DD200608A1 - Kolonnenfuellung zur stoff-und waermeuebertragung - Google Patents

Abstract

Mit der erfindungsgemaessen Kolonnenfuellung ist es moeglich, die entsprechend Punkt b) aufgefuehrten Uebertragungsaufgaben der chemischen und petrolchemischen Industrie mit einem guenstigen Verhaeltnis von Druckverlust und Stoffuebertragungswirksamkeit bei grosser Arbeitsbereichsbreite mit besonderer Orientierung auf grosse Kolonnenabmessungen wesentlich effektiver zu gestalten. Kolonnenfuellung, die im Phasengegenstrom von Dampf (Gas) und Fluessigkeit arbeitet und aus in Schichten angeordneten Einzelelementen besteht, wobei die symmetrisch in Elementepaketen zusammengefassten Einzelelemente von Elementeschicht zu Elementeschicht in Elementelaengsrichtung um einen ganzen pyramidalen Grundkoerper versetzt sind, so dass die Eckpunkte der dreiseitig offenen Grundflaeche die Spitzen der pyramidalen Grundkoerper der Einzelelemente der benachbarten Elementeschicht beruehren. Die Erfindung wird in folgenden Gebieten der Technik angewendet: Chemische Verfahrenstechnik, vorwiegend bei der Rektifikation, Absorption, Desorption, Chemosorption, Gasbefeuchtung und -entfeuchtung sowie direkte Waermeuebertragung. Figur

Description

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Kolonnenfüllung· zur Stoff- und Wärmeübertragung

b) · An^wendungsgebie t der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kolonnenfüllung, die im Bereich der Flüssigkeits-, Gas- beziehungsweise Dampf-Kontaktierung für Aufgaben der Rektifikation, Absorption, Desorption, Chemosorption, der Gasbe- und-entfeuohtung sowie der direkten Värmeübertragung geeignet ist.

Des weiteren ist sie einsetzbar für das statische Mischen fließfähiger Komponenten, wie zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, der Klimatechnik, der Piastverarbeitung und anderen Industriezweigen»

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Hauptpatent gemäß W ~\k$ 15^ ist die Kolonnenfüllung in einer Packungs- und Anordnungsvariante umfassend beschrieben. In dieser beschriebenen Anordnungsvariante bietet die Kolonnenfüllung bei gleicher ELementegeometrie keine Möglichkeit für eine Variation der Packungsdichte und die Beeinflussung der auftretenden Druckverluste, wenn man von der Materialaustauschbarkeit absieht.

Auf Grund dessen ist die Anpassungsmöglichkeit der Packung an die entsprechenden Betriebsbedingungen nur über die Variation der Einzelelementegeometrie möglich, wodurch ein erhöhter Aufwand an Fertigungstechnik entsteht.

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d) Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Packung, durch die der bisher noch auftretende Druckverlust gemäß Kolonnenfüllung WP 1^5 15^ gesenkt und das Anwendungsgebiet auf andere Trennprozesse unter Austauschbarkeit des EinsaLzmaterials erweitert wird.

^θ) D^***-^eguⁿg des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zusätzliche Packungs- und Anordnungsvarianten anzubieten, ctie bei gleicher Elementegeometrie eine Variation der Packungsdichte und somit eine bessere Anpassung an spezielle Betriebsbedingungen garantiert . sowie den bisherigen Anwendungsbereich auf statische Mi-. scher erweitert.

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Einzelelemente zu einem Verband von parallel angeordneten Schichten zusammengefügt sind und von Elementeschicht zu Elementeschicht in Elementelängsrichtung Versetzungen um einen pyramidalen Grundkörper aufweisen, wobei die Elementeschichten sowohl parallel als auch orthogonal zur Kolonnenachse beziehungsweise zur Mischeinsatzachse angeordnet sein können. Bei dieser Anordnungsvariante berühren die Eckpunkte der Grundflächen der pyramidalen Grundkörper die Spitzen von pyramidalen Grundkörpern der Einzelelemente benachbarter Elementeschiohten. Jede Elementesohioht besteht aus perforierten Einzelelementen, deren flaches, rechteckiges Grundmaterial alternierend in einem vom Betrag einheitlichen Winkel positiv beziehungsweise negativ zu seiner Längsachse in einer Richtung und die dabei entstehenden dreiseitigen Flächen in der Mitte in entgegengesetzter Richtung quer zur Elementelängsachse abgekantet sind, so

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daß pyramidale Grundkörper mit dreiseitigen Flächen entstehen, die wechselseitig quer zur Elementelängsachse offen sind und deren Grundfläche vollständig fehlt.

Die in der Ebene verbleibenden Körperkanten gehören jeweLls zwei benachbarten Grundkörpern an. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Faltkanten des Einzelelements als Flächen ausgebildet werden.

f) Ausführungsbeispiel·

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Anlehnung an die dazugehörige Zeichnung näher erläutert:

Die Erfindung besteht aus innerhalb eines Kolonnenmantels angeordneten perforierten Einzelelementen 3, die in parallel zur Kolonnenachse zusammengefügten Eleuien teschichten 2 und ELemen tepaketen 1 vereinigt sind.

Die Einzelelemente 3 sind im Verband so angeordnet, daß die pyramidalen Grundkörper k in orthogonaler Richtung zur Ebene der Elementeschicht 2 gleiche Ortentierungsriohtung aufweisen, benachbarte ELenienteschichten 2 senkrecht um einen pyramidalen Grundkörper h phasenversetzt sind. Die Orientierung der Elementeschichten 2 ist so vorgesehen, daß ausgehend von der mittleren Elementeschicht 2 mit der größten horizontalen Ausdehnung jeweils die Oberseite der Einzelelemente 3 aller weiteren Elementeschichten 2 zur mittleren Elementeschioht 2 ausgerichtet ist. Das Einzelelement 3 besteht angesiohts der erfindungsgemäßen Ausgestaltung aus einer Aneinanderreihung von wechselseitig quer zur Einzeleleraentlängsachse geöffneten pyramidalen Grundkörpern k. Das Grundmaterial für die Einzelelemente 3 ist perforiert.

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Dabei wird das fLache, rechteckige Grundmaterial alternierend um ^5 positiv und negativ zu seiner Längsachse bevorzugt um 90 nach oben und die zwisohen den Faltkanten entstehende dreiseitige Fläche in der Mitte nach unten so abgekantet, daß der Winkel zwischen den beiden vom Grundmaterial des Einzelelemente 3 gebildeten Seitenflächen des pyramidalen Grundkörpers h 90° beträgt.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Raum innerhalb des Kolonnenmantels mehrfach segmentiert ist, so daß eine konzentrierte Ausrichtung der pyramidalen Grundkörper k auf die Kolonnenachse erfolgen kann.

Die Höhe der Einzelelemente 3 bzw. der Elementepakete 1 ist so vorgesehen, daß benachbarte Elementepakete 1 um 90 versetzt übereinander angeordnet sind. Der Elementeverband weist keine senkrechten freien Durchtrittsquerschnitte für Flüssigkeit und Dampf (Gas) auf.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wie folgt:

Die erfindungsgemäße Füllung arbeitet im Gegenstrom von Dampf (Gas) und Flüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt über einen konventionellen Flüssigkeitsverteiler auf die Schnittkanten der Einzelelemente 3 des oberen Elementepaketes 1 beziehungsweise tropft auf die Seitenflächen der oberen pyramidalen Grundkörper *f. Von dort läuft die Flüssigkeit bevorzugt in den zur Längsachse des Einzelelementes geneigten Faltkanten in einer Ziokzackbewegung am Einzeleleraent 3 nach unten, stabilisiert vom aufsteigenden Dampf-(Gas-)Strom, wird am Rand des Einzelelementes 3 teilweise vom aufsteigenden Dampf (Gas) erfaßt und zu benachbarten Elementen getragen, durchdringt auf den Seitenflächen des pyramidalen Grundkörpers h angesiohts des relativ großen projezierten

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Querschnitte die Perforation, tropft ab und wird vom Gasstrom angesichts der horizontalen Strömungskanä Le ausgetragen. Die Gestaltung der Strömungskanäle ermöglicht dabei nicht nur einen horizontalen Austrag in Richtung der Elementeschiohten 2, sondern zugleich in einem Winkel von 30 zur Elementeschicht 2 und somit im Verband quer zur Elementeschicht 2,

Die Elementeschichten 2 werden angesichts dieser Selbstverteilungseigenschaften der Füllung so angeordnet, daß die Oberseite der Einzelelemente 3 zur mittleren Elementeschicht 2 mit der größten horizontalen Ausdehnung zeigt und somit die horizontale Vermischung auf die Kolonnenachse ausgerichtet ist.

