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EINRICHTUNG FÜR DAS BERÜHRENLASSEN VON STOPPEN, DIE SICH IN WILKÜRLICHEN
PHASEN BEFINDEN Wie bekannt, ist die Berührung von Stoffphasen, z.B.
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von Flüssigkeiten, Gasen und Stoffen im festen Aggregatzustand für
bestimmte Zwecke auf zahlreichen Gebieten der Industrie gebräuchlich. Das Verfahren
beruhend auf der Berührung der Phasen ist insbesondere in der chemischen Industrie
und in den verwandten Industrien bedeutungsvoll.
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In diesen Industrien beruhen zahlreiche Arbeitsgtinge (z.B. Destillation,
Qbsorption, Extraktion, usw.) auf der Berührung der Phasen.
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Die AusfUhrungefo.rmen der Apparate für das Bertihrenlassen der Stoffphasen
sind zahlreich. Die am meisten verwendeten sind Türme, oder turmähnliche Apparate.
In diesen Apparaten bertihren sich die Flüssigkeits-, Dampf-oder Gasphase bildende
Mittel, wodurch das Übertragen des, oder der Komponenten, die Wa"rmeübertragung,
das Ablaufen der Reaktionen zwischen der oder den Phasen, bzw. deren einzelnen Bestandteilen
gesichert wird.
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Das Mass der Stoffübertragung, der Wärmeübertragung und der chemischen
Reaktionen wird u.a. durch die Grösse der zwischen den Phasen befindlichen Berührungsflächen
erheblich beeinflusst. Für die Erhöhung der Berührungsfläche enthalten die bekannten
turmförmigen Apparate verschiedene Einrichtungen. Die turmförmigen Apparate können
vom Standpunkt der Phasenberührungsvorrichtungen wie folgt in Gruppen eingeteilt
werden: es gibt tassenartige, mit einer Füllung versehene, und andere mechanische
Tuumausführungen.
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Die tassenartigen Turmkonstruktionen werden dadurch gekennzeichnet,
dass die, die Phasenberührung intensiver machende tasten voneinander in bestimmten
Entfernungen angeordnet sind. Diese lassen die Phasen aufgrund des stufenweisen
Prinzips in Berührung kommen.
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Die mit einer Füllung versehenen Türme können dadurch gekennzeichnet
werden, dass in diesen eine, einen zusammenhangenden Haufen bildende, sogenannte
Phasenberührungsstillung vorhanden ist.
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Beweglich der Tassen und Füllungstypen sind in der
Industrie
inannigfaltige Abarten gebräuchlich. Der Zweck Jeder dieser Abarten ist das wirtschaftlicher
Gestalten der Produktion. Bei den wirtschaftlichen Forderungen werden zweckmässig
die betrieblichen und Instandhaltungsgesichts punkte berücksichtigt. Diese Gesichtspunkte
werden erheblich durch die Wirksamkeit der Einrichtung beeinflusst (im Fall von
Tassenapparaten# durch den Wirkungsgrad der Tasse), da mit einer Einrichtung besseren
Wirkungsgrades kann der vorgeschriebene Arbeitsgang in einem Apparat geringerer
Höhe, weniger Konstruktionselemente enthaltend, daher auch mit geringerem Gewicht
verwirklicht werden.
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Bei der Berücksichtigung der Herstellung sind die Materialersparnis,
die Einfachheit der Fertigung, sowie der Montage, also die Wohlfeilheit von besonderer
Wichtigkeit.
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Vom betrieblichen Standpunkt ist die Unempfindlichkeit gegen Verunreinigungen,
schwebenden festen Stoffen, Ablagerungen, usw. von Wichtigkeit. Diese beeinflussen
erheblich auch die Instandhaltungskosten.
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Ebenfalls aus betrieblichem Standpunkt ist das sogenannte elastische
Betrieben des Apparates wichtig, d.h.
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die Wirksamkeit soll sich nicht zufolge der Menge, der Geschwindigkeit,
oder in Abhängigkeit der gegenseitigen Proportion der strömenden Phasen ändern.
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Die Instandhaltungskosten werden durch die Einfachheit der Ersatzarbeiten
und deren Häufigkeit bestimmt.
