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Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Effizienz von Böden für fraktionierte
Destillation. Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung, die eine höhere
Effizienz für mehrfache
Kolonnenböden
zur Verfügung
stellt.
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Stand der Technik
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Fraktionierende
Kolonnenböden
mit mehreren Ableitern wurden eingeführt durch US-A-3,410,540, erteilt
an W. Bruckert. Diese Referenz beschreibt die charakteristische
Struktur und Anordnung der Komponenten eines Mehrfach-Ableiter-Kolonnenbodens.
Dieser schließt
lange, schmale, trogförmige
Ableiter ein, die über
den Boden verteilt sind, mit langen rechteckigen Gebieten auf Deckflächen, die
die Ableiter trennen. Die traditionelle rechteckige Form der Ableiter
und die Queranordnung der Ableiter auf vertikal benachbarten Böden ist
ebenso offenbart.
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Mehrfachableiterböden sind
für ihre
hohe Kapazität
bekannt. Sie sind daher in dem Artikel "High-Capacity Distillation", publiziert auf
Seite 53 der August 1998 Ausgabe von "Hydrocarbon Processing" und in einem Artikel,
beginnend auf Seite 23 der Januar 1999 Edition von "Chemical Engineering
Process" veröffentlicht.
Diese Artikel zeigen die Queranordnung der Ableiter auf vertikal
benachbarten Böden
und beschreiben den Fluss von Dampf und Flüssigkeit durch fraktionierte
Kolonnen, die diese Böden verwenden.
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Flüssigkeit,
die von dem Boden eines Ableiters eines Mehrfachableiterbodens fällt, fällt auf
die aktive Dampf-Flüssigkeits-Kontaktfläche des
nächst niedrigen
Bodens. Im Stand der Technik ist bekannt, dass Flüssigkeit,
die auf die Deckfläche
fällt,
diese Deckfläche
durchdringen kann, wobei sie den beabsichtigten Dampf-Flüssigkeits-Kontakt
umgeht. US-A-5,209,875
hat die Verwendung von Antidurchtrittswannen zwischen der Deckfläche und
dem Ableiter eingeführt,
um dieses Problem zu beseitigen. Die Antidurchtrittswannen sind
unter den Flüssigkeitsauslässen der
Ableiter der oberen Böden
lokalisiert und senkrecht zu den Ableitern des unteren Bodens orientiert.
Flüssigkeit,
die aus den Ableitern austritt, fällt auf die Wannen und fließt dann
auf die Decklage des unteren Bodens.
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DE 20 11 870 offenbart eine
Vorrichtung für fraktionierte
Destillation, umfassend eine Anordnung von mehrfachen Fraktionierungsböden, bestückt mit einer
Kombination von Leitern und Sammelwannen, die zusammen die Ableiterfunktion
der Böden
zur Verfügung
stellen.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
Erfindung ist eine neuartige Vorrichtung, die dazu bestimmt ist,
die Effizienz von Fraktionskolonnen mit Mehrfachableiterfraktionsböden zu steigern.
Die Vorrichtung umfasst eine Flüssigkeitsverteilwanne,
aufgehängt
zwischen vertikal benachbarten Böden,
die quer zueinander montiert sind. Die Verteilungswannen sammeln
Flüssigkeit,
die aus den Ableitern des oberen Kolonnenbodens austritt und verteilen
sie in einem gewünschten
Muster über
das aktive Deckgebiet des nächstunteren
Kolonnenbodens. Dies lässt
die Flüssigkeit
auf den unteren Kolonnenboden in einem vorbestimmten gleichmäßigen Abstand
von dem Einlass zu dem Ableiter des unteren Kolonnenbodens fallen.
Die ganze Flüssigkeit
hat somit eine gleichmäßige Verweilzeit
auf dem Kolonnenboden, um so die Trenneffizienz des Kolonnenbodens
zu erhöhen.
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Eine
umfassende Ausführungsform
der Erfindung kann charakterisiert werden als Verfahren zur fraktionierten
Destillation, welches umfasst das Verbringen einer Flüssigkeit
mit einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente auf einen
oberen ersten Kolonnenboden, der in einer Kolonne für fraktionierte
Destillation positioniert ist, enthaltend eine Vielzahl von vertikal
beabstandeten Fraktionsböden
mit mehreren Ableitern, und betrieben bei Fraktionierungsbedingungen,
die Dampf durch die Deckgebiete steigen lassen, die auf den Kolonnenböden vorgesehen
sind, während
Flüssigkeit
gleichzeitig in wenigstens einem Ableiter gesammelt wird, der einen
Teil des Kolonnenbodens bildet, wobei Flüssigkeit, die in einem Ableiter
des ersten Kolonnenbodens gesammelt ist, den Ableiter durch Öffnungen
verlässt,
die in einem unteren Abschnitt des Ableiters angebracht sind, Sammeln
von Flüssigkeit,
die von den genannten Öffnungen
in dem unteren Abschnitt des Ableiters des ersten Kolonnenbodens
herabkommt, in einer Flüssigkeitssammel-
und -verteilerwanne, die zwischen dem ersten Kolonnenboden und dem
unteren zweiten Kolonnenboden aufgehängt ist; und Ausfließen der
Flüssigkeit
aus der Sammelwanne auf der Deckfläche des zweiten Kolonnenbodens
in einem Gebiet, welches parallel zu dem Ableiter des zweiten Kolonnenbodens
liegt; und dadurch gekennzeichnet, dass die auslaufende Flüssigkeit
auf die Oberfläche
des unteren, zweiten Kolonnenbodens mit einem gleichförmigen Abstand vom
Eingang des Ableiters des unteren zweiten Kolonnenbodens fällt.