Nach Durchströmen eines Elementepaketes 1 tropft die flüssigkeit am unteren Ende auf das darunterliegende um 90 versetzte Elementepaket 1 ab. Der aufsteigende Dampf-(Gas-)Strom gelangt vorwiegend in einer Zickzackbewegung vom unteren zum oberen Ende des Elementepaketes 1, durchströmt teilweise das Grundmaterial an den pyramidalen Grundkörpern k und tritt horizontal über die offenen Strömungskanäle in benachbarte Einzelelemente 3 ein. Durch die Zickzackbewegung des aufsteigenden Dampf-(Gas-)Stromes dringen Teildatnpf-(Gas-) Ströme auch in die pyramidalen Grundkörper h von benachbarten Einzelelementen 3 kommend ein, durchdringen das Grundmaterial des pyramidalen Grundkörpers k beziehungsweise werden horizontal in die Zickzackströmung des Dampfes (Gases) im benachbarten Einzelelement 3 einbezogen. Die mit dem aufsteigenden Dampf-(Gas-)Strom mitgerissene Flüssigkeit wird an den vorwiegend senkrecht verlaufenden Einzelelementkanten und an den Faltkanten abgeschieden, fließt nach unten und wird, durch den Dampf-(Gas-)Strotn unterstützt, an den Berührungspunkten benachbarter Einzelelemente 3 erneut zerteilt.

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Die Vorteile der erfindungagemäßen Lösung bestehen in der einfachen Gestaltung der Einzelelemente 3, in deren günstiger Verknüpfung zum Elementeverband, in dem günstigen Verhältnis von Druckverlust und Stoffübertragungswirdsamkeit bezogen auf einen breiten Arbeitsbereich und in der besonderen Eignung für große Kolonnendurchmesser.

Claims (3)

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   Erfindungsanspruch

   1. Kolonnenfüllung zur Stoff- und Wärmeübertragung, bestehend aus parallel zur Kolonnenachse in Schichten zusammengefügten Einzelelementen perforierten, forrnperforierten oder unperforierten Materials, deren Einzelelemente zu einem Verband von parallel angeordneten Schichten zusammengefügt sind, in orthogonaler Richtung zur Ebene einer Elementesohioht die Orientierungsriohtung der wechselseitig naoh außen geöffneten pyramidalen Grundkörper gleioh ist und von EIeinenteschicht zu Elementeschicht in Elementelängsrichtung Versetzungen gemäß VP 1^5 15^ vorliegen, gekennzeichnet dadurch, daß die pyramidalen Grundkörper (^) innerhalb der Einzelelemente (3) von Elementeschicht (2) zu Elementeschicht (2) in Elementelängsrichtung um einen ganzen pyramidalen Grundkörper (k) versetzt angeordnet sind, so daß die Eckpunkte der dreiseitig offenen Grundfläche die Spitzen der pyramidalen Grundkörper (*f) der Einzelelemente (3) der benachbarten Elementeschicht (2) berühren und die seitlichen Öffnungsquerschnitte der pyramidalen Grundkörper (k) senkrecht zur Elementeebene verlaufen.
2. 2. Kolonnenfüllung nach Punkt ¹» gekennzeichnet dadurch, daß die Einzelelemente (3) in einer Längsorientierung parallel zur Kolonnenachse angeordnet sind und die Oberseite oder die Unterseite der Einzelelemente (3) und der Eleraenteschicht (2) auf die mittlere Elementesohicht (2) mit der größten horizontalen Ausdehnung ausgerichtet ist,
3. 3. Kolonnenfüllung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elementeschicht (2) sowohl parallel als auch orthogonal quer zur Kolonnenachse angeordnet sein kann.

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