DE1073447B

DE1073447B - Austauschkolonne zur ein- oder mehrmaligen Durchmischung mit anschließender Wieder-Entmischung zweier im Gegenstrom zueinander geführten Medien

Info

Publication number: DE1073447B
Application number: DENDAT1073447D
Authority: DE
Inventors: Gmunden Dipl.-Ing. Walter Kittel (Österreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-05-31
Publication date: 1960-01-21
Also published as: BE538509A; CH333899A; NL197606A; GB783466A; FR1124394A; NL101211C

Description

DEUTSCHES

Die Vorteile der Rotationsströmung zur Verbesserung direkter Gegenstromprozesse, wie diese vor allem für die Destillation, die Waschung, die Kühlung oder die Adsorption von Gasen Anwendung finden, ist schon seit längerer Zeit bekannt.

Abgesehen davon, daß es auf diese Weise gelingt, die angestrebte innige Berührung und ständige Oberflächenerneuerung der einander entgegengeführten Medien von verschiedenem spezifischem Gewicht erheblich zu steigern, bietet sich damit infolge der Stabilisierung der Strömungsverhältnisse außerdem auch die Möglichkeit, von den komplizierten und daher sehr kostspieligen Kolonneneinbauten, die vor allem als sogenannte Glockenboden heute noch vielfach gebräuchlich sind, abzugehen und zu wesentlich einfacheren und daher materialsparenden Ausführungsformen überzugehen.

Diesen erheblichen Vorzügen steht jedoch bei den bisher bekannten Ausführungsformen zur Erzielung derartiger Rotationsströmungen stets der grundsätzliehe Nachteil einer mehr oder weniger ausgeprägten Belastungsabhängigkeit gegenüber, indem eine gewisse Mindestbelastung zur Erzeugung des gewünschten Strömungseffektes erforderlich bzw. überhaupt Voraussetzung ist.

Andererseits hat die Berücksichtigung dieser Tatsache durch entsprechende Dimensionierung der Austauschfläche bzw. des Bodendurchmessers eine Verringerung der maximalen Durchsatzkapazität des Einbausystems bzw. der damit ausgerüsteten Apparatur zur Folge, da der Weg des einen Mediums durch das andere versperrt wird.

Im Gegensatz zu allen bisherigen Verbesserungsvorschlägen, welche ausnahmslos auf eine mehr oder weniger vollständige Rückkehr zu den früheren, komplizierten Konstruktionen hinauslaufen, vermeidet der Gegenstand der Erfindung den oben aufgezeigten Nachteil auf einfache Weise dadurch, daß die Durchmischung der beiden Medien nicht horizontal auf. einzelnen Boden, sondern entlang der Mantelfläche eines in der betreffenden Apparatur bzw. Kolonne konzentrisch zur Vertikalachse angeordneten Hohlzylinders erfolgt, dessen Wandung in einheitlichem Sinne von schräg hindurchgeführten Öffnungen durchdrungen ist.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß die Wandung eines in einem geschlossenen Raum vertikal angeordneten Hohlzylinders auf ihrer ganzen Fläche mit gleichsinnig und möglichst tangential zu ihrem Krümmungsradius ausgerichteten Durchtrittsöffnungen versehen ist, während in vertikaler Richtung die Strömungsquerschnitte außer- und innerhalb des Hohlzylinders abwechselnd innen und außen von horizontal angeordneten Trennwänden unterbrochen werden, dergestalt, daß die beiden im

oder mehrmaligen Durchmischung

mit anschließender Wieder-Entmischung

zweier im Gegenstrom zueinander

geführter Medien

Anmelder:

Dipl.-Ing. Walter Kittel,
Gmunden (Österreich)

Vertreter: O. Schubert, Patentanwalt,
Berlin-Friedenau, Rubensstr. 15

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 31. Mai 1954

Dipl.-Ing. Walter Kittel, Gmunden (Österreich),
ist als Erfinder genannt worden

Gegenstrom zueinander geführten Medien gezwungen sind, durch die tangential angeordneten Öffnungen des Zylindermantels abwechselnd und in einander entgegengesetztem Sinne nach außen bzw. nach innen hindurchzutreten.

Dabei kann der Richtungssinn der einheitlich und tangential zur Zylinderwand angeordneten Durchtrittsöffnungen wahlweise durchlaufend gleichförmig oder von einer der durch die horizontalen Trennwände begrenzten Austauschzonen zur nachfolgenden wechselnd sein.

Weitere kennzeichnende Merkmale sind in der Beschreibung zu den einzelnen Ausführungsformen aufgeführt.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen in seinem prinzipiellen Aufbau schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch zwei Hälften verschiedener Strömungszonen einer Austauschvorrichtung,

Fig. 2 den dazugehörigen Vertikalschnitt,

Fig. 3 den Querschnitt durch zwei Hälften verschiedener Strömungszonen einer Austauschvorrichtung,

Fig. 4 den dazugehörigen Vertikalschnitt,

909 710/477

Fig. 5 den Querschnitt durch eine Austauschvorrichtung mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Austauschzylindern,

Fig. 6 den dazugehörigen Längsschnitt,

Fig. 7 den Querschnitt durch eine Austauschvorrichtung mit mehreren parallel zueinander angeordneten Austauschzylindern,

Fig. 8 den Querschnitt einer anderen Austauschvorrichtung, deren Austauschzylinder parallel zueinander verlaufende profilierte Streifen aufweist,

Fig. 9 den Querschnitt durch eine Austauschvorrichtung mit innerhalb der Austauschzylinder angeordneten Rohren,

Fig. 10 den Längsschnitt durch eine Austauschvorrichtung mit spiralig in dem Austauschzylinder angeordneten Rohren.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird der vom Kolonnenmantel 1 umschlossene freie Strömungsquerschnitt der Kolonne auf diese Weise in zwei innerhalb bzw. außerhalb des mit schrägen öffnungen versehenen Zylinders 2 liegende Strömungsquerschnitte unterteilt, welche abwechselnd durch horizontal angeordnete scheibenförmige Trennwände 3 und ringförmige Trennwände 4 außen bzw. innen versperrt sind.

Auf diese Weise sind die beiden vertikal im Gegenstrom zueinander geführten Medien gezwungen (s. Fig. 2), die schrägen öffnungen des Zylindermantels 2 abwechselnd von außen nach innen bzw. umgekehrt zu durchsetzen und werden hierbei, als Folge ihres mehr oder weniger tangentialen Durchtrittes durch die Zylinderwand, in heftige Rotation versetzt (s. Fig. 1), wodurch die angestrebte intensive Berührung mit Sicherheit gewährleistet ist.

Dies trifft besonders in den Fällen zu, in denen das aufsteigende leichtere Medium vom äußeren zum inneren Strömungsquerschnitt geleitet wird (Schnitt B-B in Fig. 1 und 2), da das abfließende schwerere Medium hierbei infolge der Zentrifugalkraft an der Innenseite des Zylinders festgehalten wird bzw. schraubenförmig an dieser herunterfließt.

Strömt dagegen das aufsteigende leichtere Medium von innen nach außen (Schnitt A-A), so wirkt sich die Zentrifugalkraft in erster Linie im Sinne einer intensiven Abscheidung aus.

Infolge dieses verschiedenen Verhaltens der abwechselnd aufeinanderfolgenden Berührungszonen kann es sich daher als zweckmäßig erweisen, die beiden Strömungsquerschnitte durch entsprechende Wahl des Durchmessers des Zylinders 2 verschieden groß zu gestalten. Gleiches gilt für den gegenseitigen Abstand der Trennwände 3 und 4.

Man erhält also auf die vorbeschriebene Weise an Stelle der üblichen Austauschboden einen Austauschzylinder, und die Vorteile, welche den Gegenstand der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Konstruktionen auszeichnen, erhellen ohne weiteres aus folgenden Überlegungen:

Zunächst einmal ist die erforderliche gleichmäßige Benetzung der gesamten Austauschfläche durch das abfließende schwerere Medium in jedem Falle, d. h. auch bei sehr kleinen Belastungen, gesichert, da das schwerere Medium nicht wie bei horizontal angeordneten Böden durch das aufsteigende leichtere Medium auf denselben getragen zu werden braucht. Hierdurch ergibt sich vor allem auch eine erhebliche Senkung des Strömungswiderstandes, was in zahlreichen Anwendungsfällen von entscheidender Bedeutung ist.

Infolge der aus Fig. 2 ersichtlichen leichteren Wieder-Entmischung der beiden Medien ist außerdem die Gefahr eines gegenseitigen Mitreißens wesentlich geringer, was einer höheren Durchsatzkapazität entspricht.

Die Herstellungskosten einer derartigen Kolonne sind ferner, infolge ihrer äußerst einfachen Anordnung, sehr niedrig, zumal der als Austauschfläche dienende, mit schrägen Durchtrittsöffnungen versehene Zylinder jederzeit aus entsprechend profiliertem Streckmetall gefertigt werden kann.

Schließlich ist die mechanische Festigkeit eines solchen Austauschzylinders gegen plötzliche Druckstöße, trotz des wesentlich geringeren Materialverbrauches, bedeutend höher als diejenige von horizontal angeordneten Böden. Natürlich läßt die vorstehende grundsätzliche Beschreibung zahlreiche Variationen bzw. Kombinationen des Erfindungsgegenstandes zu den verschiedenartigsten Zwecken zu. So kann es sich z. B. als vorteilhaft erweisen, die Rotationsrichtung der beiden Medien, welche bei einheitlicher Ausrichtung der schrägen Durchtrittsöffnungen des Zylindermantels, wie aus Fig. 1 ersichtlich, von einer Austauschzone zur nächstfolgenden wechselt, für bestimmte Anwendungsfälle unverändert zu lassen, was sich, wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen, durch jeweilige Richtungsänderung der Öffnungen des Zylindermantels erreichen läßt.

Auch kann innerhalb jeder Austauschzone dem verschiedenen physikalischen Verhalten der einander entgegengeführten Medien durch entsprechende Größe der Durchtrittsöffnungen Rechnung getragen werden; im Bedarfsfalle kann die Zylinderwand in einer bestimmten Höhe gänzlich in Fortfall kommen.

Zur Verbesserung der Wieder-Entmischung bzw. des Abscheide-Effektes können ferner, wie in Fig. 1 und 2 angegeben, weitere Zylinderstücke 5 und 6 mit entgegengesetzt gerichteten und eventuell auch größer ausgebildeten Durchtrittsöffnungen in den einzelnen Austauschzonen jeweils konzentrisch außer- bzw. innerhalb des eigentlichen Austauschzylinders 2 angeordnet werden. In diesem Zusammenhang ist es in Fällen, bei denen die einander entgegengeführten Medien ähnliche spezifische Gewichte haben und demzufolge das leichtere Medium nur geringe Auftriebskraft besitzt, außerdem möglich, den Austauschzylinder 2 rotieren zu lassen, wodurch sich in Verbindung mit den als Leitschaufelkränze wirkenden, feststehenden Zylinderstücken 5 und 6 eine besonders gute Durchmischung der beiden Medien erreichen läßt.

Desgleichen kann man die beschriebene Anordnung jederzeit in der Weise abwandeln, daß, wie aus Fig. 5 bis 7 zu ersehen, mehrere derartige Austauschzylinder konzentrisch ineinander oder parallel nebeneinander angeordnet werden, eine Möglichkeit, die insbesondere für Kolonnen mit sehr großem Durchmesser angezeigt sein kann.

Austauschzylinder von der beschriebenen Anordnung und Arbeitsweise können natürlich auch aus einzelnen entsprechend profilierten Streifen aus Gußeisen, keramischem Material, Graphit u. ä. zusammengesetzt werden, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist.

Schließlich ist es mit der beschriebenen Anordnung in sehr einfacher Weise möglich, die für zahlreiche Gegenstromprozesse gleichzeitig erforderliehe Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr dadurch zn erreichen, daß, wie aus Fig. 9 und 10 zu ersehen, entweder vertikal geführte oder als Spiralen ausgebildete Rohre 7 konzentrisch innerhalb zweier derartiger Austauschzylinder 2 angeordnet werden.

Von ihrer Verwendung für direkte Gegenstromprozesse abgesehen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in hohem Maße geeignet, als Abscheider zu

dienen sowie zum Einbau in Rekuperatoren verwendet zu werden, da die starke Rotationsbewegung der durchgeleiteten Gase bzw. Dämpfe im ersteren Falle eine wirksame Zentrifugalabscheidung, im zweiten Fall einen guten Wärmeübergang, beides mit sehr geringem Strömungswiderstand, gewährleistet.

Claims

Patentansprüche:

1. Austauschkolonne zur ein- oder mehrmaligen Durchmischung mit anschließender Wieder-Enttnischung zweier im Gegenstrom zueinander geführter Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung eines innerhalb des Kolonnenmantels (1) vertikal angeordneten Hohlzylinders (2) auf ihrer ganzen Fläche mit gleichsinnig und tangential zu ihrem Krümmungsradius ausgerichteten Durchtrittsöffnungen versehen ist und daß abwechselnd außer- und innerhalb des Hohlzylinders (2) horizontale Trennwände (3, 4) angeordnet sind.

2. Austauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungssinn der einheitlich und tangential zur Zylinderwand angeordneten Durchtrittsöffnungen wahlweise durchlaufend gleichförmig oder von einer der durch die horizontalen Trennwände (3., 4) begrenzten Austauschzonen zur nächstfolgenden wechselnd ist.

3. Austauschkolonne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der abwechselnd innerhalb und außerhalb des Hohlzylinders (2) angeordneten horizontalen Trennwände (3, 4) voneinander gleich oder verschieden groß ist.

4. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb bzw. außerhalb des Hohlzylinders (2) konzentrisch zu diesem zusätzliche Zylinderabschnitte (5, 6) mit einheitlich entgegengesetzt gerichteten Durchtrittsöffnungen angeordnet sind.

5. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Durchtrittsöffnungen im Zylinder (2) und/oder den Zylinderabschnitten (5., 6) innerhalb einer jeden Austauschzone wahlweise gleich oder verschieden sind.

6. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlzylinder (2) ineinander angeordnet sind.

7. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlzylinder (2) in dem gleichen Kolonnenmantel (1) nebeneinander angeordnet sind.

8. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (2) rotierend angeordnet ist.

9. Austauschkolonne nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen zwei konzentrisch zueinander angeordneten Hohlzylindern (2) Heiz- bzw. Kühlrohre (7) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 909 710/477 1.60