AT274740B - Vorrichtung zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch und zur Mischung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. festen Stoffteilchen - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Vorrichtung zum   Stoff- und/oder Wärmeaustausch   und zur Mischung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. festen Stoffteilchen 
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 Kolonnenvolumens dient nur der Aufrechterhaltung des Gegenstromes, denn er wird lediglich für die überwindung des verhältnismässig grossen Druckverlustes für den Flüssigkeitsablauf benötigt. 



   Weiterhin sind die Sprühkolonnen zu erwähnen, welche jedoch ebenfalls verhältnismässig grosse Druckverluste aufweisen, weil bei diesen die gesamte Flüssigkeit versprüht werden soll, um eine grosse Phasengrenzfläche für den Stoff- und Wärmeaustausch zu erzielen. 



   Kolonnen mit mechanisch bewegten Einbauten, wie Rotations- und Pulsationskolonnen, brauchen in diesem Zusammenhang nicht erwähnt zu werden. 
 EMI2.1 
 
WärmeaustauschMischung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. festen Stoffen ohne oder mit Katalysator, bestehend aus einer Kolonne mit regelmässigen in Schichten angeordneten Einbauten vor, welche
Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass an den Seitenkanten eingeschnürte prismatische Hohlkörper abwechselnd in Schichten so zusammengefügt sind, dass in jeder Schicht eine Vielzahl von   Hohlkörper-Innenräumen   von einem äusseren miteinander verbundenen Mantelraum umgeben ist, wobei aufeinanderfolgende Schichten gegeneinander versetzt sind, so dass die Hohlkörper-Innenräume einer Schicht mit dem Mantelraum der darauffolgenden Schicht, und umgekehrt,

   unter Ausbildung von zwei voneinander getrennten Räumen in Verbindung stehen. 



   Durch diese Anordnung wird sowohl der Gegenstrom bzw. das   Konzentrations- und Wärmegefälle   in der Längsachse der Austauschvorrichtung erreicht als auch das Auftreten unterschiedlicher Mengenverhältnisse in der Vielzahl der vertikalen Einzelströme ausgeschlossen. 



   Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigen Fig. 1 und la die Kolonne mit den eingesetzten Hohlkörpern im Querschnitt bzw. im Längsschnitt nach der Linie   A-B   in   Fig. 1.   In Fig. 2 ist die Anordnung der erfindungsgemässen Hohlkörper in vergrössertem Massstabe dargestellt, während die Fig. 3a bis 3f spezielle Ausführungsformen der Hohlkörper veranschaulichen. 



   In Fig. 1 und la   bedeutet --11-- die   Vorrichtung, in der sich an den Seitenkanten eingeschnürte prismatische   Hohlkörper--12, 13, 14--   usw. befinden. Die durch die Vorrichtung geführten   Gas-bzw. Dampf-und/oder   Flüssigkeitsmedien werden durch voneinander getrennte Räume in zwei Hauptströme aufgeteilt, die aus einer Vielzahl paralleler Einzelströme I bzw. II gebildet werden. 



  Wie aus   Fig. 1a   ersichtlich ist, gehen alle Einzelströme I des ersten Hauptstromes durch die in derselben Ebene angeordneten   Hohlkörper-12-,   während die Einzelströme II des zweiten Hauptstromes um dieselben   Hohlkörper-12-herumgehen.   Durch die Umströmung der in einer Schicht berindlichen   Hohlkörper --12-- werden   alle Einzelströmungswege des zweiten Hauptstromes in einem zusammenhängenden   Mantelraum --15-- wieder   miteinander vereinigt. Weiterhin ist ersichtlich, dass beim jeweiligen Hauptstrom das Durch- oder Umströmen der Hohlkörper abwechselnd erfolgt,   z.

   B.   beim zweiten Hauptstrom durch   Hohlkörper-13-,   um   Hohlkörper-12-,   durch Hohlkörper -   usw.,   wogegen die dazu parallele Strömung des ersten Hauptstromes um Hohlkörper   - -13--,   durch   Hohlkörper-12-,   um   Hohlkörper-14--usw.   erfolgt und alle Einzelströme I 
 EMI2.2 
 beschriebenen Anordnung in Fig. 2 nochmals perspektivisch dargestellt. 



   Beispielsweise geht einer der Einzelströme II des zweiten Hauptstromes durch den Hohlkörper   --13-   in den vom Innenraum dieses Hohlkörpers und von je einer   Aussenwand --31-- der     Hohlkörper --12-- und   dem Innenraum des   Hohlkörpers --14-- gebildeten   Austauschraum   - -15--,   der gleichzeitig den miteinander verbundenen Mantelraum dieser Schicht darstellt.

