Die Erfindung betrifft ein Einbauelement für Vorrichtungen gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Einbauelemente, die beispielsweise in Stoff- und/oder Wärmeaustauschkolonnen, Dispersions-, Extraktions- und Absorptionsvorrichtungen und dergl. eingesetzt werden, sind z.B. in der CH-PS 398 503 dargestellt und beschrieben.
Einbauelemente dieser Art können als lose Lamellen in eine Kolonne oder in einen entsprechenden Apparat eingebaut werden.
Bei kleineren Kolonnen- bzw. Apparatdurchmessern ist es üblich, die losen Lamellen zusammenzulegen und das Einbauelement mit Metall- oder Plastikbändern, die um den Umfang des Einbauelementes angebracht werden, zusammenzuhalten.
Bei grossen Durchmessern, z.B. in der Grössenordnung von mehreren Metern, ist es üblich, das Einbauelement in Segmente zu unterteilen und die einzelnen Segmente z.B. durch Stifte bzw. Bolzen, die z.B. an ihren Enden ein Gewinde aufweisen, mittels Schraubverbindungen zusammenzuhalten.
Die Einbauelemente werden zum Teil erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt, wobei je nach Einsatzweise diese Belastungen parallel zur Richtung der Lamellen oder auch senkrecht dazu einwirken können. Die Belastungen entstehen z.B. durch das Eigengewicht bei hohen Betthöhen von Einbauelementen, an den Lamellen anhaftende Flüssigkeit bei hohen Flüssigkeitsbelastungen, Reibungsdruckverluste der kontinuierlichen Phase und dergleichen.
Weiterhin werden die Einbauelemente beim Transport und vor allem bei der Montage erheblich beansprucht, da es hierfür oft erforderlich ist, dass die Monteure auf den Einbauelementen stehen müssen.
Aus diesem Grund müssen die Lamellen aus festem Material, bzw. aus relativ dicken Folien, z.B. aus Metall, gefertigt werden. Abgesehen davon, dass grosse Materialstärken mit grösseren Materialkosten verbunden sind, sind weitere erhebliche Nachteile zu verzeichnen.
Durch die grössere Materialstärke wird auch das Eigengewicht der Einbauelemente erhöht, was wiederum zu höheren mechanischen Belastungen führt. Aus diesem Grunde ist die Höhe eines Einbauelementes beschränkt, so dass die Kolonne in mehrere "Betten" aufgeteilt werden muss. Für jedes "Bett" müssen zusätzliche Einbauten für das Sammeln und Wiederverteilen der einzelnen Phasen und Tragkonstruktionen vorgesehen werden. Dieses ist konstruktiv aufwendig und beansprucht erheblichen Raum, so dass die Vorrichtung, z.B. eine Kolonne, nur schlecht ausgenützt werden kann.
Zusätzlich verringern grössere Materialstärken (Dicke der Folien) den für die Strömung der Phasen freien Querschnitt und verkleinern somit den Durchsatz (Kapazität) und erhöhen den Druckverlust, was weitere verfahrenstechnische und wirtschaftliche Nachteile mit sich bringt. Z.B. wird der Energiebedarf bezüglich der Gebläseleistung bei Absorptions- und Gaswaschanlagen grösser. Bei Rektifikationsverfahren z.B. sind mit erhöhten Drücken höhere Temperaturen verbunden, was sich in den meisten Fällen durch eine schwierigere Trennung eines Stoffgemisches infolge abnehmender relativer Flüchtigkeit auswirkt. Ausserdem wird die Zersetzungsgefahr bei temperaturempfindlichen Stoffen erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steifigkeit derartiger Einbauelemente zu erhöhen, um eine bessere mechanische Festigkeit zu erzielen bei kleineren Materialstärken, minimalem Gewicht und ohne die Strömung der Phasen zu beeinträchtigen.
Es ist zwar bekannt, die einzelnen Lamellen von Einbauelementen durch Anbringen von Versteifungsrippen, Rillen oder ähnlichen Massnahmen zu erhöhen. Diese Massnahmen haben jedoch den Nachteil, dass solche Versteifungselemente in die für die Strömung vorgesehenen Kanäle vorspringen und so den möglichen Durchsatz vermindern und den Druckverlust erhöhen mit allen vorstehend beschriebenen Konsequenzen.
Ausserdem gestaltet sich das Anbringen solcher Versteifungsrippen meistens schwierig, da man solche Lamellen nicht mehr nur einfach falten kann, sondern dass sie mittels spezieller Prägewerkzeuge tiefgezogen, bei Kunststoffen allenfalls vakuumverformt werden müssen. Hierdurch ist man mit der Wahl der Materialien auf duktile, plastisch oder thermisch verformbare Materialien eingeschränkt, welche dem Wunsch nach möglichst harten steifen Materialien meistens zuwiderläuft.
Die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung wird mit Hilfe der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausführungsformen für die Ausbildung der Verbindung von benachbarten Berührungsstellen der Lamellen angegeben.
Vorteilhafte Anwendungsgebiete der Erfindung werden in den Ansprüchen 6 bis 10 beschrieben.
