DE595250C - Verfahren zur Behandlung von Fluessigkeiten in einem Gas-, Dampf- oder Fluessigkeitsstrom - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Fluessigkeiten in einem Gas-, Dampf- oder FluessigkeitsstromInfo
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Description
Bei der wirtschaftlichen oder laboratoriumsmäßigen Destillation von Flüssigkeitsmischungen, die Bestandteile oder Fraktionen
von verschiedenen Siedepunkten haben, ist es häufig wünschenswert, die Fraktionierung der
Mischung mit einer solchen Genauigkeit zu ermöglichen, daß die Bestandteile im wesentlichen
in reinem Zustand erhalten werden. Bei der Destillation von Rohpetroleum oder anderen Mischungen von ähnlicher Zusammensetzung
ist es z. B. häufig wünschenswert, den Rohstoff in Bestandteile zu fraktionieren,
deren Flüchtigkeit von den leichtesten bis zu den schwersten Gruppen abgestuft sind, und
zwar bezüglich, der Trennung mit einer solchen Schärfe, daß die Fraktionen oder Abschnitte
aus Bestandteilen der Mischung von wesentlich reinem Zustand bestehen oder von
Verbindungen, die zusammen einen nahe Hegenden Siedegrad aufweisen.
Bei gewissen ■ verhältnismäßig wirksamen Fraktionierungsvorrichtungen bekannter Art
kann eine ziemlich sichere Fraktionierung der flüchtigeren Bestandteile einer Mischung erzielt
werden. Bei hochflüchtigen Bestandteilen von NaturgaszumBeispiel, dessen Fraktionen
etwa vom Methan bis zum Pentan abgestuft sind, kann unter Umständen ein ziemlich
reiner- Grad durch die Benutzung von hochempfindlichen und geeignet angeordneten
Fraktionssäulen erzielt werden, besonders in kleinen Laboratoriumsvorrichtungen. Wenn
jedoch versucht wird, die Fraktionen oder Bestandteile von verhältnismäßig höherem
Siedepunkt und höherem Molekulargewicht zu trennen entweder bei Petroleum- oder
anderen verwickelten Mischungen, haben sich unüberwindliche Schwierigkeiten herausgestellt,
um z. B. die genaue Fraktionierung und Abtrennung der Bestandteile mit höherem
Siedepunkt durchzuführen, in erster Linie mit Rücksicht auf die große Zahl der. isomeren
Kohlenwasserstoffe für jeden Siedegrad. Um eine scharfe Fraktionierung auch solcher Mischungen mit den üblichen Fraktionierungsvorrichtungen
zu erreichen, sind äußerst hohe bzw. lange Fraktionssäulen erforderlich. Selbst diese Einrichtungen ermöglichen
jedoch nicht mit der gewünschten Geschlossenheit die scharfe Trennung der
Fraktionen mit höherem Siedepunkt. Es ist gewiß, daß die Trennung von schwereren
Fraktionen, deren Siedepunkte etwa mit 6° C abgestuft sind, nicht mit Fraktionierungseinrichtungen
erreicht werden kann, wie sie bisher bei der Destillation im Laboratorium
oder im Betrieb benutzt wurde. Vom analytischen Standpunkt aus ist jedoch wünschens-
wert, die genaue Zusammensetzung von Petroleumsorten oder ähnlichen verwickelten
Mischungen zu bestimmen, und die Möglichkeit zu haben, die Analyse der Gesamtmischung
auch bezüglich der schwersten vorhandenen Bestandteile durchzuführen.
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung für die fraktionierte Destillation, ίο welches es ermöglicht, sämtliche flüchtigen
Mischungen in ihre reinen Bestandteile oder einzelnen Verbindungen oder in Fraktionen
zu zerlegen, die einen äußerst nahe beieinander liegenden Siedepunkt bis zu einer Abstufung
von i° oder weniger aufweisen. Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Vorrichtung,
um eine solche geschlossene Fraktionierung durchzuführen.
Um eine genaue Fraktionierung der 3Q schwereren und verwickeiteren Fraktionen,
z. B. Rohpetroleumsorten, zu erreichen, würde eine Fraktionssäule mit einer unbrauchbar
großen Länge oder Höhe notwendig sein, da nach der Theorie die Genauigkeit der Fraktionierung
von der Innigkeit und der Zeit der Berührung zwischen der Flüssigkeit und den Gasphasen abhängt. Eine ideale Säule,
welche eine vollkommene Trennung zwischen den Bestandteilen einer Mischung durchführen
könnte, müßte eine unendliche Länge mit einem unendlich kleinen Durchmesser haben. Es müßte eine Säule sein, welche zu
jeder Zeit eine unendlich kleine Menge von Flüssigkeit und Dampf in sich aufnimmt.
Obwohl das theoretische Erfordernis der geringstmöglichen Aufnahme von Flüssigkeit
oder Dampf bei einer einmaligen Destillation von größter Bedeutung ist, da die quantitative
Trennung von verwickelten Mischungen bei einer einmaligen Destillation durchgeführt
wird, ist in jedem Falle ein Minimum von Flüssigkeit- und Dampfaufnahme für die
Herabsetzung der Größe der Einrichtung und der Menge der zweckmäßig aufgehaltenen
Bestandteile von Vorteil.
Abgesehen von der Schwierigkeit, Unbrauchbarkeit und den Ausgaben, die mit dem
Bau von Fraktionssäulen verbunden sind, deren Länge größer ist, als bisher üblich, wird
solche Bauart dadurch unmöglich gemacht, daß bei den üblichen Fraktionssäulen das
Eigengewicht erforderlich ist, um die Flüssigkeit oder den Rückfluß nach unten zu bewegen
im Gegenstrom zu dem in der Säule hochsteigenden Dampf. Demnach muß die
übliche Fraktionssäule eine senkrechte Lage einnehmen und solche Abmessungen erhalten
und die Dampfgeschwindigkeit muß so begrenzt werden, daß der Dampf die Flüssigkeit
nicht zurückhält oder aber die Flüssigkeit veranlaßt, in den Dampfstrom aufzugehen.
