DE19715704C2 - Füllkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Füllkörper dient zur Befüllung von in einem breiten Belastungsbereich betreibbaren Destillations-, Absorptions- und Extraktionskolonnen.

Aus der polnischen Patentschrift 53 193 ist ein Füllkörper für derartige Trennkolonnen bekannt, welcher am Umfang eines Hohlzylinders dreieckige Ausschnitte besitzt. Diese Ausschnitte sind nach innen eingebogen, wobei die Dreiecksspitzen der Ausschnitte zueinander gerichtet sind.

Ferner ist aus der polnischen Patentschrift 74 693 ein Füllkörper für die o. g. Kolonnen be­ schrieben, dessen Ausschnitte in der Ringumwandung bogenförmig angeordnet sind und dessen Flächen im Innern der Ringumwandung parallele schraubenförmige Flächen bilden.

Ein anderer Füllkörper ist aus der deutschen Patentschrift 853 159 unter dem Namen Pallring bekannt. Dieser Füllkörper umfaßt eine Ringumwandung mit zahlreichen rechteckigen Aus­ schnitten, die nach innen eingebogen sind.

Ferner sind viele Arten von strukturierten Packungen aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Metall, Kunststoff, Keramik oder Glas, in Form von Ringen mit oder ohne Boh­ rungen in der Umrandung aus der Praxis bekannt.

Bei manchen der vorbekannten Füllkörper sind die Ausschnitte in der Ringumwandung so weit nach innen eingebogen, daß dadurch der Durchfluß des Gases und der Flüssigkeit als die Kolonne und damit die Füllkörperschüttung durchströmende Medien erschwert wird. Dadurch kommt es in der Schüttung quer zur Längsachse der Kolonne zu einer ungleich­ mäßigen Phasenverteilung, auch Maldistribution genannt. Daraus folgt eine verminderte Trennleistung und damit eine verringerter Wirkungsgrad der Schüttung und der Kolonne insgesamt. Nachteilig bei den bekannten Füllkörpern ist außerdem, daß der Anteil der bei­ spielsweise dreieckig oder rechteckig gestalteten Ausschnitte in der Ringumwandung le­ diglich 25 bis 30% der gesamten Ringoberfläche ausmacht.

Ein Füllkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-A1-26 03 124 bekannt. Dieser Füllkörper hat eine Ringumwandung, deren mittlerer Abschnitt nach innen gerichtete Einbiegungen und deren außenliegende Abschnitte in Form eines Hohlzylinders ausgebildet sind. Bei einer Draufsicht auf den bekannten Füllkörper ergeben sich durch die Einbiegungen und die teilkreisbogenförmigen Abschnitte der Ringumwandung etwa linsen­ förmige Durchtrittsöffnungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllkörper zu schaffen, der eine verbes­ serte Belastbarkeit und gleichzeitig eine Verringerung des Druckverlustes bei der Durch­ strömung der Schüttung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Füllkörper mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllkörper stellt lediglich die mittlere Ringfläche, d. h. der mittlere, durch einen eine geschlossene Mantelfläche aufweisenden Teil der Ringwandung gebildete Abschnitt, die eigentliche Umwandung dar, wobei die außenliegenden Abschnitte nach innen gebogen sind und pro außenliegendem Abschnitt vorzugsweise einen drei­ schenkligen Stern mit abgerundeten, nach innen und außen weisenden Scheiteln bilden. Es hat sich gezeigt, daß für den Stofftransport, den Druckverlust und die Belastbarkeit der aus einer Vielzahl von Füllkörpern bestehenden Schüttung der Anteil der offenen Fläche, das sind im Fall der Erfindung die beiden außenliegenden Abschnitte, entscheidend ist. Erfin­ dungsgemäß entstehen im Innern des Füllkörpers möglichst kurze Abstände zwischen den Einbiegungen, wodurch möglichst kurze Kontaktzeiten der im Inneren des Füllkörpers her­ abfallenden Tropfen erreicht werden. Der erhöhte Anteil der "offenen" Fläche des Füllkör­ pers führt letztlich zu einer höheren Belastbarkeit, einer erhöhten Trennleistung und einem geringeren Druckverlust. Insgesamt also ist bei dem erfindungsgemäßen Füllkörper die für den Stoffaustausch aktive, d. h. die den Stoffaustausch beeinflussende Fläche, welche durch die Einbiegungen gebildet wird, deutlich erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Füllkörper,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Füllkörpers.

