DE1769739A1

DE1769739A1 - Packungskoerper fuer Stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE1769739A1
Application number: DE19681769739
Authority: DE
Inventors: Max Dipl-Chem Dr Huber; Werner Dipl-Chem Dr Meier
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1967-08-16
Filing date: 1968-07-05
Publication date: 1971-10-28
Also published as: CH493266A; GB1186647A; US3679537A; BE719499A; FR1575344A; NL6811376A; CA937857A; CH477902A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, liJinterthur / Schweiz

betreffend: "Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen"

Die Erfindung betrifft für Stoffaustauschkolonnen bestimmte Packungskörper, welche aus sich gegenseitig berührenden Lagen aus einem nichtselbsttragenden, flächenartigen Gebilde mit einer drahtartigen Verstärkung bestehen, und tuobei mindestens jede zweite Lage mit einer Riffelung versehen ist.

Es ist bekannt, im Stoffaustauschteil von Kolonnen sogenannte Packungskörper, die den Querschnitt der Kolonne mindestens nahezu vollständig ausfüllen, anzuordnen. Eine solche Stoffaustauschkolonne kann zum Destillieren, Rektifizieren, Absorbieren, Regenerieren, Extrahieren, Befeuchten, Kühlen, Trocknen und zum Durchführen chemischer Reaktionen, uie z.B. zum Abtrennen isotoper Elemente aus ' einem Stoff aufgrund einer chemischen Austauschreaktion, z.B. für die Trennung von Deuterium und Wasserstoff, eingesetzt werden. Die Trennung von mit verschiedenen Iso-

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topen gebildeten Molekülen, beispielsweise von schwerem und leichtem Wasser, läßt sich selbstverständlich ebenfalls in einer derartigen Austauschkolonne durchführen.

Es sind Packungskörper zur Verwendung in Kolonnen bekannt, die als sogenannte Wickelkörper mit Kolonnendurchmesser ausgebildet sind. Zur Herstellung solcher Packungskörper werden schräg geriffelte, aus Drahtgewirk bzw. Drahtgewebe bestehende Bänder spiralförmig aufgewickelt, wobei sich die benachbarten Lagen längs der Riffelung punktförmig berühren.

Eine andere - insbesondere für eine ausgezeichnete Gasverteilung über den gesamten Kolannenquerschnitt geeignete - bekannte Ausführungsform für Packungskörper besteht darin, daß jeder Packungskörper aus schichtförmig in parallelen Ebenen angeordneten, geriffelten, einander berührenden Lamellen besteht, wobei die Riffelung benachbarter Lamellen nach Einbau der Körper in die Kolonne im spitzen Winkel zur Kolonnenachse liegt. Bei dieser Ausführungsform wird ^ der Stoff austauschteil der Kolonne mit mindestens zwei " übereinander angeordneten Packungskörpern aufgefüllt, wobei die senkrechten Stellungen der Lamellen übereinander angeordneter Elemente gegeneinander um einen Winkel um die Kalonnenachse verschwenkt sind. Es ist hierbei bekannt, die Lamellen beispielsweise aus einem Textilgewebe herzustellen, das durch mitgeu/ebte lYletalldrähte versteift ist. Erfordert die Herstellung solcher Lamellen aufgrund der dafür notwendigen komplizierten Einstellung der Webmaschine schon einen relativ hohen Aufwand, so fällt der folgende Nachteil noch schwerer ins Gewicht. Da aus webtechnischen Gründen nur sehr feine Drähte mit den

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Textilfaden mitgewebt werden können, können diese feinen Drähte mährend des Betriebes sehr leicht durch Korrosion zerstört werden, so ' dar; die erforderliche Formbeständigkeit der Lamellen nicht mehr gewährleistet ist und aufgrund uon Deformationen der für den Stoffaustausch maßgebende gute iTiischungseffekt der die Packungskörper durchsetzenden flüssigen und gasförmigen Phasen über den kolonnenquerschnitt nicht mehr erreicht werden kann. Allgemein ist zu sagen, daß, abgesehen uon der Gefährdung durch i Korrosion, derartige Textilgewebe, die durch mitgewebte feine fcetalldrähte verstärkt sind, schon an sieh keine sehr gute Steifigkeit aufweisen und daher eine exakte Riffelung in einer gewünschten Dimensionierung nur schwer erreicht werden kann.

Die Herstellung von Packungskörper bildenden Lamellen bzw. Bändern aus einem ffletallgeuiebe bzw. fiietallgewirk erfordert relativ hohe Kosten wegen des großen Materialverbrauchs an ftletalldcähten, die insbesondere aufgrund der kleinen Drahtdurchmesser durch Angriff von der in einer Kolonne behandelten Flüssigkeit, Zoß» eine Lauge oder eine Säure, durch Korrosion stark beschädigt und unter f|

Umständen sogar zerstört werden können.

Die Erfindung hat sich demgegenüber die Ausbildung eines Packungskörpers aus Lamellen bzw. aus Bändern zum Ziel gesetzt, die sowohl in ihrer Form- als auch in ihrer Korrosionsbeständigkeit den bekannten Ausführungsfor^en überlegen sind und außerdem diesen gegenüber herstellungsmäßig einen geringen Aufwand erfordern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

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.daß die Verstärkung aus ztuei Scharen von parallelen, in gegenseitigem Abstand angeordneten Drähten gebildet ist, uiobei die Drähte einer ersten Schar quer zu den Drähten der zweiten Schar angeordnet sind und ein Teil der Drähte auf der einen Oberfläche des Gebildes und der andere Teil der Drähte auf der anderen Oberfläche des Gebildes aufliegt und die Drähte an mindestens einem Teil der Kreuzungsstellen durch das Gebilde hindurch miteinander verbunden sind.

Eine ausgezeichnete Formbeständigkeit der Lamellen bzw. der Bänder ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dann gewährleistet, wenn der eine Teil der Verstärkung von einer entsprechend der Riffelung geformten Schar von Drähten gebildet ist, auf welcher das Gebilde mit einer Oberfläche aufliegt, und luenn der andere Teil der Verstärkung aus einer Schar von Drähten besteht, u/elche auf der anderen Oberfläche des Gebildes in die Vertiefungen der einzelnen Riffel eingelegt sind. Hierbei kann es vorteilhaft sein, insbesondere wenn die Drahtabstände relativ groß sind, zu einer weiteren Ver-H besserung der Formbeständigkeit und zur Verhinderung von Deformationen der Lamellen bzw. der Bänder in die Vertiefungen der Riffel auf der Sf,j te der ersten Schar eine dritte Schar von Drähten einzulegen, wobei die erste und die dritte Schar an mindestens einem Teil der Kreuzungsstellen direkt verbunden sind.

Die Erfindung ermöglicht gegenüber den aus reinem , Drahtgewebe bzw. aus einem Textilgewebe mit mitgewebten ..* Drähten bestehenden Lagen für Packungskörper für die Verstärkung die Verelendung' von Drähten mit wesentlich

größeren Durchmessern, beispielsweise von 0,5 mm und mehr, so daß diese Drähte weit iueniger korrosionsgefährdet sind als die feinen Drähte bei den bekannten Äusführungsfarmen» Die ein Stützgerüst bildenden Drähte können in einem relativ großen Abstand voneinander angeordnet sein. So haben Versuche ergeben, daß bei der Verwendung eines Textilgewebes als nichtselbsttragendes Gebilde für die Lagen eines Packungskörpers bei Drahtabständen von etwa 1 cm eine ausgezeichnete Steifigkeit erreicht werden f

kann. Oe nach den gewünschten Abmessungen der Riffelung können die Drahtabstände gegebenenfalls noch größer gewählt werden, so daß mit einem relativ geringen Arbeitsaufwand das Stützgerüst hergestellt werden kann. Vorteilhaft werden die Drähte an den Kreuzungsstellen durch · Punktschweißung verbunden.. Derartige metallische Verbindungen, die unter Umständen auch durch Verlöten hergestellt werden können, verleihen dem Stützgerüst und dem damit verbundenen für sich nicht selbsttragenden Gebilde eine wesentlich höhere Scherfestigkeit als sie durch das lYlitweben von Metalldrähten erreicht werden kann. *

Vorteilhaft kann für das nicht selbsttragende Gebilde ein Textilgewebe aus Glasfasern verwendet werden. Dies hat einerseits den Vorteil, daß ein derartiges Gewebe eine große Korrosionsbeständigkeit besitzt, und andererseits, daß es im Betrieb von der Flüssigkeit sehr gut benetzt werden kann. Da die Schuß- und Kettfaden aus gezwirnten Glasfasern bestehen, können sich zwischen den jeweils einen Faden bildenden Fasern bei Aufgabe einer Flüssigkeit ausreichende Kap^llarkräfte ausbilden, die für eine Selbstbenetzung des Gewebes sorgen.