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Die bisher bekannten Einrichtungen erfüllen diese technischen und
wirtschaftlichen Forderungen überhaupt nicht,
oder bloss zum Teil.
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Die Belastbarkeit und die Elastizität der bekannten tassenförmigen
Ausführungen sind beschränkt. Das ergibt sich daraus, dass diese bloss mit einem
Spalt, oder mit Löchern, eventuell mit der Kombination dieser versehen sind. Somit
ist der durch die Spalte, oder Löcher bestimmte Querschnitt konstant und dieser
beträgt bloss einen Teil des Gesamtquerschnittes der Passen (unge!Shr 10 bis 30
%). Bekannt ist hingegen, dass die Strömung über einen konstanten Querschnitt, bei
der Erhöhung der Geschwindigkeit der Strömung bedeutend sich erhöhende Energieverluste
verursacht.
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Die einfachsten Tellerkonstruktionen, (z.B. Siebteller) sind eben
wegen ihrer Elastizität nicht allgemein verwendbar. Neuerlich sind sie in den Vordergrund
getreten, nachdem ihre Herstellung und Instandhaltung einfach ist.
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Eine abgeänderte Form dieser Teller ist die mit Gas-oder rlüssigkeitslenkung
versehene Ausführung, womit eine nEt&liche turbulente Strömung sicherzustellen
ist. Eine solche Konstruktion ist der Kittel-teller, bei dem der Querschnitt der
Öffnungen der Teller 20 bis 25 % des Gesamt querschnittes beträgt, wodurch ihr Widerstand
kleiner ist als der Siebteller.
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Zu dem meist verbreiteten Tassenausführungen gehören die Blasenkappen-teller
Lösungen. Ihre Unelastizität und die aufwändige Herstellung beschränken jedoch das
Anwendungsgebiet.
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Als eine Weiterentwicklung der Tassenausführungen können die Vorrichtungen
mit Ventilwirkung (z.B. die
Glitschballast-teller) betrachtet werden,
ihre Elastizitat sicher einen vorteilhaften Betrieb, doch das Gebiet der Elastizität
wird durch die, auf der Tasse ausgebildeten Öffnungen konstanten (>erschnittes
beschränkt (über diese öffnungen ist die Vorrichtung mit Ventilwirkung angeordnet).
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Der Querschnitt dieser Öffnungen betrugt 10 bis 20 % des Gesamtquerschnittes.
Ein weiteres Problem bedeutet bei diesen Einrichtungen, dass sie besonders heikel
gegenüber festen Verunreinigungen sind.
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Die gefüllten Säulen, nachdem die Piillung als in Ruhe befindlich
anzusehen ist, arbeiten praktisch mit einer Strömung über einen konstanten Querschnitt.
Somit erscheinen auch hier die sich daraus ergebenden Nachteile (UnelastizitE*t),
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Sicherung der gleichmässigen Flüssigkeitsverteilung
den Durchmesser des Apparates, und somit auch die Belastung beschränkt. Ein weiterer
Nachteil ist noch, dass die Apparate auf Verunreinigungen äusserst empfindlich sind.
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Die Lösung unserer Erfindung vereinigt neuartig die Vorteile der
beschriebenen Einrichtungen und entspricht gleichzeitig grösatenteils sämtlichen
gestellten Forderungen.
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Die erfindungsgemässe Lösung enthält Drehachse bildende Stützelemente,
an diese sich anschliessende Kippelemente, und wenn nötig, das Verdrehen der Kippelemente
begrenzende Anschla#ge.
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Die erfindungagemässe Lösung wird in Einzelheiten naher aufgrund
der beigefügten Zeichnung erörtert, die eine beispielsweise Ausführungsform der
Einrichtung für das
Berührenlassen der Phasen darstellt.
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Fig. 1 stellt einen Teil der einen Reihe der erfindungsgemässen Einrichtung
in Grundsettung, in skizzenhafter Seitenansicht dar.
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Fig. 2 stellt einen Teil der einen Reihe der erfindungsgemässen Einrichtung
in Endstellung, in skizzenhafter Seitenansicht dar.