Der erfindungsgemäße Füllkörper weist eine Ringumwandung 1 in Form eines Hohlzylin­ ders sowie aus der Ringumwandung 1 nach innen gerichtete, profilierte Einbiegungen 2, 3 auf. Die Gesamthöhe H des Füllkörpers ist, wie genauer in Fig. 2 gezeigt, in drei Ab­ schnitte unterteilt, wobei der mittlere Abschnitt durch einen eine geschlossene Mantelflä­ che aufweisenden Teil der Ringumwandung gebildet ist und jeder außenliegende Abschnitt miteinander verbundene Einbiegungen 2; 3 aufweist, welche zusammen die Form eines Sterns 4 haben.

Gemäß Fig. 1 hat jeder außenliegende Abschnitt im wesentlichen identische, gleichmäßig in Umfangsrichtung des Füllkörpers voneinander beabstandete Einbiegungen 2; 3, welche zusammen die Form eines dreischenkligen Sterns 4 aufweisen. Aus Fig. 1 ist ferner ersicht­ lich, daß die Einbiegungen 2; 3 des einen außenliegenden Abschnitts zu den Einbiegungen 3; 2 des anderen außenliegenden Abschnitts um 60° zueinander versetzt sind.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist die Höhe a der außenliegenden Abschnitte gleich. Außerdem ent­ spricht die Höhe a der außenliegenden Abschnitte in dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Höhe b des mittleren Abschnitts der nicht eingebogenen Ringumwandung 1.

Die Ringumwandung 1 ist beispielsweise aus einem metallischen Blech mit einer Wand­ dicke von etwa 0,25 bis 0,7 mm gefertigt. Es ist aber auch möglich, den erfindungsgemä­ ßen Füllkörper aus einem anderen Werkstoff zu fertigen.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Einbiegungen 2, 3 nach innen und nach außen weisende Scheitel 5, 6 in abgerundeter Form aufweisen, so daß der erfindungsgemäße Füllkörper in Schüttungen weniger leicht zu Verkantungen neigt, so daß letztlich pro m³ der Trennko­ lonne mehr Füllkörper als bei herkömmlichen Schüttungen angeordnet werden können. Dadurch wird die Trennleistung der Schüttung erhöht.

Gemäß Fig. 3 ist der Gesamtdurchmesser D des Füllkörpers größer als dessen Gesamthöhe H, wobei das Verhältnis von Gesamthöhe H zu Gesamtdurchmesser D vorzugsweise etwa 1 : 2 beträgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllkörper ist eine maximal mögliche Ausnutzung der Ring­ umwandungsfläche gewährleistet, so daß dieser Füllkörper eine gute Durchmischung von gasförmiger und flüssiger Phase ermöglicht.

Erfindungsgemäß beträgt die Fläche des eine geschlossene Mantelfläche aufweisenden Teils der Ringumwandung etwa 33% der gesamten Füllkörperoberfläche, wohingegen et­ wa 67% der gesamten Füllkörperoberfläche auf die sternförmig eingebogenen Abschnitte der Ringumwandung entfallen. Da etwa 2/3 der Füllkörperoberfläche nach innen eingebo­ gen ist, wo die Strömungswiderstände bekanntlich am geringsten sind, setzt der erfindungs­ gemäße Füllkörper den strömenden Medien einen im Vergleich zu den bekannten Füllkör­ pern verringerten Widerstand entgegen, so daß letztlich der Druckverlust pro Meter Schütthöhe reduziert ist. Jeder Füllkörper hat in der Schüttung einen engen Kontakt zu den benachbarten Füllkörpern, so daß, wie zuvor erwähnt, pro m³ des Volumens der Trennko­ lonnne mehr Füllkörper untergebracht werden können. Dadurch unterliegt die herabflie­ ßende Flüssigkeit einer häufigen Oberflächenerneuerung auf einer Länge, die etwa einem Drittel der gesamten Füllkörperhöhe entspricht, was eine der Grundvoraussetzungen für ei­ nen hohen Stoffübergangskoeffizienten bei der Stoffübertragung in einer Trennkolonne ist. Mit dem erfindungsgemäßen Füllkörper lassen sich deshalb erhöhte Trennleistungen bei ein und derselben Kolonne erzielen. Umgekehrt kann bei Vorgabe eines bestimmten Tren­ nergebnisses unter Verwendung der erfindungsgemäßen Füllkörper beispielsweise die Hö­ he der Trennkolonne im Vergleich zu einer Kolonne mit herkömmlichen Füllkörpern ver­ ringert werden.

Die profilierten Einbiegungen in Form eines dreischenkligen Stern bilden eine Stützkon­ struktion für den Füllkörper, so daß dieser beispielsweise aus einem sehr dünnen Blech herstellbar ist. Dadurch reduziert sich der Materialverbrauch, der für die Herstellung von einem m³ Schüttung der Füllkörper erforderlich ist. Daneben läßt sich auch eine nicht un­ erhebliche Gewichtseinsparung erzielen.

Der erfindungsgemäße Füllkörper ist auf einfache Weise aus Metall, Kunststoff oder Kera­ mik herstellbar. Die profilierten Einbiegungen erfolgen längs einer Linie 7 (vgl. Fig. 2 und 3) der Ringumwandung 1.

Füllkörper finden eine weite Verbreitung insbesondere in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und der Petrochemie, auf dem Gebiet der Metallurgie und der Gasreinigung sowie in Geruchsminderungsanlagen.

Claims (7)

1. Füllkörper mit einer Ringumwandung (1) in Form eines Hohlzylinders und mit aus der Ringum­ wandung (1) nach innen gerichteten profilierten Einbiegungen (2, 3), wobei die Ge­ samthöhe (H) des Füllkörpers in drei Abschnitte unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt durch einen eine geschlossene Mantelfläche aufweisenden Teil der Ringumwandung (1) gebildet ist und jeder außenliegende Abschnitt miteinander verbundene Einbiegungen (2; 3) aufweist, welche zusammen die Form eines Sterns (4) haben, und daß die Fläche des mittleren Abschnitts etwa 33% und die Fläche der außenliegenden Abschnitte etwa 67% der gesamten Füllkörperoberfläche beträgt.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder außenliegende Ab­ schnitt drei identische, gleichmäßig in Umfangsrichtung des Füllkörpers voneinander beabstandete Einbiegungen (2; 3) hat, welche zusammen die Form eines ' dreischenkligen Sterns (4) haben.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbiegungen (2; 3) des einen außenliegenden Abschnitts zu den Einbiegungen (3; 2) des anderen au­ ßenliegenden Abschnitts um 60° zueinander versetzt sind.

4. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (a) der außenliegenden Abschnitte gleich ist und daß die Höhe (a) der außen­ liegenden Abschnitte vorzugsweise der Höhe (b) des mittleren Abschnitts der nicht ein­ gebogenen Ringumwandung (1) entspricht.

5. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringumwandung (1) aus einem metallischen Blech mit einer Wanddicke von 0,25 bis 0,7 mm gefertigt ist.

6. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbiegungen (2; 3) nach innen und nach außen weisende Scheitel (5, 6) in abgerun­ deter Form aufweisen.

7. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdurchmesser (D) des Füllkörpers größer als dessen Gesamthöhe (H) ist, wo­ bei das Verhältnis von Gesamthöhe (H) zu Gesamtdurchmesser (D) vorzugsweise 1 : 2 beträgt.