DE2058465C3 - Füllkörper für Kolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllkörper für Kolonnen, die ein Ineinanderschachteln der Füllkörper verhindern, mit einem öffnungen aufweisenden Sattelteil und mit von gegenüberliegenden Flächen des Sattelteils abstehenden Flügeln, mit einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu M asse.

Ein Füllkörper dieser Art ist aus der DT-AS 11 07 201 bekannt und eignet sich für die Verwendung in Wasch-, Destillations- und Wärmeaustauschkolonnen. Bei den bekannten Füllkörpern besteht nur wenig Neigung zum Ineinanderschachteln und sie verursachen einen geringen Druckabfall. Außerdem ist die Neigung, Strömungskanäie für die Flüssigkeiten zu bilden, gering.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Füllkörper der eingangs erläuterten Art zu schaffen, der die guten Eigenschaften des bekannten Füllkörpers noch verbessert, d. h. einen Füllkörper zu schaffen, der in Kolonnen nur wenig Neigung zum Ineinanderschachteln zeigt einen geringen Druckabfall verursacht und nicht zur Bildung von Strömungskanälen für die Flüssigkeiten und damit zur Behinderung des Gegenstromflusses neigt Außerdem soll der Füllkörper billig und leicht herstellbar und formbeständig sein.

Weiterhin soll eine Kolonnenfüllung genügend Porosität aufweisen, um ein Ersaufen des Bettes in der Flüssigkeit zu vermeiden und einer Lagerungsstörung des Bettes durch eine hohe Geschwindigkeit zu widerstehen, welche einzelne Füllkörper aus der Kolonne herausträgen könnte.

Gemäß der Erfindung ist der Füllkörper dadurch gekennzeichnet daß von den sich gegenüberliegenden Flächen des Sattelteils jeweils wenigstens ein zu jeweils einer der Öffnungen koaxialer kegelstumpfförmiger Ansatz vorspringt und daß zur Verhinderung des Ineinanderschachtelns der Ansätze jeder dieser Ansätze mit wenigstens einem Stützflügel versehen ist. Der technische Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich aus Vergleichsversuchen, denen ein Füllkörper nach der Erfindung und der Füllkörper gemäß Fig. 7 der DT-AS 11 07 201 zugrunde lagen. Das Ergebnis dieser Vergleichsversuche ist in den Diagrammen entsprechend den Tafeln I bis VI dargestellt In diesen Diagrammen ist der Druckabfall über der Luftströmung aufgetragen. Parameter ist die Flüssigkeitsströmung. Tafel I zeigt den Druckabfall für den mit A bezeichneten erfindungsgemäßen Füllkörper, während in Tafel II der Druckabfall des mit B bezeichneten bekannten Füllkörpers für entsprechende Parameterwerte der Flüssigkeitsströmung L dargestellt ist. Die Tafeln IH bis VI ermöglichen einen Vergleich der Druckabfallkurven der erfindungsgemäßen Füllkörper A und der bekannten Füllkörper B für die Parameterwerte der Flüssigkeitsströmung aus den Tafeln I und U. Insbesondere die Tafeln III bis VI zeigen den selbst bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten erheblich niedrigeren Druckabfall des erfindungsgemäßen Füllkörpers A. Die erfindungsgemäßen Füllkörper ermöglichen somit eine hohe Geschwindigkeit der Medienströme durch ein Füllkörperbett Die Stützflügel verhindern in erster Linie das Ineinanderschachteln der Ansätze. Dies schließt jedoch nicht aus, daß benachbarte Füllkörpei ohne merkbaren Verlust an wirksamer Übertragungs fläche mit ihren Eintritts- bzw Austrittsöffnunger gegenüberliegen und daher die Strömung der Flüssig keit bzw. die Gegenströmung des Gases wenige beeinträchtigen. Weiterbildungen der Erfindung erge ben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. In dieser zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Füllköi pers nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 jeweils eine Draufsicht und ein Seitenansicht des Füllkörpers gemäß F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in F i g. 3 und

Fig.5 eine Seitenansicht der um 45^C gedrehte Darstellung gemäß F i g. 3.

