DE935671C

DE935671C - Gastrennsaeule, die wenigstens teilweise von einer metallenen Begrenzungswand umgebenist

Info

Publication number: DE935671C
Application number: DEN9081A
Authority: DE
Inventors: Johannes Van Der Ster
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-06-22
Filing date: 1954-06-20
Publication date: 1955-11-24
Also published as: US2915883A; NL95283C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Säule, die wenigstens teilweise von einer metallenen Begrenzungswand umgeben und mit einem Wärmeaustauscher versehen ist, mit dessen Hilfe der flüssige Teil der Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt in wärmeaustauschender Berührung mit dem zu trennenden Gasgemisch ist, das dann der Säule durch einen Verbindungskanal zugeführt wird. Die bekannten Trennsäulen sind im allgemeinen mit einem Verbindungskanal in Form eines Rohres ausgebildet, in dem in vielen Fällen ein Auslaßventil vorhanden ist.

Bei mit Füllmaterial versehenen Säulen (sogenannten »Füllkörpersäulen«) ist es eine bekannte Erscheinung, daß, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, die in der Säule gebildete Flüssigkeit die Neigung hat, längs der Begrenzungswand der Säule, statt über ihre ganze Querschnittsfläche, abzufließen. Unzulängliche Berührung der abfließenden Flüssigkeit mit dem in der Säule aufsteigenden Dampf kann davon die Folge sein.

In der Fachliteratur ist es bereits vorgeschlagen worden, nicht nur der Flüssigkeit im Kocher, sondern auch dem in der Säule befindlichen Mittel Wärme zuzuführen.

Es wurde nun eine Bauanordnung einer Trennsäule entwickelt, bei der, falls die Säule als eine Füllkörpersäule ausgebildet ist, das Strömen der Flüssigkeit längs der Begrenzungswand verringert oder unter Umständen sogar völlig vermieden wer-

den kann. Außerdem wird bei dieser Anordnung über einen Teil der Höhe der Gastrennsäule dem darin enthaltenen Mittel Wärme zugeführt, so daß die Bauart sowohl bei Füllkörpersäulen als auch bei Säulen mit Schalen Anwendung finden kann.

Gemäß der Erfindung ist das zu scheidende Gas-. gemisch im Verbindungskanal, der sich an der Außenseite der Begrenzungswand erstreckt, über wenigstens einen Teil der Begrenzungswand in ίο wärmeaustauschender Berührung mit dem sich in diesem Teil befindenden Mittel. Ist die Säule als Füllkörpersäule ausgebildet, so wird infolge der Wärmezufuhr zur Begrenzungswand, die längs dieser Wand fließende Flüssigkeit wenigstens teilweise verdampfen, so daß eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die Querschnittsfläche der Säule erzielbar ist.

Die Bauart nach der Erfindung ist namentlich

mit Erfolg verwendbar, wenn das zu scheidende

ao Gasgemisch mit dem gleichen oder nahezu gleichen Druck sowohl dem Wärmeaustauscher, in dem es von dem flüssigen Teil der Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt gekühlt wird, als auch der Säule zugeführt wird. In diesem Fall ist es näm-

a5 lieh erwünscht, daß das Mittel nach der Kühlung in diesem Wärmeaustauscher weiter gekühlt wird, was im Verbindungskanal erfolgen kann.

Der Verbindungskanal kann verschiedenartig ausgebildet sein. Es ist z. B. möglich, den Verbindungskanal in Form eines oder mehrerer Rohre auszubilden, die an der Außenseite an der Begrenzungswand festgelötet sind.

Eine baulich einfache Ausführungsform entsteht gemäß der Erfindung, wenn rings um die Begrenzungswand eine zweite Wand angebracht ist und der zwischen diesen Wänden befindliche Raum den Verbindungskanal bildet. Zweckmäßig ist diese zweite Wand konzentrisch mit der ersten angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des zu scheidenden Gasgemisches über den Wandumfang erhalten wird.

Die geschilderte Bauart hat besondere Vorzüge zur Verwendung bei den sogenannten Halbsäulen und den sogenannten Einfachsäulen. Bei HaIbsäulen wird das zu scheidende Gasgemisch am oberen Ende der Säule zugeführt; bei Einfachsäulen wird es an eine zwischen den beiden Enden der Säule liegende Stelle geführt.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels einer Gastrennsäule näher erläutert.

Die Säule hat einen Gastrennteil 1, der an der oberen Seite von einer Wand 2 und an der Unterseite von einer metallenen Begrenzungswand 3 von kleinerem Durchmesser umgeben ist. Die Säule ist weiter von einem Mantel 4 mit Wärmeisoliereigenschaften umgeben. An der Unterseite der Säule ist ein Kocher 5 vorhanden, in dem die Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt siedet. Der Kocher ist mit einem durch den Boden 6 des Kochers hindurchgeführten Rohr 7 versehen. Der Boden 6 ist an der Innenseite mit Rippen 8 und an der Außenseite mit Rippen 9 ausgestattet; die Seitenwand des Kochers besitzt ebenfalls Rippen 10. Das Rohr 7 überragt den normalen Flüssigkeitspegel im Kocher und besitzt an dem außerhalb des Kochers befindlichen Teil Rippen 11. Zwischen der Begrenzungswand 3 und der Wand 2 befindet sich ein'Raum 12, der sich längs der Wand des Kochers erstreckt. An diesen Raum schließt ein Raum 13 unterhalb des Kochers und ein das Rohr 7 umgebender Raum 14 an, mit dem eine zu einer Pumpe 16 führende Leitung 15 verbunden ist. Diese Pumpe wird von einem Elektromotor 17 angetrieben, der auch die Kaltgaskältemaschine 18 antreibt.

An die Pumpe bzw. den Kompressor 16 schließt sich eine Leitung 19 mit Reinigungsgefäßen 20 und 21 an.

An der oberen Seite ist die Säule mit einer mit der Kaltgaskältemaschine 18 in Verbindung stehenden Leitung 22 versehen. Mit Hilfe der Kaltgaskältemaschine wird die aus der Säule entweichende Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt verflüssigt. Ein Teil des Kondensats wird der Säule durch die Leitung 23 mit dem Hahn 24 als Rückfluß zugeleitet; ein anderer Teil wird durch die Leitung 25 mit Hahn 26 abgeführt.

Die Wirkungsweise der Anlage ist wie folgt: Das zu trennende Gasgemisch, z. B." Luft, wird durch die Leitung 19 mittels der Pumpe 16 zügeführt, nachdem in den Gefäßen 20 und 21 die gegebenenfalls in der Luft vorhandenen Verunreinigungen, wie z. B. Wasserdampf und Kohlensäure, entfernt worden sind. Die Luft, die beim Verlassen der Pumpe 16 nur einen geringen Überdruck, ^u haben braucht, strömt anschließend durch die Leitunig 15 in den Raum 14, längs- der das Rohr 7 umgebenden Rippen, wodurch sie gekühlt wird. Eine weitere Kühlung erfolgt durch Strömung längs der Rippen 10 und 9 des Kochers 5.

Anschließend strömt die Luft dürdh den Verbindungskanal 12 und wird in der Säule in Fraktionen getrennt. Die flüssige Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt, z. B. Sauerstoff, wird im Kocher 5 gesammelt. Infolge der der zu trennenden Luft entzogenen Wärme verdampft dieser Sauerstoff wieder, ein Teil des Dampfes steigt in der Säule auf, und ein anderer Teil verläßt die Säule durch die Leitung 7. An der oberen Seite der Säule befindet sich die Fraktion mit dem niedrigsten Siedepunkt, z. B. Stickstoff, in Dampfform. Dieser Stickstoff wird durch die Leitung 22 der Kaltgaskältemaschine zugeführt, wo der Stickstoff verflüssigt wird. Ein Teil des Kondensats wird als Rückfluß durch die Leitung 23 wieder der Säule zugeführt, ein anderer Teil wird durch die Leitung 25 abgeführt.

