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Rücklaufteiler Die Erfindung betrifft einen Rücklaufteiler zum Teilen
eines Fluessigkeitsstromes in zwei zueinander in beliebigem Mengenverhältnis stehende
Teilströme mittels eines Schwenktrichters.
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Es ist bekannt, in Trennkolonnen aus Glas für Labor-oder Technikum
Rücklaufteiler nach dem Schwenktrichterprinzip zu verwenden.
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Während des ersten Teils einer konstanten Periode befindet sich hierbei
der Schwenktrichter in der Ruhelage. In dieser Lage läuft der ganze von oben kommende
Fluaaigkeitaatrom unbeeinflußt durch den Tricher nach unten ab. Zur Bewegung des
Schwenktrichters in die zweite Lage wird außerhalb der Kolonne periodisch ein Magnetfeld
erzeugt. Durch das Magnetfeld wird der magnetisierbare Trichter aus seiner Ruhelage
in die zweite Lage gebracht, in der er während des zweiten Teils der Periode den
Flüssigkeitestrom aus der Kolonne herausleitet. Diese Auaführung ist jedoch nur
mit lästigem Mehraufwand für Kolonnen, die un-ter Überdruck arbeiten und bei unmagnetiachen
Kolonnen-Werkstoffen anwendbar. Die magnetische Betätigung des Schwenktrichters
setzt ferner voraus, daß die Schwenktrichterbewegung von außen festgestellt werden
kann, weil die magnetiache Übertragung bei gro#en Kolonnendurchmessern nicht mehr
zuverlässig
erfolgte Außerdem ist die magnetische Betdtigung, auf kleine Wege beschränkt und
bedarf im gegebenen Fall des Explosions-Schutzes.
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Es ist ferner ein Rücklaufteiler mit einer horizontalen Lochplatte
im Kondensatablauf bekannt (DBP 811 873) o Durch einen Teil der Löcher wird die
Flüssigkeit zurück in die Kolonne geleitet, durch den restlichen Teil nach außen
als Destillat abgeführt. Durch wechselseitiges Abdecken der Löcher erreicht man
die gewünschte Aufteilung der gesamten Flüssigkeit. Diese Einrichtung besitzt jedoch
als Nachteil eine erhebliche Baugroße, sie mu# außerdem außerhalb der Kolonne aufgebaut
werden. Liegt bei einer Destillation die Produkttemperatur nicht sehr nahe an der
Umgebungstemperatur, so macht die3 eine sorgfältige und aufwendige Regelung der
Temperatur erforderlich, weil sonst u.U. die Flüssigkeit erstarrt oder eine unerwünschte
Kondensation eintritt, die zu falschen Mengenwerten fuhrt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rücklaufteiler zu
entwickeln, der die Teilung eines Elussigkeitsstromes in zwei Teile in vorgegebenem
Mengenverhältnis mittels eines ochwenk-trichters ermöglicht und der bei Unterdruck
wie bei Überdruck betrieben werden kann, und zwar unabhängig von den Abmessungen
und von dem Werkstoff der Kolonne.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß der Schwenktricher
innerhalb eines senkrechten Rohres auf einer schwenkbar gelagerten waagerechten
Welle angeordnet ist und da# an dem freien
Ende der Welle außerhalb
des Rohres mechanische Mittel zur periodischen Schwenkbewegung der Welle und unterhalb
des Schwenktrichters in seinen beiden Raststellungen zwei nebeneinanderliegende
Auffangtrichter angeordnet sind. Die Welle wird hierbei mit einer Stopfbuchse oder
einem Faltenbalg in der Kolonnenwand abgedichtet. Die erfindungsgemäße mechanische
Steuerung der Wellenbewegung von außen ergibt eine Ausführungsform mit kleiner Bauhöhe
und erlaubt infolge ihrer Lage im Dampfstrom einen guten Temperaturausgleich.