<f

Der in der Zeichnung dargestellte Füllkörper umfaßt :inen verhältnismäßig dünnwandigen Sattelteil 10, der ran oben gesehen gleiche und einander gegenüberliegende Erhebungen 13 und 14, die nachfolgend als Sattelköpfe bezeichnet werden, und gleiche einander gegenüberliegende und nach unten geschwungene Sattelflanken U und 12 aufweist, die im rechten Winkel zu der Symmetrielinie der Erhebungen liegen. Wenn man den Füllkörper von unten betrachtet, erscheinen die als Flanken bezeichneten Teile 11 und 12 als Sattelköpfe und diejenigen Teile des Sattelteils 10, welche als Saitelköpfe bezeichnet wurden, erscheinen bei der Betrachtung von unten als Sattelflanken. Der Rand 9 des Sattelteils 10 erscheint in der Draufsicht kreisförmig (F i g. 2 und 4) und liegt in einem Zylinder, dessen Achse die Mittelachse a-a der gesamten Einheit darstellt Der Rand 9 weist eine doppelt geschwungene sinusförmige Form auf.

Der Sattelteil 10 weist vier gleiche kreisförmige öffnungen 15 (F i g. 4) auf, die im allgemeinen in den vier Quadranten des Sattelteils 10 angeordnet sind. Kegelstumpfförmige Ansätze 16 bis 19 sind koaxial zu jeder öffnung 15 angeordnet. Die Ansätze 16 und 17 gehen von diametral gegenüberliegenden öffnungen auf der einen Seite des Sattelteils 10 aus, während die Ansätze 18 und 19 von diametral gegenüberliegenden öffnungen auf der anderen Seite des Sattelteils ausgehen. Jeder Ansatz verjüngt sich in Richtung seines freien Endes und weist in Längsrichtung verlaufende Scnlitze 21 auf, von denen jeweils vier Stück für jeden Ansatz gezeigt sind. Die senkrechte Symmetrieebene b-b (F i g. 2) geht durch die Hochachse a-a und die höchsten Punkte der nach oben geschwungenen Sattelköpfe 13 und 14. Die Verbindungsachse der Ansätze 16 und 17 schneidet die Ebene h-b in der Hochachse a-a unter einem Winkel von 45°. Die Ansätze 18 und 19 auf der gegenüberliegenden Seite des Sattelteils 10 sind unter einem rechten Winkel zu der Ebene der Achsen der Ansätze 16 und 17 ausgerichtet (F i g. 2 und 4). Von der Sicht eines imaginären Reiters, der auf dem Sattelteil 10 sitzt und den Sattelkopf 13 ansieht, befindet sich der Ansatz 16 im rechten vorderen Quadranten und der Ansatz 17 in dem linken hinteren Quadranten. Wie in den F i g. 1 und 3 dargestellt, kommen die Grundflächen der Ansätze aufgrund dieser Anordnung in den Quadranten annähemd in der Mittelebene des Füllkörpers zu liegen, die senkrecht zur Achse a-a verläuft. Hierdurch reichen Stützflügel 25 und 26, die ein Ineinanderschachteln der Ansätze verhindern und mit den Ansätzen 16 und 17 in Verbindung stehen, von den niederen Punkten der Sattelflanken U und 12 bis hinauf zu den offenen Enden der kegelstumpfförmigen Ansätze. Da der Füllkörper gleich und symmetrisch oben wie unten, jedoch um 90° gedreht ausgeführt ist, stützen weitere Stützflügel 27 und 28, die mit den Ansätzen 18 und 19 verbunden sind, von unten die Sattelköpfe.

Ein Verbindungsflügel 22 verbindet die Ansätze 16 und 17, und ein ähnlicher Verbindungsflügel 23 verbindet die Ansätze 18 und 19. Jeder Verbindungsflügel erstreckt sich über die volle Höhe eines jedtn Ansatzes und ist einstückig mit dem Sattelteil 10 und den Ansätzen ausgeführt. Der Verbindungsflügel 22 steht im rechten Winkel zum Verbindungsflügel 23, wie dies aus F i g. 2 ersichtlich ist. Das äußere Ende eines jeden Verbindungsflügels ist vorzugsweise konvex ausgebildet, wie dies bei 2!4 in den F i g. 1 und 3 zu sehen ist.

Ein Ineinanderschachteln der Füllkörper in Richtung ihrer Hochachse entsprechend der offenen Gestaltung der Ansätze ist durch die Stützflügel verhindert, die mit den Ansätzen verbunden sind Die Stützflügel 25 und 26 erstrecken sich in voller Höhe von den offenen Enden der Ansätze 16 und 17 in entgegengesetzten Richtungen, jedoch parallel zueinander und ebenso ist dies bei den Stützflügeln 27 und 28 der Fall, die von den Ansätzen 18 und 19 in entgegengesetzten Richtungen, jedoch parallel zueinander, abstehen. Jeder dieser Stützflügel liegt in einer Sehnenebene des geometrischen Zylinders, der durch den sinusförmigen Rand des Sattelteils bestimmt ist Die Stützflügel sind auf jeder Seite des Sattelteils 10 im rechten Winkel zu den entsprechenden anderen Stützflügeln auf der anderen Seite sowie im rechten Winkel zu den Verbindungsflügeln 22 und 23 jeweils auf der gleichen Seite ausgerichtet. Ein seitliches Ineinanderschachteln bzw. eine Nebeneinanderstellung ist vorteilhaft und erhöht die Absorptionsfläche je Volumeneinheit. Beispielsweise kann ein unterer Ansatz eines Füllkörpers mit seinem Stützflügel in den rechts im Vordergrund der F i g. 1 gezeigten freien Raum zwischen den nach obengerichteten Ansätzen und dem Verbindungsflügel eines anderen Füllkörpers oberhalb des Sattelteils 10 des letzteren eindringen, jedoch wird ein derartiges Eindringen auf eine Punkt- oder geringe Linienberührung zwischen beiden Einheiten begrenzt. Darüber hinaus bewirkt ein solches Eindringen eines Füllkörpers mit schmalem offenem Ende des eingeschobenen Ansatzes in der Nähe und mit Abstand oberhalb des großen offenen Randes eines anderen kegelstumpfförmigen Ansatzes eine Volumenverringerung in bezug auf das Füllkörperbett ohne merkbaren Verlust an wirksamer Übertragungsfläche und ohne Beeinträchtigung des freien Stromes der Flüssigkeit und des Gegenstromes des Gases durch die angrenzenden Füllkörper.

Vorzugsweise sind alle Stützflügel mit in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen 30 versehen, die mit Öffnungen 31 in dem Sattelteil 10 in Verbindung stehen, von denen jeweils eine einem Schlitz zugeordnet ist. Der Durchmesser der öffnungen 31 entspricht vorzugsweise der Breite des Schlitzes 30 und ist geringer als der Durchmesser der öffnungen 15 für die Ansätze. Am Umfang des Sattelteils 10 sind einstückig mit diesem Verstärkungsrippen 32 angeformt, die sich entlang des Randes des Sattelteils 10 erstrecken. Vorzugsweise haben die Verstärkungsrippen eine Länge, die etwa einem Viertel des Umfangs des Sattelteils 10 entspricht und diese Verstärkungsrippen sind der Reihe nach an den gegenüber liegenden Flächen des Sattelteils versetzt angeordnet, wie dies in den Fig.2 und 4 gezeigt ist.

Der Füllkörper kann aus geeigneten metallischen, keramischen, harzartigen und kunstharzartigen Materialien bestehen und hinsichtlich der Größe in einem bestimmten Größenbereich ausgeführt sein. Vorliegende Versuche legen es nahe, dem Füllkörper einen Durchmesser von ungefähr 7,5 cm zu geben. Ähnliche Vorteile werden aber auch bei halb so großen Füllkörpern erzielt. Die einzigen Beschränkungen in der Materialauswahl für die Füllkörper sind die Kosten, die Widerstandsfähigkeit gegen den Angriff von durchströmenden Medien und die Schwierigkeit der Herstellung der gewünschten Form. Ein bevorzugtes Material ist ein formbares, stabiles, relativ leichtes Kunstharz oder Harz, wie z. B. Polyäthylen, verschiedene Polyvenylharze, wie Polyvenylchlorid, Polyvenylacetat, Polyvenylalkohol und ähnliche, Polyamide, wie Nylon, Poiytetra-

fluoräthylen usw. Ein bevorzugtes synthetisches Harz ist Polypropylen. Wenn der Füllkörper aus einem formbaren Kunststoff hergestellt werden kann, so kann er in einer einzigen zweiteiligen Form gefertigt werden.