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Bei einer Geiuebeart mit offenen Maschen - wobei unter "Maschen" die Öffnungen zuiis-chen gegenüberliegenden Kettbzui. Schußfäden verstanden sein sollen - wird sich bei Ausführung mit einer lichten Hflaschenujeite in der Größenordnung won nicht mehr als 0,1 bis 0,2 men bei einer Flüssigkeitsaufgabe ein Film über den offenen Maschen aufspannen. Dies ist zur Erzielung eines guten Stoffaustausches in einer Kolonne vorteilhaft, da die mit der Flüssigkeit im Austausch stehende Gasphase an beiden Oberflächen des Filmes mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand von in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1, 1a und 2 in schematischer Darstellung zwei

Ausführungen eines in der erfindungsgemäßen Weise mit einer drahtartigen Verstärkung versehenen ni,cht selbsttragenden flächenartigen Gebildes,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung La

mellen eines aus parallelen Schichten zu bildenden Packungskörpers,

Fig. 3a einen Querschnitt durch einen aus geriffelten und ungeriffelten Lamellen zusammengesetzten Packungskörper,

Fig. 4 ein zur Bildung eines Packungskörpers

spiralig aufgewickeltes Band und

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Fig. 4a einen Querschnitt dutch einen gegenüber Fig« 4 etwas abgewandelten gewickelten Packungskörper«

In Fig. 1 ist perspektivisch und in Fig* la in einer in Richtung der Pfeile I-I gesehenen Seitenansicht ein _ü Teil einer geriffelten Lamelle bzw, eines geriffelten Bandes dargestellt, aus dem anschließend ein Packungskörper hergestellt wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, | überspannt das Gewebe 1, das vorteilhaft aus einem nicht selbsttragenden Glasfasergewebe mit offenen !flaschen besteht, eine Schar von parallelen, in Abständen angeordneten, entsprechend der Riffelung geformten Drähten 2.

Hierbei kann die Riffelung in einer Zickzack- oder wellenförmigen Profilierung bestehen. Gegebenenfalls kann anstelle eines Glasfasergewebes auch ein Asbest-, Textil-, Kunststoffgewebe oder unter Umständen auch eine Kunststoff-Folie verwendet u/erden. Die eine Oberfläche des Gewebes wird an die aus den Drähten 2 bestehende Armierung mit Hilfe von Drähten 3 angepreßt,· die auf der anderen Ober- _Λ fläche des Gewebes in die Vertiefungen 4a der Riffel 4 '

eingelegt und an den Kreuzüngsstellen 5 durch das Gewebe hindurch durch Punktschwaißung mit den Drähten 2 verbunden sind.

Die Abstände der Drähte sind um ein vielfaches größer als die llilaschenweiten des Gewebes 1. Betragen dessen lichte fflaschenweiten etwa 0,1 mm, so liegen die D ahtabstände im Bereich von 10 mm und mehr. Eine weitere Schar von Drähten fi ist in die Vertiefungen*-der Riffel 4 ■

der Drähte 2 eingelegt und mit diesen an den Kreuzungsstellen 7 durch Punktschweißung direkt verbunden. Diese zusätzlich von den Drähten 6 gebildete Verstärkung empfiehlt sich insbesondere bei relativ großen Abständen der Drähte 2, um Eindellungen des Gewebes zu verhindern.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- ^ . beispielen erstreckt sich die drahtartige Verstärkung über ™ zwei gegenüberliegendB Kanten dss Geuiebes 1 um die Höhe - A h hinaus· Die gesamte Bandhöhe ist hier mit h₁ bezeichnet. Das Band besitzt somit ztuei gegenüberliegende Randzonen, die ausschließlich aus dem Drahtgerüst bestehen» Bildet man aus derartigen Bändern Packungskörper und schichtet diese in einer Kolonne senkrecht übereinander auf, in ,der U/eise, daß sich die Randzonen zu/eier benachbarter Packungskörper berühren, so uierden in der Kolonne quer zu ihrer Längsachse freie Zwischenräume ohne Leitflächen für die Gasphase gebildet. In einem solchen Zwischenraum kann sich dann das in der Kolonne aufwärtsströmende Gas, nachdem es jeweils denjenigen Teil eines Ik Packungskörpers durchströmt hat* der aussieh gegenseitig berührenden Lagen aus einem nicht selbsttragenden Gebilde mit einer drahtartigsn Verstärkung besteht und in welchem diese Lagen Leitflächen sowoh.' für die Flüssigkeit als auch für das Gas bilden, vermischen, um Bttuaige KonzentrationsunterschiBde auszugleichen. Ein solcher Zwischenraum kann beispielsweise auch bei einer kontinuierlich betriebenen Rektifikationskolonne als Einspeisestelle für das zu rsktifiziarende Gemisch dienen.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäß ausge_v bildeten Bandes in schematischer Darstellung in Draufsicht*

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Das Band besteht ebenfalls aus einem Gewebe 1', das durch ein Drahtnetz verstärkt ist« Das die Verstärkung bildende Gerüst, uon dem in der Zeichnung nur ein Teil der Drähte 3* dargestellt ist, u/ird dadurch gebildet, daß die Kreuzungsstellen 5' der Drähte 2' und 3'V mittels Punktschuieißung durch das Gewebe 1' hindurch miteinander verbunden sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel soll die Herstellung in der UJeise erfolgen, daß zunächst das Geuiebe 1¹ mit der drahtartiqen Verstärkung in einem ersten Arbeitsgang zusammengebracht uiird, und daß anschließend an dieses Zusammenbringen in einem weiteren Arbeitsgang die Riffelung erzeugt wird und zwar derart, daß die Drähte 3¹ der einen Schar im Bereich der Vertiefungen der Riffel der Drähte aer anderen Schar angeordnet sind. Die Bandbreite ist in der Zeichnung mit ti,-, bezeichnet und soll etwa der Höhe einer Lage des daraus zu bildenden Packungskörpers entsprechen .

Bei Verwendung eines aus Glasfasern bestehenden (J

Bandes ist es zweckmäßig, bei der Herstellung von einzelnen Lamellen für Packungskörper die Längskanten des Glasfasergewebes der einzelnen Stücke mit einer kleinen Easflamme zum Schmelzen zu bringen, um ein Ausfasern zu vermeiden.

In Fig. 3 sind Lamellen 10, die beispielsweise in einer der vorstehend beschriebenen Weisen hergestellt morden sind, in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschließend aufeinander gelegt und sodann zu einem Packungskörper vereinigt und schließlich in den Stoff-

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austauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden. Aus der Zeichnung wird die unterschiedliche Größe der einzelnen Lamellen 10 ersichtlich, die von den beiden Außenseiten her zunimmt, derart, daß die Lamellen 10 beim Zusammenfügen einen zylindrischen Körper ergeben. Die Lamellen 10 bestehen aus einem Glasfasergeuiebe mit einer drahtartigen Verstärkung, die an den gegenüberliegenden Kanten des Geuiebes endet. Die Riffelungen verlaufen bei P benachbarten Teilen derart, daß sich die Riffelungen von je zwei benachbarten Lamellen schneiden.

Uienn eine Oberflächenvergrößerung bei gleichbleibendem Volumen gewünscht wird, so ist eine Ausbildungsform vorteilhaft, uiie sie aus Fig. 3a hervorgeht, die in einem Querschnitt senkrecht zur Kolonnenachse einen in die Kolonne 11 eingefügten Packungskörper zeigt· Bei diesem Packungskörper ist zwischen je zwei geriffelten Lamellen 10 eine ungeriffelte Lamelle 12 eingefügt, die bis auf die Riffelung in ihrer Ausbildung mit den geriffelten Lamellen übereinstimmt, d.h. aus einem Glasfasergetuebe fe mit einer drahtartigen Verstärkung bestsbt, Bai sehr großem Kolonnendurchmesser kann es zweckmäßig sein, jeden Packungskörper aus mehreren Teilkörpern herzustellen und diese beispielsweise durch ein Gerüst aus Blech von der Höhe der Lamellen zusammenzuhalten.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein spiralig aufgeu/ickeltes Band zur Herstellung eines Uickelkörpers. Dieser Wickelkörper besteht aus einem doppelschichtigen Band 15a, 15b das aus einem Textilgewebe mit drahtartiger Verstärkung gemäß der Erfindung

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hergestellt ist* Das einschichtige Band hat eine Fischgratriff elung, die in der oberen Bandhälfte einen Winkel von 45° und in der unteren Bandhälfte einen Winkel von 135 gegen die Vertikale einschließt. Das geriffelte Band ist so umgebogen, daß die beiden Bandenden aufeinander liegen, so daß sich die Riffelungen der beiden Bandhälf-ten 15a und 15b überschneiden bzui» kreuzen. Dieses doppelschichtige Band luird in einer in'der Zeichnung an- M gedeuteten Waise spiralförmig - zweckmäßig um ein massives Kernstück herum — so aufgeuiickelt, daß sich die einzelnen Wicklungen gegenseitig an den Riffelungen punktförmig berühren.

Fig. 4a zeigt ähnlich uuie Fig. 3a eine Kolonne 16 im Querschnitt, in die ein als Wickelkörper ausgeführter Packungskörper eingefügt ist. Zur Vergrößerung der Leitflächen für die in der Kolonne behandelte Flüssigkeit ist bei dieser Ausführungsfarm zusammen mit einem geriffelten einschichtigen Band 15 ein ungeriffeltes Band 17 aufgewickelt. ·

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Claims

Patentansprüche

1, Für Stoffaustauschkolonnen bestimmte Packungskörper, W uielche aus sich gegenseitig berührenden Lagen aus einem

nicht selbsttragenden Gebilde mit einer drahtartigen Verstärkung bestehen, und ujobei mindestens jede zweite Lage mit einer Riffelung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus zwei Scharen von parallelen, in gegenseitigem Abstand angeordneten Drähten (2,3}2',3') gebildet ist, uiobei die Drähte einer ersten Schar quer zu den Drähten der zweiten Schar angeordnet sind und ein Teil der Drähte auf der einen Oberfläche des Gebildes (1;1') und der andere Teil der Drähte auf der anderen Oberfläche des Gebildes aufliegt und die Drähte an mindestens einem Teil der Kreuzungsstellen (5;5') durch das Gebilde hin- ^ durch miteinander verbunden sind·

2, Packungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil der Verstärkung von einer entsprechend der Riffelung geformten Schar von Drähten (2) gebildet ist, auf welcher das Gebilde (1) mit einer Oberfläche aufliegt, und daß der andere Teil der Verstärkung aus einer Schar von Drähten (3) besteht, weiche auf der anderen Oberfläche des Gebildes in die Vertiefungen (4a) der einzelnen Riffel (4) eingelegt sind.

3₀ Packungskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vertiefungen (4a) der Riffel (4)

auf der Seite der ersten Schar eine dritte Schar von Drähten (6) eingelegt ist, wobei die erste und die dritte Schar an mindestens einem Teil der Kreuzungsstellen (7) direkt verbunden sind_e

-4. PackungskörpHT nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtverbindungen an den Kreuzungsstellen (5,7;5') durch Punktschuieißung gebildet sind. *

5. Packungakörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde aus einem Textilgewebe mit offenen Maschen besteht*

6. Packungskörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilgewebe aus Glasfasern besteht.

7. Packungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde (1) sich nur über einen Teil des von der drahtartigen Verstärkung (2,3,4) gebildeten

Gerüstes erstreckt. Λ

8. Verfahren zur Herstellung eines Packungskörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenartige Gebilde für sich hergestellt wird und sodann mit der drahtartigen Verstärkung zusammengebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsgang eine eiste Schar von entsprechend der Riffelung geformten Drähten hergestellt wird und diese Drahts parallel in Abständen voneinander angeordnet werden, und daß in einem zweiten Arbeitsgang

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ßAD ORIGfNAL,

das Gebilde mit einer Oberfläche auf diese Drähte aufgelegt luird, und daß in einem dritten Arbeitsgang eine ziueite Schar uon Drähten auf der anderen Oberfläche des Gebildes in die Vertiefungen der einzelnen Riffel eingelegt und an mindesntens einem Teil der Kreuzungsstellen k mit den Drähten der ersten Schar dutch das Gebilde hindurch miteinander verbunden werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arbeitsgang in die Vertiefungen der Riffel auf der Seite der ersten Schar eine dritte Schar von Drähten eingelegt ujird und daß die erste und die dritte Schar an mindestens einem Teil der Kreuzungsstellen direkt verbunden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde mit der aus zwei Scharen von Drähten gebildeten Verstärkung in einem ersten Arbeitsgang zusammen-

P gebracht uiird und daß anschließend an dieses Zusammenbringen in einem weiteren Arbeitsgang die Riffelung erzeugt wird, derart, daß die Drähte der einen Schar im Bereich der Vertiefungen der Riffel der Drähte der anderen Schar angeordnet sind.

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