DE1261484B

DE1261484B - Austauschelement fuer Fluessigkeiten und Gase

Info

Publication number: DE1261484B
Application number: DEG37849A
Authority: DE
Inventors: Jakob Wagner
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1963-05-30
Filing date: 1963-05-30
Publication date: 1968-02-22
Also published as: NL6403398A; SE303474B; DE1444456A1; CH434319A

Description

Austauschelement für Flüssigkeiten und Gase Die Erfindung betrifft ein Austauschelement für Flüssigkeiten und Gase, das aus parallel zueinander senkrecht angeordneten Flächen aus dünnwandigem Material besteht.
Derartige Austauschelemente müssen eine möglichst große flüssigkeitsbenetzte Oberfläche aufweisen, an der Gas und Flüssigkeit in Kontakt kommen können. Dies hat man bereits durch verschiedene Arten der Formgebung zu erreichen versucht, z. B. durch Verkleben einer glatten mit einer gewellten Folie wie bei Wellpappe. An den Wänden der durch die Wellung gebildeten Kanäle rieselt die Flüssigkeit herab, das Gas strömt in ihnen nach oben. Die Flüssigkeit hat nun, bedingt durch die Kapillarwirkung der engen Kanäle und durch die entgegengesetzt gerichtete Gasströmung, die Neigung, am unteren Ende der Kanäle Propfen zu bilden, wodurch die Stauung des Gases und die Pfropfenhöhe weiter zunehmen. Ferner wächst in den noch nicht verstopften Kanälen die Neigung zur Pfropfenbildung. Hat der Flüssigkeitspfropfen eine gewisse Höhe erreicht, so entleert sich der betreffende Kanal; auf den Pakkungsquerschnitt bezogen ergibt sich dadurch ein unregelmäßiges, die mögliche übertragungsleistung minderndes Ablaufen der Flüssigkeit.
Es ist bekannt, das beschriebene Problem bei Austauschelementen aus Wellpappe dadurch zu lösen, daß in die bereits verklebte Wellpappe an der Unterkante Sägezähne eingeschnitten und dann die Wellpappebahnen aufgewickelt werden.
Die Herstellung von gezackten Unterkanten z. B. zwischen zwei Messern, d. h. durch Scherenschnitt oder durch Stanzen, erfordert jedoch einen zusätzlichen Arbeitsgang mit entsprechenden Werkzeugen. Falls bei gewelltem Material ein Sägezahn-Zweimesserschnitt erst nach der Wellung an einer Einzelbahn durchgeführt werden soll, ergeben sich zudem Schwierigkeiten sowohl bei sprödem Material, welches brechen könnte, als auch bei zäh verformbarem Material, bei welchem z. B. durch Gratbildung an den Röhrenenden die Pfropfenbildung gefördert wird.
Statt mit Scherenschnitt kann auch mit rotierenden Messern oder mit hin- und hergehenden Sägen gearbeitet werden. Diese Bearbeitung ist noch aufwendiger. Beim Furchenschneiden an Paketen aus zähem Kunststoff kann sie außerdem dazu führen, daß sich die Schnittkanten umlegen oder ausfransen, so daß sich die Kanäle verengen und Pfropfen bilden.
Schließlich ist eine Sägezahnseitenbearbeitung von Folien mit relativ hohem Materialverlust durch Verschnitt verbunden.
Auch die Befestigung von Paketen mit Sägezahnfurchen stellt ein technisch nicht leicht zu bewältigendes Problem dar. Die komplizierten hierzu nötigen Vorrichtungen erschweren zudem die Reinigung außerordentlich, da nach dem Abwickeln, Reinigen und Wiederaufwickeln neue Bohrungen für Diagonaltragstäbe erforderlich sind, weil die alten Bohrungen beim Wiederaufwickeln nicht mehr zur Deckung kommen. Vor allem Pakete mit nicht fluchtendem Sägezahnschnitt können nicht aufgelegt werden, da die Spitzen der dünnen Folien infolge des hohen Betriebsgewichts sich umlegen und die Kanalquerschnitte sich verschließen würden.
Falls schließlich die einzelnen Furchen nicht miteinander zur Deckung kommen, ist die Benetzung der jeweils überstehenden Flächenteile nicht eindeutig, da bei ihnen keine Röhren gebildet werden und durch danebenliegende diagonal verlaufende Schnittkanten Flüssigkeit nach unten zur Abtropfspitze abgezogen wird. Diese Flächenteile werden also ungleichmäßig belastet und haben daher eine geringere spezifische Austauschleistung.
Eine weitere unangenehme Folge des Sägezahnschnittes ist, daß die für eine gegebene Paketfläche erforderliche Bauhöhe größer wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die geschilderten Nachteile der bekannten Austauschelemente zu vermeiden und ein Austauschelement zu schaffen, das bei geringer Bauhöhe leicht herzustellen und ohne Schwierigkeiten zu befestigen ist und das einen gleichmäßigen Ablauf der Flüssigkeit sowie eine unbehinderte gleichmäßige Gasströmung, d. h. eine hohe Austauschleistung, sicherstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kante jeder zweiten Fläche auf der Austrittsseite der Flüssigkeit über die Kante der benachbarten Flächen um eine Strecke hinausragt, die größer ist als die kapillare Steighöhe in den von jeweils zwei benachbarten Flächen gebildeten einzelnen Kanälen.