Im Gebrauch wird eine Vielzahl von Füllkörpern als beliebig verteilte lose Masse in eine Kolonne oder den Betreu dieser Kolonne hineingeworfen und wahllos verteilt, wodurch diese Füllkörper die innere Oberfläche der Kolonne vergrößern und eine innige Mischung der aufsteigenden und der herabfließenden Medienströme erleichtern, die durch die Kolonne hindurchgeführl werden. Die Erfindung verbessert die Leistung und den Wirkungsgrad des Stoffaustausches und gestattet eine hohe Geschwindigkeit der Medienströme durch das Füllkörperbett.

Es sei erwähnt, daß der vorliegende Füllkörper frei ist von Taschen und Vorsprüngen, welche dazu neigen. Schmutz und andere Beimengungen zu sammeln. Ein

derartiger Schmutz- oder Fremdkörper staut sich häufig so weit auf, daß eir zu einer Verstopfung der Packung führt. Da der Füllkörper gemäß der Erfindung nicht zu Verstopfungen neigt und daher einen freien Durchfluß gewährt und selbstreinigende Eigenschaften aufweist, kann die Betriebszeit einer Kolonne verlängert werden, ehe der Betrieb für eine Besichtigung und Reinigung der Kolonne unterbrochen wird.

Die neuartige Formgebung bzw. Gestajtung des erfindungsgemäßen Füllkörpers gestattet eine 30 %ige Verminderung der Anzahl der Füllkörper pro Volumeneinheit der Kolonne bezogen auf bisher übliche Raschigringe und Berl-Sattelkörper und bringt einen geringeren Energieverlust für das gesamte System mit sich. Alle diese erläuterten Vorteile des vorliegenden Fiillkörpers tragen zu einer erhöhten Absorption von Gas durch eine Flüssigkeit oder zu einer verbesserten Trennung eines Gases von einer Flüssigkeit bei.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Füllkörper für Kolonnen, die ein Ineinanderschachteln der Füllkörper verhindern, mit einem Öffnungen aufweisenden Sattelteil und mit von gegenüberliegenden Flächen des Sattelteils abstehenden Flügeln, mit einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Masse, dadurch gekennzeichnet, daß von den sich gegenüberliegenden Flächen des Sattelteils (10) jeweils wenigstens ein zu jeweils einer der Öffnungen (15) koaxialer kegelstumpfförmiger Ansatz (16, 17, 18, 19) vorspringt und daß zur Verhinderung des Ineinanüerschachtelns der Ansätze (16,17,18,19) jeaer dieser Ansätze (16,17,18,19) mit wenigstens einem Stützflügel (25, 26,27,28) versehen ist

2. Füllkörper nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß der Stützflügel (z. B. 25) einen Schlitz (30) aufweist der bis zu einer Öffnung (31) in dem Sattelteil (10) reicht.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß auf der gleichen Seite des Sattelteils (10) zwei Ansätze (16, 17; 18, 19) vorgesehen sind, die durch einen Verbindungsflügel (22; 23) miteinander verbunden sind.

4. Füllkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß an der gegenüberliegenden Seite des Sattelteils (10) ein Paar durch einen Verbindungsfiügel (23) verbundener Ansätze (18,19) angeordnet ist

5. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ansätze (16,17; 18, 19) verbindenden Verbindungsflügel (22; 23) in senkrecht zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind, deren durch den Schnittpunkt gehende Achse mit der Achse (a-a) des Füllkörpcrs identisch ist

6. Füllkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Ansätze (16,17; 18, 19) an den gegenüberliegenden Flächen des Sattelteils (10) zu beiden Seiten der durch die Sattelköpfe (13, 14) gehenden Symmetrielinie (b-b) liegen und daß jeweils bezogen auf eine Fläche des Sattelteils (10) jedem Sattelkopf (13, 14) ein Ansatz (16, 18; 17, 19) derart zugeordnet ist, daß die Verbindungsachse der Ansätze die Symmetrielinie (b-b) unter einem Winkel, vorzugsweise von 45°, schneidet.

7. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sattelteil (10) im Bereich des äußeren Randes mit Rippen (32) versehen ist, die an gegenüberliegenden Seiten des Sattelteils (10) miteinander abwechseln.

8. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (16 bis 19) sich in Richtung ihrer freien Enden verjüngen.