DEVICE FOR MODIFYING THE DISTILLATION AND RECTIFICATION IN DISTILLATION COLUMNS

Abstract: 1. Device to improve the fractionation and rectification in distillation columns which contain distillation trays with stagnant zones, consisting of installations in the region of the stagnant zones, characterized in that the installations consist of segments which cover the stagnant zones depending on the distillation load.

Description: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Destillations- und Rektifikationsvorgangs in Des tiliationskolonnen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei Destillationsböden verwendet werden, in denen stagnante Zonen durch segmentartige Einbauten in Anpassung an die Belastung verändert werden. In Destillations- bzw. Rektifikationskolonnen muss ein möglichst optimaler Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit vorliegen. Hierzu dienen Glocken-, Teller-, Siebböden und andere. Schwerwiegende Nachteile bei Destillations- und Rektifikationsvorgängen, sowohl hinsichtlich der Energiekosten durch übermässige thermische Beanspruchung, als auch hinsichtlich Destillatverlusten durch schlechte Produkttrennung, ferner Schwierigkeiten beim Anfahren können dadurch auftreten, dass an den einzelnen Böden insbesondere in den stagnanten Zonen, Durchregnen bzw. Kanalbildung eintritt, ohne ausreichenden Austausch der durchregnenden Flüssigkeit mit aufsteigenden Dampf, während in anderen Bereichen ein Mangel an nach unten fliessender Flüssigkeit eintritt, wodurch ebenfalls schlechte Produkttrennung sowie Produktzersetzung und Verschmutzung in diesem Bereich auftreten können. Dies gilt insbesondere für den Bereich oberhalb der "Flash"-Zone, der auch Waschzone genannt wird, nämlich oberhalb des Kolonnenabschnitts, in dem die Einsatz Produktgemischeinspritzung erfolgt, sowie für Abzugsböden und Seitenstripper. Die Auswirkungen der stagnanten Zonen sind insbesondere dann zu beobachten, wobei zusätzliche Energiekosten von mehr als 10% in atmosphärischen Kolonnen und bis 20% und darüber in Vakuumkolonnen auftreten können, wenn Kolonnen bei Teillast betrieben werden. Es sind daher zahlreiche Untersuchungen bekannt, in denen die Blasenbildung an den Bodenöffnungen, die Flüssigkeitshöhe auf den Böden, die Anordnung der Bodenöffnungen, Grösse der Bodenöffnungen und andere Parameter untersucht worden sind (z.B. I. Stichlmair: Die Grundlagen des Gas Flüssigkontakt-Apparates Bodenkolonne, Verlag Chemie GmbH., Weinheim 1978; M. Molzahn u. D. Wolf, Chem.- Ing.- Tech. 53 (1981) Nr. lo, 768-780). Es ist bemerkenswert, dass zwar bekannt ist, dass die sogenannten stagnanten Zonen eines Bodens, nämlich die Zonen links und rechts des Zulauf- und Ablaufwehrs, Bodenbereiche sind, die das Durchregnen begünstigen, dass jedoch keine technisch brauchbaren Lösungen vorliegen, die diesen Effekt wirkungsvoll verhindern. Es ist zwar bekannt, durch Leitbleche an den Innenwandungen der Kolonnen die Wirkung des stagnanten Zonenbereichs zu verringern, es ist ferner bekannt, für den Bereich geringen Rückflusses in einer Kolonne die dort vorhandenen Böden parallel zum Ablaufwehr zu verkleinern (Blanking-Methode), eine Beseitigung der stagnanten Zonen und damit eine befriedigende Eindämmung der genannten Nachteile konnte jedoch durch diese Massnahmen nicht erreicht werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Wirkungsgrad einer Destillations- bzw. Rektifikationskolonne weiter zu verbessern. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die stagnanten Zonen durch Einbauten in Anpassung an die Belastung beseitigt werden. Zur Verdeutlichung der Erfindung dienen die folgenden Figuren: Fig. 1 zeigt einen einflutigen Destillationsboden. Die schraffierten Flächen sind stagnante Zonen. Fig. 2 zeigt die Waschzone einer Destillationskolonne, wie sie in der Mineralöltechnik verwendet wird. Fig. 3 und 4 zeigen die erfindungsgemässe Abdeckung der stagnanten Zonen durch eingebaute gleich grosse Segmente. Fig. 5 zeigt einen mit ungleichen Einbauten abgedeckten Destillationsboden. Fig. 6 zeigt einen nach der bekannten Blanking-Methode veränderten Boden. Figur 1 zeigt, dass an den Randzonen eines Bodens ein Bereich vorliegt, an dem bevorzugt Durchregnen erfolgt (stagnante Zonen). In diesem Gebiet findet daher kein normaler Austausch zwischen Dampf und Flüssigkeit statt. Dies hat zur Folge, dass auch im zentralen Bereich des Bodens keine optimale Wechselwirkung stattfindet. Es kann sogar im letzteren Bereich durch Mangel an herabfliessender Flüssigkeit Verschmutzung durch Produktzersetzung eintreten. In den Figuren 3, 4 und 5 sind Böden dargestellt, auf denen sich die erfindungsgemässen Einbauten befinden. In den Figuren sind es segmentartige Einbauten, welche Teile der Böden abdecken und eine Höhe besitzen, die oberhalb des Flüssigkeitsniveaus auf dem Boden liegt und etwa gleich der Höhe des Ablaufwehrs oder etwas höher ist. Die Einbauten können beidseitig die gleiche Fläche oder ungleiche Flächen abdecken. Die Einbauten sind bevorzugt etwas von aussen nach innen geneigt. Durch die erfindungsgemässen Einbauten wird erreicht, dass sich auf den Böden eine optimale Flüssigkeitsbelastung (l/min.cm Wehrlänge) und eine optimale Dampfbelastung in m/sec. (bezogen auf Lochfläche) einstellt. Die Segmente werden vorzugsweise beidseitig so angebracht, dass die aktive Fläche auf beiden Seiten symmetrisch verändert wird. Die Segmente können in Kolonnen nach Bedarf eingebaut und ausgebaut werden. Böden können jedoch auch vom Hersteller bereits mit Segmenten ausgerüstet sein. Die Grösse der Segmente richtet sich nach der Belastung, der gewünschten Flexibilität, dem Kolonnentyp, der Art der Böden in der Kolonne. Von Bedeutung sind die Segmente insbesondere für Waschböden in atmosphärischen und Vakuum-Destillationskolonnen. Durch übliche Berechnung mit EDV-Anlagen (z.B. Boden zu Boden-Berechnungen, Sektion zu Sektion-Berechnungen inklusive Boden-hydraulische Berechnungen), kann die Grösse der Segmente ermittelt werden, um optimalen Austausch und damit den geringsten Energieverbrauch zu erzielen. In Anpassung an die Belastung können die Bodenflächen beliebig durch Einbauten vergrössert und verkleinert werden, wobei die Einbauten aus einem oder mehreren Teilen bestehen können, dies kann direkt durch vorhandene Mannlöcher erfolgen. Durch die Segmente werden die bisherigen Nachteile des Standes der Technik, nämlich zu hohe Energiekosten, Schwierigkeiten beim Anfahren der Kolonne, schlechtes Teilbereichsverhalten, schlechte Produkttrennung und Produktzersetzung, begleitet von Produktverlust und Verschmutzung der Böden, vermieden. Die Segmente führen zu überlegenen Ergebnissen, verglichen mit der ausschliesslichen Verwendung der "Blanking-Methode", die auf einer Verkleinerung der Böden parallel zum Abflusswehr beruht. Das erfindungsgemässe Verfahren kann jedoch mit der "Blanking-Methode" kombiniert werden und kann dann ebenfalls zu einer überraschenden Verbesserung und Erhöhung der Wirtschaftlichkeit führen. Der Einbau der Segmente kann sowohl in einflutigen als auch mehrflutigen Böden angebracht werden. Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden: Destillations-Kolonnendaten Typ atmosphärische Rohölkolonne Anzahl der Waschböden 6 Bodentyp einflutige Vl-Tellerböden Mehrverdampfung 6 Vol.% (Uberlappung 550C) Flüssigkeitsbelastung 0,5 l/min.cm Wehrlänge Dampfbelastung 2 m/sec. Verhalten Kanalbildung (Durchregnen) Fluten nur 25% Druckverlust 4 m bar/Boden Der günstigste Bereich bei Destillationskolonnenböden liegt bekanntlich bei einer Flutung von 40-90. Unterhalb 40% kann bereits Kanalbildung auftreten. Oberhalb 100% steigt die Flüssigkeit auf den Böden an. Symmetrisches Abdecken der stagnanten Zonen mit den erfindungsgemässen Einbauten, wobei 60% der Bodenfläche als aktive Austauschfläche erhalten bleiben, führt zu einer Flutung von über 40%, wobei eine Energieersparnis von lo% erzielt wird.

