Apparat für die Rektifikation, insbesondere für die Vakuumrektifikation
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat für die Rektifikation, insbesondere für die Vakuumrektifikation, der mit Erfolg in der chemischen, erdölchemischen, pharmazeutischen und Vitaminenindustrie verwendet werden kann.
Es ist ein Apparat für die Vakuumrektifikation bekannt (Zeitschrift der Bundesrepublik Deutschland Chemie Tngenieur Technik , Bd. 35, Nr. 3, S 154, 1963), welcher in Form eines vertikalen beheizten Gehäuses ausgeführt ist, in welchem konzentrisch ein gekühlter rotierender Rotor mit einer darauf angeordneten Verteilungseinrichtung angebracht ist, die einen Satz von vertikalen Schaufeln darstellt. Der Spielraum zwischen den genannten Schaufeln und dem Gehäuse des Apparates beträgt 1 bis 2 mm. Der ungefähr 5 Meter hohe Rotor rotiert in radial gestützten Lagem und wird im Gehäuse mittels einer speziellen Stirnstopfbuchse abgedichtet.
Die wesentlichen Nachteile des bekannten Apparates sind: a) komplizierte Herstellung der wichtigsten Teile des Apparates die Innenoberfläche soll nämlich zur Vermei den von Elliptizität präzise bearbeitet werden, der Rotor mit einem hohen Präzisionsgrad hergestellt und darüber hinaus einer sorgfältigen statischen und dynamischen Auswuchtung unterzogen werden; b) komplizierter Betrieb des unteren Rotorlagers, das sich in der Zone mit erhöhter Temperatur befindet und dessen Schmierung mit Arbeitsflüssigkeit und nicht mit einem speziellen Schmierstoff erfolgt; c) Kompliziertheit der Herstellung und des Betriebs der Stimstopfbuchse, welche hohe hermetische Abdichtung des unter einem tiefen Vakuum betriebenen Apparats gewährleisten soll; d) komplizierte Zuführung von Kühlmittel in den rotierenden Rotor;
e) komplizierter Betrieb des ganzen Apparates. welcher rotierende Teile grösserer Abmessungen besitzt, denn selbst unbedeutende Herstellungs- und Montagefeh ler sowie der Verschleiss können ein Schlagen der Welle verursachen und zur Nichteinhaltung des Spielraumes zwischen dem Rotor und dem Gehäuse sowie zum Ausfall der Lager und der Stopfbuchse führen; eine besondere Gefahr stellt der Betrieb des Apparates mit einer nahe der kritischen liegenden Drehzahl der Welle dar.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der oben genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, einen Apparat für die Rektifikation, insbesondere für die Vakuumrektifikation zu entwickeln, welcher es ermöglicht, die Bauweise bedeutend zu vereinfachen, und dessen nicht komplizierte und nicht kostspielige Fertigungstechnik gewährleistet, sowie dessen Betrieb erleichtert.
Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe eines Apparates für die Rektifikation, insbesondere für die Vakuumrektifikation, ausgeführt in Form eines vertikalen Gehäuses, in welchem das an einem gekühlten Wärmeaustauscher mit einem Doppelrohr kondensierte Produkt mittels Verteilungseinrichtungen der beheizten Oberfläche des Gehäuses zugeführt wird, und in welchem der gekühlte Wärmeaustauscher mit dem Doppelrohr erfindungsgemäss im Gehäuse unbeweglich angebracht und jede der Verteilungseinrichtungen in Form einer kegelförmigen Scheibe mit gebördelten Öffnungen zum Durchleiten von Dampf ausgeführt ist, einen Netzring zur gleichmässigen Verteilung des zu verdampfenden Produktes auf der beheizten Oberfläche aufweist und an dem genannten Wärmeaustauscher befestigt ist.