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Fig. 3 stellt einen Teil der einen Reihe der erfindungsgemässen Einrichtung
in skizzenhafter Obenansicht dar.
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Fig. 4 veranschaulicht einen Teil einer möglichen Ltisung der erfindungsgem#ssen
Einrichtung in skizzenhafter Seitenansicht.
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Das Wesen der Erfindung ist eine Einrichtung für das Bertihrenlassen
von Stoffen, die voneinander in bestimmten Entfernungen als Drehachse und Stützelemente
dienende Stäbe 1, oder Rohre anthält, mit auf diese in einer bestimmten Reihenfolge
aufgereihten Kippelementen 2, und mit den die Winkeldrehung der Kippelemente begrenzenden
Anschlägen 3.
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Die Kippelemente 2 sind auf die als Stützelemente und Drehachse dienenden
Stabe oder Rohre so aufgereiht, dass auf diesen das Nebeneinander betrachtet, von
den nebeneinander liegenden Kippelementen 2, eins, zwei, oder mehrere abwechselnd
bloss eine positive oder bloss eine negative Winkeldrehung durchführen können.
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Die als Stützelemente oder Drehachsen dienenden Stäbe oder Rohre
1 sind zweckn#ässig parallel zueinander und die auf diesen aufgereihten Xippelemente
sind derart angeordnet, daas sie die auf den benachbarten Stäben befindlichen Kippelemente
teilweise
decken, und so die sich berührenden Kippelemente entweder bloss eine positive, oder
bloss eine negative Winkeldrehung durchführen können.
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Aufgabe der die Winkeldrehung begrenzenden Anschläge 3 ist die Begrenzung
der Winkeldrehung der Kippelemente 2, und hierdurch die Sicherung der entsprechenden
(positiven, oder negativen) Winkeldrehung.
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Die Aufgabe der die Winkeldrehung begrenzenden Anschlage 3 kann auch
durch die als Drehachse dienenden Stbe oder Rohre 1 verrichtet werden (Siehe z.B.
Fig. 4).
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Wehren des Betriebes führen die Kippelemente 2 durch die durchströmende
Mengen der Phasen geregelt eine Winkeldrehung bis zum die Winkeldrehung begrenzenden
Anschlag 3, oder bis zum diese Aufgabe verrichtenden Konstruktionselement durch.
Hierdurch kann der für das strömende Mittel zur Verfügung stehende Querschnitt,
von den Abmessungen des zwischen den Kippelementen 2 vorhandenen Zwischenraumes
abhängig (der 1 bis 2 % des Gesamtquerschnittes betragen kann) bis 90 bis 95 % des
zur, Yerfügung stehenden Apparatequerschnittes sich ändern.
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Dementsprechend kann der optimalen Wirksamkeit entsprechenden Strömungsquerschnitt
innerhalb weiter Grenzen gesichert werden. Daher ist das Arbeiten der Einrichtung
innerhalb dieser Grenzen unabhängig von der Belastung, d.h. kann innerhalb sehr
weiter Grenzen elastisch betrieben werden.
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Die Phasenberührung wird durch die lokale Turbulenz, die die Energie
des strömenden Mittels nutzbarmacht, besonders intensiv gestaltet; diese Turbulenz
wird an zahlreichen
Stellen durch die an den Kippelementen 2 gerichteten
Querströmung erzeugt. Die Bewegung der Kippelemente hat hingegen die ständige Erneuerung
der sich berührenden Phasenflächen zur Folge.
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Aus diesen Wirkungen ergebend wird die Komponentenübertragung, der
Wärmeübergang, und die zwischen den Phasen sich abspielende Reaktion weitgehend
begünstigt.
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Die Bewegung, das Wippen der Kippelemente 2 sichert eine gute Flüssigk#it-
und Gasverteilung und verrichtet dabei die Aufgabe eines selbstreinigenden Arbeitsganges,
wodurch der Apparat gegen Verunreinigungen unempfindlich wird.
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Abhängig von der Phasenbelastung sichert die entsprechend begrenzte
Bewegung der Kippelementenreihe 2 innerhalb eines weiten Geschwindigkeitbereiches
einen konstanten Druckabfall. Dieser Druckabfall beträgt 20 bis 40 % Druckabfalls
der heute bekannten am meisten zeitgemässen Apparaten ähnlichen Zweckes, auf dem
am meisten gebräuchlichen Gebiet der Flüssigkeitsströmung. Deshalb ist diese für
die Herstellung der für unter Luftleere arbeitenden Phasenbertihrungseinrichtungen
besonders geeignet.
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Eine zweckmässige Anordnung der Kippelemente veranschaulicht die
Fig. 4, wo die Winkeldrehung der Eippelemente 2 durch die die Drehachse bildenden
Stäbe oder Rohre 1 der darüberliegenden Reihe begrenzt wird.
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Nach der Anordnung gemäss Fig. 1 können die Elemente im Turm so angeordnet
werden, dass über oder unter der Je eine Reihe bildenden, in Je einer Arbeitseinheit
befindlichen
Elemente 1-3, in irgendeinem Winkel verdrehten, in
einer anderen Arbeitseinheit-befindliche Elemente 1-3 gelangen.
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Die Drehachse 1 (die ein Stützelement ist), sowie die Winkeldrehung
der Kippelemente begrenzender Anschlag 3 können zweckmassig parallel zueinander,
eine einzige Arbeitseinheit bildend angeordnet werden.
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Als eine Arbeitseinheit der den Stab 1, das Kippelement 2, und den
Anschlag 3 enthaltender Raumteil wird angesehen, wo die Kippelemente 2 sich derart
berühren, dass sie auf dem als Drehachse und Stützelement dienenden Stab, oder auf
dem diesem entsprechenden Rohr 1, eine Winkeldrehung durchführen können, und in
der Grundstellung das auf dem anderen, als Drehachse und Stützelement dienenden
Stab oder Rohr, das die Winkeldrehung durchfürende Kippelement 2 berührt.
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Nach der gegenseitigen Entfernung der so bestimmten Konstruktionseinheiten
kann die Einrichtung als ein passen, oder mit Füllung versehener Apparat betrachtet
werden.
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Als ein mit Füllung versehener Apparat kann z.B. die auf der Fig.
4 angedeutete Lösung angesehen werden.
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Die Konstruktionselemente 1-3 können dem Zweck entsprechend aus einem
Material welcherimmer Art, z.B. aus Metall, Kunststoff, usw. gefertigt werden.
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Der Stab 1 kann ein Stab, ein Rohr, oder ein rohrähnliches Gebilde
mit willkürlichem Querschnitt sein. Eine zweckmässige Ausführungsform ist jedoch
ein Stab oder Rohr mit Kreisquerschnitt. Die Befestigung kann dem Zweck entsprechend
starr, oder elastisch sein.
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Die Fcrm der Kipelemente kann eine Platte, oder ein Gebilde jedweden
Querschnittes sein. Kann mit Rippen, mit Dornen versehen, oder in eineranderen Form,
perforiert oder voll hergestellt werden. Die Verdrehung der Kippelemente wird dadurch
ermöglicht, dass diese die Drehachse und das Stützelement bildenden Stab 1 ganz
oder teilweise ungegebend ausgebildet sind. Diese Ausbildung kann durch Biegen,
oder durch einen, auf der Zeichnung nicht dargestellten Bund, oder VerlPngerung
erreicht werden. Die Kippelemente werden zweckmässig aus Blech durch Biegen hergestellt.
Die Befestigung kann um die Achse, oder mit der Achse drehbar, untereinander mit
oder ohne einem Zwischenraum erfolgen.
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Die Winkeldrehung begrenzenden Anschlage 3 können Stäbe, Rohre, oder
Platten beliebigen Querschnittes, eventuell mit Dornen, mit Rippen, mit Ausbuchtungen
oder Riefelungen versehen sein. Die Befestigung kann dem jeweiligen Zweck entsprechend
starr oder elastisch erfolgen, Der Stab 1, der als Rohr, oder rohrartig ausgebildet
als Drehachse und Stützelement dient, sowie der die Winkeldrehung begrenzender Anschlag
3, können auch dem Zweck der Wärmeübertragung, oder W#rmeab1 eitung dienen.