Claims: Verfahren zur Verbesserung des Destillations und Rektifikationsvorgangs in Destillations kolonnen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche 1. Verfahren zur Verbesserung des Destillations- und Rektifikationsvorgangs in Destillationskolonnen bei unterschiedlichen Dampf- und Flüssigkeitsbelastungen dadurch gekennzeichnet, dass man Destillationsböden verwendet, deren aktive Fläche durch Einbauten im Bereich der stagnanten Zonen in Anpassung an die Be lastung verändert wird. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Destillations böden von Destillationskolonnen Einbauten im Bereich der stagnanten Zonen aufweisen, in Anpassung an die Belastung. 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass man durch Einbauten die Fläche von Waschböden so ver ändert, dass keine stagnanten Zonen auftreten. 4. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3 da durch gekennzeichnet, dass die Einbauten als Segmente ausgebildet sind, welche die stagnanten Zonen abdecken und eine solche Höhe besitzen, dass ihre obere Fläche oberhalb des Flüssigkeitsniveaus auf dem Destillations boden liegt. 5. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten aus einem oder mehreren Teileinbauten bzw. Teilsegmenten be stehen. 6. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5 dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten eine leichte Neigung von aussen nach innen besitzen. 7. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-6 da durch gekennzeichnet, dass die Fläche der Destillations böden durch an beiden Seiten gleichgrosse Einbauten ver ändert wird. 8. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-7 da durch gekennzeichnet, dass die Einbauten der Belastung angepasst werden können, wobei die Grösse der Einbauten rechnerisch ermittelt wird. 9. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-8 da durch gekennzeichnet, dass in Destillationskolonnen Böden mit Einbauten parallel zur Fliessrichtung und andere Böden mit Einbauten senkrecht zur Fliess richtung (sog. Blanking-Methode) verwendet werden.

Inventors: COS, MARINO, DR.
Applicants: UNION RHEINISCHE BRAUNKOHLEN KRAFTSTOFF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B01D3
IPC codes: B01D3