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Zur drehenden Bewegung ist in weiterer Ausbildung der Erfindung an
dem freien Ende der Welle außerhalb des Rohres ein einstellbarer Kipphebel angeordnet,
dessen Ende durch eine von einem Motor gedrehte Steuerscheibe oder einen Stellzylinder
gefuhrt ist.
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Die Steuerscheibe ist aus mindestens zwei zueinander in beliebiger
Lage einstellbaren und dadurch das Mengenverhältnis bestimmenden Teilscheiben aufgebaut.
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Um im Betrieb das Mengenverhältnis der beiden Teilströme zu regeln,
ist zur Einstellung der Teilscheiben ein Getriebe zwischen Motor und Teilscheiben
angeordnet.
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Der erfindungsgemäße Rücklaufteiler bildet einen leicht demontierbaren
Baukörper, da Welle, Steuerscheibe und Motor iiber einen Blindflansch und einen
mit diesem verschraubten und seitlich von der Rohrachse befindlichen Flansch mit
dem Rohr verbunden sind.
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Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen Längssehnitt durch
den an das Rohr angebauten Rucklaufteiler, Fig. 2 eine Ansicht der zweiteiligen
Steueracheibe, Fig. 3 einen Schnitt A-A durch den Schwenktrichter und die Auffangtrichter
und Fig. 4 einen Schnitt durch ein Verstellgetriebe zur kontinuierlichen Verstellung
der Steuerscheibe.
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Der Rücklaufteiler ist in ein Rohr 1 eingebaut, das zur Demontage
mit zwei Flanschen 2 und 3 und zur Besichtigung mit einem Schauglas 4 versehen ist
(Fig. 1) o Radial gegenüber dem Schauglas 4 ist ein Stutzen 5 im Rohr 1 angeordnet,
dessen Flansch 6 zur Befestigung des Teilers dient. Dieser Rücklaufteiler besteht
aus einer waagerechten Welle 7, an deren innerem Ende ein Schwenktrichter 8 fest
angebracht ist. Die Welle 7 wird in einem Lager 9 geführt, das mit einem Blindflansch
10 verschweißt und durch Schrauben 11 mit dem Flansch 6 verbunden ist. Auf einer
Grundplatte 12 des Blindflansches 10 ist ein Motor 13 befestigt, der über eine Steuerscheibe
14 die Rolle 15 eines mit dem äußeren Wellenende verbundenen Schwenkhebels 16 hebt
bzwo senkt.
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Die periodische Schwenkbewegung wird auf folgende Weise erreicht.
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Durch den Motor 13 wird die Steuerscheibe 14 gleichmäßig gedreht.
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Die Scheibe 14 besitzt die in Fige 2 gezeichnete Außenkontur. Die
Rolle 15 an dem einen Ende des Schwenkhebels 16 rollt unter der
Kraft
einer Zugfeder 17 auf dieser Kontur ab und verweilt dabei in zwei Stellungen 21
und 22 entsprechend den beiden Endsteilungen des mit der Welle verbundenen Schwenktrichters
8 (Fig. 3). Die Außenkontur der Steuerscheibe ist so ausgebildet, daß im gleichen
Verhältnis, in dem die Flüssigkeit z. B. in Rücklauf und Destil. lat aufgeteilt
werden soll der Scheibenumfang aufgeteilt wird in einen Teil mit kleinerem Durchmesser
und e. inen zweiten Teil mit grösserem Durchmesser. Das Verhältnis der Zeiten, in
denen sich während jeder Periode der Schwenktrichter in der Rücklauf-Stellung 21
und in der Destillatentnahme-Stellung 22 befindet, ist dann. gleich dem Rücklaufverhältnis.
