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Dokumentenidentifikation DE102005009469A1 18.08.2005
Titel Sammelboden mit geringer Wärmedurchgangszahl für Rektifikationskolonne
Anmelder BASF AG, 67063 Ludwigshafen, DE
Erfinder Diefenbacher, Armin, Dr., 76726 Germersheim, DE;
Müller-Engel, Klaus Joachim, Dr., 76297 Stutensee, DE;
Hammon, Ulrich, Dr., 68163 Mannheim, DE
Vertreter Patentanwälte Isenbruck Bösl Hörschler Wichmann Huhn, 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 02.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005009469
Offenlegungstag 18.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse B01D 3/14
IPC-Nebenklasse C07C 57/05   
Zusammenfassung Kaminboden für eine Kolonne zur thermischen Behandlung einer Flüssigkeit, umfassend einen Oberboden und einen Unterboden, die voneinander beabstandet im Wesentlichen horizontal in der Kolonne angeordnet sind, mit Kaminen sowie mit Abzug der Flüssigkeit über einen am Rande des Kaminbodens angeordnete Ablaufstutzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberboden und der Unterboden einen Mindestabstand voneinander von 10 bis 500 mm aufweist und dass zwischen dem Oberboden und dem Unterboden ein Gas mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,5 Watt/m/K eingebracht ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Kaminboden für eine Kolonne zur thermischen Behandlung einer Flüssigkeit sowie ein Verfahren zur thermischen Behandlung in einer Kolonne.

Kaminböden sind bekanntermaßen eine besondere Ausführungsform von Kolonnenböden mit Kaminen für den Dampfdurchtritt, die von in die Flüssigkeit eintauchenden starren Abdeckhauben überdeckt sind. Kolonnenböden sind waagerecht angeordnete plattenförmige, durch U-Profile versteifte Bauelemente, die im allgemeinen – je nach Durchmesser einzeln oder als Paket zu mehreren zusammengefasst – am Kolonnenmantel befestigt und flüssigkeitsdicht gegen diesen abgedichtet werden (vgl. K. Sattler: Thermische Trennverfahren, Verlag Chemie, 2. Auflage, 1995, Seite 194).

Häufig ist es erforderlich, die auf den Kaminböden in Rektifikations- oder Absorptionskolonnen anfallende Flüssigkeit ganz oder teilweise zu entfernen. Hierzu kann die Flüssigkeit nach Erreichen einer bestimmten Flüssigkeitshöhe über einen Stutzen mittels einer Pumpe abgezogen werden. Diese Methode ist jedoch infolge der großen Flüssigkeitsansammlung und der damit auftretenden großen Verweilzeit zur Behandlung von thermisch instabilen Stoffen, beispielsweise von (Meth)acrylsäure und deren Estern, von Acrylnitril, Styrol usw. aufgrund der Polymerisationsneigung derselben ungeeignet.

Eine weitere Methode der Flüssigkeitsentnahme besteht darin, die Kaminböden mit einem Überlaufwehr auszurüsten, wobei die Flüssigkeit vom Kaminboden über dieses Überlaufwehr in einen außen angeordneten Ringkanal fließt. Der Ringkanal wird an einer oder mehreren Stellen am Umfang mittels Stutzen angezapft und die Flüssigkeit abgezogen. Auch diese Ausführungsform ist für Substanzen mit erhöhter Polymerisationsneigung problematisch, da im Ringkanal aufgrund größerer Verweilzeit und häufig hohen Temperaturen eine unkontrollierte Polymerisation stattfindet, so dass die Funktionsfähigkeit der Kolonnen gestört wird.

Es wurden daher bereits eine Vielzahl von Bauformen vorgeschlagen, die eine verminderte Verweilzeit der Flüssigkeit auf Kolonnenböden gewährleisten: So beschreibt die DE-A 42 31 081 einen Stoffaustauschboden mit integrierter Abzugsmöglichkeit der Flüssigphase in Form einer in einen handelsüblichen Stoffaustauschboden eingearbeiteten Abzugstasse. Nachteilig hierbei ist, dass nur ein Teil der Flüssigkeit vom Kolonnenboden entnommen werden kann.