Zum Ein- und Herausleiten von Kühlmittel ist der gekühlte Wärmeaustauscher mit dem Doppelrohr mit im Oberteil des Gehäuses angebrachten Sammlern versehen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, in denen:
Fig. 1 einen Apparat zur Vakuumrektifikation (Längsschnitt) zeigt;
Fig. 2 die Verteilungseinrichtung des Apparates für Vakuumrektifikation (Längsschnitt) zeigt;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Verteilungseinrichtung (Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1) zeigt;
Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante der Verteilungseinrichtung zeigt;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des Apparates zur Vakuumrektifikation (Längsschnitt) zeigt; und
Fig. 6 Rohrgitter des Apparates nach Fig. 5 für Vakuumrektifikation (Querschnitt) zeigt.
Der Apparat zur Vakuumrektifikation, der in Fig. 1 dargestellt ist, weist das vertikale Gehäuse 1 mit dem Heizmantel 2, den Stutzen 3 zum Einführen von Dämpfen aus dem Verdampfer (in der Zeichnung nicht angedeutet), den Stutzen 4 zum Herausleiten von Dämpfen in den Rückflusskühler (in der Zeichnung nicht angedeutet), den Stutzen 5 zum Einleiten von Rücklauf, den Stutzen 6 zum Herausleiten der flüssigen Phase in den Verdampfer, sowie den Stutzen 7 zum Zuführen der Ausgangslösung bei der Durchführung des kontinuierlichen Rektifizierprozesses auf.
Im Gehäuse des Apparates ist der gekühlte Wärmeaustauscher 8 montiert, der aus dem Rohr 9 und dem Rohr 10 besteht und am Gehäuse 1 mittels der hermetisch abgedichteten Flanschverbindung 11 befestigt ist.
Das Aussenrohr 10 des Wärmeaustauschers 8 besitzt das hermetisch abgeschlossene untere Ende 12 und das Innenrohr 9 weist das offene untere Ende 13 auf. Zur gleichmässigen Verteilung von sich beim Betrieb des Apparates an dem gekühlten Aussenrohr 10 des Wärmeaustauschers 8 bildendem Kondensat sind im Apparat die Verteilungseinrichtungen 14 angeordnet, die übereinander liegen und an dem Aussenrohr 10 befestigt sind.
Die Verteilungseinrichtung 14, deren Längsschnitt in Fig. 2 dargestellt ist, enthält den Netzring 15 und die kegelförmige Scheibe 16 (Fig. 1 mit gebördelten Öffnungen 17 (Fig. 2) und der zylindrischen Nabe 18.
Der Netzring 15 ist unbeweglich an dem Unterteil der kegelförmigen Scheibe 16 der Verteilungseinrichtung 14 befestigt und berührt die beheizte Innenoberfläche 19 des Gehäuses 1 des Apparates. Die Zweckbestimmung des Netzringes 15 besteht in der gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit über die beheizte Innenoberfläche 19 des Gehäuses 1, was durch die Wirkung von Kapillarkräften zustandekommt.
Die Form der Öffnungen 17 ist in der Fig. 3 abgebildet. In Fig. 4 ist eine Ausführungsvariante derselben Öffnungen 17a in der kegelförmigen Scheibe 16a dargestellt. Die gebördelten Öffnungen 17 (Fig. 3) in der Verteilungseinrichtung 14 dienen zum freien Durchtreten von Dämpfen durch den Apparat nach oben, die Zweckbestimmung der Bördelung besteht in der Verhinderung des Abflusses der Flüssigkeit durch diese Öffnungen. Zur Herbeiführung optimaler Rektifizierbedingungen lässt man im Apparat Kreuz- oder Wendelbewegung der Dämpfe durch den Apparat nach oben entstehen. Zu diesem Zweck sind die Öffnungen 17 in den benachbarten kegelförmigen Scheiben 16 um einen gewissen Winkel gegeneinander verschoben.
Im Oberteil des gekühlten Wärmeaustauschers 8 ist der Verteiler 20 des Rückflusses (Fig. 1) befestigt, der in Form des umgekippten Kegelstumpfes 21 mit gezahntem unterem Rand 22 ausgeführt ist. Ähnlich ist der Verteiler 23 für die Ausgangslösung ausgeführt, der im mittleren Teil des Apparates untergebracht ist.
Es ist zweckmässig bei der Entwicklung eines Apparates für Vakuumrektifikation mit grösserer Produktivität und höherer Wirkung nicht den Durchmesser und die Höhe des Apparates zu vergrössern, sondern diesen in Form eines Mehrrohrapparates, welcher aus den Kammern 24 (Fig. 5) montiert ist, die übereinander angeordnet sind, auszuführen. Die Zahl der Kammern wird in Abhängigkeit von der vorgegebenen Trennwirkung, die der Röhren je nach dem vorgegebenen Durchsatz gewählt.
In jeder Kammer 24 sind das obere 25 und das untere Rohrgitter 26 angebracht, in deren öffnungen 27 (Fig. 6) die Rohre 28 (Fig. 5) starr befestigt sind.
Jedes Rohr 28 einer solchen Kammer 24 stellt das in Fig. 1 abgebildete Gehäuse des Rektifizierapparates dar, welches auch den gekühlten Wärmeaustauscher 29 (Fig. 5) aufweist, der aus zwei Rohren, dam Innenrohr 30 und Aussenrohr 31 besteht, an welchem die Verteilungseinrichtungen 32 feststehend befestigt sind. Dabei weisen alle Rohre 28 gemeinsame Misch- und Verteilungskammern 33 für die flüssige und dampfförmige Phase auf, welche über dem oberen 25 bzw. unter dem unteren Rohrgitter 25 angeordnet sind. Über jedem oberen Rohrgitter 25 sind die Einrichtung 34 zur gleichmässigen Verteilung der Berieselung über die Rohre und der Sammler 35 zum Zuführen von Kühlmittel in die Wärmeaustauscher 29 und der Sammler 36 zum Herausleiten von Kühlmittel aus den Wärmeaustauschern 29 angeordnet.
In diesem Falle spielt die Rolle des Heizmantels der Zwischenrohrraum 37 der Kammer 24, welchem der Wärmeträger zugeführt wird.
Der Apparat arbeitet folgendermassen: Über den Stutzen 3 gelangt aus dem Verdampfer in den Apparat 1 das Dampfgemisch der zu trennenden Stoffe. Die an die gekühlte Oberfläche 38 des Wärmeaustauschers 8 gelangenden Dämpfe werden an dieser einer partiellen Kondensation unterzogen. Zunächst werden an den unten liegenden Teilen des Wärmeaustauschers 8 die Dämpfe der weniger flüchtigeren Komponenten kondensiert, während die Dämpfe der flüchtigeren Komponenten an der höher liegenden gekühlten Oberfläche 38 des Wärmeaustauschers 8 kondensiert werden.
Das sich bildende Kondensat fliesst durch die Aussenröhre 10 des Wärmeaustauschers 8 auf die Verteilungseinrichtungen 14 herab und gelangt über deren kegelförmige Scheiben 16 auf den Netzring 15 herab, mit dessen Hilfe dieses über die beheizte Innenoberfläche 19 des Gehäuses 1 gleichmässig verteilt wird. Die über die beheizte Oberfläche 19 des Gehäuses 1 herabfliessende Flüssigkeit wird einer partiellen Verdampfung unterzogen, wodurch auf den höher liegenden Teilen der genannten Oberfläche flüchtigere Komponenten verdampfen, während die weniger flüchtigen Komponenten auf den unten liegenden Teilen verdampfen oder über den Stutzen 6 in den Verdampfer abfliessen.
Durch die sich kontinuierlich und mehrfach wiederholenden und abwechselnden Prozesse der partiellen Kondensation und der partiellen Verdampfung gelangen in den Rückflusskühler die Dämpfe der leichtflüchtigen Komponenten, während in den Verdampfer die Flüssigkeit abfliesst, welche weniger flüchtige Komponenten darstellt.
Somit wird eine wirksame Trennwirkung durch Rektifikation des Ausgangsgemisches erreicht.