DE1667222C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Packungsplatte und eine Packung für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm und einem Gas, bestehend aus mehreren konvex und konkav gekrümmten Teilen, deren Krümmungsachsen untereinander parallel sind.

Austauschprozesse zwischen Flüssigkeiten und Gasen bzw. Dämpfen haben in der Technik große Bedeutung, beispielsweise, wenn es um die Wärmeübertragung zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, wie in Kühltürmen, geht oder wenn ein Gas Dämpfe aus einer Flüssigkeit aufnehmen soll, wenn eine Flüssigkeit sich in einem Teil eines Gases lösen soll oder wenn eine Flüssigkeit und ein Gas miteinander chemisch reagieren sollen. Weitere Beispiele für Austauschprozesse sind die Fraktionierung von zwei oder mehreren Komponenten durch Destillation und biologische Oxydationsverfahren, beispielsweise die Herstellung von Essig.

Ein wesentlicher Faktor für einen pten Wirkungsgrad der Austauschprozesse ist eine große Oberfläche, auf welcher die Flüssigkeiten und die Gase miteinander in Berührung gelangen. Aus diesem Grund hat man den Packun^splatten für Austauschprozesse zwischen Flüssigkeiten und Gasen eine Wellen· oder Zickzackform gegeben. Gewellte Packungsplatten mit Sinuswellen

sind beispielsweise seit Jahren bekannt.

Die CH-PS 4 27 740 zeigt eine Reakticinskolonne mit einer Packung, deren einzelne, vertikal angeordnete Packungsplatten zickzackförmig ausgebildet sind. Die einzelnen Packungsplatten sind in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet und bilden eine Vielzahl von Durchtrittskanälen, Am Kopf der Kolonne wird Flüssigkeit eingeleitet, die in Form eines dünnen Films an den Packungsplatten herunterläuft. Am Boden

,o der Kolonne wird Gas zugeführt, das zwischen den einzelnen Packungsplatten von unten nach oben strömt und dabei mit dem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm in

Berührung kommt Zickzackförmige oder sinusförmig gewellte Pak-

kungsplatten haben während des Betriebes die Neigung, sich auszudehnen und zu verlängern, wodurch die Platten Ausbauchungen erhalten und die einzelnen sinus- oder zickzackförmigen Wellungen zusammengedrückt werden. Ausgebauchte Packungsplatten führen zu Gasdurchtrittskanälen unterschiedlichen Querschnitts und zusammengedrückte Wellungen verhindern die Entstehung eines dünnen, gleichmäßig verteilten Flüssigkeilsfüms. Gasdurchtrittskanäle mit unterschiedlichen Querschnitten über die Breite der Kolonne und das Fehlen eines dünnen, gleichmäßigen Flüssigkeitsfilms haben einen schlechten Wirkungsgrad zur Folge. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß Packungen mit den bekannten zickzackförmigen oder sinusförmigen Packungsplatten zu einem hohen Druckverlust in dem durch die Packung hindurchströmenden Gas führen. Ein hoher Druckverlust bedingt einen hohen Energieverbrauch der Gebläse oder Pumpen, welche die Luft durch die Packung hindurchsaugen oder das Gas hindurchdrücken. Ein hoher Druckverlust bedingt auch eine große Höhe der mit den Packungsplatten ausgestatteten Türme, wenn mit natürlichem Sog gearbeitet wird.

Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, Packungsplatten zu schaffen, die beständig gegen eine Verformung sind, einen gleichmäßig dünnen Flüssigkeitsfilm ermöglichen und die Voraussetzungen für einen geringen Druckverlust schaffen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß wenigstens einige der gekrümmten Teile direkt unter Bildung einer Kante oder indirekt über ein Zwischenstück unter Bildung einer Rippe miteinander verbunden sind.

Die Packungsplatten gemäß der Erfindung verfugen über eine mechanische Festigkeit, bei welcher eine Verformung der Platten bei normalen Betriebsbedingungen nicht zu befürchten ist. Die Formgestaltung der Packungsplatten ergibt eine so große mechanische Festigkeit, daß die erfindungsgemäßen Packungsplatten aus dünnem Plattenmaterial hergestellt werden können, das den herkömmlichen Packungsplatten nicht die erforderliche F.igensteifigkeit gibt. Die große mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Packungsplatten verhindert ein Zusammenklappen der Wellungen und gewährleistet damit die Entstehung eines dünnen, gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes.

Der kantige Übergang von einem gekrümmten Teil zum anderen führt zu einner Turbulenz in dem über die Kanten strömenden Gasstrom, wodurch die Berührung zwischen dem Flüssigkeitsfilm und dem Gasstrom

fis verstärkt und die Gasströmung erschwert, abgebremst und abgelenkt wird. Die durch die scharfen Kanten der Packungsplatten hervorgerufene Abbremsung des Gasstroms führt zu einem wesentlich geringeren Druckab-

fall, als dies bei gleichen Bedingungen für eine Wärmeübertragung bei sinusförmigen Packungsplatten der Fall »st. Per geringe Druckverlust bei einer Packung mit den erfindungsgemäßen Packungsplatten wirkt sich günstig auf den Energieverbrauch für Gebläse und Pumpen aus, welche das Gas zwischen den Packungsplatten hindurchführen.

Das zwischen den Packungsplatten hindurchtretende und mit dem herabfließenden Flüssigkeitsfilm in Berührung kommende Gas kann entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zur Fließriclitung der Flüssigkeit strömen.

Die gekrümmten Teile der Packungsplatte brauchen nicht unbedingt einer kontinuierlich gekrümmten Kurve zu folgen, sie können auch aus mehreren ebenflächigen Einzelteilen bestehen, die nach ihrem Zusammenbau die gekrümmten Teile der Packungsplatte ergeben. Das zwischen den gekrümmten Teilen angeordnete Zwischenstück ist zweckmäßigerweise ein ebenes Teil. Das Zwischenstück kann jedoch auch einen gewissen Grad an Krümmung aufweisen.

Wenn die konkav gekrümmten Teile und die konvex gekrümmten Teile abwechselnd hintereinander angeordnet sind, haben die vorzugsweise aus einer dünnen Materialbahn geformten oder gepreßten Packungsplatten auf beiden Seiten die gleiche Oberflächenform, da sämtliche gekrümmten Teile auf der einen Seite konkav und auf der anderen Seite konvex und umgekehrt erscheinen. Da die Packungsplatte auf beiden Seiten die gleiche Oberflächenform hat, kann sie auf beiden Seiten gleichermaßen zum Austauschprozeß beitragen. Es entsteht daher eine sehr platzsparende Packungsplatte, die es ermöglicht, eine Vielzahl von Packungsplatten in eine Kolonne mit einem vorgegebenen Querschnitt unterzubringen.

Packungsplatten mit besonders hoher Stabilität lassen sich erzielen, wenn sie aus zwei aneinanderliegenden Platten zusammengesetzt sind, die Rückseite an Rückseite angeordnet sind, so daß eine einzige zusammengesetzte Packungsplatte entsteht.

Eine wesentliche Erhöhung der Eigensteifigkeit einer Packungspidtte läßt sich dadurch erzielen, daß sie in eine Anzahl von Streifen unterteilt ist, die Richtung jedes Streifens zu den Krümmungsachsen orthogonal verläuft und daß die Krümmungen in einem Streifen sich mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens außer Phase befinden. Bei dieser Ausgestaltungsform sind die nebeneinanderliegenden konvex bzw. konkav gekrümmten Teile ein und derselben Packungsplatte in der einen oder anderen Strönvingsrichtung der Strömungsmedien gegeneinander versetzt.

Die besten Ergebnisse hinsichtlich der Eigensteifigkeit und der gleichmäßigen Formgestaltung auf beiden Seiten der Packungsplatte können dadurch erreicht werden, wenn die Krümmungen eines Streifens sich um 180° außer Phase mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens befinden.

Wenn die Oberfläche der Platte mit Vertiefungen versehen ist, läßt sich eine gleichmäßige Verteilung des an der Packungsplatte herabfließenden Flüssigkeitsfilmes erzielen. Die Abmessungen der Vertiefungen sind im Vergleich zur Größe der gekrümmten und ebenflächigen Teile der Packungsplatte klein. Die Vertiefungen bestehen vorzugsweise aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender kleiner Eindrückungen oder Dellen an der Plattenoberfläche.