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Eine
zweite umfassende Ausführungsform der
Erfindung ist eine Vorrichtung zum Durchführen einer fraktionierten Destillation
in einer fraktionierenden Destillationssäule, wobei die Vorrichtung
umfasst (a) einen oberen ersten Kolonnenboden und einen unteren
zweiten Kolonnenboden, wobei sowohl der erste als auch der zweite
Kolonnenboden einen trogförmigen
Ableiter und Dampf-Flüssigkeits-Deckflächen benachbart
zu dem Ableiter umfassen und wobei der Ableiter des ersten Kolonnenbodens
unterschiedlich orientiert ist zu dem Ableiter des zweiten Kolonnenbodens
und zu Gruppen zusammengefasste Flüssigkeitsöffnungen im Boden des Ableiters
besitzt, und (b) eine flüssigkeitsverteilende
Vorrichtung, die zwischen den Ableitern des ersten Kolonnenbodens
und dem Deck des zweiten Kolonnenbodens montiert ist, wobei die
Flüssigkeitsverteilvorrichtung eine
ausreichende Länge
besitzt, um Flüssigkeiten, die
aus den Flüssigkeitsauslässen von
wenigstens zwei Ableitern des ersten Kolonnenbodens fallen, aufzunehmen,
und wenigstens eine Reihe von Flüssigkeitsauslässen hat,
die parallel zu dem Ableiter des zweiten Kolonnenbodens angeordnet
sind, wobei Flüssigkeit
vom ersten Kolonnenboden, die in die Flüssigkeitsverteilvorrichtung
fällt, über eine
Deckfläche
des unteren zweiten Kolonnenbodens verteilt wird mit einem gleichförmigen Abstand
von dem zur Deckfläche
benachbarten Ableiter.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Funktion der Erfindung und die typische Anordnung und Variationen
an Teilen der Vorrichtung werden unter Benutzung der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 den
Flüssigkeitsfluss
von einem ersten Kolonnenboden 1 abwärts auf die Flüssigkeitsverteilungswanne 7 und
dann auf die Deckfläche
des unteren Kolonnenbodens 2 illustriert.
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Die 2, 3, 4 und 5 zwei
der vielen verschiedenen unterschiedlichen strukturellen Ausführungsformen
der Flüssigkeitsverteilwannen 7 von 1 illustrieren.
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6 eine
Variation der Flüssigkeitsverteilwanne
illustriert, die durch die Anordnung eines mit Flügeln versehenen
Brückenelements 18 über der Mündung der
Verteilerwanne 7 charakterisiert ist.
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7 die
Ansicht abwärts
in das Hauptelement der Verteilerwanne von 6 illustriert.
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8 eine
Endansicht der Verteilerwanne von 6 ist.
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9 eine
Ansicht horizontal durch einen Abschnitt einer Fraktionssäule mit
einem oberen Kolonnenboden 1 und einem unteren Kolonnenboden 2 ist.
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10 eine
perspektivische Ansicht eines einzelnen Fraktionierungsbodens mit
einer Flüssigkeitsverteilwanne
darstellt, die durch drei Stützen 17, die
auf der Bodendeckfläche 6 befestigt
sind, über der
Deckfläche
aufgehängt
ist.
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11 eine
Draufsicht auf einen Kolonnenboden ist, die die Anordnung von zwei
Verteilern 7 über
dem Kolonnenboden zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
und bevorzugte Ausführungsformen
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Fraktionierungsböden leisten
eine fast endlose Vielzahl von Trennungen in der Öl- und Petrochemischen
Industrie. Fraktionsböden
werden beispielsweise verwendet bei der Trennung von vielen unterschiedlichen
Kohlenwasserstoffen, z. B. Paraffinen, Aromaten und Olefinen. Kolonnenböden werden
benutzt, um spezielle Verbindungen zu trennen, beispielsweise Alkohole, Äther, Alkylaromate,
Monomere, Lösungsmittel,
anorganische Verbindungen usw. und bei der Trennung von breit siedenden
Mischungen wie z. B. von Erdöl
abgeleitete Fraktionen einschließlich Naphta. Diese breite
Nützlichkeit
hat zu der Entwicklung einer großen Breite von Kolonnenböden mit
unterschiedlichen Vorteilen und Nachteilen geführt.
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Ein
weithin benutzter Typ von Kolonnenböden ist der Kolonnenboden mit
mehreren Ableitern, der in den oben genannten Referenzen offenbart
ist. Mehrfachableiterböden
haben mehrere ausgezeichnete physikalische Eigenschaften. Beispielsweise hat
ein Mehrfachableiterboden keine Aufnahmewanne, die traditionell
in Querflussböden
verwendet wird. Dies ist normalerweise ein nicht perforierter Abschnitt der
Bodendeckfläche,
angeordnet unterhalb dem Boden eines Ableiters. Dies ist das Gebiet
eines Gegenstrombodens, wo die Flüssigkeit, die durch den Ableiter
herunterkommt, aufprallt, bevor sie horizontal auf die perforierte
Deckfläche
des Bodens gelangt. In einem konventionellen Boden ist die Aufnahmewanne normalerweise
direkt unterhalb dem Ableiter positioniert, der von dem nächst oberen
Fraktionsboden ableitet. Dies unterscheidet von einem Mehrfachableiterboden,
in dem das horizontale Oberflächengebiet des
Bodens nur in Flächen
unterteilt ist, die als Ableitermittel und als flache Dampf-Flüssigkeits-Kontaktflächen funktionieren,
die normalerweise als Deckfläche
bezeichnet werden. Hier sind keine nicht perforierten Gebiete angeordnet,
um die von dem unmittelbar darüber
angeordneten Boden absteigende Flüssigkeit aufzufangen.
