Stufe Mittel zur mengenmässigen Einstellung der ablaufenden Flüssigkeit aufweist.
-
Die bei den bisher üblichen Kolonnen entstehenden Verkrustungen werden
bei einer erfindungsgemäss ausgebildeten Blasenbettkolonne dadurch vermieden, dass
die Lösung und der Dampf getrennt voneinander von Stufe zu Stufe geführt werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Dampf im
Gegensatz zu den bekannten Dampfverteilrohren mit kleinen Austrittsöffnungen in
jeder Stufe mit geringem Druckverlust verteilt werden kann, da die Dampfleitungen
relativ grosse Quer schnitte aufweisen können. Daher sind für den Transport des
Dampfes bzw. der Flüssigkeit von Stufe zu Stufe keine zusätzlichen Förderhilfsmittel
erforderlich.
-
Ausserdem entsteht in den von seitlichen Wänden begrenzten Räumen,
die innerhalb der Blasenbetten angeordnet sind, eine gleichmässige aufwärts gerichtete
Bewegung des Flüssigkeits-Dampfgemisches, was eine Umwälzung der Flüssigkeit im
Blasenbett bewirkt.
-
Die hierbei entstehende relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit verhindert
die Bildung von Verkrustungen an den festen Wandungen der Kolonne und der Trennböden
sowie der innerhalb der Blasenbetten angeordneten Einbauten.
-
sie <n cen Blasenbetten angeordneten Räume können z. B. als Rohre
ausgebildet sein, in denen der Dampf in der Flüssigkeit verteilt wird.
-
Zur Verbesserung der Verteilung des Dampfes in der Flüssigkeit
können
in den Rohren statische Mischelemente angeordnet werden.
-
Beispielsweise können diese aus abstandsweise angeordneten Lochblechen
bestehen.
-
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform dieser statischen Mischelemente
kann darin bestehen, dass als Einbauten für Mischverfahren bereits bekannte statische
Mischelemente, die dort zur Herstellung von stabilen Mischungen dienen, verwendet
werden (vgl.
-
z. B. schweiz. Patente 537 208 und 547 120).
-
Da in den Flüssigkeitsabläufen der einzelnen Stufen kein Dampf vorhanden
ist, entsteht in diesem Bereich höchstens noch eine unwesentliche Ausfällung.
-
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Dampfleitungen in der Kolonne,
die Abläufe, sowie die Trennböden, die beispielsweise trichterförmig ausgebildet
sein können, thermisch zu isolieren oder zu kühlen, um beispielsweise auch an Orten
mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten Verkrustungen zu vermeiden.
-
Schliesslich besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
darin, dass oberhalb und unterhalb der obersten bzw. untersten Stufe jeweils eine
Gegenstromkolonne angeordnet ist, wobei in den Kopfteil der obersten Kolonne die
Einspeiseleitung für die abzutreibende Flüssigkeit mündet und eine Ableitung für
den Dampf angeschlossen ist, und an den Bodenteil der untersten Kolonne eine Einspeiseleitung
für Dampf und eine Ableitung für
die abgetriebene Flüssigkeit angeschlossen
sind.
-
Diese Gegenstromkolonnen, in denen beispielsweise Füllkörper wie Raschingringe
oder dergleichen angeordnet sein können, oder die z. B. als Glocken- oder Siebbodenkolonnen
ausgebildet sein können, dienen dazu, aus der Flüssigkeit flüchtige Stoffe ohne
Ausfällung von Feststoffen, wie beispielsweise Ammoniak und Kohlendioxyd bei ammoniakalischen
Lösungen, abzutrennen.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand von in den Zeichnungen
dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungformen der Erfindung.
-
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Längsschnitt
durch eine Abtreibkolonne, während in den Fig. 2 bis 4 Ausführungsbeisp1ele für
die einzelnen Stufen einer solchen Blasenbettkolonne dargestellt sind.
-
In Fig. 1 ist die Blasenbettkolonne mit 1 bezeichnet. An ihr oberes
und an ihr unteres Ende ist jeweils eine Trennkolonne 2 bzw. 3 angeschlossen. In
diesen Trennkolonnen sind Einbauten aa bzw. 3a angeordnet.
-
An die Kolonne 2 - oder im Falle diese Kolonne nicht vorhanden ist,
an die Kolonne 1 - ist eine Einspeiseleitung 4 für die abzutreibende Lösung oder
Suspension angeschlossen, sowie eine Leitung 5 für den Dampf, der die aus der Lösung
oder Suspension abgetriebenen Komponenten enthält.
-
Mit der Bezugsziffer 6 ist die an den Bodenteil der -Trennkolonne
3 bzw., wenn diese Kolonne nicht vorhanden ist, an den Bodenteil der Blasenbettkolonne
1 angeschlossene Leitung für Frischdampf bezeichnet, sowie eine mit dem Sumpf der
Kolonne verbundene Leitung 7 für die Wegführung der die ausgefällten Feststoffe
enthaltenden Flüssigkeit.
-
Die Blasenbettkolonne 1 weist im Ausführungsbeispiel drei übereinander
angeordnete Stufen 8 mit Blasenbetten 9,in ihnen angeordneten Rohren 10, trichterförmig
ausgebildeten Trennböden 11 mit Abläufen 12 und darin angeordneten Ventilen 13 auf.
Anstelle von Ventilen könnten die Abläufe gegebenenfalls auch Drosselstellen zur
mengenmässigen Einstellung der ablaufenden Flüssigkeit aufweisen.
-
Vom Dampfraum einer unteren Stufe führt jeweils eine Leitung 14 in
die Rohre 10 der darüber angeordneten Stufe. Gegebenenfalls kann noch in die einzelnen
Dampfleitungen durch Leitungen 15 Frischdampf zusätzlich eingeleitet werden.
-
Die Dampfleitungen 14 sind vorteilhaft ausserhalb der Kolonne verlegt.
Unter Umständen könnten sie auch innerhalb der Kolonne angeordnet sein.
-
Im folgenden wird die Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
-
Es liege die Aufgabe vor, aus einer ammoniakalischen Ammonkarbonatlösung
und der in ihr gelösten Metalle (z. B. Nickel, Zink oder Kupfer) Ammoniak und Kohlendioxyd
mit Hilfe von Dampf auszutreiben.
-
Zu diesem Zweck wird die Flüssigkeit durch die Leitung 4 in die Trennkolonne
2 eingespeist. Hierin wird durch Stoffaustausch zwischen der Flüssigkeit und ihr
entgegenströmendem, die Blasenbettkolonne 1 verlassenden Dampf aus der Flüssigkeit
bereits ein Teil des in ihr enthaltenen Ammoniaks und Kohlendioxyds abgetrennt.
Sodann werden in der Blasenbettkolonne mit Hilfe des in die einzelnen Stufen eingeleiteten
Dampfes aus der Flüssigkeit die basischen Metallkarbonate ausgefällt.
-
Aus den an vorstehender Stelle geschilderten Gründen, werden Verkrustungen
durch die ausgefällten Feststoffe in der Blasenbettkolonne vermieden, sodass ein
einwandfreier Betrieb der Kolonne gewährleistet ist, und die Suspension durch die
Abläufe von Stufe zu Stufe unbehindert abwärts strömen kann.
-
In der unteren Trennkolonne 3, die analog wie Trennkolonne 2 ausgebildet
ist, werden von der Suspension durch Stoffaustausch mit dem durch Leitung 6 eingespeisten
Frischdampf noch die in der Suspension enthaltenenen Ammoniak- und Kohlendioxydrestmengen
abgetrennt. Durch die Leitung 7 wird die Suspension, die die ausgefällten Feststoffe
enthältvaus ausder Kolonne entnommen.
-
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Stufe 8' dargestellt,
die einen trichterförmigen Trennboden 11' aufweist.
-
Im Ablauf 12' dieses Trennbodens ist ein Regelventil 13' angeordnet,
das über eianNiveauregler 20' betätigt wird, sodass die Höhe des Blasenbettes 9'
konstant gehalten wird.
-
An die Dampfleitung 14' ist eine Leitung 21' angeschlossen, durch
die im Bedarfsfall zusätzlich eine einstellbare Menge an Frischdampf zugespeist
werden kann.
-
Im Blasenbett 9'; ist ein Rohr 10' angeordnet, in welchem sich der
eingeleitete Dampf in der Flüssigkeit verteilt.
-
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Blasenbettstufe
8", wobei mit Fig. 2 übereinstimmende Konstruktionselemente mit den gleichen Bezugsziffern,
die lediglich mit dem Apostroph " versehen sind, bezeichnet sind. Abweichend von
Fig.
-
2 ist in dem Rohr 10" ein aus abstandsweise angeordneten Lochblechen
22 bestehendes statisches Mischelement angeordnet. Durch Anordnung eines solchen
Mischelementes wird der Verteileffekt des Dampfes in der Flüssigkeit im Rohr gegenüber
Fig. 2 wesentlich verbessert.
-
An die Dampfleitung 14'.' ist vor ihrem Eintritt in das Rohr 10" eine,
mit einem Dosierventil 23 ausgestattete Leitung 24 angeschlossen, durch die z. B.
eine kleine Wassermenge eingespritzt werden kann zur Kühlung der Dampfleitung 14"
bzw. zur Wegspülung evtl.an den Rohrleitungen entstandenen Verkrustungen.
-
Ausserdem sind bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Dampfleitung
14", soweit sie innerhalb der Kolonne 1" verlegt ist, als auch der Trennboden 11"
und der Ablauf 12" von einer Schicht aus Isolationsmaterial umgeben.
-
Die Dampfleitung 14" weist an ihrer Mündungsstelle in die Vorrichtung
10" eine sich trichterförmig erweiternde Austrittsöffnung 25 auf. Hierdurch werden
evtl. sich an der Austrittsstelle ausbildende Verkrustungen vermieden.
-
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform einer Stufe sind die
mit Fig. 2 und 3 übereinstimmenden Konstruktionselemente ebenfalls mit den gleichen
Bezugsziffern, die lediglich mit dem Apostroph "'versehen sind bezeichnet.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Rohr 10"' mindestens ein statisches
Mischelement 26 angeordnet, welches in der Art ausgebildet sein kann, wie es z.
B. in der schweiz. Patentschrift 537 208 beschrieben ist.
-
Ausserdem sind bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Dampfleitung
14"', soweit sie innerhalb der Kolonne 1"' verlegt ist, als auch der Trennbodenll"'
und der Ablauf 12"' von einem, von einem Kühlmittel, z. B. Wasser durchströmten
Kühlmantel 27 bzw. 28 umgeben.
-
L e e r s e i t e