   Während dieser Einzelstrom II bevorzugt am oberen Ende des über dem   Hohlkörper --13-- in   der übernächsten Schicht angeordneten   Hohlkörper --14-- wieder   abströmt, können gewisse Anteile des Einzelstromes II durch die durch die   Seitenkanten-33-der Hohlkörper-12-gebildeten   Öffnungen in auf gleicher Ebene liegende parallele Austauschräume (zusammenhängender Mantelraum dieser Schicht) übertreten. Dem beschriebenen Einzelstrom II des zweiten Hauptstromes wird bei Gegenstrom ein Strom von oben nach unten durch den beschriebenen Austauschraum-15-entgegengeführt. 



   Allgemein wird bei dreiflächigen Hohlkörpern ein Austauschraum aus fünf, bei vierflächigen aus sechs, bei fünfflächigen aus sieben usw. Hohlkörpern gebildet. 



   Die Hohlkörperwände gestatten die Bildung einer verhältnismässig grossen Phasengrenzfläche ähnlich wie bei Füllkörperkolonnen. Durch die Vielzahl der begrenzten Räume werden die gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. festen Stoffteilchen mit erhöhter Geschwindigkeit zwangsweise miteinander in Berührung gebracht, so dass diese dynamisch arbeitenden Austauschkolonnen einen 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 grossen Belastungsbereich haben und damit sowohl den Arbeitsbereich von Bodenkolonnen als auch den von   Füllkörper- und   Rieselkolonnen einschliessen. 



   Bei kleinen Flüssigkeitsbelastungen findet der Stoff-und/oder Wärmeaustausch an der durch die grosse Oberfläche der Einbauten gebildeten Phasengrenzfläche statt, während es bei grossen
Flüssigkeitsbelastungen zum Anstauen der Flüssigkeit in den begrenzten Räumen kommt, so dass die
Gas- bzw. Dampfphase die Flüssigkeitsphase durchdringt. 



   Die Hohlkörper können in den, in verschiedenen Höhen betrachteten, Querschnitten in den
Abmessungen und der Form sowohl innen als auch aussen und damit ebenfalls in der Wanddicke unterschiedlich gestaltet sein. 



   Der in Fig. 3a und 3b dargestellte prismatische, in der Mitte eingeschnürte und in
Strömungsrichtung offene Hohlkörper besitzt in der   Mitte--31--ein Rundloch--32--.   Die
Ausführungsform gemäss Fig. 3c und 3d zeigt einen dreiflächigen Hohlkörper, bei dem die Seitenkanten   - -33-- in der   Mitte eingezogen und die seitlichen   Körperflächen--34--an   der mittleren eingeschnürten   Stelle --35-- zusätzlich   so eingebeult sind, dass drei in der Mitte sternförmig zusammenlaufende   Schlitze --36-- gebildet   werden, wie aus dem Grundriss Fig. 3c ersichtlich ist. 



   Weiters können die seitlichen Körperflächen des dreiflächigen Hohlkörpers von Fig. 3c und 3d in unterschiedlichen Höhen so eingebeult sein, wie dies in   Fig. 3f   dargestellt ist, dass die Strömungsachsen --37-- der von den Wandflächen gebildeten   Schlitze --38-- mit   der Längsachse des Hohlkörpers einen spitzen   Winkel --39-- bilden.   



   Im Hinblick auf die verhältnismässig kleinen Abmessungen sind die Hohlkörper mit kleinen
Masstoleranzen herstellbar. Sie lassen sich daher sowohl aus den bekannten keramischen Materialien wirtschaftlich herstellen als auch aus verschiedenerlei Metallen, Kunststoffen oder Glas anfertigen.
Dadurch können sie den Korrosionsverhältnissen und den Anforderungen an die Oberfläche angepasst werden. In Sonderfällen können die Hohlkörper aus katalytischem Material bestehen oder einen katalytischen überzug haben. 



   Infolge der Anordnung der Hohlkörper auf Lücke in den   übereinanderliegenden   Schichten haben die Kolonneneinbauten gemäss der Erfindung neben der wirtschaftlichen Herstellbarkeit durch
Serienfertigung, wie sie auch bei den bekannten Füllkörperarten erfolgt, diesen gegenüber den weiteren
Vorteil, dass bei gleichen äusseren Abmessungen nur etwa die halbe Anzahl und damit auch nur etwa die halbe Materialmenge benötigt wird. Andern Kolonneneinbauten gegenüber haben sie den Vorzug, dass die Verwendung gleich grosser Einbauten in Kolonnenräume unterschiedlicher Grösse möglich ist. 



   Ausserdem ist es möglich, in den durch die regelmässig angeordneten Hohlkörper begrenzten Zwischenräume bewegliche Körper, z. B. Kugeln, einzubringen, die für eine Reinigung der Oberflächen, Zerschlagung von Schaum oder Verbesserung der Austausch- oder Mischvorgänge sorgen. 



   Die Hohlkörper können einzeln in die Vorrichtung eingebracht und darin aufgebaut werden oder ausserhalb der Vorrichtung in Schichten zusammengebaut und in zusammengebauter Form in die Vorrichtung eingesetzt werden. 