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Ein
weiteres unterscheidendes Merkmal eines Fraktionsbodens vom Mehrfachableitertyp
ist die Zurverfügungstellung
einer relativ großen
Zahl von parallelen Ableitern mit gleichen Abständen über den Boden. Jeder Boden
kann von einem bis zu fünfzehn oder
mehr derartiger Ableiter verwenden, die von ähnlichem Design sind. Diese
Ableiter sind relativ nah beieinander beabstandet im Vergleich zu
denen der gebräuchlicheren
Gegenstromfraktionsböden,
da die Ableiter über
die Oberfläche
des Bodens verteilt sind, statt hauptsächlich an der Peripherie des
Bodens zu sein. Der Abstand zwischen benachbarten Ableitern (gemessen
zwischen ihren Seitenwänden) desselben
Mehrfachableiterbodens wird zwischen 0,2 und 1,0 m und vorzugsweise
weniger als ungefähr
0,5 m betragen. Dies resultiert in einem Kolonnenboden mit einem
einzigartigen Design, wenn von oben betrachtet, bestehend aus den
abwechselnden Deckflächengebieten
und den Ableitervorrichtungen, die gleichmäßig über die obere Oberfläche des
Fraktionsbodens verteilt sind.
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Die
Struktur der Ableiter eines Mehrfachableiterbodens ist ebenso einzigartig
im Vergleich zu den Ableitern, die auf Gegenstromfraktionsböden benutzt
werden. Die Ableiter eines Mehrfachableiterbodens erstrecken sich
nicht über
den ganzen Weg abwärts
bis zu dem nächst
unteren Fraktionsboden. Stattdessen enden sie an einem höheren Zwischenniveau,
angeordnet in dem leeren zylindrischen Volumen zwischen zwei Böden. Der
Ableiter, der von dem Kolonnenboden darüber herunterkommt, endet daher
normalerweise gut oberhalb der Deckoberfläche des unteren Kolonnenbodens
und oberhalb dem Einlass zu dem Ableiter des Kolonnenbodens darunter. Die
Einlässe
zu den Ableitern eines Kolonnenbodens funktionieren als Auslasswehr
des Kolonnenbodens und der Boden des Ableiters befindet sich normalerweise
gut oberhalb dem Auslasswehr des unteren Kolonnenbodens. Der horizontale
Endquerschnitt des Ableiters kann eine große Vielzahl von Formen haben,
die von rechteckig bis dreieckig reichen.
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Ein
sehr unterscheidendes Merkmal eines Mehrfachableiterfraktionsbodens
ist das Zurverfügungstellen
eines flüssigkeitsversiegelbaren
Mittels nahe dem Boden des Ableiters. Der Boden des Ableiters ist
ausreichend versiegelt, um die direkt nach unten fließende Flüssigkeit
außerhalb
des Ableiters zu verzögern.
Dies verursacht die Ansammlung und Zurückhaltung von Schaum, was es
möglich
macht, ihn in klare Flüssigkeit
und gelösten
Dampf zu trennen. Die gesammelte Flüssigkeit bedeckt die Öffnungen im
Bodenabschnitt des Ableiters und versiegelt den Ableiter gegenüber dem
Aufwärtsfluss
von Dampf. Dieser flüssigkeitsversiegelbare
Auslass ist gut oberhalb der Deckfläche des unmittelbar darunter
angeordneten Kolonnenbodens angeordnet. Die klare Flüssigkeit,
die in dem unteren Abschnitt des Ableiters gesammelt ist, läuft durch
die Öffnungen
im Boden des Ableiters auf den nächst
unteren Kolonnenboden. Einige Flüssigkeit
kann, wenn gewünscht, durch Öffnungen
in den Seitenwänden
des Ableiters austreten. Öffnungen
sind vorzugsweise zu Gruppen zusammengefasst, wobei die Gruppierung
derart angeordnet ist, dass die austretende Flüssigkeit nicht in einen Ableiter
des nächst
unteren Kolonnenbodens fällt.
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Mehrfachableiterkolonnenböden haben hohe
Dampf- und Flüssigkeitskapazitäten und
die Fähigkeit, über einen
bedeutenden Bereich von Operationsgeschwindigkeiten effektiv zu
funktionieren. Andere Typen von Kolonnenböden jedoch können eine
höhere
Effizienz haben als Mehrfachableiterkolonnenböden. Es wird unterstellt, dass
dies verursacht ist durch die Flüssigkeit,
die aus den Abläufen des
Ableiters und auf die Deckfläche
des nächst
unteren Kolonnenbodens in einer Art und Weise fällt, die zu einer Vielzahl
von Flüssigkeitsfließpfadlängen und
Flüssigkeitsverweilzeiten
auf dem Kolonnenboden führt.
Dies resultiert teilweise aus der bevorzugten Queranordnung von
Ableitern auf vertikal benachbarten Kolonnenböden. Diese Queranordnung resultiert
in Flüssigkeit,
die aus den Ableiterausläufen in
einer Zahl von relativ schmal benachbarten Zonen unter den darüber liegenden
Ableitern fällt.
Der Abstand zwischen diesen Zonen ist gleich dem Abstand zwischen
den darüber
liegenden Ableitern. Die Flüssigkeit
muss infolge dessen von diesen Aufprallzonen zu dem Ableiter des
unteren Kolonnenbodens fließen.
Einige Punkte auf dem Ableiter sind von den Aufprallzonen weiter
entfernt als andere. Dies verursacht, dass die Flüssigkeit über den
größeren Abstand
zu den Teilen der Auslassableiter des unteren Kolonnenbodens fließen muss,
die zwischen den Zonen sind, auf denen die Flüssigkeit auf die Deckfläche fällt. Die
ungleichmäßige Flüssigkeitsverweildauer
resultiert in einer reduzierten Kolonnenbodeneffizienz. Beispielsweise
verhindert der fortwährende Kontakt
mit stehender Flüssigkeit,
einen zusätzlichen Massentransport
zu steigern.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Mehrfachableiterkolonnenboden
mit einer höheren Trenneffizienz
zur Verfügung
zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Mehrfachableiterkolonnenboden
zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Länge
des Flüssigkeitsfließpfads über die
Bodendeckfläche
konstant und gleichmäßig ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum Trennen von flüchtigen chemischen
Verbindungen durch fraktionierte Destillation zur Verfügung zu
stellen.
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgaben durch die Verwendung von einer oder mehreren einzigartigen
Flüssigkeitssammel-
und -wiederverteilvorrichtungen auf jedem Kolonnenboden. Diese Vorrichtungen
fangen wenigstens die Hauptmenge der Flüssigkeit von dem oberen Kolonnenboden
auf, bevor sie auf der Deckfläche
des unteren Kolonnenbodens auftrifft, und verteilt dann die Flüssigkeit
auf der Deckfläche
des unteren Kolonnenbodens entlang einer Linie parallel zu den Ableitern
des unteren Kolonnenbodens. Somit ist zur Verfügung gestellt ein Flüssigkeitsfließpfad von
gleichmäßiger Länge von dem
Punkt, an dem die Flüssigkeit
auf die Deckfläche fällt, zu
dem Punkt, an dem die Flüssigkeit
den Kolonnenboden verlässt,
indem sie in einen offenen Einlass des Ableiters fließt.
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In
der Vergangenheit hatten sich viele Versuche, die Leistung von Vielfachableiterkolonnenböden zu verbessern,
auf die Flüssigkeit
konzentriert, die aus den Ableitern absteigt, und auf ihr Auftreffen
auf die untere Kolonnenbodendeckfläche. Beispielsweise dienen
die oben erwähnten
Antidurchtrittswannen dazu, die Flüssigkeit aufzufangen und sie über einen weiten
Bereich zu verteilen, so dass sie nicht dazu tendiert, ihren Weg
durch die Deckflächenperforationen
zu nehmen, was in einem Bypassfluss der Flüssigkeit zu dem unteren Kolonnenboden
und/oder zum Unwirksammachen der Dampfperforationen führen könnte. Die
vorliegende Vorrichtung funktioniert anders. Als erstes sammelt
und speichert sie Flüssigkeit,
statt sie nur aufzufangen. Dies verlangt, dass die vorliegende Vorrichtung
ein definiert begrenztes Flüssigkeitsrückhaltevolumen
hat. Zweitens verteilt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
die Flüssigkeit
auf den nächst
unteren Kolonnenboden in einem sehr kontrollierten, schmalen langen
Muster, welches mit dem Kolonnenbodeneinlass des unteren Kolonnenbodens
fluchtet. Die Flüssigkeit
kann nicht einfach in einer Vielzahl von Richtungen über die
vorliegende Vorrichtung fließen,
wie es bei Antidurchtrittswannen mit ebener Oberfläche geschieht.
Somit kann das hinzugefügte
Element der vorliegenden Erfindung als Flüssigkeitsfließverbesserungsvorrichtung
bezeichnet werden.
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Durch
Ablegen der Flüssigkeit
in einem langen schmalen Streifen, gleichmäßig beabstandet zwischen benachbarten
Ableitern und entlang der gesamten Länge der Ableiter, ist die Verweildauer
der Flüssigkeit
auf dem Kolonnenboden für
die ganze Flüssigkeit
gleich. Die Fließpfade
sind parallel und es gibt keine relativ stehenden Gebiete. Damit
sind sowohl Punkt- als auch Gesamtkolonnenbodeneffizienz verbessert.
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Die
Vorrichtung der Erfindung kann charakterisiert werden als eine Vorrichtung
zum Durchführen
einer fraktionierten Destillation in einer Fraktionssäule, wobei
die Vorrichtung umfasst einen oberen ersten Kolonnenboden und einen
unteren zweiten Kolonnenboden, wobei sowohl der erste als auch der zweite
Kolonnenboden wenigstens zwei trogförmige Ableiter und wenigstens
eine Dampf-Flüssigkeits-Deckfläche, die
zwischen den Ableitern positioniert ist, umfasst, und wobei die
Ableiter des ersten Kolonnenbodens unterschiedlich orientiert sind
zu den Ableitern des zweiten Kolonnenbodens, wobei die Ableiter
jedes Kolonnenbodens wenigstens zwei Gruppen von gegenseitig beabstandeten
Flüssigkeitsauslässen im
Boden der Ableiter besitzen; und wenigstens zwei Flüssigkeitsverteilvorrichtungen zwischen
dem Boden der Ableiter des ersten Kolonnenbodens und der Oberseite
der Dampf-Flüssigkeits-Deckfläche des
zweiten Kolonnenbodens montiert ist, wobei die Flüssigkeitssammelvorrichtungen ausreichende
Länge besitzen,
um Flüssigkeit,
die aus den Flüssigkeitsauslässen von
wenigstens zwei Ableitern des ersten Kolonnenbodens fällt, aufzufangen,
wobei die Flüssigkeitssammelvorrichtungen
parallel angeordnet sind zu den Ableitern des zweiten Kolonnenbodens
und Flüssigkeitsauslässe besitzen, vorzugsweise
in einer oder mehreren Reihen, parallel angeordnet mit den Ableitern
des zweiten Kolonnenbodens und angeordnet oberhalb der Deckfläche des
zweiten Kolonnenbodens, um Flüssigkeit
auf der Deckfläche
des zweiten Kolonnenbodens in einheitlichem Abstand von den Ableitern
des zweiten Kolonnenbodens abzulassen.
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Das
gesamte Verfahren der vorliegenden Erfindung kann am besten beschrieben
werden durch Bezugnahme auf die Zeichnungen. 1 der Zeichnung
ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht von zwei vertikal
benachbarten Kolonnenböden
einer fraktionierenden Säule. 1 zeigt
einen oberen fraktionierenden Kolonnenboden 1 mit mehreren
Ableitern und einen unteren fraktionierenden Kolonnenboden 2 mit
mehreren Ableitern. Die Ableiter dieser beiden vertikal benachbarten
Kolonnenböden
sind senkrecht zueinander in der Art angeordnet, wie sie üblicherweise
mit fraktionierenden Kolonnenböden mit
mehreren Ableitern verwendet wird. Es ist nicht notwendig, ergibt
aber viele Vorteile, beispielsweise Vermischen von Flüssigkeit
und Dampf aus unterschiedlichen Abschnitten des Kolonnenbodens.
Die Ableiter von benachbarten Kolonnenböden können auch mit anderen Winkeln
angeordnet werden, beispielsweise mit 60°. Wenn benutzt für die fraktionierende
Destillation von flüchtigen
chemischen Verbindungen, verbleibt Flüssigkeit, die aktuell als hoch
belüfteter
Schaum vorliegt, auf der oberen Oberfläche des fraktionierenden Kolonnenbodens.
Das Schäumen
oder Belüften
der Flüssigkeit
ist hervorgerufen durch die Aufwärtsbewegung
von Dampf durch eine große
Zahl von Perforationen 11, die in relativ gleichmäßiger Weise über die
ganze Oberfläche
der Deckfläche 6 der
Kolonnenböden
verteilt sind. Diese Perforationen sind typischerweise kreisförmige Öffnungen
mit kleinem Durchmesser, aber es ist auch bekannt, eine Mischung
von Perforationstypen zu verwenden, beispielsweise die "Sieb"-Öffnungen in Verbindung mit
dampfleitenden Schlitzen oder die "Ventile" der US-A-5,975,504. Schaum oder die
Flüssigkeit
fließt über das
Einlasswehr der Ableiter an der Spitze der beiden Ableiter und fließt in die
Oberseite des Ableiters 3. Wenn alles korrekt arbeitet,
wird sich der Schaum auflösen,
indem er den Dampf freigibt und eine "Klarflüssigkeit" bildet, die sich in einem unteren Abschnitt
jedes Ableiters sammelt. Die gesammelte Flüssigkeit versiegelt die in
Gruppen angeordneten Flüssigkeitsauslässe 12,
die an vorbestimmten Orten entlang des Bodenabschnitts des Ableiters
angeordnet sind. Jeder der vier Ableiter, die in dieser Figur dargestellt
sind, ist aus zwei Seitenwänden 4 und zwei
Endwänden 5 zusammengesetzt,
die so angeordnet sind, dass sie einen langen, schmalen, kastenförmigen Ableiter
bilden. Die parallelen Seitenwände 4 sind
typisch für
die bevorzugte Konstruktion dieser Ableiter. Jedoch können Ableiter
auch mit einer Zahl von unterschiedlichen Querschnittsformen gebildet
werden, beispielsweise dreieckig, abgeschnitten dreieckig usw.
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Die
Flüssigkeitsauslässe 12 in
der Bodenplatte des Ableiters 3 sind in gegenseitig beabstandeten
Ablaufgruppen angeordnet, so dass Flüssigkeit, die aus einem Ableiter
austritt, nicht direkt in den Einlass des Ableiters im nächst unteren
Kolonnenboden fällt.
Das heißt,
die Auslässe 12 des
oberen Kolonnenbodens sind nicht direkt oberhalb dem Einlass eines
Ableiters des unteren Kolonnenbodens angeordnet. Statt dessen sind
diese Auslässe 12 so
angeordnet, dass die Flüssigkeit,
die den Ableiter des oberen Kolonnenbodens verlässt, an einem Punkt zwischen den
Ableitern auf die Deckfläche
des nächst
unteren Kolonnenbodens fällt.
Die vorliegende Erfindung stellt Flüssigkeitssammel- und -verteilvorrichtungen 7 zur
Verfügung,
die in einer Zwischenhöhe
zwischen zwei fraktionierenden Kolonnenböden 1 und 2 aufgehängt sind.
Sie sind somit in einem leeren zylindrischen Volumen zwischen den
Deckschichten der beiden Kolonnenböden positioniert. Um zu funktionieren,
muss ihr Einlass unterhalb der Abläufe der Ableiter des oberen
Kolonnenbodens sein. Sie müssen ebenso
oberhalb der Deckfläche
des unteren Kolonnenbodens sein, um die Störung der aktiven Schaumbildung,
die auf der Deckfläche
des unteren Kolonnenbodens erwünscht
ist, zu begrenzen. Die Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtungen 7 können am Platz gehalten werden
durch eine große
Vielzahl von mechanischen Anordnungen, die die Vorrichtungen 7 entweder
am oberen Kolonnenboden oder am unteren Kolonnenboden oder an beiden
verankern. Die Verteiler können
ebenso befestigt sein an den Ableitern des oberen Kolonnenbodens.