EP-A 1 088 576 schlägt einen trichterförmigen Kolonnenboden mit zentralem Flüssigkeitsabzug über eine Rohrleitung vor. Nachteilig bei dieser Bauform ist, dass durch die Anordnung der Rohrleitung im zentralen unteren Bereich des trichterförmigen Bodens eine einfache und wirksame Isolation desselben, die zur Reduzierung der thermischen Belastung der auf dem Boden befindlichen Flüssigkeit erforderlich wäre, nicht möglich ist.

Die DE-A 19526153 beschreibt einen Kaminboden mit Totalabzug und Gefälle in Form eines umgekehrten Konus. Nachteil ist auch hier der zentrale Flüssigkeitsabzug über eine Rohrleitung.

Die DE-A-101 59 825 beschreibt einen Kaminboden, der aus einem Oberboden und einem Unterboden gebildet ist, mit Abzug von Flüssigkeit über einen am Rande des Kaminbodens angeordneten Ablaufstutzen, wobei der der Unterboden horizontal in der Kolonne angeordnet ist und der Oberboden eine oder mehrere Ablaufrinnen mit Gefälle zum Ablaufstutzen aufweist und der Oberboden seinerseits ein Gefälle zu der einen oder den mehreren Ablaufrinnen hat. Durch diese Ausführungsform soll die Verweilzeit der Flüssigkeit auf dem Kaminboden und damit die thermische Belastung der Flüssigkeit und ihre Polymerisationsneigung reduziert werden.

Es war demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen weiter verbesserten Kaminboden für Kolonnen zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten zur Verfügung zu stellen, bei dem zusätzlich zu einer geringeren thermischen Belastung für die Flüssigkeit auf dem Kolonnenboden eine Kondensation aus der Gasphase am Unterboden verhindert oder weitgehend reduziert ist.

Die Lösung geht aus von einem Kaminboden für eine Kolonne zur thermischen Behandlung einer Flüssigkeit, umfassend einen Oberboden und einen Unterboden, die voneinander beabstandet im Wesentlichen horizontal in der Kolonne angeordnet sind, mit Kaminen, sowie mit Abzug der Flüssigkeit über einen am Rande des Kaminbodens angeordneten Ablaufstutzen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Oberboden und der Unterboden einen Mindestabstand voneinander von 10 bis 500 mm aufweisen und dass zwischen dem Oberboden und dem Unterboden ein Wärme isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,5 W/m/K eingebracht ist.

Bevorzugt sind der Ober- und der Unterboden jeweils aus Blechen gebildet, die über Stütz- und Verbindungselemente miteinander verbunden sind.

Oberboden und Unterboden sind im Wesentlichen horizontal in der Kolonne angeordnet. Der Unterboden weicht praktisch nicht von der Horizontalen ab. Der Oberboden weist dagegen ein Gefälle in Richtung zum Ablaufstutzen auf, das bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 5°, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 3°, liegt.

Der Oberboden ist vorzugsweise mit einer oder mehreren Ablaufrinnen ausgestattet, die aus gebogenen Blechen gebildet sind und ein Gefälle in Richtung zum Ablaufstutzen haben und wobei der Oberboden ein Gefälle in Richtung zu der einen oder den mehreren Ablaufrinnen aufweist.

Bevorzugt ist ein Mindestabstand zwischen Oberboden und Unterboden im Bereich von 50 bis 400 mm und eine Wärmeleitfähigkeit des Mediums zwischen Oberboden und Unterboden von kleiner als 0,1 Watt/m/K. Weiter bevorzugt beträgt der Mindestabstand zwischen Oberboden und Unterboden zwischen 100 und 300 mm.

