DE69408382T2 - Verfahren zur übertragung von bestandteilen und wärme zwischen einem flüssigkeitsstrom und einem dampfstrom, vorrichtung zur durchführung des verfahrens. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Bestandteilen und Wärme zwischen einem Flüssigkeitsstrom und einem Dampfstrom, die in aufeinanderfolgenden Stufen in die entgegengesetzte Richtung fliessen, und eine Trennvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Die Erfindung kann für die Destillation verwendet werden, wenn man weiters mindestens eine zu destillierende Lastversorgung auf einer Zwischenstufe, mindestens eine Leitung für die Beseitigung und/oder die Kondensation des Dampfs an einem Ende, da das Kondensat wieder in das Gerät eingeführt werden kann, mindestens eine Leitung für die Beseitigung und/oder Verdampfüng der Flüssigkeit am anderen Ende, da der Dampf wieder in das Gerät eingeführt werden kann, eine Kühlquelle zum Kondensieren des Dampfs, eine Wärmequelle zum Verdampfen der Flüssigkeit vorsieht.
• Aus der FR-A-9 15 638 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für die fraktionierte Destillation von Flüssigkeiten bekannt. Es handelt sich um ein besonderes System aus Plattenkolonnen mit überlagerten Elementen, wobei die Flüssigkeit im allgemeinen vertikal unter der Wirkung der Schwerkraft abfliesst. Im Gegensatz zu diesem bekannten Stand, schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend den Patentansprüchen vor.
• Das erfindungsgemässe Gerät in kompakter und im wesentlichen horizontaler Ausführung umfasst keine Stapelung von Destillationsstufen, daher wird die Stufenanzahl nur entsprechend physikalisch-chemischen Parametern der Trennung, des Lastverlusts des Dampfstroms in jeder Stufe und des Gesamtlastverlusts dieses Dampfstroms definiert.
• Die im Anhang beigefügten Figuren 1 bis 5 zeigen die Beschreibungen von zwei Ausführungsbeispielen.
• Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Elemente einer ersten Vorrichtung.
• Die Figur 2 zeigt eine Stufe von besonderer Ausgestaltung für die Vorrichtung der Figur 1.
• Die Figur 3 zeigt eine Stufe von modularer Ausgestaltung im Fall einer Nebeneinanderanordnung von Stufen, wie auf Figur 2 beschrieben.
• Die Figur 1 zeigt eine explodierte Ansicht von zwei angrenzenden Stufen in abwechselnder Position E1 und E2 einer Vorrichtung mit einer definierten Anzahl von Stufen, die nicht alle dargestellt sind, sowie ihre mit den unmittelbar vorangehenden und unmittelbar folgenden Stufen gemeinsame Wände P1, P2, P3. Jede Stufe, wie beispielsweise die auf den Figuren 1 & 2 dargestellte Stufe E1, umfasst eine Kammer 1, die von den gemeinsamen, vorstehend beschriebenen Wänden P1 & P2 sowie von den etwa vertikalen Seiten 2 und 3, einer etwa horizontalen Decke 4 und von einem Boden 5 abgegrenzt wird, in den in unterer Position alle Enden der Kammer münden, die als Kollektor oder zur Versorgung der Stufe mit Flüssigkeit oder Dampf dient. Die Kammer enthält eine Mischzone 6 der vom Ende 7 kommenden Flüssigkeit, das mit der unmittelbar folgenden Stufe E2 über eine in der Wand P2 vorgesehenen Öffnung 8 in Verbindung steht, und vom Siphon 9, und des vom Ende 10 kommenden Dampfs, das mit der unmittelbar vorherigen, auf der Figur 1 nicht dargestellten Stufe über eine in der Wand P1 vorgesehene Öffnung 11 in Verbindung steht. Die Mischung läuft durch die Mitnahmezone 12, bevor sie durch die Passage 13 in ihrem oberen Teil die Trennzone 14 mit einer etwa horizontalen und quer zum Gerät verlaufenden Richtung erreicht. Auf den Figuren 1 & 2 nicht dargestellte Schikanen können in den Zonen 12, 13 und am Eingang der Zone 14 hinzugefügt werden, um den Kontakt zwischen Flüssigkeit und Dampf sowie die Einschränkungen des Durchlaufquerschnitts der vom Siphon 9 kommenden Flüssigkeit und des vom Ende 10 kommenden Dampfs am Eingang der Mischzone 6 zu erleichtern, um die besagte Mischung zu erleichtern. Die Flüssigkeit wird aus der Trennzone 14 am unteren Ende 15 der mit der unmittelbar darunter liegenden, auf der Figur 1 nicht dargestellten Stufe in Verbindung stehenden Kammer durch eine Öffnung 16 der Wand P1 abgeleitet, während der Dampf am oberen Teil der Zone 14 über die Passage 17 und das untere, mit der unmittelbar darüber liegenden Stufe E2 in Verbindung stehende Ende 18 durch die in der Wand P2 vorgesehene Öffnung abgeleitet wird.