Der Grund für die Verbesserung des Flüssigkeitsablaufs durch die Maßnahme gemäß der Erfindung liegt darin, daß entsprechend der Formel für die kapillare Steighöhe - - (a=Oberflächenspannung für Flüssigkeit; d=Durchmesser der Kapillare; p=Dichte der Flüssigkeit), in welcher der Käpillarendurchmesser d im Nenner steht, die Gefahr der Pfropfenbildung um so geringer ist, je größer der Durchmesser der Kapillare ist. Da die Kante jeder zweiten Folienlage auf der Flüssigkeitsaustrittsseite aus dem Austauschelement herausragt, entsteht hierbei ein Spalt, d. h., es fallen die einander gegenüberliegenden seitlichen Begrenzungswände einer Kapillare weg, was in der Wirkung einer Vergrößerung des --Kapillarendurchmessers gleichkommt. Ein Aufstauen der Rieselflüssigkeit am Ablaufende der Austauscherpackung -wird somit vermieden.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens ist- die Strecke, um welche die, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, längeren Materiallagen die benachbarten überragen, 1,5mal so groß wie die kapillare Steighöhe in den von jeweils zwei unmittelbar benachbarten Folienlagen gebildeten einzelnen Kanälen.
Bei lagenweisem Aufbau des Austauschelements aus, glattem und gewelltem Material wird die Schichtung vorzugsweise so vorgenommen, daß die Kanten des glatten diejenigen des gewellten Materials überragen.
Erfindungsgemäß ist es weiter vorteilhaft, bei Verwendung von perforiertem Material mindestens die Folienkanten an der Austrittsseite der Flüssigkeit in die Perforierung miteinzubeziehen.
Durch die Gestaltung des Austauschelements in der erfindungsgemäß vorgesehenen Weise wird das Ablaufen der Flüssigkeit grundsätzlich unabhängig von deren Strömungsrichtung erleichtert. In den meisten Fällen geht der Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen einer von oben herabrieselnden Flüssigkeit und einem im Gegenstrom hierzu nach oben geführten Gas vor sich.
Die Erfindung wird nun an Hand des in den schematischen Darstellungen (F i g. 1 und 2) gezeigten Austauschelements beispielsweise beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine einseitig mit glatter perforierter Folie belegte perforierte Wellfolie. Die Ränder beider Folien sind, um das Abtropfen zu begünstigen, in die Perforierung mit einbezogen. Diese Doppellage ist, wie aus F i g. 2 ersichtlich, um eine senkrechte Achse spiralförmig aufgewickelt. Erfindungsgemäß wird bei der Wicklung dafür Sorge getragen, daß die Unterkante der flachen Folie über die Unterkante der Wehfolie hinausragt, und zwar um das 11/2fache der kapillaren Steighöhe, welche in den durch das Aneinanderliegen der flachen und der gewellten Folie gebildeten Kanälen erreicht wird.
An der Oberkante des Austauschelements können die Folienkanten miteinander abschließen oder einander überragen; der vereinfachten Herstellung wegen ist die Einhaltung gleicher Höhenlage vorzuziehen.
Durch die Gestaltung der Flüssigkeitsaustrittsseite der Austauschelemente entsprechend der Erfindung kann, wie Versuche gezeigt haben, die übertragungsleistung einer mit diesen Elementen ausgestatteten Kolonne verdreifacht und der Gasdurchsatz um das 6fache erhöht werden. Dieser Vorteil ergibt sich unabhängig davon, ob das Austauschelement aus spiralförmig aufgewickelten Bändern oder aus nebeneinandergeschichteten Platten besteht.
Gegenüber der bei Wellpappe bisher gebräuchlichen Methode, in die Unterseite des Austauschelements sägezahnartige Furchen einzufräsen, bietet sich weiter der Vorteil, daß bei den erfindungsgemäß gestalteten Austauschelementen die einzelnen Folienlagen zum Zweck einer Generalreinigung auseinandergenommen werden können und daß sie, wenn beim anschließenden Wickeln bzw. Schichten die Lehre der Erfindung wieder beachtet wird, wieder zu einem Austauschelement zusammengefügt werden können, an dem die Flüssigkeit ebenso gut abläuft wie vorher. Diese Möglichkeit besteht bei der Einfräsung von Furchen in das fertige Paket nicht, da beim Wiederaufwickeln bzw. -aneinanderschichten die Furchenschnitte der einzelnen Lagen nicht mehr in Deckung kommen und damit eine sichere Gewähr für ein einwandfreies Abtropfen nicht mehr gegeben ist.
Im Vergleich mit Austauschelementen mit Sägezahnschnitt ist ferner die Herstellung wesentlich vereinfacht, und es ergibt sich kein Materialverlust durch Verschnitt. Austauschelemente gemäß der Erfindung haben bei gegebener Paketfläche eine geringere Bauhöhe und können direkt auf Roste gelegt werden, ohne daß die Abtropfkante zerstört wird, so daß eine einfache und betriebssichere Befestigung möglich ist. Schließlich werden alle Flächenteile der Abtropfkante gleichmäßig belastet und dadurch eine maximale spezifische Austauschleistung erreicht.

Claims

Patentansprüche: 1. Austauschelement für Flüssigkeiten und Gase, bestehend aus parallel zueinander senkrecht angeordneten Flächen aus dünnwandigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante jeder zweiten Fläche auf der Austrittsseite der Flüssigkeit über die Kante der benachbarten Fläche um eine Strecke hinausragt, die größer ist als die kapillare Steighöhe in den von jeweils zwei benachbarten Flächen gebildeten einzelnen Kanälen.
2. Austauschelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke 1,5mal so groß ist wie die kapillare Steighöhe.
3. Austauschelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei lagenweisem Aufbau aus glattem und gewelltem Material die Kanten des glatten diejenigen des gewellten Materials überragen.
4. Austauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von perforiertem Material mindestens die Folienkanten an der Austrittsseite der Flüssigkeit in die Perforierung mit einbezogen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1030 370; Patentschrift Nr. 20 918 des Amtes für Erfindungs-and Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands.