CH434204A - Trenn-Kolonne zur Nassreinigung von Gasen oder zur Destillation oder Trennung von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

  
 



     Trenn Kolonne    zur Nassreinigung von Gasen oder zur Destillation oder Trennung von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Trenn-Kolonne zum Nassreinigen von Gasen oder zur Destillation oder Trennung von Flüssigkeiten, die für Skrubber, Destillationsapparate, Fraktionierungssäulen   0. dgl.    verwendet werden kann.



   Obwohl beträchtliches Interesse bestand, wirksamere Trennungsapparate zu schaffen und obwohl viel Mühe aufgewandt worden ist, eine Trenn-Kolonne mit rotierenden Einsätzen zu entwickeln, so haben die bisher gebräuchlichen Einrichtungen dennoch keine befriedigende Wirksamkeit erbracht. Es trifft zwar zu, dass die bekannten Einrichtungen bereits einen geringen Rückstand hatten und geringe Druckverluste erbrachten, so wurden diese Vorteile jedoch überwogen durch verhältnismässig geringe Ergiebigkeit der Kolonnen. In einigen der bekannten Einrichtungen werden drehbare Schirme aus korrosionsbeständigem Stahl oder anderen Metallen, die die Form von Wendeln oder Kegelstümpfen oder Rückhaltespiralen aufweisen, verwendet, welche den ganzen Bereich zwischen den Wänden der Säulen ausfüllten.

   Solche Einrichtungen erbrachten einen guten   Dampf/Flüssigkeitskontakt.    mit den Wänden wegen des geringen Abstandes zwischen den Kanten der Schirme oder dem Metall und den Wänden. Jedoch war mit den bekannten Einrichtungen nicht die erhoffte Ausbeute zu erzielen. Die Verwirklichung einer Drehbandkolonne mit geringem Druckverlust, mit geringem Rückstau und einer hohen Ausbeute ist ein lange verfolgtes Bestreben.



   Die Ausbeute ist ein Mass für die Anreicherung einer Komponente in der Säule, die diese von den anderen verschiedenen Komponenten trennt. Wesentlich dabei ist, dass die Ausbeute von dem Dampf/Flüssigkeits Kontakt abhängt. Mit anderen Worten, je häufiger der aufsteigende Dampf mit der abfliessenden Flüssigkeit in Berührung kommt, desto wirksamer wird die Trennung sein. Bei einer bestehenden Drehbandkolonne kann die Flüssigkeit frei mit dem sich drehenden wendelförmigen Band in Berührung kommen und sich hochwinden ohne wirklich die Wände der Säule zu berühren. Folglich kann das aufsteigende Material ansteigen, ohne die abfliessende Flüssigkeit zu berühren. Dies gilt es zu vermeiden.



   Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die obige Nachteile behebt und verbesserte Kontakte zwischen Gas und Flüssigkeit bewirkt. Weiter soll eine verbesserte   Lochbandeinrichtung    für eine Kolonne geschaffen werden, wobei das Ziel ein geringer Rückstau, ein geringer Druckabfall und hohe Ausbeute ist. Dabei soll der Weg des Dampfes so verengt werden, dass der aufsteigende Dampf mit den Wänden der Säule in Berührung gelangen muss.



   Die Trenn-Kolonne zur Nassreinigung von Gasen oder zur Destillation oder Trennung von Flüssigkeiten ist   erflndungsgemäss    dadurch gekennzeichnet, dass sie eine vertikale Säule aufweist, in der koaxial eine Welle vorgesehen ist, deren Oberfläche mindestens eine wendelförmige Erhebung aufweist, die sich mindestens entlang eines Teiles der Länge der Welle erstreckt.



   Die Länge und der Durchmesser der Welle hängen zweckmässig ab von den Abmessungen der Säule oder des Turmes. Da die rotierende Welle vorteilhafterweise an der Spitze der Vorrichtung angetrieben ist, wird der zentrale Teil der Welle, also ohne Umwickelung, normalerweise länger sein als die Säule. Der rotierende Einsatz besteht zweckmässig aus einem länglichen Element, der an seiner Aussenfläche ein oder mehrere Wendel aufweist, die die ganze Länge des Einsatzes innerhalb der Destilliersäule bestreichen können. Der Aussendurchmesser der Vorrichtung ist zweckmässig derart bemes  sen    dass höchstens ein sehr geringer Ringraum zwischen der Innenwand der Säule und dem Gesamtdurchmesser des Einsatzes bleibt.

   Die Wendel wird vorzugsweise derart auf der Welle angeordnet, dass der Einsatz während der Drehung eine nach abwärts gerichtete Pumpwirkung auf die in der Säule aufsteigende Flüssigkeit ausübt.



   Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen   Trenn-Kolonne    wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben; dabei zeigen:  
Fig. 1 einen Apparat zur fraktionellen Destillation im Aufriss und teilweise geschnitten, sowie    Fig. 2    einen Querschnitt durch den Apparat nach Fig. 1 entsprechend der Linie 2-2.



   Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist ein Behälter 1 eine mit diesem verbundene Säule 2 auf, die mit einem Auslass 3 versehen ist. Innerhalb der Säule ist eine Welle 4 vorgesehen, die auf ihrer Oberfläche eine wendelförmig gewundene Erhöhung 5 trägt. Der wendelförmige Teil 5 verläuft im allgemeinen über die ganze Länge der Säule.



  Am oberen Ende der Welle 4 ist ein Bereich 6 von dem   wendellörmigen    Teil 5 nicht bedeckt. Der Bereich 6 ragt durch ein Absperrorgan 7, das als Verschluss für die Säule 2 dient. Das oberste Ende der Welle 4 ist mit einem Elektromotor gekuppelt.



   Einzelheiten der Anordnung lassen sich aus Fig. 2 entnehmen, wobei diese Darstellung die Einzelheiten in gegenüber Fig. 1 doppelter Grösse wiedergibt. Man kann in Fig. 2 auch die Muttern 8 der Schrauben erkennen, die die   Flanschhälften    9 und 10 zusammenspannen.



  Der Einfachheit halber werden diese Halteglieder auch in Fig. 1 verwendet, wobei jedoch darauf hingewiesen sei, dass auch jede andere Art von Verbindungsmitteln zwischen der Säule und dem Gefäss zur Anwendung gelangen können.



   Dem Fachmann ist es bekannt, dass man, wenn man mit Unterdruck destillieren will, die Säule mit geeigneten zusätzlichen Auslässen versehen muss, um das System an eine Vakuum-Leitung anzuschliessen. Ferner können auch Kondensierungshilfsmittel verwendet werden. Es wird auf das USA-Patent Nr. 2 712 520 verwiesen, das Absaugmittel und Kondensierungshilfsmittel zum Gegenstand hat, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Sofern es wünschenswert erscheint, kann der   wendellörmige    Teil der Welle entweder in oder über den Kondensationsbereich reichen.



   Zum Betrieb der Apparatur wird das zu destillierende Material in das Gefäss 1 gegeben, das daraufhin in bekannter Weise erhitzt wird. Während man Wärme zuführt, wird der Motor M eingeschaltet und mit der Welle 4 gekuppelt, um diese in Drehung zu versetzen.



  Im allgemeinen wählt man die Drehrichtung derart, dass die Flüssigkeit nach unten in das Gefäss zurückgefördert wird, um   Anstauungen    in der Säule während der Destillation zu verhindern. Soll dagegen statt der Destillation in erster Linie eine rasche grobe Trennung von Flüssigkeit aus einem festen Stoff erfolgen, wobei der feste Stoff als erwünschtes Produkt im Gefäss verbleibt, so kann die Pumpwirkung der Anordnung durch Andern der Drehrichtung umgekehrt werden. Dadurch wird ein Aufsteigen der Flüssigkeit in der Säule und aus dem Gefäss unterstützt, und die Vorrichtung wirkt als Extraktor. Das Hauptanwendungsgebiet der Vorrichtung ist jedoch die Destillation.



   Die Welle 4 und der wendelförmige Teil 5 wird vorzugsweise aus einem polymeren Material gefertigt und zwar vorzugsweise aus solchen, die unter der Bezeichnung Polytetrafluoräthylen erhältlich sind. Ebenso können andere Materialien verwendet werden, die Copolymere eines Tetrafluoräthylens mit einem Monochlorfluoräthylen, Hexafluorpropylen oder Äthylen oder anderen   muorkohlenstoffpolymeren,    wie beispielsweise Polychlortrifluoräthylen sind. Weiter können noch Materialien, wie Nylon, Polypropylen, Polyformaldehyd, Polyvinylfluorid, Metalle oder Keramik verwendet werden.

   Für gewöhnlich wird man jedoch einem synthetischen Polymer den Vorzug geben und von den verschiedenen Materialien wird vorzugsweise ein Polytetrafluor äthylen verwendet, da es nicht nur eine grosse chemische Widerstandsfähigkeit und Festigkeit aufweist, sondern auch einen ausserordentlich geringen Reibungskoeffizienten besitzt.



   Sobald Dampf in der Säule hochsteigt, wird dieser    an die Innenwände der Säule 2 gedrängt und d gerät mit    diesen in viel stärkerem Masse in Berührung als dies bisher möglich war. Die Abmessungen der sich drehenden, als Einsatz ausgebildeten, mit der wendelförmigen Erhebung versehenen Welle sind vorzugsweise derart, dass sie bei normalen Temperaturen eine enge Passung ergeben. Sobald der Einsatz aufgeheizt wird, so dehnt er sich aus und gerät dadurch in noch engere Berührung mit den Wänden der Säule 2. Dies ergibt eine höhere Wirksamkeit. Gleichzeitig wird die in der Säule aufsteigende Flüssigkeit an den Innenwänden abwärts gefördert, so dass Stauungen vermieden werden und eine intensivere Berührung des aufsteigenden Dampfes mit der Flüssigkeit erreicht wird. Somit ist die vorliegende Kolonne wesentlich wirksamer als die bereits bekannten.



   Die Konstruktion des vorliegenden Einsatzes, d. h. des wendelförmigen Teiles und der Welle können einzeln hergestellt und dann erst zusammengesetzt sein.



   Im vorliegenden Beispiel kann das wendelförmige Element entweder durchgehend mit der Welle 4 verbunden sein oder nur an deren Enden. Häufiger bildet der Einsatz ein einheitliches Ganzes und wird entweder maschinell gegossen oder aus dem Vollen gefräst. Die Welle 4 kann entweder aus vollem Material bestehen oder hohl sein, in letzterem Falle wird er vorzugsweise an seinen Enden abgedichtet, um ein Aufsteigen von Flüssigkeit in dem Rohr zu verhindern. Es können auch eine Vielzahl von Wendeln verwendet werden.



   Vergleicht man die vorliegende Apparatur mit bekannten, so kann man feststellen, dass mit ihr eine um 50   O/o    höhere Leistung erzielbar ist. Dies bedeutet einen sehr geringen Rückstau, der ungefähr bei einer Säule von 600 mm Höhe und 8 mm Durchmesser 0,1   ccm    beträgt. Einer der Gründe dafür ist, dass Polytetrafluor äthylen einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf Glas besitzt, wodurch eine sehr enge Passung zwischen Wendel und Glas gewählt werden kann und dennoch ein einwandfreies Gleiten möglich ist. Es bleibt nur ein molekularer Film an der Innenseite der Säule zurück.



  Weiter wirkt der Wendel als Führung für die Welle und zwar über die ganze Länge der Säule, so dass das mit dem Wendel versehene Element mit hohen Geschwindigkeiten praktisch ohne Reibung rotieren kann. Man hat beispielsweise die Welle mit einer Drehzahl von 5400 Umdrehungen pro Minute rotieren lassen und dabei alle Vorteile der vorliegenden Apparatur erhalten.



  Die höheren Geschwindigkeiten können ohne Reibung erzielt werden, so dass auf Reibung zurückzuführendeErwärmung an den   Innenwänden    nicht auftritt. Wegen der intensiven nach unten gerichteten Pumpwirkung tritt kein Anstauen auf und wegen der chemischen Widerstandsfähigkeit des wendelförmigen Einsatzes weist die Apparatur hohe Standzeiten auf. Darüber hinaus können in der Appartur auch agressive Materialien verwendet werden, die von den bekannten Vorrichtungen nicht verarbeitet werden konnten.



   Wie bereits aus obigen Darlegungen hervor geht, besteht die vorliegende Apparatur aus einer vertikal angeordneten Säule, in der zentral eine drehbare Welle aus polymerem Material vorgesehen ist. Diese Welle besitzt  eine erhabene Oberfläche, deren erhabene Teile die Form von Wendeln aufweisen, die sich über den wesentlichsten Teil der Länge der Welle erstrecken. Das Innere der Welle und der erhabenen Teile bestehen aus vollem, festem Material, d. h., sie weisen keine Perforationen auf und die aufsteigende Flüssigkeit oder der Dampf kann den rotierenden Einsatz nicht durchdringen. Die Wendel können entweder in wenigen Windungen von etwa 1/8 bis 1/2 Windung pro 25 mm oder mit einer grösseren Anzahl von etwa   t/2    bis 8 Windungen pro 25 mm angeordnet sein.

   Im allgemeinen wird man jedoch   t/2    bis 4 Windungen pro 25 mm vorziehen, wobei die Anzahl der Windungen dem gewünschten Erfolg der Trennung angepasst werden kann. Die Apparatur beinhaltet weiter Mittel, um die Welle in Drehung zu versetzen, Mittel, um das durch die Säule geförderte Material abzuziehen, Mittel, um sie an einen Vakuumerzeuger anzuschliessen und einen Behälter, der   Idas    zu trennende Material aufnimmt.   

Claims (1)

1. Als Antriebsmittel für den Einsatz kann eine Welle aus Wolfram, rostfreiem Stahl oder ähnlichem Metall dienen, die durch das Abschlussorgan geführt und mit einem Motor verbunden ist und deren anderes Ende mit der rotierenden Welle in Verbindung steht. Derartige rotierende Mittel sind in dem USA-Patent Nr. 2 712 520 geoffenbart.

   Neben den bereits oben genannten Vorteilen erbringt die aus festem Material bestehende Welle mit ihren wendelförmigen Erhebungen auf der Oberfläche Vorteile, die bei den bekannten Einrichtungen nicht zu verzeichnen sind. Diese Vorteile beruhen auf der stabilen Ausbildung des drehbaren Elementes. Jedes Material, das entlang der Längsachse der rotierenden Welle zu wandern bestrebt ist, wird in weit stärkerem Masse nach aussen geschleudert als dies bisher bei den bekannten Einrichtungen der Fall war. In der vorliegenden Apparatur ist es dem Material nicht möglich, auf geradem Wege oder genau parallel zur Längsachse hochzusteigen. Dadurch wird erreicht, dass bei der vorliegenden Apparatur eine stärkere Durchmischung während der Destillation auftritt und unerwünschtes Material in verstärktem Masse in den Behälter zurückgefördert wird.

   PATENTANSPRUCH Trenn-Kolonne zur Nassreinigung von Gasen oder zur Destillation oder Trennung von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine vertikale Säule aufweist, in der koaxial eine Welle vorgesehen ist, deren Oberfläche mindestens eine wendelförmige Erhebung aufweist, die sich mindestens entlang eines Teiles der Länge der Welle erstreckt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtdurchmesser-der mit einer Erhebung versehenen Welle angenähert dem Innendurchmesser der Säule entspricht.

   2. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Antrieb der Welle vorgesehen sind.

   3. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Idie Säule an ihrem unteren Ende mit einem Behälter verbindbar ist.

   4. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle aus polymerem Material besteht.

   5. Trenn-Kolonne nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material ein Fluorkohlenstoffharz ist.

   6. Trenn-Kolonne nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material ein Polyte trafinoräthylen ist.

   7. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule am oberen Ende einen Verschluss aufweist, durch den Mittel zum Antrieb der Welle einführbar sind, und dass an der Säule mit Abstand von dem Verschluss ein Auslauf angeordnet ist.

   8. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule einen Anschluss zum Verbinden der Säule mit einem Vakuumerzeuger aufweist.

   9. Trenn-Kolonne nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung an der Welle aus einem wendelförmig um Idie Welle angeordneten Materialstrang besteht.