• Jede Stufe kann mit einer Zuführung von externer Wärme über die Wände 2 & 3 ausgerüstet sein, die eine teilweise Verdampfüng der Flüssigkeit an der Misch- und Mitnahmezone induziert, sowie mit einem Kühlmittel durch die Decke 4 über eine externe Quelle, das eine teilweise Kondensation der Flüssigkeit induziert, um die Austausche des Bestandteils auf allen Stufen zu erleichtern. Die gemeinsame Achse der Kammern kann um 0,5 bis 10 Grad in Bezug auf die Horizontale geneigt sein, um den Flüssigkeitsfluss von einer Kammer in die andere zu erleichtern.
• Die Breite einer jeden Kammer, gekennzeichnet durch den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden, wird entsprechend operativer Parameter und insbesondere des zu verarbeitenden Dampfdurchflusses berechnet. Bei bedeutenden Durchflüssen kann es vorteilhaft sein, über mehr als eine Kammer pro Stufe zu verfügen. Dies kann modular durch eine Nebeneinanderanordnung von Geräten erfolgen, die identisch mit den vorstehend beschriebenen Geräten der Figuren 1 & 2 sind. In diesem Fall müssen die nebeneinander angeordneten Kammern bezüglich ihrer jeweiligen Trennzone entgegengesetzte Richtungen aufweisen, wobei sich von einer Stufe zur anderen Trenn- und Mitnahmezonen abwechseln, so dass die Mitnahmezonen jeder Stufe an die Trennstufen der jeweiligen, unmittelbar vorhergehenen und unmittelbar folgenden Stufen angrenzen, um die Herstellung einer Verbindung der einzelnen Stufen mit den anderen anhand von in den die Stufen trennenden Wänden vorgesehenen Öffnungen, wie auf den Figuren 1 & 2 beschrieben. Für eine bessere Vereinheitlichung können die Kammern gemeinsame Misch- und Mitnahmezonen sowie gemeinsame Dampfausgänge aufweisen. Die Figur 3 zeigt zwei angrenzende Stufen E'1 und E'2, mit jeweils drei nebeneinander angeordneten modularen Kammern nach dem auf den Figuren 1 & 2 beschriebenen Typ, die drei Kammern 1 für E'1 die drei Kammern 1 pour E'2, wobei einige gemeinsame Misch- und Mitnahmezonen aufweisen, wie 20 & 21, und/oder gemeinsame Dampfausgänge, wie 22 & 23.
• Bei besonders bedeutenden Durchflüssen kann es zum leichteren Trennen der Dampf- und Flüssigkeitsströme vorteilhaft sein, über ungleiche Kammerbreiten zu verfügen, wobei sich die Mitnahmezone der Flüssigkeit durch den Dampf auf dem schmalsten Abschnitt der Kammer und die Trennzone in der breitesten Zone der Kammer befinden. Die Figur 4 zeigt den Fall einer Vorrichtung, bei der jede Stufe E"1, E"2, E"3, E"4 einer nicht vollständig dargestellten Baugruppe eine Decke, jeweils 24, 25, 26, 27, besitzt und einen dreieckigen Boden, jeweils 28 für E"1, während die anderen auf der Figur 4 nicht mehr sichtbar sind. Auf der Stufe E"1 erfolgt die Versorgung mit von der unmittelbar folgenden Stufe kommenden Flüssigkeit über die Öffnung 29, und mit dem von der unmittelbar vorherigen Stufe kommenden Dampf über die Öffnung 30, dargestellt auf den Figuren 4 und 5 als Detail der Mitnahmezone der zweiten auf der vorherigen Figur beschriebenen Vorrichtung, wobei die Dampf- 31 und Flüssigkeitsausgänge 32 der Trennzone jeweils die unmittelbar folgende und die unmittelbar vorhergehende Stufe versorgen. Die Figur 5 zeigt einen Verteilertyp mit Löchern 33, der beim zweiten Vorrichtungsbeispiel in der Mischzone angeordnet werden kann, um gleichzeitig einen Flüssigkeitsvorhalt mit Siphonwirkung 34, um den Durchgang des Dampfs zu verhindern, und eine Mischung der besagten Dampf- und Flüssigkeitsströme zu gewährleisten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Übertragung von Bestandteilen und Wärme zwischen mindestens einem Flüssigkeitsstrom und mindestens einem Dampfstrom, die in aufeinanderfolgenden Etappen in einer Reihe von n Stufen mit gemeinsamer Achse umlaufen, wobei das Fortschreiten der Flüssigkeit und des Dampfs von einer Stufe zur anderen in entgegengesetzter Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass

- die gemeinsame Achse im wesentlichen horizontal ist,

- auf jeder Rangstufe n die Flüssigkeit und der Dampf in gleicher Richtung und quer zur gemeinsamen Achse fliessen, ab mindestens einer Mitnahmezone, in der über eine Öffnung (8, 16, 29) der Rangstufe n+1 Flüssigkeit durch Ansaugen eingeführt und dann von aus der Rangstufe n-1 kommendem Dampf angehoben wird, wobei die Flüssigkeit und der Dampf danach durch Schwerkraft während einer im wesentlichen horizontalen Umwälzung in mindestens einer Zwischenzone getrennt werden, bevor sie getrennt in mindestens eine Sammelzone abfliessen, wobei die Mitnahme- und Sammelzonen sich von einer Stufe zur anderen abwechseln, so dass die getrennte Flüssigkeit und der getrennte Dampf auf einer Rangstufe n unmittelbar eine Mitnahmezone der Rangstufe n-1 bzw. n+1 mit Flüssigkeit bzw. Dampf versorgen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie während des Betriebs:

eine Vielzahl von Trennstufen mit gemeinsamer Achse aufweist, die horizontal nebeneinander angeordnet und von gemeinsamen im wesentlichen vertikalen Wänden getrennt sind;

wobei jede Stufe mindestens ein Modul umfasst, in dem die Flüssigkeit und der Dampf in gleicher Richtung und quer zur gemeinsamen Achse fliessen, ab einer Mitnahmezone, in der der aus einer ersten an einem unteren seitlichen Ende des Moduls angeordneten Öffnung (10, 30) kommende Dampf über ein Siphon (9, 34) aus einer zweiten angrenzenden Öffnung (7, 29) kommende Flüssigkeit ansaugt und bis zu einer Sammelzone anhebt, in der die getrennte Flüssigkeit und der getrennte Dampf über dritte (15, 32) bzw. vierte (18, 31) angrenzende Öffnungen abfliessen, die am anderen unteren seitlichen Ende des Moduls angeordnet und durch eine Schwelle (40) getrennt sind, wobei die Mitnahme- und Sammelzonen durch eine Zwischenzone getrennt sind, in der die Flüssigkeit und der Dampf durch Schwerkraft getrennt werden;

wobei die Anordnung der Öffnungen eines Moduls in Bezug auf das entsprechende Modul der angrenzenden Stufe abwechselnd erfolgt, so dass die besagte erste (10, 30) und vierte (18, 31) bzw. zweite (7, 29) und dritte (15, 32) Öffnung in eine gemeinsame Öffnung (11, 19) bzw. (8, 15) übergehen, die sich in der gemeinsamen, das besagte Modul vom entsprechenden Modul der angrenzenden Stufe trennenden Wand befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stufe eine Vielzahl von seitlich nebeneinander angeordneten Modulen umfasst, so dass die Mitnahme- bzw. Sammelzone von zwei Modulen an der Verbindung dieser Module verbunden werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stufe aus einem von einer Decke und einem dreieckigen Boden abgegrenzten Modul besteht, wobei sich die Mitnahmezone der Flüssigkeit durch den Dampf am schmalsten Teil und die Sammelzone am breitesten Teil des Moduls befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Heizmittel der Seitenwände (2, 3) und Kühlmittel der Decke einer jeden Stufe vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Achse eine Neigung von 0,5 bis 10 Grad in Bezug auf die Horizontale aufweist.