Bei dieser Ausführung benötigt man für jedes gewünschte Rücklaufverhältnis eine
besondere Steuerscheibe.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung, bei der ohne Austausch
der Steuerscheibe jedes beliebige Rücklaufverhältnis einstellbar ist. Die Steuerscheibe
besteht hierbei aus zwei Binzelscheiben 19 und 20,-die jeweils zur Hälfte von einem
Kreisbogen mit großem bzw. kleinem Halbmesser begrenzt sind. Diese Scheiben 19 und
20 sitzen gemeinsam auf der Achse des Motors und werden durch eine Schraube gegeneinander
gedrückt. Nach Lösen dieser Schraube können die beiden Scheiben zur Veränderung
des Rücklaufverhältnisses gegeneinander verdreht werden. Dadurch wird bei teilweiser
Uberdeckung der Scheibenausschnitte die entstehende Lücke auf einen Winkel zwischen
0° und 180° eingestellt. Da die beiden Scheiben gleiche Konturen besitzen, wird
ihr Versetzungswinkel « von der Lage aus gemessen, in der sie in Deckung sind. Die
Lücke erstreckt sich dann über einen Winkel von 180°-α. Die Rastzeiten
des
Hebels 16 und damit des Trichters 8 in den beiden periodisch wechselnden Stellungen
21 und 22 verhalten sich wie der Winkel 180°-α zum Winkel 180° + #-35. Das
Rücklaufverhältnis ergibt sich demnach zu 180°+α v = 180°-« -α Da der
winkel α nur zwischen 0° und 180° einstellbar ist, ergibt sich ein Verstellbereich
des Rücklaufverhältnisses zwischen 1 und oo.
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Kleinere Rücklaufverhältnisse sind jedoch ebenfalls einzustellen.
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Der Schwenkhebel 16 aitzt auf einem Vierkant-Zapfen der Welle 7.
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Durch Umstecken um 90° von der Lage 23 in die dazu spiegelbildliche
Lage 24 vertauschen sich bei gleichem Winkele die Rastzeiten und das Rücklaufverhältnis
wird 180° -α V = 180° +α es ist somit zwischen 0 und 1 einstellbar.-Die
beschriebene Einrichtung gestattet eine Anderung des Riicklaufverhältnisses nur
bei stillstehender Steuerscheibe. Bei Destillationen ist es aber oft notwendig,
das meist nicht genau vorausberechenbare optimale Rüoklaufverhältnia im Betrieb
den jeweiligen Bedingungen neu anzupassen und eine von auben zugängliche Vorrichtung
zu schaffen. Dies gelingt dadurch, da# in einer erweiterten
Ausführung
der Vorrichtung die verstellbaren Einzelacheiben aber ein Getriebe miteinander verbunden
werden.
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Von-. den möglichen kinematischen Lösungen dieser Aufgabe sei nachstehend
als Beispiel ein Verstellgetriebe beschrieben (Fig. 4).
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Dieses Verstellgetriebe besteht aus 2 Differentialgetrieben, die in
einem Gehäuse 31 geführt werden. Mit dem Gehäuse ist ein Käfig fest verbunden, der
einen Vorderzapfen 32, einen Mittelteil 33 und einen Hinterzapfen 34 aufweist. Über
dem Vorderzapfen läuft eine Hülse 35, über dem Hinterzapfen eine Innenhülse 36 und
über dieser eine AuBenhilse 37. Mit der Hülse 35 sind ein groBes Antriebsrad 38
und ein kleines Antriebsrad 39, mit der Innenhülse 36 ein kleines Tellerrad 40 und
eine Einzelscheibe 41 und mit der Außenhülse 37 ein großes Tellerrad 42 und eine
zweite Einzelscheibe 43 drehfest verbunden.
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Zwischen dem kleinen Antriebsrad 39 und dem kleinen Tellerrad 40 laufen
kleine Kegelräder 44, zwischen dem großen Antriebsrad 38 und dem großen Tellerrad
42 große Kegelräder 45. Zur Führung der kleinen Kegelräder 44 dienen Zapfen in Verlängerung
des Mittelteile 33, die außen den Innenring 47 eines Nadellagers 48 tragen. An dem
Außenring 49 des Nadellagers 48 befinden sich Zapfen 50 zur Bathrung der großen
Kegelräder 45 und zur Festlegung eines Schneckenrades 51, in das eine Schnecke 52
eingreift.