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Durch die erfindungsgemässen Verbindungen an einer Vielzahl von Berührungsstellen benachbarter Lamellen wird eine erhebliche gegenseitige Versteifung der einzelnen Lamellen erreicht, so dass im Falle einer Belastung in Richtung parallel zu den Lamellen, die mechanische Festigkeit des Einbauelementes wesentlich höher ist als aus der Summe der Belastbarkeit der einzelnen Lamellen erwartet würde.
Vor allem auch im Falle einer Belastung quer zu den Lamellen ist bei konventioneller Bauweise die Belastbarkeit des Füllkörpers sehr beschränkt, da die Festigkeit durch die der Einzellamelle bestimmt wird. Bei einer solchen Belastung wird eine gefaltete Lamelle sehr leicht flachgedrückt.
Aufgrund der erfindungsgemässen Verbindungen werden bei einer Belastung die Kraftlinien von Faltung zu Faltung und damit von Lamelle zu Lamelle fachwerkartig übertragen, so dass auch in diesem Falle die Belastbarkeit der erfindungsgemäss ausgeführten Einbauelemente um ein Vielfaches gegenüber den bekannten Ausführungsformen gesteigert wird.
Die Erfindung ermöglicht es, dass sehr dünne Folien eingesetzt werden können von minimalem Eigengewicht, Leervolumenanteil und Druckverlust für die strömenden Phasen.
The invention relates to a built-in element for devices according to the preamble of claim 1.
Such built-in elements, which are used, for example, in mass and / or heat exchange columns, dispersion, extraction and absorption devices and the like, are e.g. shown and described in CH-PS 398 503.
Installation elements of this type can be installed as loose fins in a column or in an appropriate apparatus.
In the case of smaller column or apparatus diameters, it is customary to fold the loose lamellae together and hold the built-in element together with metal or plastic strips which are attached around the circumference of the built-in element.
With large diameters, e.g. in the order of several meters, it is common to divide the built-in element into segments and the individual segments e.g. by pins or bolts, e.g. have a thread at their ends to hold together by means of screw connections.
The built-in elements are sometimes exposed to considerable mechanical loads, which depending on the application can act parallel to the direction of the slats or perpendicular to them. The loads arise e.g. due to the dead weight with high bed heights of built-in elements, liquid adhering to the lamellas with high liquid loads, friction pressure losses of the continuous phase and the like.
Furthermore, the installation elements are stressed considerably during transport and especially during assembly, since it is often necessary for this that the fitters have to stand on the installation elements.
For this reason, the slats made of solid material or relatively thick foils, e.g. made of metal. In addition to the fact that large material thicknesses are associated with higher material costs, there are other significant disadvantages.
The greater material thickness also increases the weight of the built-in elements, which in turn leads to higher mechanical loads. For this reason, the height of a built-in element is limited, so that the column has to be divided into several "beds". For each "bed" additional installations must be provided for the collection and redistribution of the individual phases and supporting structures. This is structurally complex and takes up considerable space, so that the device, e.g. a column that can hardly be used.
In addition, larger material thicknesses (thickness of the foils) reduce the cross-section free for the flow of the phases and thus reduce the throughput (capacity) and increase the pressure loss, which entails further procedural and economic disadvantages. E.g. the energy requirement with regard to the blower output in absorption and gas washing systems becomes greater. In rectification processes e.g. higher temperatures are associated with higher pressures, which in most cases results in a more difficult separation of a substance mixture due to decreasing relative volatility. In addition, the risk of decomposition with temperature-sensitive substances is increased.
The invention has for its object to increase the rigidity of such built-in elements in order to achieve better mechanical strength with smaller material thicknesses, minimal weight and without affecting the flow of the phases.
It is known to increase the individual lamellae of built-in elements by attaching stiffening ribs, grooves or similar measures. However, these measures have the disadvantage that such stiffening elements project into the channels provided for the flow and thus reduce the possible throughput and increase the pressure loss with all the consequences described above.
In addition, the attachment of such stiffening ribs is usually difficult because it is no longer possible to simply fold such slats, but that they have to be deep-drawn using special embossing tools and, if necessary, vacuum-deformed in the case of plastics. As a result, the choice of materials is restricted to ductile, plastically or thermally deformable materials, which usually runs counter to the desire for the hardest possible rigid materials.
The object of the invention described above is achieved with the help of the features specified in the characterizing part of claim 1. In the claims 2 to 5 advantageous embodiments for the formation of the connection of adjacent points of contact of the slats are specified.
Advantageous areas of application of the invention are described in claims 6 to 10.
The invention is based on the following knowledge: The connections according to the invention at a plurality of contact points between adjacent slats result in considerable mutual stiffening of the individual slats, so that in the event of a load in the direction parallel to the slats, the mechanical strength of the built-in element is significantly higher than would be expected from the sum of the load capacity of the individual slats.
The load capacity of the packing is very limited, especially in the case of a load transverse to the lamellae, since the strength is determined by that of the individual lamella. With such a load, a folded lamella is flattened very easily.
On account of the connections according to the invention, the lines of force are transmitted from fold to fold and thus from lamella to lamella in the manner of a truss in the event of a load, so that the load capacity of the built-in elements designed according to the invention is increased many times over in comparison with the known embodiments.
The invention enables very thin foils to be used, with a minimum dead weight, empty volume and pressure loss for the flowing phases.