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Kochböden für Rektifizierapparate Die Erfindung bezieht sich auf Rektifizierkolonnen,
wie sie in der chemischen Industrie vielfach verwendet werden, beispielsweise dazu,
aus niedrigprozentigem Spiritus hochprozentigen Alkohol zu gewinnen. Hierbei steigen
die Dämpfe nacheinander von unten nach oben durch mehrere Kochböden auf, wobei sie
beim Durchgang durch jeden Kochboden gezwungen werden, mit der darauf angesammelten
Flüssigkeit in enge Berührung zu kommen. Die überschüssige kondensierte Flüssigkeit
aus den einzelnen Kochböden wird durch Überlaufstutzen dem jeweils darunterliegenden
Kochboden zugeführt. Bei der am meisten verwendeten Bauart wird die innige Berührung
zwischen dem aufsteigenden Dampf und der Flüssigkeit des betr.
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Kochbodens dadurch erreicht, daß ein durch den Kochboden hindurchgeführtes
Rohr innerhalb einer in die Flüssigkeit eintauchenden Glocke mündet, so daß der
Dampf aus der Glocke nur heraus kann, wenn er die Flüssigkeit durchströmt. Die Überlaufrohre
sind dabei außerhalb der Kochglocken beliebig angeordnet. Bei einer bekannten Bauart
sind die Überlaufrohre in die Kochglocke eingebaut, so daß die Flüssigkeit - eines
Bodens durch die Glocke, welche diesem Boden den Dampf zuführt, hindurch mittels
eines Rohres dem darunterliegenden Boden zugeführt wird. Die untere Mündung der
Überlaufrohre lag also auch hierbei außerhalb der Kochglocken. Die durch das Überlaufrohr
hinzukommende Flüssigkeit floß daher im wesentlichen um die Kochglocken herum dem
zum nächsttieferen Boden führenden Überlaufrohr zu. Unterhalb der Kochglocke selbst
befand sich die Flüssigkeit annähernd in Ruhe, da neue Flüssigkeit von außen beim
Herunterströmen unter die Kochglocke dem zugeführten Dampf entgegenströmen mußte.
Infolgedessen war die Flüssigkeit an den Stellen, an welchen der Dampf mit ihr in
Berührung kam, verhältnismäßig warm und wenig aufnahmefähig für den aus dem Dampf
auszuscheidenden Stoff. Dieser überstand wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
daß an Stelle der üblichen Kochglocken, in welche mlr der aufsteigende Dampf unmittelbar
hineingeleitet wurde, Kammern vorgesehen werden, in welche außer dieser Dampfüberleitung
auch die vom nächsthöheren Boden kommenden Überlaufrohre münden. Die weitere Führung
des Dampfes wird dabei nicht beeinträchtigt; er gelangt genau wie bei den bekannten
Glockenböden über am unteren Rand der Kammerwandung in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels
vorgesehene Öffnungen in einen Raum, von dem aus Dampfkanäle zum nächsthöheren Boden
führen und in denen auch die
oberen Öffnungen der Überlaufröhren
liegen, welche den Flüssigkeitsüberschuß zum nächsttieferen Boden zurückführen.
Die Strömungsverhältnisse werden hierdurch grundsätzlich geändert; denn die von
oben kommende Flüssigkeit gelangt so zwangsläufig in die gleichen Kammern, in die
der Dampf eintritt, und strömt aus diesen in gleicher Richtung wie der Dampf nach
außen und schließlich zum nächsten Überlauf. Hierdurch wird erreicht, daß der in
die Kammer eintretende Dampf bei seinem Austritt an der Kante der Kammerwand eine
sich stets erneuernde Flüssigkeitsmenge vorfindet, welche infolgedessen verhältnismäßig
kühl und stark aufnahmefähig für den aus dem Dampf auszuscheidenden Bestandteil
ist.