Es muß ferner ein genügender Raum zwischen den Flächen der Säule sein, um ein
Übersprudeln zu vermeiden. Dieser Umstand allein macht schon den Bau einer
Fraktionssäule von sehr großer Länge notwendig.
Auf Grund dieser Umstände, um den Gegenfluß zwischen der Rückflußflüssigkeit
mit dem Dampf zu erzielen, ist eine Grenze für die Wirksamkeit, die ein solcher Apparat
haben kann, erreicht worden. Konstruktive und wirtschaftliche Überlegungen haben
davon abgehalten, Säulen von bedeutend größerer Länge zu bauen. Dieselben Gedankengänge
haben zu dem Bau von Einrichtungen zur Berührung des Gases und der Flüssigkeit geführt, wie z. B. Absorptionssäulen und
Einrichtungen, um eine Reaktion zwischen den Flüssigkeiten der verschiedenen Derivate
wie zwischen öl und Schwefelsäure zu bewirken.
Die vorliegende Erfindung weicht von dem üblichen Verfahren und der üblichen Vorrichtung
zur fraktionierten Destillation in der Weise ab, daß an Stelle des Rückflusses in der Säule in einer geeigneten Apparatur
vermittels der Zentrifugalkraft und unter Benutzung eines Gegenstromes die Trennung
erfolgt. Mit Hilfe der Zentrifugalkraft wird der Rückfluß oder die schwerere Flüssigkeit
gezwungen, durch ein Rohr von kleinem Durchmesser schnell hindurchzufließen, wobei
die in der Säule befindliche Flüssigkeits- und Dampfmenge auf ein geringstmögliches Maß
gedruckt wird. Eine Störung durch Dämpfe leichterer Art tritt nicht ein, da diese infolge
der Unterschiede der spezifischen Gewichte der beiden Flüssigkeiten gezwungen sind,
dem Gegenstrom zu folgen. Indem so die Zentrifugalkraft ausgenutzt wird, kann die
Fraktionssäule in Form einer Schlange, Spirale oder einer anderen Kurve mit schrittweise
wachsendem Halbmesser ausgebildet werden. Die gesamte Säule kann eine wesentlieh
gedrängtere Form erhalten. Ohne eine praktisch unmögliche Konstruktion zu erzielen,
kann jede gewünschte Länge erreicht werden. Eine starke Annäherung an eine
ideale Säule, wie sie oben bereits gekennzeichnet wurde, ist deswegen möglich, weil
die Leitung eine große Länge aufweisen kann und ein großes Fassungsvermögen besitzt.
Demnach ist durch Erzielung einer geschlossenen Fraktionierung ein größerer Wirkungsgrad
erreicht, als bisher mit den üblichen Fraktlonierungseinrichtungen erzielt werden
konnte.
Es zeigt Abb. 1 in schematischer Weise eine Übersicht über die Einrichtung, wobei
die Isolierungsschicht um das Fraktionierungsspiralrohr fortgelassen ist, um die An-
Ordnung und den Aufbau des Rohres besser zu veranschaulichen,
Fig. 2 einen in senkrechter Richtung abgebrochenen Schnitt der Fraktionseinrichtung
in vergrößertem Maßstab, ·
Fig. β einen senkrechten Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2 in verkleinertem Maßstab,
Fig. 4 einen horizontalen Schnitt einer zweiten Ausführungsform, in der die Schlange
als flacher Zylinder anstatt als schneckenförmige Spirale (wie in Fig. 1) ausgebildet ist,
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt eines Teiles der Pumpeinrichtung nach Fig. 4,
Fig. 6 einen Teilschnitt, der das untere Ende der Einrichtung nach Fig. 4 darstellt,
Fig. 7 einen Teilschnitt nach der Linie 7 der Fig. 6,
Fig. 8 einen Teilschnitt, der das Ende der
ao Einrichtung von Fig. 4 darstellt,
Fig. 9 die Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform einer Gegenstromberührungseinrichtung
unter Verwendung einer Anzahl von Scheiben,
Fig. 10 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 10 von Fig. 9,
Fig. 11 eine Ansicht der Einrichtung von Fig. 9 in verkleinertem Maßstab in Verbindung
mit einer Destillierungs- oder anderen Verdampfungseinrichtung,
Fig.-i2 eine Ansicht der in Fig. 9 dargestellten
Einrichtung in verkleinertem Maßstab, die zur Behandlung von unvermischbaren
Flüssigkeiten- im Gegenstromberührungsbetrieb geeignet ist, und
Fig. 13 einen Teilschnitt der Trennkammer
der in Fig. 12 gezeigten Einrichtung.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet die Ziffer
10 die Zentrifugalfraktionierungseinrichtung, welche aus einem drehbaren Körper 11 besteht,
mit einem senkrechten Mantel von konischer Form oder in anderer Weise so durchgebildet ist, daß sowohl die Flüssigkeit
als auch der Dampf fortlaufend durch die gesamte Länge der Schlange mittels der Zentrifugalkraft
in der gewünschten Richtung hindurchgeführt werden. Der Mantel 11 wird
von einer runden Platte 12 getragen, die ihrerseits auf einem runden hohlen, nach
unten verjüngtem Körper 13 ruht, der zweckmäßig
als ein zusammenhängendes Gehäuse ausgebildet ist. Der untere verjüngte Rohrteil
130 des Körpers ist in geeigneten Lagern 14 und 1.5 getragen. Das Lager 14 dient als
senkrechte Auflage für die rotierenden Teile. Der Mantel 11 hat an seinem oberen Ende
einen röhrenförmigen Ansatz 16, der eine innere Kammer 17 bildet, die an ihrem unteren
Ende durch eine Platte 18 abgeschlossen ist. Der röhrenförmige Ansatz 16 ist in einem
geeigneten Lager 19 getragen. Irgendwelche andere mechanischen Vorrichtungen können
auch für das Tragen und die Lagerung des Rohres und dessen Halteeinrichtung am oberen und unteren Ende gewählt werden.
Die Halteeinrichtung kann durch einen geeigneten Antrieb, wie z. B. durch die Scheibe
20 am unteren Rohrteil I3a des Körpers, in
Drehung versetzt werden, und zwar von dem Motor 21 mittels der Zahnräder 22, der
Scheibe 23 und dem Riemen 24.
Außen am Mantel 11 ist auf der Halteeinrichtung
ein spiralförmig gewundenes Fraktionsrohr oder -säule 25 angebracht, welche an ihrem unteren Ende25ö durch den Boden
der Platte 12 im Innern 26 des Körpers 13 mündet und an seinem oberen Ende 25* durch
die Wandung des Mantels 11 in die Kammer 17 eintritt. Obwohl wegen der Darstellung
ein Fraktionsschlangenrohr mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Windungen
gezeigt ist, kann der Apparat so ausgebildet werden, daß die Schlange eine sehr große
Länge aufweist und entsprechend aus einer großen Anzahl von Windungen besteht. Um
die geeignete Temperatur und die Gleichgewichtsbedingungen in dem Rohr zu halten,
wird zweckmäßig die Schlange durch eine Schicht 27 isoliert. Wie in Fig. 2 angedeutet,
wird ein geeignetes Isolierungsmaterial gewählt. Da im Betriebe die Schlange einer
hohen Umdrehungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, kann die Isolationsschicht durch eine geeignete
Decke 28 geschützt werden. Es sei hier betont, daß der Durchmesser des Fraktionsrohres
einen Bruchteil des Durchmessers bei der üblichen senkrechten Fraktionssäule betragen kann, da infolge der Zentrifugalwirkung,
wie später noch näher beschrieben werden wird, die flüssigen und gasförmigen Phasen in getrennten Wegen gehalten
werden.
Erhitzte Dämpfe, die einer Rektifikation und Fraktionierung in dem Spiralrohr oder
-säule unterworfen werden sollen, können irgendeiner geeigneten Leitung entnommen
werden. Wie z. B. in Fig. 1 gezeigt ist, kann ein Behälter 30 gewählt werden, der die zu
fraktionierende Flüssigkeitsmischung, etwa Rohpetroleum, enthält. Die Flüssigkeit wird
erhitzt und verdampft in dem Behälter mittels einer Dampfschlange 31. Die Dämpfe werden
von dem Behälter 30 durch die Leitung 32 geführt, welche nach oben durch den unteren
Teil i3a des drehbaren Körpers 13 zu einer
Stelle kurz unter der Platte 12 sich erstreckt. Das Rohr 32 ist als feststehender Dampfeinlaß
zu der Fraktionierungseinrichtung vorgesehen. Um den flüssigkeitsdichten Abschluß
von dem Innenraum 26 in dem Körper 13 um das Einlaßrohr 32 herum auch in dem
Fall zu sichern, wenn der Flüssigkeitsabschluß
zwischen dem Fraktionsrohr und dem Röhr 32 unwirksam ist, kann dieses Rohr in der
verlängerten Muffe 13° mehr oder weniger eng anliegen.
Am oberen Ende des Rohres 32 ist eine runde Platte 34 angebracht, welche sich in
einem Abstand 35 von geeigneter Größe von der Platte 12 befindet. Der äußere Umfang
der Platte 34 ragt in eine ringförmige Flüssigkeitsabschlußkammer oder Einschnitt 36
hinein, der zwischen der Platte 12 und dem oberen abgeflanschten Teil 13* des Körpers
gebildet ist. Eine geeignete Anzahl von Rohren oder Leitungen 38, von denen zwei
dargestellt sind, reichen von dem Rohr 32 mit einem entsprechenden Abstand an ihrem
oberen Ende zu den Öffnungen 39 in der Platte 34. Der radiale Abstand vom Mittelpunkt
dieser Öffnungen 39 entspricht dem radialen Abstand der unteren Öffnung 25° des
Fraktionsrohres. Mit Rücksicht darauf, daß die röhrenförmige Schlange in der durch
Pfeil A in Fig. 3 angegebenen Richtung in Umdrehung versetzt wird, werden die Rohre
38 zweckmäßig an ihren oberen Enden, wie mit Ziffer 38a angegeben, gekrümmt, so daß
die Rohre im wesentlichen die diagonal abwärts geneigte Richtung einnehmen, die die
von dem unteren Ende des Fraktionsrohres abgegebene Flüssigkeit infolge der Drehbewegung
des Rohres einzunehmen bestrebt ist. In dem Körper 13 und unmittelbar unter
dem Flansch 13& ist ein ringförmiger Trog 40
angebracht, welcher, falls der Apparat feststehend ist, eine geeignete Abschlußflüssigkeit,
vorzugsweise Quecksilber, enthält. Füll- und Abzugsschrauben 41 und 42 sind an der
Seite bzw. am Boden des Ouecksilbertroges vorgesehen. Wenn der Apparat in Umdrehung
versetzt wird, steigt das Quecksilber in dem Trog 40 infolge der Zentrifugalwirkung
an der äußeren Wand des Rohres hoch, und wenn 'der Apparat die Betriebsgeschwindigkeit
erreicht hat, ist das Quecksilber von dem Trog in die ringförmige Abschlußkammer 36
in die mit Ziffer 43 bezeichnete Lage gewandert. Zweckmäßig wird die äußere Wandung
des Troges, wie mit Ziffer 44 angegeben, gekrümmt ausgebildet, um einen leichten Überfiuß
des Quecksilbers zu der Abschlußkammer zu erreichen.
Das Vorhandensein der Quecksilberdich-
tung, wie sie zwischen dem festen Einlaßrohr
■ 32 und dem sich drehenden Fraktionsrohr gezeigt
ist, hat einen besonderen Vorteil, weil die dem Abschluß dienenden Teile keiner Abnutzung unterworfen sind, wie dies bei den
üblichen Stopfbuchsen mit der eingelegten Dichtung der Fall ist. Außerdem wird das
Quecksilber, welches auf Grund der großen Zentrifugalkraft in der Flüssigkeitsabschlußkammer
gehalten wird, sich nicht auf einer Seite der Abschlußplatte 34 verlagern, selbst
wenn äußerst hohe Differentialdrücke auf beiden Seiten der Platte bestehen. g«
Die Dämpfe gelangen von dem oberen Ende des Fraktionsrohres in die Kammer 17 und
werden durch eine feststehende Leitung 46, die bei 47 getragen ist, zu dem Rückflußkondensator
48 geführt, worin die schwereren Fraktionen der Dämpfe durch eine geeignete Kühlflüssigkeit kondensiert werden, die in
den Kondensator durch die Leitung 49 eingeführt und durch die Leitung 50 herausgelassen
wird. Die Dämpfe von dem Rückflußkondensator werden mittels der Leitung 51
zu geeigneten, nicht dargestellten Kondensationseinrichtungen geführt. Das Rückflußkondensat
wird von dem Kondensator 48 mittels der Leitung 52 zu der Dampfauslaßleitung4Ö
zurückgeführt, von wo der Rückfluß in die Kammer 17 und in das Fraktionsrohr
gelangt.
Die Quecksilberabdiehtung, die mit Ziffer 53 bezeichnet ist und im wesentlichen mit der
beschriebenen unteren Dichtung übereinstimmt, ist zwischen dem oberen, sich drehenden
Ansatz 16 und dem feststehenden Auslaßrohr 46 vorgesehen. Die Abdichtung 53
umfaßt ein hohles Gehäuse 54, welches aus einer unteren Platte 55 besteht, die bei 56 mit
dem Rohrteil 16 verbunden ist, und eine obere Platte 57, die einen muffenartigen Teil
58 \ron kleinerem Durchmesser aufweist. Dieser
Teil kann dichter an das Rohr 46 herangebracht werden, um den Austritt irgendwelcher
Dämpfe, die bei Unterbrechung der Ouecksilberdichtung sich in dem Gehäuse befinden können^ zu verhindern. An dem Auslaßrohr
ist eine runde Platte 60 angebracht, welche einen Widerstand an beiden Seiten des
Ouecksilberabschlusses in derselben Weise schafft, wie am unteren Ende die Platte 34.
Der Boden 55 des Gehäuses 54 kann bei 55°
gekröpft werden, um eine genügende Menge von Quecksilber für den Abschluß aufzunehmen.
Sobald das Gehäuse die Betriebsgeschwindigkeit erreicht, steigt das Quecksilber in die mit Ziffer 61 bezeichnete Lage.
Hierbei wird ein Abschluß in dem Raum zwisehen dem Gehäuse oberhalb und unterhalb
der Platte erzielt. Die Dämpfe werden gezwungen, von der Kammer 17 in die Auslaßleitung
zu fließen.
Beim Betrieb des Apparates wandern die Dämpfe von dem Behälter 30 nach aufwärts
durch die feststehende Leitung 32. Der größere Teil der Dämpfe fließt durch die obere
Leitung 32° in den Raum 35. Ein Teil dieser Dämpfe mag auch in diesen Raum durch die
Leitungen 38 geführt werden. Die Dämpfe wandern dann zu dem unteren Ende 25° des
Fraktionsrohres, steigen aufwärts durch das Rohr in die Kammer 17 und in die Auslaßleitung
46, die zu dem Rückflußkondensator führt. Wie bereits, angegeben, gelangt der
Rückfluß durch den Auslaß zu der Kammer 17, von wo er durch das Fraktionsrohr nach
abwärts fließt, .und zwar im Gegenstrom zu den aufsteigenden Dämpfen bis in den Raum
35. Infolge des größeren spezifischen Gewichtes wird die Rückflußflüssigkeit im
Raum 35 außen an der öffnung 25° gehalten,
so daß sie nicht mit der Strömung der Dämpfe in das Fraktionsrohr kollidiert. Von
dem Raum 35 gelangt'die Flüssigkeit durch die Leitungen 38 und das Rohr 32 zu dem
Verdampfer.
Die Gegenstrombewegung des Rückflusses und der Dämpfe in dem Fraktionsrohr, hervorgerufen
durch die Zentrifugalwirkung und dem sich schrittweise vergrößernden Radius der Krümmung des Rohres, bedingen einen
Fluß auf getrennten Wegen. Der Rückfluß wird wegen seines höheren spezifischen Gewichtes
gezwungen; außen an der inneren Wandung des Rohres in Richtung des wachsenden
Radius der Krümmung zu wandern. Der Dampf dagegen muß dem Weg an der Innenseite des Rückflusses folgen. Die
beiden Wege werden im Gegenstrom mit dem Erfolg innegehalten, daß ein großer Stromfluß
durch das Rohr gesichert ist, ohne daß die vorher erwähnte Erscheinung des Sprudeins
eintritt. Mit anderen Worten, der Rückfluß wird nicht von dem Dampf aufgenommen
und von diesem hochgetragen. Die Flüssigkeit und die Dämpfe werden in innigem und ausgedehntem Wärmeaustausch
gehalten. Die innere Oberfläche des Flüssigkeitsstromes steht in unmittelbarer Berührung
mit den Dämpfen. Außerdem werden eingeschlossene Teile und schwerere Bestandteile
in den Dämpfen an die Außenseite des Dampfstromes geworfen, und zwar in inniger
Berührung mit dem Rückfluß, so daß die schwersten Bestandteile, der Dämpfe und eingeschlossenen
Teile von diesen geführt werden und mit dem Rückfluß in innigste Berührung kommen. Die am meisten vorteilhafte
Drehgeschwindigkeit der Säule kann verschieden sein. Es ist jedoch festgestellt worden,
daß zufriedenstellende Ergebnisse bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Säule von 1600 bis 4000 Umdrehungen pro Minute
erzielt wurden. .
Da der Rückfluß und die Dämpfe durch die Zentrifugalkraft auf getrenntem Wege gehalten
werden, kann die Säule oder das Fraktionsrohr jede gewünschte praktische Länge erhalten oder aber einen verkleinerten
Durchmesser aufweisen, Der vergrößerte Widerstand zum Gegenstromfluß ist mit
Rücksicht auf die Zentrifugalkraft, die das Rohr oder die Säule in Betrieb hält, unbeachtlich.
Bei zweckmäßiger Überwachung des Rückflusses kann die Zusammensetzung der durch
die Auslaßleitung 51 zu den endgültigen Kondensatoren
geführten Dämpfe so kontrolliert werden, daß das Kondensat nur aus einem Bestandteil der verdampften Mischung, und
zwar im wesentlichen in reinem Zustand, besteht. Oder aber das Kondensat kann von
einem geschlossenen Fraktionsabschnitt gebildet werden, dessen Siedegrenzen innerhalb
von 10C oder weniger liegen. Die schwereren
Flüssigkeitsbestandteile, die von dem Fraktionsrohr zu dem Behälter zurückgeführt
werden, können nochmals verdampft werden, und man erhält nacheinander Kondensate mit
abnehmender Flüssigkeit. Bei der Trennung von Bestandteilen, die eine vorher bestimmte
Siedeabstufung aufweisen, werden die Kondensate im wesentlichen genau mit dieser
Siedeabstufung übereinstimmen, ohne daß die aufeinanderfolgenden Abschnitte einander
überdecken.
In den Fig. 4 bis 8 ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Apparates dargestellt,
der besonders zu einem Destillationsvorgang geeignet ist und in dem die Gegen- Strombehandlung in einem Rohr durchgeführt
ist, welches als flache Spirale ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das als
flache Spirale ausgebildete Rohr 60 vom Isoliermaterial 61 umgeben und in einem scheibenartigen
Gehäuse 62 eingehaust. Das Gehäuse ist zwecks Drehung auf einer senkrechten Achse gelagert. An seiner unteren Seite
ist das Gehäuse 62 in der Mitte mit einem senkrechten, nach unten ragenden zylindrisehen
Rohr als Lagerglied 63 versehen, welches durch das waagerechte Lager 64 hindurchführt,
das von dem Rahmen 65 getragen wird. Das zylindrische Rohr 63 ist in dem Arm 64 in einem geeigneten Lager 65
gehalten und wirkt als Antriebswelle. Das untere Ende ist verschlossen und ist außen,
wie mit Ziffer 66 in Fig. 6 angegeben, mit Gewinde versehen. Ein Antriebsrad 67 ist
mittels einer Schraube an dem zylindrischen Teil 63 befestigt.
An dem oberen Ende ist das Gehäuse 62 ebenfalls in der Mitte mit einem zylindrischen
Rohr 68 versehen, welches als Welle dient und aufwärts durch den Arm 69 hindurchgeführt
ist, in dem sich das Lager 70 befindet. Das innere Ende der Spiralschlange 60 ist
vom Mittelpunkt der Schlange bei 71 nach aufwärts gerichtet, und von dieser Stelle aus
reicht der Rohrteil 72 nach aufwärts durch die rohrfÖrmige Welle 68, die, wie bei 73 angegeben,
mit einer Dichtung von geeignetem
Isoliermaterial, wie ζ. Β. Asbest, versehen ist. Das mittlere Rohr bildet den Auslaß für
■ die leichtere Flüssigkeit oder unkondensierten Dampf, der aus der Schlange austritt.
Am cäußeren Ende ist das die Spiralschlange bildende Rohr, wie bei 74 angegeben, nach unten gekrümmt, und von dieser Stelle aus ist es, wie das Rohr 75 angibt, innerhalb des Gehäuses 62 radial geführt und endet in dem mittleren Rohr 76, welches durch die zylindrische Antriebswelle 68 nach unten gerichtet ist. Die letztere ist von Isoliermaterial, wie z. B. Asbest oder einem anderen geeigneten Stoff, umgeben. Das Rohr 76 bildet den Einlaß zu der Spirale für die leichtere Flüssigkeit oder den Dampf.
Am cäußeren Ende ist das die Spiralschlange bildende Rohr, wie bei 74 angegeben, nach unten gekrümmt, und von dieser Stelle aus ist es, wie das Rohr 75 angibt, innerhalb des Gehäuses 62 radial geführt und endet in dem mittleren Rohr 76, welches durch die zylindrische Antriebswelle 68 nach unten gerichtet ist. Die letztere ist von Isoliermaterial, wie z. B. Asbest oder einem anderen geeigneten Stoff, umgeben. Das Rohr 76 bildet den Einlaß zu der Spirale für die leichtere Flüssigkeit oder den Dampf.
In den Fig. 4 bis 8 einschließlich ist die Einrichtung gezeigt, wie sie zur fraktionierten
Kondensation der Dämpfe von einem Destillierapparat (still) oder einer Erhitzungseinrichtung
verwendet wird. Hierzu mag ein Gefäß von zylindrischem Querschnitt dienen, wie mit Ziffer 77 angegeben. Die
öffnung dieses Gefäßes ist innen mit Gewinde versehen, so daß es auf die Antriebswelle
63 aufgeschraubt werden kann. Das Rohr 76 steht demnach mit dem Inneren des
Gefäßes in Verbindung und erhält von hier die Dämpfe. Das Gefäß 77 und dessen Inhalt
kann durch irgendwelche geeignete Mittel erwärmt werden. Z. B. kann es von einem
elektrischen Widerstandsheizelement 78 umgeben sein. Im Betriebszustand werden das
Gehäuse 62 mit der Spiralschlange 60 und die angeschlossenen Teile einschließlich der
röhrenförmigen Antriebswellen 63 und 68 und dem zu heizenden Gefäß 77 auf die
zweckmäßige Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt, um die gewünschte Zentrifugalkraft
zu erzielen. Es mögen 1000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute in Anwendung kommen.