Die Säule ist eine sogenannte Füllkörpersäule. Sie kann mit einer geeigneten Füllmasse, wie z. B. »Ras'chig«-Ringen,, gefüllt sein. Solchen· Füllkörpersäulen haftet der Nachteil an, daß unter Umständen die abfließende Flüssigkeit im wesentlichen längs der Säulenwände fließt und Dampf in der Mitte der Säule aufsteigt, was zu einer zu wenig wirksamen Berührung zwischen Dampf und Flüssigkeit führt. Diese nachteilige Erscheinung kann bei der

Bauart nach der Erfindung in bezug auf den niedrigsten Teil der Säule in beträchtlichem Maße herabgesetzt oder sogar vermieden werden, da die Metallwand 3 der Säule von der aufsteigenden Luft erwärmt wird. Durch die Erwärmung gerät die längs der Wand strömende Flüssigkeit in der Säule ins Sieden, wodurch der Flüssigkeitsstrom längs der Wand gestört wird. Außerdem wird bei dieser Bauanordnung über einen Teil der Höhe der Säule Wärme zugeführt, was unter Umständen angebracht sein kann.

Das zu scheidende Gasgemisch wird der Säule bei dieser Ausbildung mit einem Druck zugeführt, der dem Druck, mit dem dieses Gasgemisch dem

!5 durch die Rippen 10 gebildeten Wärmeaustauscher zugeführt wird, entspricht oder nahezu entspricht, dies im Gegensatz zu vielen bekannten Anlagen, bei denen im Verbindungskanal zwischen Wärmeaustauscher und Säule ein Auslaßventil vorhanden ist.

Einer solchen Säule kann unter Verwendung von verschiedenartigen Kältemaschinen, wie z. B. einer Kompressionskältemaschine, auch Kälte entzogen werden.

Die geschilderte Anlage besitzt Gefäße 20 und 21, in denen das zu trennende Gasgemisch gereinigt wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Gefäße verhältnismäßig viel Platz beanspruchen und von Zeit zu Zeit durch neue ersetzt werden müssen. Um dieses zu vermeiden, ist ein einfacher Wärmeaustauscher zum Kühlen des zu trennenden Gasgemisches und zur gleichzeitigen Entfernung der Verunreinigungen gemäß einem älteren Vorschlag statt der dargestellten, durch die Rippen 11 des Rohres 7 und die Rippen 10 und 9 gebildeten Wärmeaustauscher der erläuterten Anlage mit Erfolg verwendbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Gastrennsäule, die wenigstens teilweise von einer metallenen Begrenzungswand umgeben und mit einem Wärmeaustauscher versehen ist, durch den der flüssige Teil der Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt in wärmeaustauschender Berührung mit dem zu trennenden Gasgemisch ist, das anschließend der Säule durch einen Verbindungskanal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu scheidende Gasgemisch im Verbindungskanal, der sich an der Außenseite der Begrenzungswand erstreckt, über wenigstens einen Teil der Begrenzutigswand in wärmeaustauschender Berührung mit dem sich in diesem Teil befindenden Mittel ist.

2. Gastrennsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rings um die Begrenzungswand eine zweite Wand angeordnet ist und der zwischen diesen Wänden befindliche Raum den Verbindungskanal bildet.

3. Gastrennsäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trennende Gasgemisch sowohl dem Wärmeaustauscher, in dem es vom flüssigen Teil der Fraktion mit dem höchsten Siedepunkt gekühlt wird, als auch der Säule unter dem gleichen oder nahezu gleichen Druck zugeführt wird.

4. Gastrennsäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule Füllmaterial enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen