DE1253673C2 - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Description

Metalldrähten hergestellt werden, wobei für die selbstbenetzenden Eigenschaften des Gewebes, beispielsweise durch Aufrauhen der Oberfläche oder durch Auftragen eines porösen Materials, beispielsweise Kolloide der Kieselsäure, gesorgt werden muß. Bei Metallgeweben ist dieses auch dadurch erreichbar, daß die lichte Maschenweite so gewählt wird, daß sie in mindestens einer Richtung des Gewebes nicht mehr als 0,1 mm beträgt. .

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Einbauelemente sind in ihrem Querschnitt dem inneren Kolonnenquerschnitt angepaßt und können sowohl auf zylindrische Kolonnen als auch solche mit quadratischem oder beliebig geformtem Querschnitt angewendet werden.

Die Einbauelemente, deren Höhe beispielsweise etwa von der Größe des Kolonnendurchmessers sein kann, werden im Austauschteil der Kolonnen übereinander versetzt angeordnet. Auf diese Art und Weise findet eine ausgezeichnete Verteilung der die Kolonne durchsetzenden Phasen, insbesondere auch der flüssigen Phase, über den ganzen Kolonnenquerschnitt statt. Während die flüssige Phase, die die Kolonne von oben nach unten durchströmt, an der Unterseite des zuoberst angeordneten Einbauelementes in sehr guter Vermischung in Richtung der parallelen Lagen der Lamellen ausströmt, wird eine Verteilwirkung senkrecht zu dieser an der Unterseite des darunter angeordneten Einbauelementes dadurch herbeigeführt, daß dessen Lamellen um etwa 90° verschwenkt gegenüber denjenigen des oberen Elementes angeordnet sind, so daß beide Elemente zusammen eine gute räumliche Verteilwirkung ergeben. Wenn mehr als zwei Elemente in einer Kolonne angeordnet sind, würde das dritte Element von oben wieder hinsichtlich der Richtung seiner Lamellen mit dem ersten Element übereinstimmen usw.

Es ist weiterhin vorteilhaft, als Ableitelement an dem unteren Teil jedes Einbauelementes einen nach unten kegelig zulaufenden Kragen, zweckmäßig aus dem gleichen Material wie die Lamellen bestehend, zu befestigen. Dieses ist besonders dann zweckmäßig, wenn der Querschnitt der Einbauelemente nicht exakt mit demjenigen der Kolonne übereinstimmt, so daß zwischen dem Einbauelement und der Kolonnenwand ablaufende Flüssigkeit vom Ableitelement gesammelt und wieder in das Innere der Kolonne zurückgeführt wird.

Je nach dem Verwendungszweck der Kolonne kann es zweckmäßig sein, zwischen benachbarten Einbauelementen einen freien Zwischenraum zu lassen, beispielsweise an derjenigen Stelle einer kontinuierlich betriebenen Rektifizierkolonne, an der das zu rektifizierende Gemisch in die Kolonne eingespeist wird.

Zur Ausbildung der Lamellen selbst ist folgendes zu bemerken: Vorteilhaft ist die Riffelung über die einzelnen Lamellen so gerichtet, daß sie mit der Kolonnenachse einen spitzen Winkel von beispielsweise 20 bis 70° einschließt. Die Wahl der Neigung der Riffelung richtet sich danach, ob ein kleinerer Druckabfall in der Kolonne auf Kosten einer geringeren Bodenzahl bezweckt werden soll (in diesem Fall werden die Lamellen verhältnismäßig steil geriffelt) oder ob durch Herbeiführung einer größeren Turbulenz die Bodenzahl erhöht werden soll, wobei ein etwas höherer Druckabfall in Kauf genommen werden muß (in diesem Fall werden die Lamellen mit einer flacher verlaufenden Riffelung versehen). :

Eine sehr gute Verteilwirkung kann erreicht werden, wenn die Riffelungen der Lamellen eine etwa gleiche Neigung aufweisen und sich die Richtungen der Riffelungen von zwei benachbarten Lamellen schneiden. - : ·

Wenn eine Oberflächenvergrößerung bei gleichbleibendem Volumen gewünscht wird, kann zwischen

ίο je zwei geriffelten Lamellen eine ungeriffelte Lamelle eingeschoben werden.

Die Riffelung kann in einer zacken- oder wellenförmigen Profilierung bestehen. Die Höhe und Steilheit der einzelnen Riffel werden ebenfalls nach den gleichen Gesichtspunkten gewählt, die bei der Festlegung der Neigung der Riffelung maßgebend sind. So trägt z.B. eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts, die durch eine größere Riffelhöhe erzielt werden kann, zur Verminderung des Druckabfalls bei, während eine Riffelung mit kleinerer Riffelhöhe eine stärkere Turbulenz und dadurch eine Erhöhung der Bodenzahl bewirkt. Ein Zahlenbeispiel für eine zackenförmige Profilierung der Lamellen besteht darin, daß die einzelnen Riffel als gleichseitige Zakken mit einem Einschlußwinkel von etwa 60° und einer Zackenhöhe von etwa 3 bis 25 mm ausgebildet werden.

Bei sehr großem Kolonnendurchmesser kann es zweckmäßig sein, jedes Einbauelement aus vier gleich großen Elementen herzustellen und diese durch ein Gerippe aus Blech von der Höhe der Lamellen zusammenzuhalten. Bei einer zylindrischen Kolonne sind dann die einzelnen Elemente als Sektoren und bei einer Kolonne mit quadratischem Querschnitt als Quadranten ausgebildet.

Die sich längs ihrer Riffelung an mehreren Stellen berührenden Lamellen werden beispielsweise mit einem Draht an mehreren Stellen des Umfangs zusammengebunden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich an Hand des in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In

F i g. 1 sind perspektivisch die einzelnen Lamellen eines Einbauelementes dargestellt;

F i g. 2 zeigt einen Teil einer Stoff austauschkolonne mit drei Einbauelementen, während längs der Schnittlinien A-B und C-D gelegte Querschnitte der Kolonne in den F i g. 3 und 4 dargestellt sind.

Die 14 Lamellen 1 in der F i g. 1 sind in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschließend aufeinandergelegt und zu einem Einbauelement vereinigt und sodann in den Stoffaustauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden. Aus der Zeichnung wird die unterschiedliche Lamellengröße der einzelnen Teile ersichtlich, die von den beiden Außenseiten her zur Mitte zunimmt, derart, daß die Lamellen beim Zusammenfügen einen zylindrischen Körper ergeben. Die Lamellen, von denen nur vier genauer und die übrigen schematisch wiedergegeben sind, bestehen aus Blech und sind in üblicher Weise in Abständen zur Herbeiführung eines verbesserten Austausches der gasförmigen Phase im Einbauelement gelocht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verlaufen die Riffelungen der benachbarten Lamellen derart, daß sich die Richtungen der Riffelungen von je zwei benachbarten Lamellen schneiden.

In der Fig.2 ist ein Abschnitt2 des Stoffaus-

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täuschteils einer Kolonne dargestellt; der drei jeweils um 90° gegeneinander versetzt angeordnete Einbäüelemente 3, 4 und 5 enthält. Hierbei bestehen die Lamellen aus einem selbstbenetzenden Drahtgewebe; Die F i g. 3 und 4 zeigen Querschnitte durch die Kolonne längs der Schnittlinien A -B und C-D: An den unteren Teilen der Einbauelemente sind als Kragen ausgebildete Ableitelemente 6 befestigt* die bewirken, daß an der Iünenwänd abfließende Flüssigkeit an der Unterseite jeden Einbäueleinentes nach ihnen geleitet wird. Zu einer über den Kölöririenquerschnitt gleichmäßig verteilten Ableitung der Flüssigkeit in den sich an das unterste Embäuelemeiit anschließenden Verdampferteil der Kolonne laufen die Lamellen an ihref Unterseite in Zäckeü 7 aus.

Wenn der Stoffaustaüsehteil einer Kolonne derart

ausgebildet ist, daß zwischen den einzelnen Einbäüelementen freie Zwischenräume verbleiben* ist es zweckmäßig, die unteren Kanten der Lamellen aller

Einbäuelemente zackenförmig auszubilden.

Iiri dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Stoffaustauschteil der Kolonne aus einem einzigeü ίο Röhr gebildet. Doch ist es selbstverstäüdlieh möglich* die Erfindung auch auf Kolonnen anzuwenden, deren Stoffaustaüsehteil aus einem Bündel von parallelen Rohren gebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 sind. Zur Herstellung solcher Packungen werden gePatentansprüche: riffelte, aus Drahtgewirk bestehende Bänder aufgewickelt, die zwar über den Umfang der einzelnen

1. Stoff austauschkolonne mit Einbauelemen- Wicklungen einen relativ guten Mischeffekt zeigen, ten, die aus parallel zur Kolonnenachse angeord- 5 deren Verteilwirkung jedoch in radialer Richtung, neten Lamellen bestehen, wobei jedes Einbauele- insbesondere für die flüssige Phase, sehr schlecht ist, ment schichtförmig in parallelen Ebenen an- so daß mit zunehmendem Kolonnendurchmesser die geordnete, geriffelte, einander berührende Lamel- Bodenzahl rasch abfällt. Bei einer anderen bekannlen aufweist, dadurch gekennzeichnet, ten Ausführungsform von Wickelkörpern sollen die daß die Riffelungen benachbarter Lamellen (1) io aus spiralförmig um einen Kern aufgewickelten, z. B. verschiedene Richtungen haben und mindestens aus einem Metallgewirk oder -gewebe bestehenden die Riffelung einer von zwei benachbarten La- Schichten von einer aus einem undurchlässigen Mamellen in spitzem Winkel zur Kolonnenachse terial bestehenden Schicht, wie z. B. eine Kunststoffliegt und daß weiterhin der Stoff austauschteil der folie, unterbrochen sein. Auch in diesen Packungs-Kolonne mit mindestens zwei übereinander an- 15 körpern kann daher keine Verteilung der sie durchgeordneten Einbauelementen (3, 4, 5) aufgefüllt strömenden flüssigen oder gasförmigen Phase in raist, wobei die aufrecht gestellten Lamellen (1) dialer Richtung, d. h. über den Gesamtquerschnitt, übereinander angeordneter Elemente gegeneinan- erzielt werden.

der einen Winkel einschließen. Eine andere bekannte Packungsart besteht darin,

2. Stoff austauschkolonne nach Anspruch 1, da- ao daß im Stoff austauschteil Einbauelemente angeorddurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1) aus net sind, die aus parallel zur Kolonnenachse aneinem selbstbenetzenden Gewebe mit offenen geordneten gelochten oder ungelochten Lamellen beMaschen bestehen, stehen, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Einbauelemente zeigen

25 außer dem bereits erwähnten Nachteil, der in einer schlechten Verteilwirkung der flüssigen bzw. gasför-

migen Phase über den Kolonnenquerschnitt besteht,

einen weiteren wesentlichen Nachteil, der in der Herstellung derartiger Einbauelemente liegt. Es ist näm-30 lieh äußerst schwierig und aufwendig, ein Einbauele-

Die Erfindung betrifft eine Stoff austauschkolonne ment aus parallelen Lamellen herzustellen, wobei die mit Einbauelementen, die aus parallel zur Kolonnen- Lamellen über ihre ganze Höhe untereinander einen achse angeordneten Lamellen bestehen, wobei jedes konstanten Abstand aufweisen sollen. Es ist auch Einbauelement schichtförmig in parallelen Ebenen schon bekannt, solche Einbauelemente in einer Koangeordnete, geriffelte, einander berührende Lamel- 35 lonne derart anzuordnen, daß die senkrechten Stellen aufweist. Eine solche Stoff austauschkolonne lungen der Lamellen übereinander angeordneter Einkann zum Destillieren, Rektifizieren, Absorbieren, bauelemente einen Winkel von 90° einschließen. Da Regenerieren, Extrahieren, Befeuchten, Trocknen die Flüssigkeit an den ebenen Lamellen senkrecht und zur Durchführung chemischer Reaktionen, wie nach unten strömt, kann aber selbst bei versetzt z. B. zur Abtrennung isotoper Elemente aus einem 40 übereinander angeordneten derartigen Elementen al-Stoff auf Grund einer chemischen Austauschreak- lenfalls eine Mischung der Flüssigkeit aus zwei netion, z. B. für die Trennung von Deuterium und Was- beneinanderliegenden Strömungskanälen auftreten,
serstoff, benutzt werden. Die Trennung von mit ver- Gegenüber den bekannten Einrichtungen hat sich

schiedenen Isotopen gebildeten Molekülen, beispiels- die Erfindung eine solche Ausbildung des Stoffausweise von schwerem und leichtem Wasser, läßt sieht 45 tauschteiles einer Kolonne zum Ziel gesetzt, bei der selbstverständlich ebenfalls in einer derartigen Aus- über den gesamten Kolonnenquerschnitt eine gute tauschkolonne durchführen. Verteilwirkung der in Kontakt miteinander zu brin-

Bekanntlich muß in derartigen Kolonnen im Stoff- genden Phasen, d. h. sowohl der flüssigen als auch austauschteil eine möglichst große Oberfläche für der gasförmigen Phase, erreicht wird. Erst dann kann den Austausch der miteinander in Kontakt stehenden 50 die Bodenzahl beträchtlich erhöht und somit die Ko-Phasen zur Verfügung stehen. Je nachdem, ob man lonnenhöhe wesentlich reduziert werden,
die Oberfläche durch eine geordnete oder regellose Die Erfindung besteht darin, daß die Riffelungen

Struktur bildet, spricht man von sogenannten Pak- benachbarter Lamellen verschiedene Richtungen hakungen oder Füllkörperschüttungen. ben und mindestens die Riffelung einer von zwei be-

Die Einbauelemente, auf die sich die Erfindung 55 nachbarten Lamellen in spitzem Winkel zur Kolonbezieht, fallen unter die Kategorie der Packungen. nenachse liegt und daß weiterhin der Stoffaustausch-Allgemein weisen Packungen gegenüber Füllkörper- teil der Kolonne mit mindestens zwei übereinander schüttungen einen geringeren Druckabfall auf und angeordneten Einbauelementen aufgefüllt ist, wobei benötigen weniger Oberfläche für die gleiche Tren- die senkrecht gestellten Lamellen übereinander annung. Die bekannten Packungen haben aber den 60 geordneter Elemente gegeneinander einen Winkel Nachteil, daß mit zunehmendem Kolonnendurchmes- einschließen.

ser ihre Bodenzahl rasch abfällt, weil ihre Fähigkeit, Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung

eine gute Mischung der Flüssigkeit bzw. des Gasstro- besteht in der Verwendung von selbstbenetzenden mes über den Querschnitt herbeizuführen, klein ist Materialien für die Lamellen. So können diese bei- und demzufolge Bachbildungen nur langsam wieder 65 spielsweise aus einem Textilgewebe bestehen, welausgeglichen werden können. ches durch mitgewebte Metalldrähte die erforderliche

So sind Packungen bekannt, die als sogenannte Steifigkeit erhält. Eine andere Ausführungsform be-Wickelkörper mit Kolonnendurchmesser ausgebildet steht darin, daß die Lamellen aus einem Gewebe von