Die Dämpfe steigen von dem Gefäß 77 durch das Rohr 76 und gelangen durch den
radialen Rohrteil 75 zu der äußersten Windung der Schlange, durch welche sie im Gegenstrom zu der Rückflußflüssigkeit, wie
später beschrieben wird, wandern. Unkondensierte Dämpfe treten von der inneren
Windung der Spirale 60 durch das Rohr 72.
Um die Zurückführung des Rückflußkondensates von dem Rohr zu dem Destillationsgefäß
77 durchzuführen, ist an dem Ende der äußeren Windung der Schlange 60, wo es,
wie bei 74 angegeben, nach unten umgebogen ist und mit dem radialen Rohr 75 verbunden
ist, ein Flüssigkeitsauslaßrohr 76 vorgesehen, welches radial nach auswärts zu dem Ventilgehäuse
77 einer Pumpvorrichtung, zweckmäßig vom Diaphragmatyp, hinführt. Das Ventilgehäuse, welches mit der äußeren Wandung
des Gehäuses 62 verbunden ist, ist in der Mitte mit einer Kammer 78 ausgerüstet,
mit der die Flüssigkeitseintrittsleitung 76 in Verbindung steht. Wie weiter beschrieben
werden wird, führt der Auslaß durch die Leitung 79. Beim Ein- und Auslaß sind Kugelventile
80 so vorgesehen, daß sie während des Betriebes der Einrichtung durch die Zentrifugalkraft
betrieben werden. Von der Kammer 78 mit dem Pumpengehäuse führt eine kurze Leitung 81 radial durch die Wandung
des Gehäuses 52 und endet im Inneren' eines geeigneten Diaphragmas, z. B. metallischen
Gliedern 83. Diese sind vollkommen in der Kammer 84 eingehaust, welche durch die Leitung
85 mit dem Inneren des Pumpenzylinders 86 in Verbindung steht. In dem Zylinder befindet sich der hin und her gehende Kolben
87. Der Kolben wird durch die Kolbenstange 88 mittels des Exzenters 89 bewegt. Der Exzenter besteht zweckmäßig aus zwei
in einem Abstand voneinander liegenden Scheiben 890J die zu einer Hülse 90 ausgebildet
oder hieran befestigt sind und an der rohrförmigen Antriebswelle 63 sich befinden.
Die Scheiben 8ga sind mit zueinander gerichteten
Flanschen 91 versehen, die an ihren Rändern in einem Abstand voneinander
liegen, so daß eine äußere öffnung entsteht, durch die die Kolbenstange 88 hindurchführt.
An der inneren Seite der Flansche sind an der Kolbenstange 88 Rollen 92 vorgesehen.
Diese Rollen liegen an den inneren Flächen der Flansche 91 an. Die Hülse 90 wird zusammen
mit den exzentrischen Scheiben 89°, und zwar mit der rohrförmigen Antriebswelle
63 des Gehäuses 62, durch die Scheibe 93 in Umdrehung versetzt, die durch irgendwelche
geeignete Antriebsmittel bewegt wird. Beim Betrieb werden die Hülsego und die
exzentrischen Scheiben 89 in einem Maße in Bewegung gesetzt, das von der Geschwindigkeit
des Gehäuses 62 und des darin befindlichen Spiralrohres abweicht. Die unterschiedliche
Geschwindigkeit bestimmt die Anzahl der dem Pumpenkolben 87 mitgeteilten Bewegungen. Wenn also das Spiralrohr mit
1800 Umdrehungen pro Minute in Bewegung gesetzt wird und das Rad 93 und die exzentrischen
Scheiben 89ß mit 1650 Umdrehungen
pro Minute laufen, dann bewegt sich der Kolben 87 mit 150 Touren pro Minute. Die
Tourenzahl des Kolbens 87 wird auf die Flüssigkeit übertragen, die die Diaphragmakammer
84 und die Leitung 85 füllt. Es wird eine entsprechende Zusammenziehung und Ausdehnung des Diaphragmakörpers erzielt.
Diese Bewegung wird auf die Rückflußflüssigkeit in der Pumpenkammer 78 übertragen.
Durch die Kugelventile 80 wird die aus dem Spiralrohr durch die Leitung 76 in die Pumpenkammer
gelangte Rückflußflüssigkeit ge-
zwungen, durch die Leitung 79 zu treten und durch das radiale Rohr 95, welches in der
zentralen Dampfleitung 76 einmündet, zu wandern und sofort nach abwärts zu gehen,
wie mit Ziffer 96 angegeben. Das Rückflußrohr endet etwas unterhalb der Öffnung des
Dampfrohres 76. Der Rückfluß oder die schwerere Flüssigkeit, die durch die Zentrifugalkraft
aus dem Spiralrohr austritt, ist also auf diese Weise zu dem Heizgefäß JJ
zurückgeführt.
Die von dem inneren Ende des Spiralrohres austretenden Dämpfe gelangen durch die
Leitung 72 in die Kammer 97 in der Stopfbuchse 98. Von hier gehen die Gase durch
das feststehende Rohr 99, welches in einer Hülse 100 in dem Rahmen 101 des Gestelles
65 ruht.