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Die Hülse 35 ist mit einer Kupplung 53 verbunden, über die der Motor
die beiden Antriebsräder gleichzeitig antreibt. Wie Fig. 4 zeigt, werden die beiden
Einzelscheiben 41 und 43, auf deren Umfang
die Rolle 15 des Schwenkhebels
läuft, von der Hülse 35 aus über die Antriebsräder 38 und 39 in gleichem Drehsinn
und mit gleicher Drehzahl angetrieben, wie es das Prinzip des Rücklaufteilere verlangt.
Die beiden entstehenden Getriebe lassen sich ineinander bauen (Fig. 4) und in einer
gemeinsamen, aus den Zapfen 32 und 34 bestehenden Achse lagern, die räumlich fest
und mit dem Gehäuse 31 des Rücklaufteilers verbunden ist. Dem Zweck entsprechend
sind bei beiden Getrieben die zusammen mit dem Mittelteil 33 als Käfige dienenden
Zapfen 46 und 50 festgehalten. Der Zapfen 46 des inneren Getriebes ist fest mit
den Teilen 33 bzw. 34 verbunden.
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Der Zapfen 50 des äußeren Getriebes ist in der dargestellten Konstruktion
über das Nadellager 48 auf dem inneren Käfig drehbar gelagert, trägt aber das ihn
umgebende Schneckenrad 51, in das die Schnecke 52 eingreift. Dadurch ist der äußere
Käfig gleichfalls s gegen Drehung arretiert. Wird nun der Zapfen 50 des äußeren
Getriebes über Schnecke und Schneckenrad um den Winkelα gegenüber seiner Ursprungslage
gedreht, was ohne Stillsetzen des Antriebes erfolgen kann, so wird die Einzelscheibe
43 gegenüber der Einzelscheibe 41 ebenfalls verdreht (und zwar um den Winkel 2C
(), wodurch eine Änderung des Rücklaufverhältnisses-sei sie von Gland oder über
eine Regelungeautomatik-erreicht wird.
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Zum Antrieb der beiden Einzelscheiben (Fig. 1) ist ein stufenlos regelbares
Getriebe 54 mit einer Drehzahl der Steuerscheibe zwischen 10-20 Umdrehungen/min
zweckmäßig. Es empfiehlt sich, die Drehrichtung der Steuerscheibe mit Rücksicht
auf das Kräftespiel beim Anheben des Schwenkhebels in Richtung des Schwenkhebels
zu wählen und somit bei Lagewechael des Schwenkhebels umzukehren.
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Getriebe, Steuerscheibe und Kipphebel mit Schwenktrichter und damit-alle
bewegten Teile des neuen Rücklaufteilera sind auf derselben Grundplatte befestigt,
die wiederum an den Kolonnenflansch geschraubt wird. Die Vorrichtung kann daher
bei Störungen ala Ganzes ausgetauscht werden.
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Die Bewegung des Kipphebela läßt aioh außer durch die beschriebene
Steuerscheibe auch noch durch einen handelsublichen Stellzylinder durchführen, wenn
man den Hub der Auslenkung des Schwenktrichters anpaßt. Periodisch. wird dabei der
Stellzylinder mit Druck so gesteuert, daß sich aus den Zeiten, in denen sich der
Schwenktrichter in der Rücklauf-bzw. in der Destillatatellung befindet, das RUcklaufverhältnis
ergibt.
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Der erfindungagemäße Rücklaufteiler kann sowohl am Kolonnenkopf zur
Aufteilung des Kondensats wie auch an beliebiger Stelle der Kolonne zur Entnahme
eines Teiles der Blüssigkeit angeordnet werden.