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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungselemente und
deren Anordnung für
den Stoff und/oder Energieaustausch in einer Rieselkolonne.
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Die
Begriffe "Rieselkolonne" und "Stoff und/oder Energieaustausch" stehen als Sammelbegriffe
und stellvertretend für
eine Mehrzahl von Operationen, wie sie in der chemischen Technologie
Anwendung finden.
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Bei
Stoffänderungsprozessen
werden vielfältig
Stoffe in Form von Flüssigkeiten
und/oder Dämpfen
bzw. Gasen miteinander so vermischt, daß bestimmte Komponenten durch
Stoffübertragung
an der Phasengrenzfläche
aus einer oder mehreren Phasen in die andere übergehen. Neben der Vermischung
und dem Stoffaustausch erfolgt gleichzeitig ein Wärmeaustausch.
Die Erfindung ist daher anwendbar im Gebiet des Stoff und/oder Wärmeaustausches,
zum Mischen und/oder Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien
sowie darin gelöster Stoffteilchen,
zum Gaswaschen und zur Reaktionsförderung von chemischen Substanzen,
mit oder ohne Katalysator.
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Diesen
Prozessen ist gemeinsam, daß sowohl
die Phasengrenzfläche
als auch die Strömungswege
der Gase bzw. Flüssigkeiten
bestimmte Bedingungen erfüllen
müssen,
um optimale wirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen.
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Dies
gilt für
Prozesse wie Rektifikation, Ad-, Ab- und Desorption, Mischung, Trocknung,
Waschung, Wärmeaustausch,
Verdampfung, Kondensation und Durchführen katalytisch beschleunigter
Reaktionen. Diese Operationen sind unter dem Begriff "Stoff und/oder Energieaustausch" zu verstehen, bei denen
die am oberen Aufgabepunkt zugeführte
Flüssigkeit
in engen Kontakt mit entgegenströmender Flüssigkeit
oder Dampf bzw. Gas gebracht werden soll.
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Wesentlich
für einen
hohen Wirkungsgrad der Kolonnen ist bei möglichst großer Phasengrenzfläche die
Vermeidung der Ungleichverteilung der Phasen (Maldistribution) und
somit die Einhaltung eines exakten Gegenstromes (max. Triebkraft).
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Die
Entwicklung der unterschiedlichen Bauarten im letzten Jahrhundert,
von ursprünglich
Böden über ungeordnete
und geordnete Füllkörperschichten
zu strukturierten Packungen hat jedoch gezeigt, daß die genannten
Bedingungen und damit auch Durchsatz und Trennwirkung sich durch
konstruktive Maßnahmen
nur bedingt verbessern lassen und man scheinbar an eine unüberwindbare
Grenze zur Leistungssteigerung gestoßen ist.
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So
gibt es über
Weiterentwicklungen von Kolonneneinbauten eine zahlreiche Patentliteratur, doch
hat sich trotz gewisser Leistungssteigerungen bei den strukturierten
Packungen gezeigt, daß selbst mit
aufwendigen Packungsoberflächen
bisher keine optimalen Ergebnisse erzielt werden konnten, so daß man in
vielen Fällen
auf herkömmliche
Boden- und Füllkörperkolonnen
zurückgreift.
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Im
Rahmen des hier beschriebenen Gegenstandes wird auf die US-A 2 405
594 und die US-A 2 490 080 verwiesen. Die US-A 2 405 594 zeigt in
ihren 7 bis 13 Ausführungsformen
symmetrisch regulärer
Austauschkammern. Die in Gruppen gleichwinklig zusammengefügten zickzackförmigen schlanken
Elemente sollen an ihren Verbindungsstellen mit innenliegenden Stücken Mischzonen
bilden, um unterschiedlich zulaufende Flüssigkeitsmengen zu mischen
und auszugleichen.
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Nun
ist jede Mischung unterschiedlicher Konzentrationen eine Verringerung
des Konzentrationsgefälles
zwischen der Flüssigkeit
und dem im Gegenstrom geführten
Dampf (Gas) und damit eine Verringerung der Triebkraft, was einem
Energieverlust gleichkommt.
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Aus
vorstehendem Grund ist wohl auch zur Verbesserung die in der US-A
2 405 594 beschriebene Flüssigkeitsaufgabe
durch Düsen
oder nach US-A 2 490 080 genannt.
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Das
Versprühen
von Flüssigkeiten
durch Düsen
ergibt jedoch bekannterweise sowohl ein Tropfenspektrum mit unterschiedlichen
Tropfengrößen als
auch eine ungleichmäßige Berieselung
des Querschnittes und wirkt dadurch nachteilig.
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Allen
nach US-A 2 490 080 beanspruchten Ausführungsarten ist gemeinsam,
daß die
zu verteilende Flüssigkeit über Flächen der
verschiedenen Art und Form abläuft
und dadurch aufgrund der Oberflächenspannung
der Flüssigkeiten
eine nicht vorausbestimmbare Verteilung mit unterschiedlichen Filmdicken
und Rinnsalen aufweist, wodurch unterschiedliche Verweilzeiten der
Flüssigkeit
auftreten.
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So
lassen sich selbst auf Gewebeflächen
nur mit kleinen Flüssigkeitsmengen
sehr begrenzt dünne Flüssigkeitsfilme
bilden, so daß auch
bei Hochleistungspackungen mit Gewebeflächen durch die nicht gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung
bei größeren Flüssigkeitsmengen
die Trennwirkung durch Maldistribution stark verringert wird.
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Die
durch die im genannten Patent vorgesehenen Zwischenverteilungen
verursachten ungleichmäßigen Flüssigkeitsströme bleiben
zwangsweise auch bei den nachgeschalteten einzelnen Ablaufstäben erhalten,
da eine einmal beim Flüssigkeitsablauf erfolgte
Ungleichverteilung auch bei Neuaufteilungen dieser Flüssigkeitsströme erhalten
bleibt.
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Zusätzlich befinden
sich die beschriebenen durch die Gewebeschichten ungleichmäßig versorgten
Verteilerstäbe
mit ihren einzelnen Ablaufstellen nicht über jedem einzelnen Leitelement
der regulären Packung,
so daß hydraulisch
bedingte Ungleichverteilungen in der regulären Packung selbst vorgegeben
sind.
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Beispielsweise
fließen
bei einer radialen Flüssigkeitsausbreitung
von einer Verteilungsstelle regulärer Packungen nach sechs Richtungen
je 1/6 der zu verteilenden Menge und entsprechend bei der folgenden
Verteilung je 1/36 seitlich, während
6 × 1/36
= 1/6 zur unter der ursprünglichen
Verteilungsstelle liegenden Stelle fließen. Die unterschiedlichen Ablaufmengen
bleiben so von Stufe zu Stufe erhalten und es kann erst nach völliger Benetzung
der Packung ein Ausgleich erfolgen. Dabei wirkt sich erschwerend
aus, daß bei
kapillaren Flüssigkeitsschichten
auf großen
Kontaktflächen
keine Querverteilung mehr erfolgt und sich so die unterschiedlichen Teilstrommengen
nicht mehr ausgleichen können. Die
durch diese hydraulischen Ungleichverteilungen auftretende Maldistribution
führt zur
starken Minderung der Trennwirkung und somit zur Vergrößerung des
erforderlichen spez. Volumens der Packung.
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Es
ist aus der Grundlagenforschung bekannt, daß nur bei Ungleichverteilungen
der Phasen (Maldistribution) von ± 5 % praktisch keine Abnahme der
Trennwirkung feststellbar ist. Dagegen wird bei einer Maldistribution
von mehr als ± 50
% die Wirkungsweise um ein Vielfaches verschlechtert, so daß selbst
mit vergrößerten Oberflächen der
Packung keine Verbesserung der Trennwirkung erreicht werden kann.
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Die
Erfindung hat demgegenüber
zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung ohne die genannten
Nachteile des Standes der Technik zu finden und den Stoff- und/oder
Wärmeaustausch
derart zu optimieren, daß unter
Beachtung der umfangreichen wissenschaftlichen Erkenntnisse ein
minimales spezifisches Volumen und eine wirtschaftliche Arbeitsweise erreicht
wird, d.h. eine möglichst
große
Phasengrenzfläche
bei maximalem Konzentrationsgefälle und
Stoffaustausch sowie maximalen Durchsätzen bei minimalen Druckverlusten.
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Ohne
auf alle weiteren zu beachtenden Gesichtspunkte einzugehen, ist
als Hauptproblem die gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den
dreidimensionalen Reaktionsraum zur Vermeidung mikroskopischer und
makroskopischer Fehlordnungen der Massenströme (Maldistribution) anzusehen,
um in jedem Querschnitt die gleichen Konzentrationsverhältnisse
und im gesamten Reaktionsraum keine unterschiedlichen Verweilzeiten
der Flüssigkeit
zu haben.
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Nur
durch einen vom Kopf der Kolonne über die gesamte Kontaktfläche kontinuierlichen
und geleiteten Durchlauf der Flüssigkeit
kann eine wirtschaftlich effektive Arbeitsweise bei minimalen spez. Volumen
erzielt werden.
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Verfahrensmäßig wird
die gestellte Grundaufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
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Das
dieser Lösung
zugrundeliegende Problem besteht darin, daß bei herkömmlichen Flüssigkeitsverteilern die mögliche Anzahl
der Ablaufstellen aufgrund der einzuhaltenden Mengentolerenz je
Ablaufstelle technisch begrenzt ist, und zwar derart begrenzt, daß die Anzahl
der möglichen
Ablaufstellen des Verteilers wesentlich geringer ist als die gegebene
Anzahl von Aufgabestellen für
die Flüssigkeit
an der Oberseite der Kolonnenpackung.
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Identische
Austrittsquerschnitte für
die einzelnen Ablaufstellen des Flüssigkeitsverteilers vorausgesetzt,
ergibt sich nach Erfahrung eine verhältnismäßig gute Konstanz und Gleichmäßigkeit
der ablaufenden Flüssigkeitsmengen,
wenn die Flüssigkeit unter
einem im wesentlichen gleichen statischen Druck steht, der vorzugsweise
durch eine im wesentlichen gleiche statische Flüssigkeitssäule erreicht wird. Aus diesem
Grunde haben sich unter Umgebungsdruck stehende Verteilerrinnen
für den
Flüssigkeitsablauf
mit einer Anzahl von Ablaufstellen bewährt. Dennoch ergeben sich auch
bei solchen Rinnen Einflußgrößen, die
für Unterschiede
in den Ablaufmengen der einzelnen Ablaufstellen eines Flüssigkeitsverteilers
verantwortlich sind. Hierzu gehören die
Nivellierung der Ablaufstellen und damit auch die Stauhöhendifferenz,
die sich durch das Strömungsgefälle der
in die Rinne nachlaufenden Flüssigkeit
ergibt, welche je nach Flüssigkeitsmenge
unterschiedlich sein kann. Das Ziel ist, Abweichungen von nicht mehr
als ± 5
der von den einzelnen Ablaufstellen ablaufenden Flüssigkeitsmengen
einzuhalten. Dies bedeutet, daß bei
Stauhöhen-Differenzen
von ± 1
mm mindestens 10 mm Stauhöhe
gegeben sein müssen, entsprechend
bei Schwankungen von ± 2
mm 20 mm Stauhöhe
und bei Schwankungen von ± 3
mm 30 mm Stauhöhe.
Bei üblichen
Querschnitten der Ablaufstellen von etwa 3 bis 6 mm2 bedeutet
das, daß die
Mindestmenge der aus einer Ablaufstelle ablaufenden Flüssigkeit
etwa 5 1/h betragen muß.
Aus Konstanzgründen
wären jedoch
20 bis 30 1/h und Ablaufstelle vorzuziehen. Das sind jedoch Mengenströme, die weit
oberhalb der einer Aufgabestelle der Reaktionspackung zuzuführenden
Flüssigkeitsmenge
liegen.
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Dementsprechend
sieht die Erfindung vor, daß die
von jeder Ablaufstelle des Verteilers ablaufende Flüssigkeitsmenge
mehrstufig über
parallel angeordnete Verzweigungen in möglichst gleiche geleitete Teilströme aufgeteilt
wird. Der in Patentanspruch 2 beanspruchte Idealfall besteht darin,
daß der
Flüssigkeitsstrom
von jeder Ablaufstelle des Flüssigkeitsverteilers
in eine gleiche Anzahl gleicher Teilströme aufgeteilt wird. Abweichungen
von diesem Idealfall, in der Weise, daß gewisse Teilströme auch
wieder zusammengeführt
werden, kann in Einzelfällen zweckmäßig sein,
beispielsweise, um das sog. Randproblem von Kolonnenpackungen zu
kompensieren, welches dadurch entstehen kann, daß am Rand der Kolonnenpackung
Flüssigkeitsströme nicht in
allen Richtungen zur Rückvermischung
mit benachbarten Strömen
aufgeteilt werden können.
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Das
Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die diskreten
Ströme
aus dem Flüssigkeitsverteiler
mehrstufig durch wiederholte Verteilung in Teilströme auf eine
die Anzahl von dessen Ablaufstellen weit übersteigende Vielzahl von Aufgabestellen
der Rieselpackung zugeführt
werden und so die vermeintlich gute Verteilung irgendwelcher Siebplatten
oder Gewebeflächen
vermieden wird, die keine gleichmäßige Aufteilung in Teilströme garantieren
können.
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Dementsprechend
besteht erfindungsgemäß eine Anordnung
für die
Verteilung zu verrieselnder Flüssigkeit
in einer Reaktionskolonne gemäß Patentanspruch
3 darin, daß ausgehend
von einem herkömmlichen
Flüssigkeitsverteiler,
beispielsweise mit Verteilerrinnen, der die vorstehend angegebenen Forderungen
erfüllt,
diesem Flüssigkeitsverteiler
ein Verteil-Adapter nachgeordnet ist, im folgenden auch einfach
als Adapter bezeichnet, der aus linearen Flüssigkeits-Leitelementen besteht,
die je ein oberes und eine Mehrzahl von unteren Enden aufweisen, wobei
diese Flüssigkeitselemente
zwischen ihrem oberen und ihren unteren Enden mehrstufig, insbesondere
drei- bis siebenfach
in einer Stufe verzweigt sind, und die oberen Enden einzeln oder
in gleichen Gruppen von mehreren einer Ablaufstelle des Verteilers
und die unteren Enden je einer Aufgabenstelle der Reaktionspackung
zugeordnet sind.
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Der
Begriff "lineare
Flüssigkeits-Leitelemente" (im folgenden auch
einfach "lineare
Leitelemente" genannt)
soll zum Ausdruck bringen, daß es
sich nicht um irgendwelche flächigen
Gebilde handelt, an denen die Flüssigkeit
herabströmt,
und an denen eine nicht beeinflußbare Aufteilung oder Verteilung eines
Flüssigkeitsstromes
stattfinden kann. Außer
an Knotenpunkten, an denen sich die linearen Leitelemente verzweigen
oder zusammenlaufen können, findet
keine gegenseitige Benetzung der durch sie geleiteten Flüssigkeitsströme statt.
Der Ausdruck "lineares
Leitelement" soll
somit ausdrücken,
daß das Leitelement
einen ganz bestimmten Flüssigkeitsstrom
weiterleitet. Das erfordert nicht, daß die Leitelemente etwa strikt
geradlinig verlaufen. Sie können auch
gewellt, gebogen oder andersartig strukturiert sein. Sie können aus
Drähten
wie auch aus Fäden geeigneter
Materialien bestehen, sie können
monofil wie auch multifil ausgebildet sein und für die Flüssigkeitsadhäsion geeignete
Oberflächenstrukturen
aufweisen.
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Wie
bereits vorstehend erwähnt,
ist der dem erfindungsgemäßen Adapter
vorgeschaltete Flüssigkeitsverteiler
mit den an ihn gestellten Anforderungen vorzugsweise ein System
aus unter Umgebungsdruck stehenden Verteilerrinnen.
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Die
oberen Enden der linearen Leitelemente müssen den Ablaufstellen des
Verteilers zugeordnet und entsprechend mit ihnen verbunden sein,
so daß die
Flüssigkeit
aus einer Ablaufstelle dem oberen Ende eines linearen Leitelementes
oder den oberen Enden einer Gruppe von linearen Leitelementen vollständig und
ohne Beeinflussung der Ablaufmenge zugeführt werden kann. Dies kann
beispielsweise dadurch geschehen, daß die oberen Enden der Leitelemente
unterhalb von Überlaufkerben
in den Seitenwänden
der Verteilerrinnen an diesen gehaltert sind. Eine erfindungsgemäß bevorzugte
Art der Anbindung der linearen Leitelemente an die Verteilerrinnen besteht
jedoch darin, daß in
die Böden
der Verteilerrinnen Rohrstutzen eingesetzt sind, in die die oberen Enden
der Leitelemente von unten eingeführt und darin gehaltert sind.
Die Überlaufstellen
der Verteilerrinnen sind dabei in den Wänden dieser Rohrstutzen, so daß die Art
der Einbindung der linearen Leitelemente in die Rohrstutzen ohne
Einfluß auf
die Ablaufmenge einer Ablaufstelle ist. Das bedeutet natürlich, daß der freie
Strömungsquerschnitt
an der Einbindungsstelle eines linearen Leitelementes in den Rohrstutzen
innerhalb des Leitelementes und um das Leitelement herum so groß ist, daß er ohne
weiteres die in den Rohrstutzen eintretende Flüssigkeitsüberlaufmenge aus der Rinne
aufnehmen kann. Die Überlaufstellen im
Rohrstutzen können Öffnungen
in dessen Wand und zusätzlich Überlaufkerben
an dessen Oberkante sein.
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Die
linearen Flüssigkeits-Leitelemente
bestehen vorzugsweise aus Strängen
von Drähten
oder Fäden,
die, von den unteren Enden ausgehend, an den Verzweigungsstellen
jeweils gebündelt
und gemeinsam im oberen Ende des Leitelementes zusammengefaßt sind.
Dabei können
bereits die unteren Enden aus multifilen Teilsträngen bestehen. Die zusammengefaßten oberen
Enden sind diejenigen, die in die Überlauf-Rohrstutzen des Flüssigkeitsverteilers
eingeführt
sein können.
Das zusammengefaßte obere
Ende eines linearen Leitelementes weist dabei zwischen seinen einzelnen
Teilsträngen
freie Querschnitte auf, die der Flüssigkeitsableitung dienen.
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Zur
Vermeidung von Flüssigkeitsbewegungen
und dabei auftretenden unterschiedlichen Flüssigkeitsspiegeln im Flüssigkeitsverteiler
ist der Flüssigkeitsverteiler
vorzugsweise kardanisch aufzuhängen
und sind die linearen Flüssigkeits-Leitelemente des
nachgeordneten Verteil-Adapters, die mit ihren unteren Enden mit
je einer Aufgabestelle der Reaktionspackung verbunden sind, elastisch
auszuführen. Die
kardanische Aufhängung
des Flüssigkeitsverteilers
findet insbesondere dann Anwendung, wenn die am Aufstellungsort
der Anordnung vorliegenden Bedingungen eine Flüssigkeitsbewegung im Flüssigkeitsverteiler
induzieren können.
Dies ist insbesondere der Fall bei beweglichem bzw. schwankendem Aufstellungsort.
Beispiele für
bewegliche bzw. schwankende Aufstellungsorte sind Schiffe oder Bohrplattformen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die kardanische Aufhängung für sich genommen
schon erfinderisch ist und ohne weiteres mit den bereits bekannten,
herkömmlichen
Flüssigkeitsverteilern
verwendet werden kann.
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Die
unteren Enden der linearen Leitelemente sind erfindungsgemäß so angeordnet,
daß sie
den Aufgabepunkten der mit der Flüssigkeit zu beschickenden Reaktionspackung
zugeordnet sind. Die unteren Enden der linearen Leitelemente und
entsprechend die Aufgabepunkte der Reaktionspackung sind dabei vorzugsweise
im gleichen polygonalen Raster in einer gedachten Querschnittsebene
der Kolonne angeordnet. Hierbei kann es sich um ein Viereck-, insbesondere
quadratisches Raster, ein Dreiecksraster oder ein hexagonales Raster
handeln, wobei letzteres wieder auf ein Dreiecksraster zurückgeführt werden
kann. Entsprechend liegen auch die Verzweigungspunkte der linearen
Leitelemente des Adapters auf gedachten Rasterpunkten, die jedoch
nicht mit denjenigen des Rasters der unteren Enden übereinstimmen
müssen.
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Die
Ausführung
des Adapters kann derart sein, daß in einem Verzweigungspunkt
eines linearen Leitelementes der von oben kommende Strang durch seitliche
Auslenkung aller Teilstränge
aufgeteilt wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß ein Teilstrang
in Richtung des ankommenden Stranges von oberhalb des Verzweigungspunktes
weitergeführt wird.
Dies kann den Vorteil haben, daß ein
beibehaltener zentraler Teilstrang eines Leitelementes, wie weiter
unten noch ausgeführt
werden wird, für
das Aufhängen
und Aufspannen des Adaptersgebildes gleichzeitig mitbenutzt werden
kann.
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Gängige Ausführungsformen
bestehen darin, daß ein
lineares Leitelement im Verzweigungspunkt einer Stufe eine Aufteilung
auf vier oder fünf Teilstränge aufweist,
wobei vier der Teilstränge
in der Projektion gesehen unter Winkeln von 90° miteinander vom Verzweigungspunkt
weggespreizt sind und der ggf. fünfte
Teilstrang zentral weitergeführt
ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform findet in einem
Verzweigungspunkt einer Stufe des Adapters eine Aufteilung auf sechs
oder sieben Teilstränge statt,
wobei sechs der Teilstränge
in der Projektion gesehen unter Winkeln von 60° miteinander vom Verzweigungspunkt
gespreizt sind und der ggf. siebte Teilstrang zentral weitergeführt ist.
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Unter
bestimmten Voraussetzungen kann eine Ausführung zweckmäßig sein,
bei der insbesondere untere Teilstränge der stammbaumartigen Struktur
benachbarter linearer Leitelemente zusammengeführt bzw. miteinander verbunden
sind. Dies kann Vorteile für
die gegenseitige Verbindung der einzelnen Leitelemente zu einer
aufspannbaren Gesamtstruktur haben. Werden so zwei Teilstränge zusammengeführt, findet
an diesen Stellen eine Verdoppelung der an sich auf die Einzelstränge aufgeteilten
Flüssigkeitsströme statt.
Dies kann durch eine dort vorgesehene nachfolgende individuelle
Verzweigung wieder aufgehoben werden, so daß die unteren Enden des Verteil-Adapters
dennoch gleiche Flüssigkeitsströme führen. Derartige
Abweichungen von der Idealstruktur können erforderlich sein, wenn
eine vorgegebene Flächenverteilung
der Flüssigkeitsablaufstellen
an eine bestimmte Rasterverteilung der Aufgabepunkte der zu berieselnden
Packung anzupassen ist. Andererseits kann eine Wiederzusammenführung von
Teilströmen
des Adapters ohne nachfolgende Wiederaufteilung auch dann sinnvoll
sein, wenn die Flüssigkeitsteilströme an die
besonderen Belange einer bestimmten Packung angepaßt werden
sollen, z.B. zum Kompensieren von Randproblemen einer Packung, weil
dort an den folgenden Knotenpunkten der Packung im Wege der Quervermischung
in der Packung keine Teilströme
von außen wieder
zugemischt werden. Wesentlich ist, daß am unteren Ende des Adapters
definierte Teilströme
erzeugt werden, deren Größe nicht
dem Zufall der Strömungsverhältnisse überlassen
bleibt.
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Grundsätzlich ist
die erfindungsgemäße Anordnung,
bestehend aus einem Flüssigkeitsverteiler mit
bestimmten Voraussetzungen und einem sich anschließenden Verteil-Adapter
der beschriebenen Art in Verbindung mit unterschiedlichen, herkömmlichen Kolonnenpackungen
verwendbar, insbesondere solchen, die an ihrer Oberseite ein gleichmäßiges Raster
von Flüssigkeitsaufgabepunkten
aufweisen.
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Bevorzugt
wird in Verbindung mit dem beschriebenen Verteil-Adapter jedoch
eine Reaktionspackung verwendet, die einen ähnlichen Aufbau wie der Adapter
und somit auch entsprechende Strömungsverhältnisse
ermöglicht,
jedoch nicht in weiterer Aufteilung der Flüssigkeitsströme, sondern
im Sinne einer Verzweigung der Einzelströme an bestimmten Punkten und
Vermischung der Teilströme mit
denjenigen benachbarter Ströme.
Demgemäß ist die
beanspruchte Reaktionspackung ebenfalls aus linearen Flüssigkeits-Leitelementen aufgebaut,
deren obere Flüssigkeits-Aufgabestellen
an den Knotenpunkten eines gedachten, polygonalen Rasters, insbesondere
eines Dreieckrasters, eines Viereckrasters oder eines hexagonalen
Rasters liegen. Die linearen Leitelemente der Packung weisen nun
nicht eine sich ständig
weiter verzweigende Struktur auf, sondern bestehen aus allgemein
senkrecht durch die Reiselkolonne verlaufenden Strängen aus
Drähten oder
Fäden,
die in gleichmäßigen Abständen gebündelt sind
und zwischen den Bündelpunkten
in Teilstränge
aufgespreizt sind, wobei aufgespreizte Teilstränge mit entsprechenden Teilsträngen benachbarter
Stränge
in Berührung
stehen.
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Zur
besseren mechanischen Stabilisierung des Gebildes sind diese sich
berührenden,
benachbarten Teilstränge
zweckmäßigerweise
in den Berührungspunkten
miteinander verbunden. Ähnlich
wie beim Verteil-Adapter liegen hier die Bündelpunkte der Stränge jeweils
in den Knotenpunkten einer Ebene eines gedachten polygonalen Rasters.
Auch bei der Packung besteht ein Strang in bevorzugter Ausführungsform
entweder aus vier oder fünf
Teilsträngen,
wobei vier Teilstränge
in der Projektion gesehen unter Winkeln von jeweils 90° zueinander
von einem Bündelpunkt
weggespreizt sind und der ggf. fünfte Teilstrang
zentral weitergeführt
ist, oder aus sechs oder sieben Teilsträngen, wobei entsprechend sechs Teilstränge in der
Projektion gesehen unter Winkeln von jeweils 60° miteinander von einem Bündelpunkt weggespreizt
sind und der ggf. siebte Teilstrang zentral weitergeführt ist.
Noch mehr als beim Verteil-Adapter kann der jeweils fünfte oder
siebte Teilstrang, der im wesentlichen linear durch die Packung
bzw. die Kolonne weitergeführt
ist, zum Aufhängen
und Spannen der Packung herangezogen werden.
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In
den Bündelpunkten
der Packung können die
Teilstränge
eines Stranges in Parallelführung oder
durch Bündelungshilfsmittel,
wie beispielsweise Ringe, Schlaufen, miteinander verbunden sein.
Die Teilstränge
können
in den Bündelungspunkten
auch miteinander verdrillt sein. Eine möglichst gleichmäßige Aufteilung
der Flüssigkeit
in den Bündelpunkten auf
die Teilstränge
kann durch eine bestimmte Oberflächenstrukturierung
der Drähte
bzw. Fäden
der linearen Leitelemente erzielt werden. Sorge ist dafür zu tragen,
daß insbesondere
dann, wenn auch ein zentraler Teilstrang weitergeführt wird,
eine möglichst gleichmäßige Aufteilung
der Flüssigkeit
in den Bündelpunkten
auf die Teilstränge
erfolgt. Hierzu kann eine bestimmte Oberflächenstrukturierung der Drähte oder
Fäden der
linearen Leitelemente mit beitragen.
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Die
Berührungspunkte
zwischen den Teilsträngen
benachbarter Stränge
liegen vorzugsweise jeweils in einer gedachten Ebene mittig zwischen zwei
benachbarten Rasterebenen der Bündelpunkte. Sie
können
dabei in der Projektion gesehen in den Mittelpunkten der Flächen liegen,
die durch das Raster der Bündelpunkte
bestimmt sind.
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Es
ist nicht erforderlich, daß die
Teilstränge von
den Bündelpunkten
weg zu ihren Berührungspunkten
mit benachbarten Teilsträngen
und auch wieder zurück
zum nächsten
Bündelpunkt
geradlinig verlaufen. Sie können
beispielsweise einen derart gekrümmten
Verlauf aufweisen, wie er sich ergibt, wenn man ein verdrilltes
Seil gegen die Drehrichtung an einer Stelle aufdreht. Bei Weiterführen eines
zentralen Teilstranges kann dieser beispielsweise längengeschrumpft
werden, so daß die
aufgedrehte Seilstruktur an der Stelle erhalten bleibt. Demgemäß kann bei
einer solchen Ausführungsform
die Herstellung der Stränge
der Packung ähnlich
wie bei Spiralseilen erfolgen, indem um einen Kerndraht bzw. Kernfaden
zusammengedrehte Drähte
bzw. Fäden
in regelmäßigen Abständen so
gespreizt werden, daß durch
eine spannungsfreie Fertigung zwischen Kerndraht bzw. Kernfaden
und den gespreizten Drähten bzw.
Fäden keine
Rückfederung
dieser bei ihrer Spannung zwischen oberen und unteren Halterungen
der Packung erfolgt.
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Um
bestimmten Anforderungen zu genügen, können die
Gitterstrukturen der Packung auch in bestimmten Höhenabschnitten
der Packung unterschiedlich ausgeführt sein.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung besteht nun in einer vorgefertigten Einbaueinheit
für eine
Kolonne, bei der die unteren Enden der linearen Leitelemente des
Verteil-Adapters mit den oberen Enden der Stränge der Packung verbunden sind,
wobei diese oberen Enden die Aufgabestellen der Packung für die Flüssigkeit
sind. In besonders bevorzugter Ausführungsform sind die Stränge der
Packung als untere Enden der linearen Leitelemente des Adapters
weitergeführt
und in den Verzweigungspunkten des Adapters stufenweise zusammengefaßt bis zu
den zusammengefaßten
oberen Enden, die den Flüssigkeitsablaufstellen
des Verteilen zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine einheitliche zusammengesetzte
Struktur, die vorgefertigt und anschließend in eine Kolonne eingehängt oder
eingespannt werden kann. Wie weiter oben erwähnt, begünstigen zentral weitergeführte Teilstränge bzw. Drähte des
Adapters und der Packung das Aufhängen einer solchen Einheit.
Zur Breitenspreizung kann eine solche Struktur insbesondere am oberen, zweckmäßigerweise
auch am unteren Ende der Packung selbst mit geeigneten Abstandshaltern
zwischen den Strängen
der Packung versehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Packung gegen
die Innenwand der Kolonne zu verspannen. Je nachdem, ob eine Packung
sich direkt an die Innenwand der Kolonne anlegt oder in ihr frei
aufgespannt ist, kann es sinnvoll sein, horizontale schräggestellte Flüssigkeitsrückleitbänder oder
am Umfang der Packung anliegende, quergewellte Plattenhälften vorzusehen,
die entweder an der Kolonnenwand herablaufende Flüssigkeit
oder seitlich von der Packung abtropfende Flüssigkeit wieder in deren Inneres
zurückführen.
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Die
erfindungsgemäße Einbaueinheit
aus Packung und Verteil-Adapter läßt sich im Bedarfsfalle nun
auch vorteilhaft dadurch weiterbilden, daß am unteren Ende der Packung
ein Sammel-Adapter vorgesehen ist, der einem auf den Kopf gestellten
Verteil-Adapter entspricht und der Sammlung der abtropfenden Flüssigkeit
auf eine Anzahl von bestimmten Sammelpunkten dient, die der Anzahl
der Ablaufstellen des oberen Flüssigkeitsverteilers
entsprechen kann. In gleicher Weise können unter der Packung dann
Sammelrinnen angeordnet werden, in die die Ablaufstellen des Sammel-Adapters
münden.
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Zweckmäßigerweise
ist natürlich
auch ein solcher Sammel-Adapter einstückig mit der Packung ausgeführt, indem
deren Stränge
im Sammel-Adapter weitergeführt
und stufenweise zusammengefaßt sind.
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In
bestimmten Anwendungsfällen,
beispielsweise bei der Zwischeneinführung von Flüssigkeit und/oder
eines Dampfes bzw. Gases in eine Kolonne, wird der Kolonnenraum
dadurch freigehalten, daß man
beispielsweise zwei Einbaueinheiten, bestehend jeweils aus Packung,
Verteil-Adapter und Sammel-Adapter übereinander
in einer Kolonne anordnet. Die vom Sammel-Adapter der oberen Packung
gesammelte Flüssigkeit
wird dann im Verteil-Adapter der unteren Einheit wieder auf die
untere Packung verteilt.
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Allgemein
können
die Drähte
oder Fäden
der linearen Flüssigkeitselemente
bzw. die aus diesen gebildeten Stränge im Bedarfsfall beispielsweise elektrisch
leitend und/oder mit katalytischer Wirkung ausgestattet sein. Die
linearen Leitelemente sowohl der Adapter wie auch der Packung können aus
jeglichen Materialien bestehen, die sich in Drähte oder Fäden verarbeiten lassen, insbesondere
aus metallischem Material oder einem nichtmetallischen Material wie
einem Kunststoff, Glasfasern oder Kohlefasern. Auch können, wie
bereits weiter oben erwähnt, die
Drähte
und Fäden
unterschiedliche Strukturen aufweisen. Sie können monofil oder multifil
ausgebildet sein, aus versponnenen Fasern (Filamenten) bestehen,
verdrillt oder gespreizt ausgebildet sein oder eine bestimmte Strukturierung
aufweisen, wozu auch Maschenketten zu rechnen sind.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der in den anliegenden Zeichnungsblättern enthaltenen Figuren
im einzelnen noch näher
erläutert.
In den Figuren stellen dar:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch den oberen Teil einer Reaktions-
bzw. Rieselkolonne mit einem Flüssigkeits-Verteiler,
einem sich an diesen anschließenden
Verteil-Adapter für
die Flüssigkeit
und den oberen Aufgabeteil einer regelmäßigen Kolonnenpackung;
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2 eine
schematische Draufsicht auf die Kolonneneinbauten einer Kolonne
nach 1 und der darunterliegenden gedachten quadratischen Rasterebene
der Reaktionspackung;
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3 die
schematische Seitenansicht des strukturellen Aufbaus eines linearen
Flüssigkeits-Leitelementes
eines Verteil-Adapters mit konsequenter Flüssigkeitsaufteilung auf jeweils
sieben Teilströmen in
einem Verzweigungspunkt;
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4 eine
Draufsicht auf die Struktur nach 3 mit der
Rasterverteilung der Enden des linearen Leitelementes;
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5 die
schematische Seitenansicht einer anderen Struktur eines linearen
Flüssigkeits-Leitelementes
eines Verteil-Adapters mit jeweiliger Aufteilung auf vier Teilströme in den
Verzweigungspunkten und Wiederzusammenführung von Teilströmen in den
unteren Bereichen des Leitelementes;
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6 eine
Draufsicht auf die Struktur nach 5;
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7a die
schematische Seitenansicht eines Teilausschnittes der Struktur einer
dreidimensionalen, geordneten Reaktionspackung mit Gitteraufbau
und hexagonalem Gitter;
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7b eine
Draufsicht auf den Ausschnitt gemäß 7a;
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7c perspektivische,
schematische Ansicht eines Teilausschnittes der Struktur einer dreidimensionalen,
geordneten Reaktionspackung mit Gitteraufbau und viereckigem Raster;
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7d perspektivische,
schematische Ansicht eines Teilausschnittes der Struktur einer dreidimensionalen,
geordneten Reaktionspackung mit Gitteraufbau und dreieckigem Raster;
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8a einen
Ausschnitt einer anderen Ausführungsform
eines Stranges einer Reaktionspackung in Seitenansicht;
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8b eine
Draufsicht auf den Ausschnitt gemäß 8a;
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9a einen
Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines Stranges einer Reaktionspackung;
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9b einen
schematischen Querschnitt durch den Strang nach 9a;
-
10 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Rinne des Flüssigkeits-Verteilers
mit der Anbindung des oberen Endes eines linearen Flüssigkeits-Leitelementes
des Verteil-Adapters im Verteiler;
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11 eine
schematische Draufsicht auf die Anordnung nach 10;
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12 einen
schematischen Längsschnitt durch
ein Ausführungsbeispiel
einer Reaktionskolonne.
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Das
Verfahren und die Anordnung zur Verteilung aufgegebener Flüssigkeit
in einer Riesel- oder Reaktionskolonne werden anhand der 1 und 2 erläutert. 1 zeigt
in schematischem Längsschnitt
bzw. schematischer Seitenansicht den oberen Teil einer Kolonne 2 mit
einem Flüssigkeitsverteiler
4, einem darunter befindlichen Verteil-Adapter 6 für die weitere
Aufteilung der Flüssigkeit
in eine Vielzahl von Teilströmen,
die dann einer regelmäßig strukturierten
Reaktionspackung 8 zugeführt werden. In 2 ist
lediglich die Rasterstruktur der Bündelpunkte dieser Packung 8 im
Kolonnenquerschnitt zu sehen.
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Der
dargestellte Flüssigkeits-Verteiler 4 weist
ein System von Verteilerrinnen 10 auf, denen Flüssigkeit über einen
Einlaufstutzen 12 zugeführt wird.
Die Verteilerrinnen 10 weisen eine begrenzte Anzahl von
Flüssigkeits
Ablaufstellen 14 auf.
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Die
Ablaufstellen von Verteilerrinnen stehen üblicherweise unter dem Druck
von im wesentlichen gleichen statischen Flüssigkeitssäulen, wodurch – ebenfalls
gleiche Ablaufquerschnitte der Ablaufstellen vorausgesetzt – Ablaufmengen
pro Ablaufstelle erzielt werden können, die sich bei Einhalten
bestimmter Voraussetzungen nur wenig voneinander unterscheiden.
Um eine auch im folgenden gute Flüssigkeitsverteilung zu erzielen,
werden Ablaufmengen angestrebt, die sich von Ablaufstelle zu Ablaufstelle um
nicht mehr als ± 5
% unterscheiden. Hierfür
ist je nach Genauigkeitsanforderung eine Mindestflüssigkeitssäule in den
Vereilerrinnen erforderlich, für
die Beispiele weiter oben bereits angegeben wurden. Verteilerrinnen
mit Ablaufstellen in Form von Überläufen und
die mit ihnen erreichbaren Genauigkeiten sind bekannt. Als Flüssigkeits-Verteiler 4 kann
daher eine jede solche, auch bekannte Einrichtung verwendet werden,
die die aufgezeigten Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Die
in 1 dargestellten Überlaufanordnungen sind jedoch
besonderer Art und in diesem Zusammenhang neu. Sie sind an das nachfolgende
System des Verteil-Adapters 6 angepaßt und werden im einzelnen
noch weiter unten in Verbindung mit den 10 und 11 beschrieben.
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Sollen
im Flüssigkeits-Verteiler 4 bestimmte Toleranzgrenzen
zwischen den Ablaufstellen 14 eingehalten werden, ist eine
bestimmte Flüssigkeitsstauhöhe in den
Verteilerrinnen 10 erforderlich. Dies bedingt wiederum,
daß die
Anzahl der Ablaufstellen 14 technisch begrenzt ist, weil
bei einer Erhöhung
der Anzahl der Kolonne zu viel Flüssigkeit zugeführt würde.
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Der
weiteren Aufteilung der aus den Ablaufstellen 14 austretenden
Flüssigkeit
dient der nachgeschaltete Verteil-Adapter 6, mit dem die
aus den Ablaufstellen 14 austretende Flüssigkeit auf packungsgerechte
Teilströme
aufgeteilt wird, deren Anzahl die Anzahl der Ablaufstellen 14 um
ein Vielfaches überschreitet.
Die Reaktionspackung 8 ist im speziellen Fall so strukturiert,
daß sie
eine Vielzahl diskreter Flüssigkeitsaufgabepunkte 18 aufweist,
von denen jedem ein Teilstrom des Adapters 6 zugeführt werden soll.
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Die
Struktur eines solchen Flüssigkeits-Verteil-Adapters 6 und
die Aufteilung der ihm zugeführten
Flüssigkeit
in Teilströme
wird im folgenden anhand der 3 bis 6 erläutert.
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Der
Adapter 6 weist eine Anzahl linearer Flüssigkeits-Leitelemente 20 auf
(siehe noch 1), von denen je eines oder
eine Gruppe von ihnen einer Flüssigkeitsablaufstelle 14 des
Verteilers 4 zugeordnet ist. Ein solches lineares Flüssigkeits-Leitelement 20 ist
in einer bestimmten Ausführungsform
in seiner schematischen Struktur in 3 in seitlicher
Ansicht und in 4 in schematischer Draufsicht
dargestellt. Es weist ein oberes Ende 22 auf, mit dem es
an dem Flüssigkeits-Verteiler 4 angebunden
ist, und eine Vielzahl von unteren Enden 24. Zwischen dem
oberen Ende 22 und den unteren Enden 24 befinden
sich in mehreren Stufen Verzweigungspunkte 26, die je nach
Stufe in 3 mit 26a, 26b und 26c bezeichnet sind.
In jedem Verzweigungspunkt wird im gezeigten Ausführungsbeispiel
der ankommende Flüssigkeitsstrom
in sieben Teilströme
aufgeteilt. Diese sieben Zweige sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 nicht
alle dargestellt bzw. nicht sichtbar, weil sie sich in der Seitenansicht
zum Teil überdecken,
die Aufteilung geht aber aus der Draufsicht der 4 hervor.
Von den sieben Teilströmen
jedes Verzweigungspunktes werden in der Projektion gesehen jeweils
sechs unter Winkeln von 60° in
Richtung auf einen weiteren Verzweigungspunkt oder schließlich auf die
Aufgabepunkte der Reaktionspackung vom Verzweigungspunkt weggeleitet,
wobei die Zielpunkte dieser Teilströme ein regelmäßiges Sechseck
bilden, während
der siebte Teilstrom zentral weiter nach unten geleitet wird und
den Mittelpunkt des Sechsecks bildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
findet damit eine Aufteilung des am oberen Ende 22 des
linearen Leitelementes 20 ankommenden Flüssigkeitsstromes
mit dreistufiger Verteilung auf jeweils sieben Teilströme in eine
endgültige
Verteilung auf 73, d.h. also 343 Teilströme statt,
die in dem regelmäßigen Raster der 4 angeordnet
sind. Man kann dieses Raster als ein hexagonales Raster bezeichnen,
da im dargestellten Beispiel die Aufteilung in jedem Verzweigungspunkt
jedoch noch einen zentral weitergeführten Strom hat, der im Mittelpunkt
eines Sechsecks liegt, kann dieses Sechseckraster vereinfacht auch auf
ein Dreieckraster zurückgeführt werden.
Aus 4 geht hervor, daß mittels des linearen Leitelementes 20 eine
konsequente Aufteilung des ankommenden Flüssigkeitsstromes auf die unteren
Enden 24 des Leitelementes 20 erfolgt, die gemäß 4 alle
ebenfalls den zugrundeliegenden Dreieckrasterabstand von den unteren
Enden eines benachbarten Zweiges einhalten. Das bedeutet eine konsequente Flüssigkeitsaufteilung
in im wesentlichen gleiche Teilströme.
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Als
lineare Leitelemente sind die dargestellten Strukturen deshalb beschrieben,
weil in jedem Verzweigungspunkt die Aufteilung eines ankommenden
Flüssigkeitsstromes
in eine diskrete Anzahl von im wesentlichen gleichen Teilströmen vorgenommen wird,
die entlang des Elementes bis zum nächsten Verzweigungspunkt oder
bis zu ihrem Zielpunkt weiterfließen, ohne sich auf ihrem Zwischenweg
undefiniert ändern
oder verteilen zu können.
Im Falle des Verteil-Adapters werden die Leitelemente zwischen den
einzelnen Verzweigungspunkten in der Regel geradlinig verlaufen,
dies ist aber nicht Bedingung.
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Die
Leitelemente selbst können
aus einer Vielzahl von geeigneten Materialien in Form von Drähten oder
Fäden ausgebildet
sein, wie sie weiter unten in Zusammenhang mit der entsprechend
ausgebildeten Reaktionspackung noch beschrieben werden. Im Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 bestehen die Leitelemente
entweder aus einzelnen Drähten
oder Fäden
oder bereits aus dünnen,
insbesondere verdrillten Strängen
aus Drähten
oder Fäden.
Diese Stränge
der untersten Ebene sind durch das ganze lineare Leitelement hindurchgeführt und
in den Verzweigungspunkten 26 jeweils zusammengefügt, etwa
durch Verdrillung oder Halterungen und bilden dann alle gemeinsam
den Hauptstrang des oberen Endes 22 des Leitelementes 20.
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Für das Aufhängen oder
Aufspannen eines in sich nicht steifen linearen Leitelementes oder
einer gesamten, einen Verteil-Adapter bildenden Gruppe von Leitelementen
kann es zweckmäßig sein,
die in den einzelnen Verzweigungspunkten jeweils zentral nach unten
weitergeführten
Teilstränge bzw.
die Verzweigungspunkte mit nach oben weitergeführten Aufhänge- oder Stützelementen
zu versehen, denen jedoch keine Flüssigkeit zugeführt wird.
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In
den 5 und 6 ist ein etwas anderer Aufbau
eines linearen Leitelementes eines Verteil-Adapters in seiner Struktur
dargestellt. Das Leitelement ist fünfstufig verzweigt. Es unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 u.a. dadurch, daß in den
Verzweigungspunkten 28a, 28b, 28c und 28d der
oberen Stufen eine Aufteilung auf je sechs Teilströme zwar
auch in einem hexagonalen Raster erfolgt, es fehlt aber der zentral
weitergeführte
Mittelstrang. Weiterhin sind von den Verzweigungspunkten 28b der
zweiten Stufe an Teilstränge
miteinander querverbunden. Die dadurch erfolgende Wiederzusammenführung von
Teilströmen, aber
anschließende
Wiederaufteilung, hat den Vorteil, daß bei der Voraufteilung eventuell
entstandene Ungleichheiten zum Teil wieder ausgeglichen werden können. Im
Endeffekt entstehen aber wieder gleiche Teilströme. In den Verzweigungspunkten 28e der letzten
Stufe findet nur noch eine Aufteilung in jeweils drei Teilströme statt.
Hierdurch kann die Anzahl der unteren Enden 24 des linearen
Leitelementes an die Anzahl der zu versorgenden Aufgabestellen 18 der angeschlossenen
Packung angepaßt
werden.
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Die 7 bis 9 zeigen
Teilmerkmale der Reaktionspackung 8. In dem Ausführungsbeispiel
der 1 sind die unteren Enden des Verteil-Adapters 6 mit
den Aufgabepunkten 18 der Packung 8 verbunden.
Wie aus 1 weiter hervorgeht, sind, von
unten ausgehend, die Teilstränge
der linearen Leitelemente 20 des Adapters 6 in
den einzelnen Verzweigungspunkten zusammengeführt, so daß sie am oberen Ende 22 eines
linearen Leitelementes 20 einen zusammengefaßten, gemeinsamen
Strang bilden. Wie bereits erwähnt,
bestehen jedoch bereits auch die unteren Enden 24 des linearen
Leitelementes 20 aus Teilsträngen mit mehreren Drähten oder Fäden. Diese
Teilstränge
der unteren Enden 24 des Adapters 6 sind nun unmittelbar
als Stränge
der regelmäßigen dreidimensionalen
Reaktionspackung durch deren Aufgabestellen 18 weitergeführt, so
daß ein
aus dem Adapter 6 ablaufender Flüssigkeitsteilstrom an der Aufgabestelle
ohne Unterbrechung von dem gleichen Strang bzw. Leitelement in die
Packung hinein weitergeführt
wird.
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Die 7a und 7b zeigen
einen Ausschnitt aus der Packung 8 in Seitenansicht und Draufsicht.
Die Packung selbst besteht wie der Adapter für die Flüssigkeitsverteilung ausschließlich aus
linearen Flüssigkeits-Leitelementen, die
eine vernetzte Struktur bilden. Aufgebaut ist die Packung aus einer
Vielzahl im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht verlaufender
Stränge 30,
die jeder aus mehreren Drähten,
Fäden oder
dergleichen bestehen. Die Stränge 30 weisen
in regelmäßigen Abständen Bündelpunkte 32 auf.
Diese Bündelpunkte 32 liegen
jeweils in einer gemeinsamen gedachten Ebene, und in dieser Ebene
verteilt auf den Knotenpunkten eines polygonalen Rasters, im Ausführungsbeispiel eines
hexagonalen Rasters. Zwischen den Bündelpunkten 32 sind
die Stränge 30 in
Teilstränge 34 aufgespreizt.
Wie sich aus 7b ergibt, sind von jedem Bündelpunkt 32 ausgehend
sechs Teilstränge 34 unter
Winkeln von 60° miteinander
schräg
nach außen
und unten weggespreizt. Diese weggespreizten Teilstränge stehen
nun in Berührungspunkten 36 mit
ebenfalls weggespreizten Teilsträngen
benachbarter Stränge 30 in
Verbindung. Von den Berührungspunkten 36 sind
die Teilstränge
dann zu den Bündelpunkten 32 der
nächst
unteren Rasterebene zurückgeführt.
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Ein
auf einen Strang 30 aufgegebener Flüssigkeitsstrom wird in den
Bündelpunkten 32 auf
die vorhandene Anzahl von Teilsträngen 34 aufgeteilt.
In den Berührungspunkten 36 laufen
derart aufgeteilte Teilströme
von mehreren Strängen
zusammen, vermischen sich und gleichen sich aus und werden wieder
in eine gleiche Anzahl von Teilströmen aufgeteilt, die dann in
den Bündelpunkten 32 mit
entsprechenden anderen Teilströmen
eines Stranges wieder zusammengeführt werden. Dadurch läuft an einem Strang 30 ein
im wesentlichen konstanter Flüssigkeitsstrom
durch die gesamte Packung, wobei jedoch in den Berührungspunkten 36 eine
Quervermischung bzw. ein Konzentrationsausgleich mit benachbarten Strömen stattfindet.
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7c ist
eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes aus der Reaktionspackung 8.
Bei dem in 7c gezeigten Ausführungsbeispiel
liegen die Bündelpunkte 32 jeweils
in einer gemeinsamen, gedachten Ebene und fallen mit den Knotenpunkten eines
viereckigen, in dieser Ebene liegenden Rasters zusammen. Ebenfalls
zu erkennen ist, daß die
Berührungspunkte 36 zwischen
den Teilsträngen 34 benachbarter
Stränge 30 in
einer Ebene zwischen den horizontalen Rasterebenen liegen. In dieser
Ebene bilden die Berührungspunkte 36 ebenfalls
ein Raster, das wie das Raster der Bündelpunkte 32 ein
viereckiges Raster ist, wobei die beiden Raster in horizontaler
Richtung gegeneinander so verschoben sind, daß die Knotenpunkte des durch
die Berührungspunkte 36 gebildeten
Rasters in der Projektion die Mittelpunkte der Flächen des
durch die Bündelpunkte 32 gebildeten
Rasters bilden. Die obersten in 7c gezeigten
Bündelpunkte 32,
d.h. die Bündelpunkte 32 der
obersten Rasterebene der Reaktionspackung können als Aufgabestellen 18 für die Flüssigkeit
ausgebildet sein.
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7d ist
eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes aus der Reaktionspackung 8.
Bei dem in 7d gezeigten Ausführungsbeispiel
liegen die Bündelpunkte 32 jeweils
in einer gemeinsamen, gedachten Ebene und fallen mit den Knotenpunkten eines
dreieckigen, in dieser Ebene liegenden Rasters zusammen. Ebenfalls
zu erkennen ist, daß die
Berührungspunkte 36 zwischen
den Teilsträngen 34 benachbarter
Stränge 30 in
einer Ebene zwischen den horizontalen Rasterebenen liegen. In dieser
Ebene bilden die Berührungspunkte 36 ebenfalls
ein Raster, das in horizontaler Richtung gegenüber dem Raster der Bündelpunkte 32 verschoben
ist. Die obersten in 7d gezeigten Bündelpunkte 32,
d.h. die Bündelpunkte 32 der
obersten Rasterebene der Reaktionspackung können als Aufgabestellen 18 für die Flüssigkeit
ausgebildet sein.
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Die
Stränge 30 der
Packung können
auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. In den 8a und 8b ist
eine Ausführungsform
dargestellt, bei der die einzelnen Teilstränge 34 eines Stranges 30 in
den Bündelpunkten 30 durch
Bündelungshilfsmittel
in Form von Ringen 38 zusammengehalten sind. Dabei sind
die Teilstränge 34 in
den Bündelpunkten 32 parallel
geführt
und zusammengefaßt. Eine
andere Ausführungsform
ist in den 9a und 9b dargestellt.
Hier ist ein Strang 40 in Form eines gedrillten Seiles
ausgebildet. Zwischen den Bündelpunkten 32,
in denen dieses Seil in seiner ursprünglichen Struktur belassen
ist, ist es gegen seine Verdrillrichtung aufgedreht, so daß die einzelnen
Teilstränge 42 sich
im Bogen nach außen
wegspreizen. Dieser Zustand kann beispielsweise bei einem Strang
aus Kunststoffdrähten
durch thermische Behandlung oder ähnliche Maßnahmen fixiert werden.
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Aus 9a ist
erkennbar, daß bei
der dortigen Ausführungsform
neben den ausgespreizten Teilsträngen 42 ein
mittlerer Teilstrang 44 zentral weitergeführt ist.
Diese Ausführungsform
hat sowohl herstellungs- wie auch anwendungstechnische Vorteile.
Es sei darauf hingewiesen, daß auch
bei den Ausführungsformen
der 7a, 7b und 8 ein zentral
weitergeführter,
mittlerer Teilstrang 44 vorhanden ist. Er ist in der zeichnerischen
Darstellung jedoch dort nicht sichtbar. Ausführungsformen ohne Mittelstrang
(44) sind aber auch möglich.
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Beispielsweise
bei der Ausführungsform
der 9 kann der mittlere Teilstrang 44 als
eine sog. Kerneinlage ausgebildet sein, wie sie in der Seilherstellungstechnik üblich ist.
Die Herstellung eines Stranges gemäß 9 kann
beispielsweise derart erfolgen, daß die zusammengedrehten oder
nebeneinander um die Kerneinlage angeordneten Drähte bzw. Fäden in regelmäßigen Abständen gespreizt werden,
wobei die Kerneinlage zwischen den Bündelpunkten 32 durch
Wellung, Stauchung oder andere Maßnahmen so verkürzt wird,
daß bei
Spannung der Stränge
aus dünnen
Drähten
oder Fäden
im Einbauzustand in einer Kolonne eine Rückfederung der gespreizten
Teilstränge
durch die Kerneinlage verhindert wird. Der mittlere Teilstrang 44 bzw.
die Kerneinlage hat damit nicht nur herstellungstechnische Vorteile,
er kann beim Einbau der Packung die Zugkräfte für deren Aufspannung aufnehmen.
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In
den 10 und 11 ist
nunmehr die spezielle Ausführungsform
der Anbindung des oberen Endes 22 eines Stranges des Flüssigkeits-Verteil-Adapters 6 an
den Flüssigkeits-Verteiler 4 im
einzelnen dargestellt. In den Boden der Verteilerrinne 10 ist
ein Rohrstutzen 46 eingesetzt. In diesen ist von unten
das strangartig zusammengefaßte
obere Ende 22 eines verzweigten linearen Leitelementes 20 des Flüssigkeits-Verteil-Adapters 6 eingeführt und
in geeigneter Weise darin gehaltert. Der Rohrstutzen 46 ist
in unterschiedlichen Höhen
mit Überlauflöchern 48 versehen,
durch die je nach Flüssigkeitsstau
in der Rinne 10 Flüssigkeit
in den Rohrstutzen 46 hinein überläuft. Bei noch höherem Flüssigkeitsstand
kann die Flüssigkeit
auch über
die Oberkante des Rohrstutzens 46 in diesen hinein überlaufen,
wofür zweckmäßigerweise
in der Oberkante geeignete (nicht dargestellte) Überlaufkerben vorgesehen sein
können.
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Die übergelaufene
Flüssigkeit
gelangt auf das obere Ende 22 des aus einer Vielzahl von
Fäden oder
Drähten
zu einem Strang zusammengefaßten
linearen Flüssigkeits-Leitelementes.
Der Querschnitt dieses Stranges hat im allgemeinen genügend Hohlräume zwischen
den Drähten
und Fäden,
wenn diese beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet
sind, so daß die
Flüssigkeit
durch diese Hohlräume
an den Drähten
und Fäden
des Stranges hinabfließen
kann. Sollten diese Querschnittshohlräume bei hohen Flüssigkeitsaufgabemengen
nicht ausreichen, kann beispielsweise zwischen Rohrstutzen 46 und
dem Strang ein gewisser Ringraum offen gelassen werden, so daß Flüssigkeit
zusätzlich
auch noch an der Außenfläche des
Stranges ablaufen kann. Ist die aufgegebene Flüssigkeitsmenge sehr klein,
kann es sein, daß der
freie Querschnitt in dem Draht- oder Fadenstrang zu groß ist, wodurch
eine gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit
auf die einzelnen Drähte und
Fäden nicht
gewährleistet
ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wie im Ausführungsbeispiel
der 10 und 11 dargestellt,
auf das obere Ende 22 des Stranges eine Drosselscheibe 50 aufzulegen. Eine
solche Drosselscheibe 50 kann als Ringplättchen ausgebildet
sein, welches den Strangquerschnitt teilweise abdeckt, die Drosselscheibe
kann aber auch als Filterplättchen,
beispielsweise aus einem Sintermetall ausgebildet sein, wodurch
sich eine sehr gleichmäßige Strömungsverteilung über den Draht-
oder Fadenstrang erzeugen läßt. Darüber hinaus
kann ein Filterplättchen 51 zusätzlich zu
einer Drosselscheibe 50 und mit ihr zusammenwirkend angeordnet
sein.
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Zur
Vermeidung von Verstopfungen der freien Querschnitte zwischen den
einzelnen Teilsträngen
durch nicht mittels Filtration abscheidbare Feststoffteilchen aus
der Flüssigkeit
kann zusätzlich durch
eine Querströmung
der Flüssigkeit über die
Filterplättchen
das Absetzen dieser Feststoffteilchen vermieden werden, indem ein
Teil der den einzelnen Strängen
zugeführten
Flüssigkeit über in die
einzelnen Rohrstutzen 46 jeweils eingesetzte Absaugrohre 52 im
Kreislauf gepumpt wird. Hierdurch besteht auch die Möglichkeit,
bei kleinen auf die Kolonne aufzugebenden Flüssigkeitsmengen den Überlauf-Rohrstutzen 46 größere Flüssigkeitsmengen
zuzuführen und
so die durch Herstellung, Montage und Flüssigkeitsgefälle der
Flüssigkeitsverteiler 10 nicht
vermeidbaren Abweichungen durch höhere Flüssigkeitssäulen über den Abläufen auszugleichen und die
Ablaufmengen über
den Verteiladapter zu regeln.
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12 zeigt
schematisch einen vertikalen Schnitt eines Ausführungsbeispieles einer Reaktionskolonne,
bei der Flüssigkeit über den
Einlaufstutzen 12 am oberen Ende der Reaktionskolonne 2 zugeführt wird,
die nach Durchlaufen der Reaktionskolonne diese über den Ablauf 9 am
unteren Ende der Reaktionskolonne 2 verläßt. Durch
eine am unteren Ende der Reaktionskolonne 2 angeordnete
Zugangsöffnung 13 wird
Gas in die Reaktionskolonne 2 eingeleitet, welches die
Reaktionskolonne durch die am oberen Ende befindliche Auslaßöffnung 11 verläßt. Somit
durchlaufen die Flüssigkeit
einerseits und das Gas andererseits die Reaktionskolonne 2 in
entgegengesetzter Richtung, wobei es bei den entgegengesetzten Strömungsvorgängen zu
einem Stoff und/oder Energieaustausch kommt. Die über den Einlaufstutzen 12 zugeführte Flüssigkeit
gelangt zunächst
in einen Flüssigkeitsverteiler 4,
der an seinen Seiten Flüssigkeitsverteilerrohre 4' aufweist, über die die
Flüssigkeit
zu den Ablaufstellen 14 des Flüssigkeitsverteilers 4 gelangt.
Es schließt
sich ein Flüssigkeitsverteiladapter 6 an, über den
die ablaufende Flüssigkeit
auf eine Vielzahl von Aufgabestellen 18 der Reaktionspackung 8 verteilt
wird. Der Adapter 6 besteht aus linearen Flüssigkeitselementen 20,
die stufenweise weiterverzweigt sind und so den aus einer Ablaufstelle 14 zugeführten Flüssigkeitsstrom
in eine Vielzahl gleicher Teilströme aufteilt. In dem in 12 gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird die Flüssigkeit
nach Durchlaufen der ersten Reaktionspackung 8 mittels
eines unterhalb der Reaktionspackung 8 angeordneten Sammel-Adapters 5 wieder zusammengeführt. Im
Prinzip handelt es sich bei dem Sammel-Adapter 5 um einen
auf den Kopf gestellten Verteil-Adapter 6.
An den Sammel-Adapter 5 schließt sich ein zweites Mal ein
Verteil-Adapter 6 an, wobei Sammel-Adapter 5 und
Verteil-Adapter 6 über Verbindungs-Leitelemente 100 verbunden
sind. Die über
den Verteil-Adapter 6 in Teilströme aufgeteilte Flüssigkeit
durchläuft
aufgebracht auf die Aufgabestellen 18 der zweiten Reaktionspackung 8 ein
zweites Mal eine Reaktionspackung 8, an deren Ende sie wiederum
durch einen Sammeladapter 5 zusammengeführt wird und schließlich den
Sammel-Adapter 4 über
die an seinem unteren Ende angebrachten Leitelemente verläßt, um daraufhin
die gesamte Reaktionskolonne 2 über den Auslaß 9 zu
verlassen.
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Es
sei noch einmal auf die 1 Bezug genommen. Wie bereits
oben erwähnt,
ist die dort dargestellte Kombination aus einem Flüssigkeitsverteiladapter 6 und
einer Reaktionspackung 8 einstückig ausgeführt und mit geeigneten Mitteln
in der Kolonne 2 aufgespannt und mit den oberen Enden 22 des
Adapters 6 an den Flüssigkeitsverteiler 4 angebunden. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Packung 8 bis an die Wand der Kolonne 2.
Um zu vermeiden, daß eine
Flüssigkeitsbachbildung
an der Kolonnenwand stattfindet, sind an dieser in Abständen schräg nach unten
und innen gerichtete Ableitbänder 56 vorgesehen,
die Flüssigkeit
von der Kolonnenwand in die Packung hinein zurückleiten. Insbesondere wenn
die Packung nicht den gesamten Kolonnenquerschnitt ausfüllt, können solche
Ableitbänder
auch unmittelbar am Packungsumfang vorgesehen werden, um Randströmungen in
die Packung hinein zurückzuleiten.
Zum Aufspannen der Packung in der Kolonne können an der Packung, und zwar zweckmäßigerweise
in deren oberstem Bereich zwischen den Bündelpunkten, die die Flüssigkeitsaufgabestellen 18 bilden,
horizontale, möglichst
nicht flüssigkeitsführende Querverbindungen
vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Packung in horizontaler Richtung
gespreizt und aufgespannt werden kann.