Die Betriebsweise der Einrichtung wird ohne weiteres von der vorhergehenden Beschreibung
der Bauweise nach Fig. 1 bis 3 einschließlich verstanden sein. Das Spiralrohr
mit dem Gehäuse 62 wird in eine bestimmte Umdrehung versetzt. Damit rotiert auch das
Destillationsgefäß JJ. Bei der vorgesehenen Betriebsweise legt sich der Inhalt des Destillationsgefäßes
Jj an den Wandungen dieses Gefäßes und nicht an dem Boden wie bei dem
gewöhnlichen Betrieb der feststehenden Gefäße um. Der Inhalt des Destillationsgefäßes
wird erhitzt, und die abgegebenen Dämpfe steigen durch die Leitungen 76 und JJ und
treten in das Spiralrohr 60 an seinem äußeren Ende ein. Im Gegenstrom zur Rückflußflüs-•
35 sigkeit oder Absorptionsflüssigkeit durchqueren sie das Spiralrohr. Diese Flüssigkeiten
sind durch die Rohre 99 und 72 zugeführt. Die Rückflußflüssigkeit ist gezwungen,
durch die Zentrifugalkraft außen durch die Spirale entgegen den Dämpfen zu wandern.
Eine wirkungsvolle Fraktionierung oder Absorption der Bestandteile der Dämpfe
wird in der Spirale gesichert. Wenn die Flüssigkeit das äußere Ende der Spirale erreicht,
wird sie gezwungen, in die Leitung 76 einzutreten, von der sie in die Pumpenkammer
78 geführt ist. Die Flüssigkeit muß durch die Rückleitung 95 und .durch die Leitung 96
in das Destillationsgefäß zurückwandern.
In den Fig. 9 und 10 ist eine weitere Ausführungsform
eines Apparates gezeigt, der hauptsächlich für einen wirtschaftlichen Betrieb in größerem Umfang bestimmt ist. Bei
dieser Bauweise sind die einzelnen Spiralrohre 102, jedes in Scheibenform, auf einer
hohlen Welle 103 aufgebracht. Die Spiralen werden durch den Rahmen 104 in Stellung
gehalten. Die Welle 103 führt durch Zapfen 104 eines feststehenden zylindrischen Gehäuses
105. Mit ihren inneren Enden münden die Spiralrohre, wie mit Ziffer 106 angegeben,
im Inneren der Welle 103. Die äußeren Enden der Spiralrohre münden unmittelbar
im Inneren des Gehäuses 105, wie mit Ziffer 107 angegeben.
Die hohle Welle 103 ist an dem Ende 108
geschlossen. An dem anderen Ende führt die Welle durch eine Stopfbuchse 109 in den Gehäusezapfen
104 und endet in einer Stopfbuchse 110, die mit einem feststehenden Auslaßrohr
111 ausgerüstet ist. Ein verhältnismäßig
kleineres, feststehendes Flüssigkeitszuführungsrohr 112 führt durch das Dampfauslaßrohr
111 und die hohle Welle 103, das
an seinem Ende verschlossen ist und auf dem Teil seiner Länge gegenüber den Öffnungen
der Spiralrohre 102 mit Löchern 113 versehen
ist.
Die Betriebsweise der Einrichtung nach Fig. 9 und 10 ist ohne weiteres ersichtlich. 80"
Dämpfe oder leichte Flüssigkeiten treten z. B. unter geeignetem Druck in das Gehäuse
durch die Eintrittsleitung 114 und müssen in die. Spiralrohre 102 eintreten. Sie durchkreuzen
die Spiralrohre im Gegenstrom zu der schwereren Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird dem Inneren der Spiralrohre durch die
Leitung 112 zugeführt.
Die Einrichtung nach Fig. 9 und 10 ist in Fig. 11 bei Anwendung eines Destillations-Prozesses
dargestellt. Das Gehäuse 105 ist durch Arme 115 auf dem Gefäß 116 angebracht.
Das Einlaßrohr 114 des Gehäuses 105 ist mit dem Dampfauslaß 117 des Gefäßes
verbunden. Die Dämpfe treten von dem Gefäß in das Gehäuse 105 und werden gezwungen,
wie bereits beschrieben, die Spiralrohre 102 zu durchkreuzen. Die Spiralen
werden in geeigneter Weise, z. B. auf 1000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute, in Umdrehungen
versetzt, um die gewünschte Zentrifugalwirkung zu erzielen. Die Rückflußflüssigkeit
ist durch das Rohr 112 geführt, tritt in die Spiralrohre ein und durchwandert
diese im Gegenstrom zu den Dämpfen, wobei in den Spiralrohren eine wirkungsvolle Fraktionierung
herbeigeführt wird. Der Rückfluß und das Kondensat gelangen von den Spiralrohren
in das Gehäuse 105 und fallen durch das Rohr 115 in den Behälter 116.
Es ist ersichtlich, daß der Apparat, so wie er im wesentlichen in den vorangehenden
Figuren dargestellt ist, für die Absorption von Bestandteilen von Gasen oder Dämpfen
durch absorptive oder reaktive Flüssigkeiten bestimmt ist. Die Absorptions- oder Reaktionsflüssigkeit
ist durch die Leitung 112 zugeführt, und die zu behandelnden Dämpfe
werden durch die Einlaßleitung 114 eingelassen.