Es ist möglich, als Wärme isolierendes Material in den Zwischenraum zwischen Oberboden und Unterboden ein Gas einzubringen, beispielsweise Luft.

Möglich ist es auch, zusätzlich oder alternativ, ein festes Isoliermaterial einzubringen.

Die auf dem Kaminboden angeordneten Kamine können vorteilhaft doppelwandig ausgestattet sein, insbesondere mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser kleiner als 1,25, weiter bevorzugt kleiner als 1,1.

Vorteilhaft wird der Unterboden zunächst mit Öffnungen ausgebildet, die einen Druckausgleich bei der Statikprüfung mit Flüssigkeit vor Inbetriebnahme der Kolonne erlauben und die nach Abschluss der Statikprüfung. gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen, bevorzugt verschweißt werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur thermischen Behandlung, vorzugsweise zur Rektifikation oder Absorption eines fluiden Gemisches in einer Kolonne mit Kaminböden, wie vorstehend beschrieben, wobei das fluide Gemisch thermisch instabile Verbindungen, insbesondere (Meth)acrylsäure und/oder deren Ester, Acrylnitril und/oder Styrol enthält.

Der erfindungsgemäße Kaminboden gewährleistet einen Betrieb mit reduziertem Fouling bei der thermischen Behandlung von Flüssigkeiten, die zur Polymerisation neigen, indem nicht nur die Verweilzeit auf dem Kaminboden reduziert ist, sondern auch, in dem der Wärmedurchgang durch den Kaminboden möglichst gering gehalten wird und dadurch insbesondere auch die Kondensation von aufsteigenden Dämpfen am Unterboden verhindert wird.


Anspruch[de]
  1. Kaminboden für eine Kolonne zur thermischen Behandlung einer Flüssigkeit, umfassend einen Oberboden und einen Unterboden, die voneinander beabstandet, im Wesentlichen horizontal in der Kolonne angeordnet sind, mit Kaminen, sowie mit Abzug der Flüssigkeit über einen am Rande des Kaminbodens angeordnete Ablaufstutzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberboden und der Unterboden einen Mindestabstand voneinander von 10 bis 500 mm aufweisen und dass zwischen dem Oberboden und dem Unterboden ein Wärme isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,5 W/m/K eingebracht ist.
  2. Kaminboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Oberboden und Unterboden aus Blechen gebildet sind.
  3. Kaminboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand zwischen Oberboden und Unterboden 50 bis 400 mm beträgt und dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärme isolierenden Materials zwischen Oberboden und Unterboden kleiner als 0,1 W/m/K eingebracht ist.
  4. Kaminboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand zwischen Oberboden und Unterboden 100 bis 300 mm ist.
  5. Kaminboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme isolierende Material ein Gas ist.
  6. Kaminboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme isolierende Material zwischen Oberboden und Unterboden ein festes Isoliermaterial ist.
  7. Kaminboden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden horizontal in der Kolonne angeordnet ist und dass der Oberboden eine oder mehrere Ablaufrinnen mit Gefälle in Richtung des Ablaufstutzens aufweist und Gefälle in Richtung zur (zu den) Ablaufrinne(n)hat.
  8. Kaminboden nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamine doppelwandig ausgeführt sind, mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser kleiner als 1,25.
  9. Kaminboden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser der Kamine kleiner als 1,1 ist.
  10. Kaminboden nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden zunächst mit Öffnungen ausgestattet ist, die einen Druckausgleich bei der Statikprüfung mit Flüssigkeit vor Inbetriebnahme der Kolonne erlauben und die nach Abschluss der Statikprüfung verschweißt werden.
  11. Verfahren zur thermischen Behandlung, vorzugsweise zur Rektifikation oder Absorption eines fluiden Gemisches in einer Kolonne mit Kaminböden (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Gemisch thermisch instabile Verbindungen, insbesondere (Meth)acrylsäure und/oder deren Ester, Acrylnitril und/oder Styrol enthält.
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