   Die Hohlkörper aus Metall können beispielsweise durch Schweissen, Löten usw. oder mittels lösbarer Verbindungen fest miteinander verbunden werden. Weiters können auch einzelne oder mehrere Schichten der Hohlkörper entsprechend Fig. 1 und la zwischen einem unteren und oberen Blech   --18-- aufgebaut   sein. Diese Bleche haben gestanzte Öffnungen mit oder ohne Bördelrand, die mit den maximalen Querschnittsöffnungen der Hohlkörper übereinstimmen, und werden durch lösbare   Verbindungen-19--, z. B.   Stabanker, zusammengehalten. 



   Die Aussenwand der Vorrichtung kann entsprechend der durch die mehrflächigen Hohlkörper gebildeten Wabenflächen ebenfalls mehreckig sein. 



   Normalerweise werden gemäss Fig. 1 und la zwischen der runden   Aussenwand --11-- der   Vorrichtung und der durch die mehrflächigen Hohlkörper gebildeten Mantelfläche   Wände --20--   angeordnet. 



   Es ist aber auch möglich, die   Räume--21--zwischen   der runden   Aussenwand --11-- und   den aufgestellten Hohlkörpern durch Körper beliebiger Gestalt mit kleineren Abmessungen als jenen der Hohlkörper auszufüllen. 



   Der Vollständigkeit halber sei festgehalten, dass die beschriebene Vorrichtung auch bei GLeichstrom der Medien oder allgemein zum Mischen von Gasen und/oder Flüssigkeiten bzw. festen Stoffteilchen Verwendung finden kann, da hiefür gleiche Bedingungen einzuhalten sind. 



   Der letztlich den Einsatz von Kolonneneinbauten entscheidende wirtschaftliche Vorteil ist im Falle der Erfindung durch Erfüllung der verfahrenstechnischen Forderung des kleinsten spezifischen Austauschvolumens, bedingt durch guten   Stoff-und/oder   Wärmeaustausch bzw. gute Mischung bei 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 maximalen zeitlich festgelegten Durchsatzmengen und einzuhaltendem Konzentrationsgefälle, sowie durch die Serienfertigung und die Verarbeitung verhältnismässig billiger keramischer Materialien auf Grund der kleinen Abmessungen gegeben. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Vorrichtung zum Stoff-und/oder Wärmeaustausch und zur Mischung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien bzw. festen Stoffen ohne oder mit Katalysator, bestehend aus einer Kolonne 
 EMI4.1 
 Seitenkanten (33) eingeschnürte prismatische Hohlkörper (12, 13, 14) abwechselnd in Schichten so zusammengefügt sind, dass in jeder Schicht eine Vielzahl von Hohlkörper-Innenräumen von einem äusseren miteinander verbundenen Mantelraum (15) umgeben ist, wobei aufeinanderfolgende Schichten gegeneinander versetzt sind, so dass die Hohlkörper-Innenräume einer Schicht mit dem Mantelraum der darauffolgenden Schicht und umgekehrt unter Ausbildung von zwei voneinander getrennten Räumen in Verbindung stehen. 
 EMI4.2 

Claims (1)

1. Hohlkörper in der Mitte so eingezogen sind, dass sie sternförmig zusammenlaufende Schlitze (36) bilden. EMI4.3 Wandflächen der Hohlkörper so unterschiedlich verformt sind, dass die Strömungsachsen (37) der von den Wandflächen gebildeten Schlitze (38) mit der Längsachse des Hohlkörpers einen spitzen Winkel (39) bilden. EMI4.4 Hohlkörper in an sich bekannter Weise aus katalytischem Material bestehen oder einen katalytischen überzug haben. EMI4.5 den Austauschräumen (15, 16, 17) zwischen den Hohlkörpern (12, 13, 14) bewegliche Kugeln oder unregelmässige Körper befinden, deren Ausdehnung grösser als der eingeschnürte lichte Querschnitt der Hohlkörper ist. EMI4.6 Hohlkörper in einer oder mehreren Schichten zwischen zwei Blechen, welche mit den Hohlkörpern übereinstimmende Öffnungen haben, aufgebaut sind.

   EMI4.7 Aussenwand der Vorrichtung entsprechend der durch die mehrflächigen Hohlkörper gebildeten Wabenflächen ebenfalls mehreckig gestaltet ist. EMI4.8 zwischen der runden Aussenwand der Vorrichtung und der durch die mehrflächigen Hohlkörper gebildeten Mantelfläche Wände (20) angeordnet sind. EMI4.9 die Räume zwischen der runden Aussenwand und den aufgestellten Hohlkörpern durch Körper beliebiger Gestalt, jedoch mit kleineren Abmessungen als die der Hohlkörper, ausgefüllt sind.