Beispielsweise kann der Apparat auch für die Behandlung von Raffineriegasen Verwen-
dung finden, die Olefine aufweisen, welche
vom Kracken des Kohlenwasserstoffes oder der Pyrolyse des Raffineriegases oder eines
anderen Kohlenwasserstoffgases herrühren. Als zweiter Stoff wird hierbei Schwefelsäure
von geeigneten Konzentrationen, beispielsweise mit einem spezifischen Gewicht von
1,75 bis 1,80, benutzt, um die Entfernung der Olefinbestandteile der Gase in Form ihrer
saueren Sulfate zu bekommen. Geeignet ist dieses Verfahren für die Herstellung entsprechender
Äther, Alkohole u. dgl. In gleicher Weise kann der Apparat dazu benutzt werden, den Schwefelwasserstoff aus den Ölraffineriegasen,
Koksofengasen u. dgl. zu entfernen. Hierbei werden als reagierende
Waschflüssigkeit die Lösungen oder Suspensionen verschiedener Alkalien, z. B. Natriumcarbonat,
Calciumhydrat u. dgl., im Wasser benutzt. Es können auch hierfür die Lösungen
von Triäthanolamin, Diäthylentriamin u. dgl. in Frage kommen. Bei diesen Vorgängen
erhält man eine außerordentlich wirksame Gegenstromberührung zwischen dem zu behandelnden Gas und der reagierenden Flüssigkeit,
wobei ein guter Wirkungsgrad und eine vollständige Reaktion erzielt werden.
In den Fig. 12 und 13 ist die Abänderung
von Fig. 9 und 10 in Verbindung mit einem Apparat gezeigt für die Behandlung einer
leichteren mit einer schwereren Flüssigkeit, z. B. die Behandlung von Ölen mit Schwefelsäure,
um die Bestandteile der ersteren zu entfernen. In diesem Fall steht das Gehäuse 105 durch dessen Einlaß 114 mit einer verlängerten
Kammer 118 in Verbindung. Zu dieser Kammer wird die leichtere zu behandelnde
Flüssigkeit durch die Leitung 119 zugeführt. Die leichtere Flüssigkeit wird unter
Druck gezwungen, in das Gehäuse 105 und in die Spiralrohre, welche sie durchkreuzt, zu
steigen. Die Flüssigkeit verläßt durch die mittlere hohle Welle 103 und das Auslaß rohr
in die Spiralrohre. Das Auslaßrohr 111
endet in einem Kopfstück 120, in welches die Leitung 112 eintritt. Die behandelte leichte
Flüssigkeit wird durch die Leitung 121 mitgenommen. Die benutzte schwere Flüssigkeit
wird durch die Leitung 112 zugeführt, tritt in die Spiralrohre ein und wandert durch
diese im Gegenstrom zu der leichten Flüssigkeit auf Grund der Wirkung der Zentrifugalkraft,
die durch die Drehung der Spiralrohre entsteht. Die gewünschte chemische
Einwirkung zwischen den schweren und leichten Flüssigkeiten tritt ein, und die benutzte
schwere Flüssigkeit gelangt in das Gehäuse 105 und tritt durch die Öffnung 114 in
die Kammer 118. In dieser Kammer findet die Trennung von den schweren und den
leichten Flüssigkeiten statt. Die schwerere Flüssigkeit fällt auf den Boden und tritt
durch die Leitung 122 aus, welche durch ein Schwimmerventil 123 gesteuert wird.
Bei der Ausführung des Verfahrens wird normalerweise die schwerere Flüssigkeit,
z. B. die Säure, die durch die Zentrifugalwirkung nach außen zu streichen gezwungen
wird, einen beweglichen Film an der Innenseite der Außenwand der Spiralleitung bilden.
Die leichtere Flüssigkeit oder das Öl legt infolge des herrschenden Druckes innen
den Weg zurück, so daß man eine sehr große wirksame Berührung über eine lange Wegdauer
erhält. Hierbei hat die Einrichtung noch den weiteren Vorteil, daß unter Umständen
vorkommende teilweise Verstopfungen in der Leitung hinter sich infolge der
vorhandenen Zentrifugalwirkung einen Druck der schwereren Flüssigkeit entstehen lassen,
der seinerseits diese Verstopfungen beiseitebringen wird. Die Einrichtung ist also nicht
nur höchst wirksam in ihrer Arbeitsweise, sondern birgt auch die weiteren Vorteile in
sich, daß eine wirksame und ununterbrochene Arbeitsweise sichergestellt ist.
Claims (7)
- Patentansprüche:i. Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten in einem Gas-, Dampf- oder auch Flüssigkeitsstrom, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, die Dämpfe oder die leichtere Flüssigkeit am Außenende einer als Kurve mit schrittweise wachsendem Halbmesser ausgebildeten und um eine zentrale Achse rotierenden Leitung eingeführt und in Richtung des inneren Endes der Leitung im Gegenstrom zu der schwereren Flüssigkeit zu fließen gezwungen werden, die durch die Leitung unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft fließt und entweder am inneren Ende der Leitung eingeführt oder durch Kondensation in der Leitung gebildet wird.
- 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Leitung in Form einer Kurve von schrittweise wachsendem Halbmesser ist, die in Umdrehungen versetzt wird, wodurch der no schwerere Stoff infolge der Zentrifugalkraft in Richtung des wachsenden Durchmessers durch die Leitung hindurchgeht und das Gas, der Dampf oder die leichtere Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung n5 durch die Leitung streichen bzw. fließen müssen.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralleitung in der Mitte in einem Rohr endet, welches axial zu der Spirale liegt und mit dieser in Umdrehung versetzt wird.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralleitung schneckenförmig, insbesondere konisch verläuft.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralleitung eine flache, im wesentlichen eine Scheibenform aufweist und auf einer durch ihre Mitte gehenden, rechtwinklig zu der Scheibe befindlichen, in Umdrehung zu versetzenden Achse angebracht ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und S,dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Spiralleitungen in Form von Scheiben auf einer gemeinsamen Achse nebeneinander angebracht sind und die Spiralen mit ihren inneren Enden in einem gemeinsamen, axial liegenden Rohr münden.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralleitung oder -leitungen in einem Gehäuse untergebracht sind und die äußeren Enden der Spiralen darin münden.Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (2)
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DE102012218772B3 (de) | 2012-10-15 | 2014-10-30 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und Einrichtung zur Diagnose eines fehlerhaften Leuchtmittels |
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1931
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-
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---|---|
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FR744353A (de) | 1933-04-19 |
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