Alternativ können
unabhängige
horizontale Elemente sich durch das innere Volumen der Fraktionssäule erstrecken,
um die Verteilvorrichtungen 7 zu tragen. Die Verteiler 7 können ebenso
integrale Erweiterungen einschließen, die horizontal zu der
inneren Oberfläche
der Außenwand
der Fraktionssäule
reichen, so dass jede der Verteilvorrichtungen 7 unabhängig innerhalb
der Säule
montiert werden kann durch Befestigung an der Wand oder an einer
existierenden Hardware des Fraktionsbodens. Die Art und Weise, in
der die Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtungen 7 innerhalb der Säulenkonstruktion
getragen werden, ist kein kontrollierendes Merkmal der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtungen 7 verteilen die dargestellte
Flüssigkeit,
die den Boden der Ableiter durch die Auslassöffnungen 12 verlässt. In
einer bevorzugten Ausführungsform hat
jeder der Verteiler eine Anzahl von Seitenwandflügeln 9, die sich von
den geneigten Seitenwänden 8 aufwärts erstrecken,
um sicherzustellen, dass keine Flüssigkeit hinter die Vorrichtung
fällt.
Auf diese Weise wird die Flüssigkeit
von dem oberen Kolonnenboden innerhalb einem Volumen in der Vorrichtung 7 gesammelt.
Die Flüssigkeit
fließt
dann horizontal entlang der Länge
des Verteilers 7. Dies resultiert in einem relativ gleichmäßigen Niveau
der Flüssigkeit
innerhalb des Verteilers, wobei die Flüssigkeit aus der Vorrichtung 7 durch
eine große
Zahl von Öffnungen 10 ausfließt, die
entlang der Länge
der Seitenwand der Verteilvorrichtung 7 vorgesehen sind. Die
Verteiler sind parallel zu den Ableitern 3 des nächst unteren
Kolonnenbodens 2 angeordnet und deshalb wird die Flüssigkeit,
die die Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 verlässt, auf der Deckfläche 6 des
unteren Kolonnenbodens 2 in einer geraden Linie parallel
zu den Ableitern 3 des unteren Kolonnenbodens abgelagert.
Wenn eine Deckvorrichtung an zwei Seiten durch Ableiter begrenzt
ist, dann ist es bevorzugt, dass die Flüssigkeit auf dem Deck in einer
Linie auf halbem Weg zwischen den Ableitern abgelagert wird. An
der Kante eines Kolonnenbodens gibt es zwei halbmondförmige Deckflächen, die
zwischen einem Ableiter und der Innenfläche der Säulenwand liegen. Vorzugsweise
ist jede Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung oberhalb dieses Deckflächenabschnitts näher an der
Wand als an dem Ableiter angeordnet, um stehende Flüssigkeit
nahe der Wand zu minimieren. Angenommen, dass nur eine Verteilvorrichtung 7 pro
Deckfläche zwischen
den Ableitern benutzt wird und dass eine Verteilvorrichtung 7 auf
jedem Halbmondabschnitt benutzt wird, dann wird die Zahl von Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtungen 7 um eins mehr sein als die Zahl
von Ableitern auf einem Kolonnenboden.
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2 illustriert
eine Draufsicht auf eine alternative Konstruktion der Flüssigkeitssammel-
und -verteil- oder "-fließverbesserungs-"vorrichtung 7. Diese
spezielle Form der Vorrichtung besitzt eine flache Bodenplatte mit
einer einzigen Reihe von Perforationen 10. Der Verteiler
hat drei Paare von Flüssigkeitssammelflügeln 9. 3 ist
ein Querschnitt dieser Verteilerausführungsform, welcher die Endplatte 16 darstellt,
die die Enden des Verteilers vorzugsweise verschließt.
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Die
in 4 dargestellte Vorrichtung besitzt eine V-förmige Endform
oder Querschnitt, wenn sie entlang ihrer Hauptrichtung betrachtet
wird, wie in 5 gezeigt. Die Vorrichtung ist
gebildet durch zwei Seitenwände 8 mit überstehenden
Flügeln 9,
die sich nach außen
und nach oben erstrecken. Die Neigung der Flügel kann sich von der Neigung
der Seitenwände
unterscheiden. Die Enden jeder Verteilvorrichtung 7 sind
vorzugsweise durch eine Endplatte gedeckelt, die eine Form gleich
dem Querschnitt der Vorrichtung hat. Somit hat die Vorrichtung ein
Flüssigkeitsrückhaltevolumen.
Die Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 von 4 besitzt
zwei Reihen von Flüssigkeitsauslassperforationen 10.
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Die
Breite der Mündung
oder oberen Öffnung der
Verteilvorrichtung 7 ist vorzugsweise ungefähr gleich
der Breite der Einlassöffnungen
der Ableiter. Die Verteilvorrichtungen 7 sitzen im Fließpfad des Dampfes,
der durch die Säule
aufsteigt und können daher
den Dampffluss stören.
Es ist daher bevorzugt, die Überallesgröße der Verteilvorrichtungen
und ihren Einfluss auf den aufsteigenden Dampf zu minimieren. Diese
Einstellung bezieht sich auf die bevorzugte Verwendung der Flügel 9,
die sich von den Verteilvorrichtungen aus nach außen erstrecken.
Die Länge
dieser Flügel
kann beachtlich sein und wird durch die Länge der Gruppe von Flüssigkeitsauslassöffnungen 12 in
dem Ableiter des nächst
höheren Kolonnenbodens
diktiert. Dies bedeutet, längere
Flügel
werden benötigt,
wenn das Auslassgebiet verlängert
wird.
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6 zeigt
eine Verteilvorrichtung 7 mit dreieckförmigem Querschnitt mit einem
Paar von flügelförmigen Brückenelementen 18,
die über
der Mündung
der Verteilvorrichtung festgeschweißt sind. Die Brückenelemente 18 erbringen
dieselben Flüssigkeitssammelfunktionen
wie die Flügel 9 der 2 bis 4.
Zusätzlich
wirken die Brückenelemente
als Versteifungselemente und Querklammern für die Vorrichtung. Diese Brückenelemente
besitzen eine große
Zahl von Perforationen, damit Flüssigkeit
hindurchfallen kann, obwohl es gewünscht ist, die fallende Flüssigkeit,
die hier innen zusammenstößt, aufzufangen
und zu verlangsamen. Dies macht es möglich, dass die Brückenelemente
als Durchtrittsverhinderungswannen wirken, die die direkte Passage
von Flüssigkeit
durch Öffnungen 10 im
Boden der Verteilvorrichtung selbst verringern. Rückhalt von
Flüssigkeit
im Verteiler wird dabei ebenso helfen.
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7 ist
eine abgewickelte Darstellung des Hauptkörpers des Verteilers 7 von 6. 8 ist ein
Querschnitt des Verteilers von 6, welches
die Anordnung der flügelförmigen Brückenelemente
an der Mündung
des Verteilers zeigt. Als ein Beispiel für mögliche relative Größen der
verschiedenen Elemente dieses Verteilers kann der Bodenabstand "b" ungefähr 90 mm, der Abstand "g" ungefähr 125 mm, der Abstand "f" ungefähr 220 mm und der Abstand "c" ungefähr 205 mm sein. In dieser Ausführungsform sind
die geneigten Flügel 9 an
dem Verteiler befestigt statt eine Erweiterung der Seitenwand 8 zu
sein.
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9 ist
ein Blick durch einen kleinen Abschnitt einer fraktionierenden Destillationssäule mit einer
zylindrischen Außenwand 15.
Die Figur zeigt ebenfalls einen oberen Fraktionskolonnenboden 1 und
einen unteren Fraktionskolonnenboden 2. Diese beiden Kolonnenböden sind
Fraktionskolonnenböden
mit mehreren Ableitern, umfassend drei Ableiter 3. Wie
in der oben beschriebenen 1 ist jeder
Ableiter gebildet durch eine breite, ebene, nicht perforierte Seitenwand 4 und
eine ebene Ableiterendwand 5. Diese Ansicht zeigt klarer,
wie die Flüssigkeit
aus den vier Verteilvorrichtungen 7, die oberhalb des oberen
Kolonnenbodens 1 angeordnet sind, die Flüssigkeit,
die durch die Säule
an Punkten zwischen den Ableitern des oberen Kolonnenbodens herabsteigt, verteilt.
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9 zeigt
ebenso die einzig sichtbare Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7, die zwischen dem oberen und
dem unteren fraktionierenden Kolonnenboden angeordnet ist. Der rechte
Abschnitt dieser Vorrichtung ist getragen durch Tragelemente 13,
die sich von dem Ableiter des darüber liegenden Kolonnenbodens
abwärts
erstrecken. Der linke Abschnitt der Vorrichtung 7 ist dargestellt
als getragen durch zwei Tragstangen 14, die sich aufwärts und durch
die Deckfläche
des oberen Kolonnenbodens 1 hindurch erstrecken. Die Darstellung
dieser zwei alternativen Methoden zum Halten der Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 dient hauptsächlich dazu auszudrücken, dass
es für
den Fachmann offensichtlich viele Wege gibt, die Vorrichtungen zu halten. 9 zeigt,
dass die Flüssigkeitssammel- und
-verteilvorrichtung 7, die zwischen den beiden fraktionierenden
Kolonnenböden
dargestellt ist, eine Länge
hat, die in etwa gleich der des Ableiters ist, der auf dem unteren
Kolonnenboden 2 dargestellt ist. Angenommen, die Säule verwendet
Kolonnenböden
mit drei oder mehr Ableitern, werden die Ableiter unterschiedliche
Längen
haben, wobei die kürzeren
Ableiter nahe der Kante des Kolonnenbodens positioniert sind. Die
Länge der
Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 kann in der gleichen Art variieren.
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10 zeigt
die Position einer Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 auf halbem Weg zwischen zwei
der parallelen Ableiter 3, die Teil eines Kolonnenbodens
bilden. Vorzugsweise könnte
ein Kolonnenboden mit drei Ableitern wie dieser mit wenigstens zwei
Verteilvorrichtungen 7 zwischen den Ableitern versehen
sein, mit Verwendung von zwei zusätzlichen Vorrichtungen in den
Halbmond- oder Endabschnitten des Kolonnenbodens als optionale Zugabe.
Die Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung ist gehalten oberhalb der allgemeinen Deckfläche 6 des
Kolonnenbodens durch drei vertikale Stützen 17, befestigt
an der Deckfläche
durch nicht dargestellte Mittel wie Bolzen oder Schweißnähte. Diese Befestigung
kann einige der zahlreichen Dampföffnungen 11 verwenden,
die sich in einem einheitlichen Muster über die Deckfläche erstrecken.
Die Endplatte der Vorrichtung 7 kann durch einen Abschnitt
von einer Stütze 17 gebildet
werden, die am Ende der Vorrichtung befestigt ist. Der Boden der
Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung 7 sollte sich ausreichend oberhalb
der Oberfläche
der Deckfläche
befinden, um unerwünschte
Störung
von gewünschten Dampf-
oder Flüssigkeitsflüssen zu
vermeiden. Die Flüssigkeitssammel- und -verteilvorrichtung
ist zentriert zwischen und parallel zu den benachbarten Ableitern,
so dass der Abstand "L" zwischen der Hauptachse
des Verteilers und der Seitenwand der beiden Ableiter gleich ist.
Die Länge
der Ableiter in dem Kolonnenboden variiert, um mit der möglichen
Sehnenlänge
durch das Innere der Säule übereinzustimmen. Während es
normalerweise bevorzugt ist, die Enden der Verteilvorrichtung 7 mit
einer nicht perforierten Endplatte 16 zu versiegeln, sei
angemerkt, dass die Geometrie und das Kolonnenboden-Layout an der Kante
des Kolonnenbodens es wünschenswert
machen kann, Öffnungen
in der Endplatte vorzusehen. Dies ermöglicht es der Flüssigkeit,
aus dem Ende der Vorrichtung heraus und auf die Kante des Kolonnenbodens
zu fließen.
Der Zweck hiervon ist es, unbewegte Gebiete des Kolonnenbodens zu
beseitigen oder zu reduzieren, wo die Flüssigkeit eine unerwünscht lange
Verweilzeit hat.
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11 ist
eine Draufsicht, die einen Mehrfachableiterkolonnenboden mit drei
Ableitern zeigt. Dargestellt durch gestrichelte Linien sind die
Positionen von zwei Verteilern 7, die unterhalb des Kolonnenbodens
positioniert sind, um Flüssigkeit
aufzusammeln, die aus den Auslassöffnungen der Ableiter laufen.
Die Verteiler liegen senkrecht zu den Ableitern.
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Die
Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtungen der vorliegenden Erfindung können in
neuen fraktionierenden Säulen
verwendet werden als Teil von neuen Kolonnenböden, die in existierenden Säulen installiert
werden, oder sie können
zu Mehrfachableiterkolonnenböden
hinzugefügt
werden, die in Säulen
bereits anwesend sind.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann dementsprechend gekennzeichnet werden
als Verfahren der fraktionierten Destillation, welcher umfasst das
Verbringen einer Flüssigkeit
mit einer ersten und einer zweiten flüssigen Komponente abwärts durch
eine Säule
der fraktionierten Destillation mit einer Vielzahl von gegenseitig vertikal
beabstandeten fraktionierenden Kolonnenböden mit mehrfachen Ableitern
und betrieben bei fraktionierenden Bedingungen, was Dampf durch
die Deckflächengebiete,
die auf den Kolonnenböden
vorgesehen sind, steigen lässt,
während
Flüssigkeit
in wenigstens zwei Ableitern, die auf jedem Kolonnenboden vorgesehen
sind, gesammelt wird, wobei Flüssigkeit,
die in diesen Ableitern gesammelt wurde, die Ableiter durch Öffnungen
verlässt,
die in einem unteren Abschnitt der Ableiter positioniert sind; Sammeln von
Flüssigkeit,
die aus den Öffnungen
in dem unteren Abschnitt zweier unterschiedlicher Ableiter eines oberen
ersten Kolonnenbodens entlassen wird, in einer Flüssigkeitssammel-
und -verteilvorrichtung, die zwischen dem ersten Kolonnenboden und
einem unteren zweiten Kolonnenboden positioniert und parallel zu
einem Ableiter des zweiten Kolonnenbodens angeordnet ist; und Entlassen
von Flüssigkeit
aus der ersten Flüssigkeitssammelwanne
auf das Deckflächengebiet
des zweiten Kolonnenbodens in einem gleichmäßigen langgestreckten Muster,
welches sich parallel zu einem Ableiter des zweiten Kolonnenbodens
erstreckt. Dieses Muster kann in der Form einer Linie, wie zuvor
erwähnt,
oder mehrerer Linien sein, bedingt durch parallele Linien von Öffnungen
in dem Verteiler. Es können
kleinere Unterbrechungen in der/den Linie/n vorhanden sein, verursacht
durch strukturelle Überlegungen.
Das Muster jedoch ist länglich,
zwischen jeweils zwei benachbarten Ableitern zentriert und vorzugsweise
ungefähr
gleich beabstandet zu den Ableitern des unteren Kolonnenbodens.
Das Muster kann eine bestimmte Breite haben, beispielsweise 5 bis
15 cm, um das Auftreffgebiet der fallenden Flüssigkeit zu spreizen, um so
das Durchtreten durch die Deckfläche
zu vermeiden und die Deckflächenaktivität zu erhalten.
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Betriebsbedingungen
für eine
fraktionierende Säule
sind bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften der Verbindungen,
die in der Säule
getrennt werden. Betriebstemperatur und Druck einer Säule können innerhalb
dieser Grenzen variiert werden, um die Betriebskosten der Säule zu minimieren und
andere gewerbliche Ziele zu erreichen. Die Betriebstemperatur kann
von sehr niedrigen Temperaturen, die in kryogenischen Trennungen
verwendet werden, bis zu Temperaturen reichen, die die thermische
Stabilität
der Verbindungen ausloten. Bedingungen, die für das vorliegende Verfahren
geeignet sind, schließen
demnach eine Temperatur in dem breiten Bereich von ungefähr – 50° bis ungefähr 250°C ein. Die
Säule muss
betrieben werden bei Drücken,
die geeignet sind, wenigstens einen Teil der eingesetzten Verbindungen
als Flüssigkeit
aufrecht zu erhalten. Hohe Drücke
verlangen ein wesentlich teureres Außen- und Zugangsequipment einschließlich Nacherhitzer
und Überkopfkondensatoren.
Es ist daher im Allgemeinen erwünscht,
eine Säule
im unteren Abschnitt des Bereichs von möglichen Betriebsdrücken zu
betreiben, solange des den Betrieb der Säule nicht negativ beeinflusst.
Fraktionierungsdrücke
können von
subatmosphärischem
Druck bis zu einem Druck von ungefähr 35 bar reichen.