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Da der Dampfdruck von einem Kochboden zum andern in Richtung nach
oben stufenweise abnimmt, müssen die Überlaufrohre am unteren Ende so abgedichtet
sein, daß zwar Flüssigkeit herausströmen kann, ohne daß jedoch dem Dampf des unteren
Bodens die Möglichkeit gegeben wird, unter Umgeiumg der Kontaktstellen durch die
Überlaufrohre nach oben zu gelangen. Bei den üblichen Rektifizierkolonnen pflegt
man deshalb die Überlaufrohre in die Flüssigkeit des darunterliegenden Bodens eintauchen
zu lassen. Diese Eintauchtiefe muß dabei größer sein als die Höhe der von den Dämpfen
beim Austritt aus den Kochglocken zu überwindenden Flüssigkeitssäule. Da nun die
I Kochglocken zur Verminderung der auf jedem Boden befindlichen Flüssigkeitsmenge
im allgemeinen bis nahe an den Boden herangeführt werden, war man dabei meist gezwungen,
Vertiefungen an den Stellen der Kochböden vorzunehmen, an welchen ein Überlaufrohr
mündet. Hierdurch wurde die Herstellung der Kochböden verteuert.
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Da nun gemäß der Erfindung die terlaufrohre unten nicht außerhalb
der die Aufgabe der Glocken übernehmenden Kontaktkammern, sondern innerhalb derselben
münden, besteht an ihrem unteren Ende ein Druckunterschied, der doppelt so hoch
ist, wie derjenige zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kochböden. Infolgedessen müßten
bei Anwendung der üblichen Überlaufrohre in den Böden an der Mündungsstelle der
Überlaufrohre Vertiefungen vorgesehen sein, die erheblich weiter nach unten vorstehen,
als dies schon bei den üblichen Kochböden erforderlich ist. Damit nicht hierdurch
die Herstellung bedeutend verteuert wird, werden gemäß der Erfindung Auslaufrohre
verwendet, welche zwar am oberen Ende in üblicher Weise mit einem Überlaufrand versehen
wcrden, so daß der Flüssigkeitsspiegel im obere Boden konstant gehalten wird, die
aber unten bis auf Öffnungen solcher Größe verschlossen sind, daß die zur Erzeugung
der Austrittsgeschwindigkeit erforderliche, sich im Rohr ansammelnde Flüssigkeitssäule
dem herrschenden Gas druckunterschied das Gleichgewicht hält bzw. daß die Austrittsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit größer ist als die Aufsteiggeschwindigkeit der Gasblasen.
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Eine weitere Vereinfachung des Aufbaues kann gemäß der Erfindung
dadurch erreicht werden, daß die Kontaktkammern durch Wände gebildet werden. die,
abgesehen von den in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels vorges ebenen Durchgangsöffnungen,
den Raten zwischen je zwei Kochböden in eine Anzahl von Teilräumen annähernd gleicher
Breite unterteilen, von denen wechselweise je einer die Mündungen der Kanäle für
den Dampf eintritt aus der darunterliegenden Stufe und der Überlaufstutzen aus der
darüberliegenden Stufe enthält und somit die Kontaktkammer darstellt, während der
daran anstoßende Raum die Mündungen der zur nächsthöheren Stufe führenden Dampfaustrittskanäle
und derjenigen Überlaufstutzen enthält, welche die überschüssige Flüssigkeit zur
darunterliegenden Stufe zurückführen.
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Die Trennwände sind zweckmäßig als konzentrische Ringwände ausgebildet,
so daß man ringförmige Kontaktkammern und ringförmige Zwischenräume erhält. Sie
sind vorzugsweise so hoch ausgebildet, daß sie den darunterliegenden Kochboden berühren
und so die einzelnen Kochböden gegeneinander abstützen.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert,
und zwar zeigt Fig. I einen Schnitt durch einen Teil mehrerer übereinanderliegender
Kochböden gemäß der Erfindung, bei welchen die Kontaktkammern durch konzentrische
Ringwände gebildet sind, Fig. 2 und 3 Überlaufstutzen der erfindungsgemäß angewendeten
Art, Fig. 4 eine Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung im Achsenschnitt, wobei
schenatisch die Strömung der Dampfteilchen von Boden zu Boden angedeutet ist.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht jeder Kochboden aus mehreren konzentrischen Ringräumen, die abwechselnd
je eine Kontaktkammer 2 und einen Außenraum 3 darstellen. In die Kontaktkammern
2 treten son unten her die aufsteigenden Dämpfe ein, während die Außenräume die
oberen Öffnungen bzw. Überlaufkanten der nach unten führenden Überlaufrohre sowie
die unteren O nungen der Dampfüberleitungsrohre zum nächsthöheren Boden enthalten.
Die untere
Mündung der Überlaufrohre liegt nun erfindungsgemäß nicht
wie bei den üblichenGlockenböden in den Außenräumen 3, sondern innerhalb der Kontaktkammern
2, so daß die Fliissigkeit an der Kontaktstelle in der gleichen Richtung strömt
wie die von unten kommenden Dämpfe. In den Figuren sind die Dampf rohre mit 5, die
Überlaufrohre mit 7 bezeichnet, während mit 6 die Ringwände bezeichnet werden. Die
Richtung der Dampfströmung ist durch eingezeichnete Dampfblasen imlerhalb der Flüssigkeit
angedeutet.
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Um nicht unterhalb eines jeden Überlaufrohres eine erheblich vertiefte
Wanne im Kochboden anbringen zu müssen, werden erfindungsgemäß die in Fig. 2 und
3 genauer dargestellten Überlaufrohre 7 verwendet.
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Diese Überlaufrohre haben am oberen Ende eine Überfallkante, welche
dafür sorgt, daß der Flüssigkeitsspiegel im oberen Boden stets die vorbestimmte
Höhe einnimmt. Unten sind jedoch die Überlaufrohre bis auf einzelne Durchtrittsöffnungen
verschlossen. Je i tadi der überlaufenden Flüssigkeitsmenge stellt sich nun innerhalb
des Überlaufrohres ein veränderlicher Flüssigkeitsspiegel ein, der aber stets unterhalb
der Überlaufkante liegt.
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Sobald die zur Erzeugung der Austrittsgesdiwindigkeit erforderliche
Säulenhöhe größer ist als der Druckunterschied, welcher zwischen dem Gasdruck innerhalb
des die untere Mündung des Überlaufrohres tilngebenden Raumes und demjenigen über
dem oberen Boden besteht, bzw. die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit größer
ist als die Geschwindigkeit, mit welcher Gasblasen aufsteigen würden, kann kein
Gas durch das Überlaufrohr nach oben gelangen.
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Das Uberlaufrohr kann hierbei, wie in Fig. 2 dargestellt, ein wenig
in die Flüssigkeit eintauchen, man kann es jedoch auch, wie Fig. 3 zeigt, oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels münden lassen.
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Fig. 4 zeigt schematisch die Dampfströmung in einer durch Ringwände
unterteilten Rektifizierkolonne gemäß der Erfindung. Ein Teil der Strömung wird
dabei so verlaufen, wie in der rechten Hälfte dieser Figur dargestellt ist, so daß
er annähernd in einer senkrechten Linie bleibt; zum Teil wird jedoch der Dampf auch
stufenweise sich nach innen bzw. außen bewegen. Hierbei tritt ein Ausgleich in der
Konzentration zwischen den verschiedenen Stellen der Kochböden ein, was für einen
guten Wirkungsgrad von hoher Bedeutung ist.
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In Fig. I sind die Ringwände der Deutlichkeit halber so dargestellt,
daß sie ein wenig oberhalb des jeweils nächsten Kochbodens enden. Die Wirkung ist
aber selbstverständlich die gleiche, wenn die Ringwände bis zu diesen Böden herabreichen
und nur eine genügend große Anzahl von Durchbrechungen in der Nähe ihres unteren
Endes aufweisen. In diesem Falle dienen die Ringwände gleichzeitig dazu, die übereinanderliegenden
Kochböden gegeneinander abzustützen.