Die Vertiefungen oder Dellen auf den Flächen der gekrümmten Teile und Zwischenstücke dienen zum

Ausbreiten des Flössigkeitsfilmes, wahrend die Vertiefungen oder Dellen an den Kanten oder Rippen das Bestreben der Flüssigkeit, längs der Kanten und Rippen zu fließen, auf einem Minimum halten, Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Kanten oder Rippen nicht genau horizontal verlaufen,

Wenn mehrere Packungsplatten gemäß der Erfindung mit parallelen Ebenen im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Achsen der gekrümmten Teile horizontal verlaufen, entsteht eine stabile Pakkung, die auf kleinem Raum Austauschprozesse mit hohem Wirkungsgrad möglich macht.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen:

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch zwei benachbarte Packungsplatten,

Fig.2 eine perspektivische Darstellung einer Abwandlungsform einer Packungsplatte,

Fig.3 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Kolonne mit Packungsplatten,

Fig.4 einen schematischen Ven^calschnitt durch die Kolonne gemäß F i g. 3 senkrecht za d-'-ren Zeichnungsebene, und

Fig.5 bis 7 schematische Querschnitte durch abgewandelte Packungsplatten.

In F i g. 1 sind zwei identische Packungsplatten A und B schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Platten A und 5 sind in gegenseitigem Abstand angeordnet, so daß zwischen den beiden Platten ein Kanal für das aufströmende Gas entsteht. Auf der? Oberflächen der Platten fließt ein Flüssigkeitsfilm nach unten, der nacheinander über konvex und konkav gekrümmte Teile der Platte fließt. Die gekrümmten Teile der Platte sind durch Zwischenstücke 1 miteinander verbunden. Die Zwischenstücke 1 bilden Rippen mit Kanten 2. Wenn der Flüssigkeitsfüm von einem konvex gekrümmten Teil zu einem konkav gekrümmten Teil oder umgekehrt fließt, fließt der Flüssigkeitsfilm in jedem Fall über das Zwischenstück 1. Wenn die Rieselfläche B t der Platte B von der Platte A aus betrachtet wird, dann ist die Fläche B 2 die konvex gekrümmte Fläche u;.d die Fläche S3 die konkav gekrümmte Fläche. Die Flächen der Platten A und B bestimmen durch ihre Umrißlinien die Gestalt des Kanals für das aufsteigende Gas oder den aufsteigenden Dampf. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform befinden sich die Zwischenstücke der Platten A und S in der Mitte zwischen den Scheitelpunkten der konvex gekrümmten Flächen (S 2) und der konkav gekrümmten Flächen (B3). Die Zwischenstücke 1 können auch jede andere beliebige Zwischenstellung einnehmen, beispielsweise, wenn die Flächen 52 und B 3 verschieden lang sind. Die Zwischenstücke 1 im Kanal zwischen den Platten A und B bewirken einen Stau und eine Umlenkung der Strömung, so daß der Druckabfall in dem durch den Kanal nach ober, strömenden Dampf oder Gas klein wird.

Wenn die in F i g. 1 dargestellten Packungsplatten aus starren oder im wesentlichen starren Platten oder Bahnen, beispielsweise aus Metallblech, Asbest, Zement, Graphit oder Kunststoff bestehen, kann über die volle Breite der Platte der gleiche Querschnitt beibehalten werden, so daß jedes Zwischenstück 1 ebenfalls gleichmäßig über die volle Breite der Platte verläuft. Es ist jedoch zweckmäßig, die Platte in eine Anzahl von senkrecht verlaufenden Streifen zu unterteilen, um die Eigensteifigkeit und Starrheit zu vergrößern.

In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem ein Material verwendet wurde, das an sich nicht starr ist, aber aufgrund der besonderen Formgestaltung der Platte dennoch die gewünschte Starrheit liefert. Bei dieser Ausführungsform weist die Platte nebeneinander angeordnete Streifen Cund D auf, deren nebeneinanderliegende Krümmungen phasenversetzt sind. Ein konvex gekrümmter Teil Edes Streifens Cliegt neben einem konkav gekrümmten Teil F des Streifens D. Die Streifen Cund Dsind durch Verbindungsteile G miteinander verbunden und bestehen aus einem Stück. Die Verbindungsteile G verlaufen im rechten Winkel zur Hauptebene der Platte und dienen als Versteifungsstege. Die Verbindungsteile G können jedoch auch einen kleinen Winkel zur Hauptebene der Platte bilden. Dies ist dann der Fall, wenn die Platten in Formen gepreßt werden und die geringe Neigung der Verbindungsstege G das Entfernen der geformten Platten von den Formteilen erleichtern soll. Jeder Streifen Cund D Packungsplatten IS besteht. Das Einlaßrohr IO hat Sprühöffniingen, aus denen die Flüssigkeit auf die obere Packung I aufgesprüht wird. Die aus dem Einlaßrohr 10 austretenden Sprühstrahlen können durch Stangen 3 in vorteilhafter Weise unterbrochen oder auf ihrem Strömungsweg gehemmt werden. Die Stangen 3 tragen die Packungsplatten 15 und haben einen Durchmesser, der für ein Nebeneinanderanordnen der Stangen 3 auf der gleichen Höhe zu groß ist, und ein Anordnen der aufeinanderfolgenden Stangen abwechselnd auf einer höheren und tieferen Ebene erfordert. Die Platten 15 der Packung I sind gegen die Senkrechte geneigt und parallel nebeneinander angeordnet. Der Neigungswinkel der Platten 15 der Packung I gegen die Senkrechte kann etwa 30° betragen. Die Unterkanten der Packungsplatten 15 der oberen Packung I ruhen auf der unteren Packung II. Die unteren Abschnitte der Platten 15 der oberen Packung I haben Kerben und Nuten, in welche die oberen Abschnitte der Platten 15 der unter·-,.

weisi em twi

beschriebener Weise angeordnet ist.

Die Flächen der Packungsplatten der verschiedenen Ausführungsformen können eine Vielzahl von Vertiefungen und Dellen haben, welche die Verteilung der Flüssigkeit unterstützen. Die Vertiefungen oder Dellen in den Oberflächen der Platten führen besonders dann zu einer guten Verteilung des hc-^brieselnden Flüssigkeitsfilmes, wenn die Platten aus einem Material mit schlechten Benetzur.gseigenschaften, beisnipk'vprc aus synthetischem Kunststoff bestehen. Die Vertiefungen oder Dellen sorgen ferner für eine Turbulenz im Flüssigkeitsfilm, so daß bei Stoffaustauschvorgängen vergrößerte Stoffaustauschkoeffizienten erzielt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 reichen die Zwischenstücke 1 nicht über eine gedachte Ebene hinaus, die tangential durch die Scheitelpunkte der gekrümmten Teile B 2 und B3 verläuft. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die einander gegenüberliegenden Platten A und ßso angeordnet, daß die gegenüberliegenden Krümmungen einander entsprechen und ein Kanal mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsfläche für die aufsteigenden Gase und Dämpfe entsteht. Die gegenüberliegenden Platten A und B können jedoch auch in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt werden, wobei die Platten so weit versetzt werden können, daß ein vorspringendes Flächenteil der einen Platte einem vorspringenden Flächenteil der anderen Platte direkt gegenüber liegt. Auf diese Weise kann der niedrige Druckabfall des im Kanal aufsteigenden Strömungsmediums verändert werden.

In den Fig. 3 u.id 4 ist eine Kolonne dargestellt, in welcher Packungsplatten gemäß der Erfindung angeordnet sind. Die Packungsplatten sind der Einfachheit halber als gewellte Platten dargestellt die verwendeten Packungsplatten haben jedoch tatsächlich die Gestalt der in den Fig. 1, 2. 5. 6 und 7 dargestellten Packungsplatten.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Kolonne besitzt ein Gehäuse 9 mit einem Einlaßrohr 10 für die Flüssigkeit einem Auslaßstutzen 11 für die Flüssigkeit, einem Gaseinlaß 12 und einem Gasauslaß 13. Die Kolonne enthält zwei übereinander angeordnete Pakkungen I und II, von denen jede aus einer Vielzahl von Γ 4lhLIII|£ Il IJIIU UCIt(I KJU

Die Unterkanten der Platten 15 der oberen Packung I sind im allgemeinen zickzackförmig oder sägezahnartig ausgebildet und passen mit den Oberkanten der Platten 15 der Packung II zusammen, so daß die Flüssigkeit von

.■< den Platten der oberen Fdckung I zu den Platten der unteren Packung Il fließt.

Die Platten der unteren Packung Il haben die gleiche Form wie die Pialtui der oberen Packung I und sind vertika! vn parallelem Abstand angeordnet. Beide Seiten

vi einer jeden Platte dienen als Rieselflächen.

Die Stangen 3, welche die Platten der oberen Packung I tragen, und die Drähte 3', welche die Platten der unteren Packung Il tragen, sind auf Stützlagern 14 angeordnet oder auf irgendeine andere geeignete Weise

i; befestigt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Packungsplatten wurden durch Vergleichsversuche deutlich, bei denen Luft mit einem an den Platten herabrieselnden Wasser befeuchtet wurde. Es wurden Packungen mit

4c sinusförmig gewellten Platten und Packungen mit erfindungsgemäßen Platten gemäß Fig. 1 miteinander verglichen. Die Packungen hatten in beiden Fällen die gleiche Höhe und einen Plattenabstand von 4,45 cm. Der Druckabfall der Luft pro 30,5 cm Packungshöhe betrug

4^ bei der Packung mit sinusförmig gewellten Platten das 2,8fache des Druckabfalls bei der Packung mit Platten gemäß Fig. 1. Bei vielen Austauschprozessen zwischen Flüssigkeit und Dampf oder Gas, beispielsweise bei Wasserkühltürmen, ist der Druckabfall über die Höhe der Packung von überaus großer Bedeutung für die erforderliche Höhe einer Packung in einem mit natürlichem Sog arbeitenden Turm oder fü, den Energieverbrauch der Gebläse, welche die Luft durch die Packung hindurchsaugen.

Eine sinusförmig gewellte Packungsplatte aus einer Polyvinylchloridfolie mit einer Dicke von etwa 1,01 mm und eine in F i g. 2 dargestellte Packungsplatte mit senkrecht nebeneinander verlaufenden Streifen aus einer Polyvinylchloridfolie mit einer Dicke von 0,254 mm wurden einer gleichen vertikalen Zugbelastung ausgesetzt Die Dehnung der in F i g. 2 dargestellten Platte mit einer Dicke von 0,254 mm war geringet als die Dehnung der sinusförmig gewellten Platte mil einer Dicke von 1,01 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   1, Packungsplatte für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm und einem Gas, bestehend aus mehreren konvex und konkav gekrümmten Teilen, deren Krümmungsachsen untereinander parallel sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der gekrümmten Teile (A, B) direkt unter Bildung einer Kante oder indirekt über ein Zwischenstück (1) unter Bildung einer Rippe miteinander verbunden sind.

   Z Packungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav gekrümmten Teile und die konvex gekrümmten Teile abwechselnd hintereinander angeordnet sind.

   3. Packungsplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei aneinanderliegenden Platten zusammengesetzt ist.

   4. Packungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Anzahl von Streifen (C, D) unterteilt ist, die Richtung jedes Streifens (C D) zu den Krümmungsachsen orthogonal verläuft und daß die Krümmungen in einem Streifen sich mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens außer Phase befinden.

   5. Packungsplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungen eines Streifens sich um 180° außer Phase mit den Krümmungen des nächsten benachbarten Streifens befinden.

   6. Packungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Platte mit Vertiefungen versehen ist

   7. Packung für Austauschprozesse zwischen einem herabrieselnden Flüssipkeitsfilm und einem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß ->~nehrere Packungsplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit parallelen Ebenen im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Achsen der gekrümmten Teile horizontal verlaufen.