DE2518484A1

DE2518484A1 - Packungskolonne zum massen- bzw. waermeaustausch

Info

Publication number: DE2518484A1
Application number: DE19752518484
Authority: DE
Inventors: Bernard J Lerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-19
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR2275244B1; FR2275244A1; USB480702I5; JPS5429313B2; GB1500140A; CA1052685A; JPS5114175A; IT1039123B

Description

Patentanwalt ^

oH-fes. ß. I7s:r.!zr.sssa München, den 25 Αρη/ J975

D-8 jyi ü nchsη 22 l 286

WId3iii-dsyvr3ir£6e 43 2 5 1 8 Λ 8

Tel. (O as) £ä t»1 Uö

Bernard J. Lerner in Pittsburgh, Pa./V.St.A.

Packungskolonne zum Massen- bzw. Wärmeaustausch

Die Erfindung betrifft eine aus einem Faserbett bestehende Packungskolonne zum Massen- bzw. Wärmeaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit im Gegenstrom.

Massenaustauschvorgange wie Gasreinigung, Destillation u. dgl. werden im Gegenstrom eines Gases und einer Flüssigkeit durchgeführt, zwischen denen der Massenaustausch durch ein Medium vermittelt wird, das die Berührungsfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit möglichst groß machen soll, ohne den Gasstrom durch Überfluten vollständig zu blockieren. Unter Überflutung versteht man den Grenzzustand bei zunehmender Gas- oder Flüssigkeitsströmung, bei dem die Gasphase diskontinuierlich wird, der Druckabfall des Gases instabil wird und die Packung sich mit Flüssigkeit anzufüllen beginnt.

Dr.Hk/Du.

509882/0663

Es sind zahlreiche Packungsmaterialien bekanntgeworden. Hierzu gehören beispielsweise Raschig-Ringe, Berl- und Intalox Sattel (s. auch US-PS 2 639 909). Diese bekannten Packungen bewirken eine gute Verteilung der Flüssigkeit über ihre Oberfläche, haben aber den Kachteil eines verhältnismäßig hohen Strömungswiderstandes für das Gas und ergeben deshalb schon bei verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases und der Flüssigkeit die Gefahr einer Überflutung. Die Zusammenhänge zwischen überflutungsgrenze und GasStrömungswiderstand einer Packung, welche die Hauptkriterien für den möglichen Flüssigkeitsdurchsatz darstellen, sind im einzelnen erörtert in einem Aufsatz von B.J. Lerner und CS. Grove Jr. in Industrial and Engineering Chemistry, Bd. 43, Seiten 216 bis 225 (Januar 1951). Um den Nachteil der niedrigen überflutungsgrenze zu umgehen, müssen die Kolonnen mit den bekannten Packungen einen unwirtschaftlich großen Turmdurchmesser aufweisen, damit der gewünschte Flüssigkeitsdurchsatz erreicht wird; die Gebläsekosten steigen dadurch unverhältnismäßig an.

In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit der Fachwelt vor allem auf die Entwicklung von Packungen gerichtet, die geringeren Gasströmungswiderstand aufweisen und damit höhere Gasgeschwindigkeiten und höheren Flüssigkeitsdurchsatz ermöglichen, so daß geringere Turm-

509882/0663

durchmesser verwendet werden können. Derartige Packungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 143 016,

2 607 714, 2 615 832, 2 867 425, 2 921 776, 3 293 174,

3 410 057 und 3 438 614 beschrieben.

Diese Druckschriften beschreiben Austauscherbetten aus unregelmäßig verteilten Packungsmaterialien, bei denen die Oberflächenberührung zwischen den teilnehmenden Phasen vergrößert ist. Geringere Gasströmungswiderstände und höhere Gasgeschwindigkeiten werden hierbei entweder durch Verwendung größerer Abmessungen bekannter Packungskörper wie Sättel oder durch die Verwendung von Packungskörpern mit verteilten Oberflächen größerer öffnung (z. B. Pall-Ringe und Telleretten gemäß US-PS 2 867 425) erzielt; diese zeigen Überflutung erst bei weit höheren Flüssigkeits- und Gasgeschwindigkeiten als die älteren Packungstypen .

Es wurde jedoch festgestellt, daß bei diesen neueren Packungsarten mit hoher Überflutungsgrenze ein Phänomen auftritt, das lange vor dem Erreichen der Überflutungsgrenze den Betrieb lahmlegt. Wenn nämlich die Gas- oder Flüssigkeitsgeschwindigkeit gesteigert wird, tritt bei diesen Packungstypen lange vor dem Überfluten eine starke Zerstäubung der Flüssigkeit auf, durch welche Flüssigkeitströpfchen von dem entgegenströmenden Gas mitgerissen werden. In den meisten Fällen beginnt der Flüs-

509882/0663

-A-

sigkeitstransport durch Zerstäubung bei diesen Packungstypen in merklichem Umfang bei einer oberflächlichen Gasgeschwindigkeit von etwa 1,2 bis 2 m/sec (berechnet auf die freie Querschnittsfläche des Turmes, also ohne Berücksichtigung des von der Packung eingenommenen Volumens) und dem Nenndurchsatz der Flüssigkeit; falls keine wirksame Nebelsperre oberhalb des Packungsbettes vorhanden ist, erreicht die Mitführung der Flüssigkeit bei Oberflächengeschwindigkeiten von etwa 2 bis 2,4 m/sec Werte, welche den Betrieb unmöglich machen.

Bei Gasgeschwindigkeiten über 1,2 bis 2 m/sec für Gasdichten in der Nähe atmosphärischer Normalbedingungen zeigt die Flüssigkeit die Tendenz, von einer ausgedehnten ebenen Fläche in Tröpfchenform durch Gasreibung weggerissen zu werden. Die Größe der Flüssigkeitströpfchen, die von einem aufwärts strömenden Gas getragen werden können, läßt sich nach dem Stokes'sehen Gesetz berechnen; allgemein kann gesagt werden, daß die kleineren Tröpfchen bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten mitgenommen werden können, während größere und schwerere Tröpfchen bei höheren Gasgeschwindigkeiten mitgerissen werden. Es wurde ferner festgestellt, daß zusätzlich zu dem Zerstäubungsnebel, der bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten an der Oberseite einer Kolonne herkömmlicher Packungskörper beobachtet werden kann und der bei

509882/0663

Gasgeschwindigkeiten über 1,5 bis 1,8 m/sec einen erheblichen Anteil der zugeführten Flüssigkeit ausmacht, auch ein gleichhoher Anteil der Rückströmung durch Zerstäuben innerhalb der inneren Hohlräume der Packung auftritt. Diese innere Rückströmung der Flüssigkeit innerhalb eines Packungsbetts bewirkt eine Abweichung von der angestrebten Gegenströmung, beeinträchtigt die Austauschwirkung und ist demgemäß sehr unerwünscht.

Es sind Versuche gemacht worden, durch netz- oder faserartige Packungen die innere Zerstäubung zu verringern. Diese Versuche waren aber bisher wenig erfolgreich. So haben Drahtnetzpackungen gemäß ÜS-PS 2 615 und US-PS 2 921 776 gleichmäßige Kapillar-Eigenschaften und verhalten sich im benetzten Zustand wie Packungen mit festen Wänden. Die Flüssigkeit wird nicht nur in erheblichem Maße zerstäubt, sondern diese Packungen verteilen die Flüssigkeit auch schlecht und stellen keine wirksamen Nebelsperren dar. Packungen aus Faserkörpern ohne Kapillar-Eigenschaften nach der US-PS 3 410 057 verhindern die Zerstäubung weitgehend; demgemäß sind sie wirksame innere Nebelsperren. Die geringe und ziemlich gleichmäßige räumliche Dichteverteilung der Fasern, die zur Erzielung der gewünschten kapillaren Freiheit notwendig ist, ergibt aber eine schlechte Rückhaltekraft für die Flüssigkeit und bewirkt, daß sich zeitweise direkt die Packung durchlaufende Flüssigkeits-

509882/0663

kanäle ausbilden, so daß diese Packungen einen schlechten Massenaustausch aufweisen. Auch Glasfasermatten (US-PS 2 143 016) leiden an der Eigenschaft der Flüssigkeitskanalbildung und ergeben keine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung, weshalb die Austauschwirkung im Gegenstrom schlecht im Vergleich zu Packungen mit größeren zusammenhängenden Oberflächen ist.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Packungskolonne zur Verfügung zu stellen, die eine innere Zerstäubung v/irksam verhindert, die Flüssigkeit gut verteilt und doch keine größeren Flächen aufweist, an denen die Flüssigkeit durch das Gas zerstäubt werden kann.

Es wurde gefunden, daß dieses Ziel erreicht werden kann, wenn die Fasern innerhalb eines Faserbettes nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern die Faserdichte von Punkt zu Punkt merklichen Schwankungen unterworfen ist. Dadurch wird eine bessere Verteilung der Flüssigkeit mit entsprechender Verbesserung des Kontaktes zwischen Gas und Flüssigkeit erreicht, während gleichzeitig die innere Zerstäubung auch bei hohen Gasgeschwindigkeiten verhindert wird und der Strömungswiderstand des Gases gering bleibt.

509882/0883

Vorzugsweise besteht das Faserbett aus einzelnen Packungskörpern, die aus einer Vielzahl von radial zu einer Mittelachse angeordneten und an dieser befestigten Fasern bestehen. Die Abmessungen dieser Körper sind klein im Verhältnis zu den Abmessungen der Kolonne. Die Packungskörper sind vorzugsweise regelmäßig ausgebildet und haben z. B. kreiszylindrische Form, wobei ihre Höhe etwa gleich ihrem Durchmesser ist. Der Durchmesser der Kolonne ist z. B. mindestens 8-bis lQmal so groß wie der Durchmesser eines Packungskörpers und die Dicke des Faserbettes ist mindestens etwa 3mal so groß wie der Durchmesser eines Packungskörpers. Der Durchmesser der Kolonnen kann in weiten Grenzen schwanken, z. B. zwischen 0,3 und 7,5 m. Der Durchmesser eines Packungskörpers soll zur Dichte der von der Mittelachse radial nach außen abstehenden Fasern eine solche Beziehung haben, daß die Anzahl der Fasern je Volumeneinheit am Umfang des Körpers etwa halb so groß wie die Anzahl je Volumeneinheit in der Nähe der Achse des Körpers ist.

Im allgemeinen besteht das Faserbett aus willkürlich verteilten Packungskörpern, deren Fasern ineinandergreifen. Unter Umständen kommt auch eine regelmäßige Anordnung gestapelter Packungskörper in Frage. Durchmesser bzw. Höhe eines Packungskörpers sind groß im Vergleich zum Faserdurchmesser. Beispielsweise betragen

509882/0663

Durchmesser und Höhe eines Faserkörpers 50 bis 100 mm und der Durchmesser einer Faser liegt zwischen 0,25 und 0,50 mm. Die Fasern sollen genügend fest sein, um den erheblichen Verformungen widerstehen zu können, die durch die beim Massenaustausch auftretenden Kräfte ausgeübt werden.

Das erfindungsgemäße Faserbett bildet eine zusammenhängende dreidimensionale Packung großer Oberfläche mit bemerkenswert ungleichmäßiger räumlicher Dichteverteilung und besitzt ausgezeichnete Flüssigkeitsdispersion geringen Gaswiderstands, hervorragende Zerstäubungsverhinderung und einzigartigen Massenübergang. Die Packungskörper haben sehr geringes Gewicht und können aus billigen, korrosionsfesten Stoffen hergestellt werden. Sie haben einen sehr hohen Anteil innerer Leerräume und zeigen auch bei hohen Gas- und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten einen sehr geringen Druckabfall. Das Faserbett ist sehr widerstandsfähig gegen Überflutung und gegen inneren und äußeren Flüssigkeitstransport durch Zerstäubung.

Die räumlich schwankende Faserdichte innerhalb eines Packungskörpers verleiht diesem bemerkenswerte Vorteile gegenüber bekannten Packungskörpern aus Drahtnetz oder Fasern. Die verhältnismäßig hohe Faserdichte im Axial-

509882/06 6 3

bereich und um die Mittelachse des Packungskörpers bewirkt, daß ein etwa auftretender Flüssigkeitsstrom aufgefangen, abgelenkt, verteilt und ausgebreitet wird, so daß im allgemeinen zahlreiche kleine Flüssigkeitsströme oder -tröpfchen radial von der Mitte längs der Fasern strömen. Diese Ausbreitungswirkung ist unabhängig von der Orientierung des Packungskörpers in dem Faserbett, so daß das Bett nicht nur sehr widerstandsfähig gegen Bildung von Flüssigkeitskanälen ist, sondern auch eine hervorragende Verteilung der Flüssigkeit in radialer Richtung bewirkt.

Je nach der Natur des Berührungsvorganges zwischen Flüssigkeit und Gas kann man entweder durch die flüssige Phase benetzbare oder nicht benetzbare Fasern verwenden. Wenn z. B. der Diffusionswiderstand innerhalb der flüssigen Phase den Massenaustausch bestimmt und eine Flüssigkeitsmischung erwünscht oder wesentlich ist, verwendet man vorzugsweise nicht benetzbare Fasern, so daß die Flüssigkeitströpfchen an den Fasern entlang rollen können. Dieser Rollvorgang wirkt wie ein Umrühren, wodurch die Flüssigkeit durchmischt und die Diffusion an der Tröpfchenoberfläche verstärkt wird. Wenn es sich dagegen um Absorption oder Desorption einer Gaskomponente in oder von der flüssigen Phase handelt, bei der die Gasdiffusion bestimmend ist, wird man vorzugsweise von der Flüssigkeit benetzbare Fasern verwenden, so daß 509882/0663

die Flüssigkeit als zusammenhängende dünne Schicht mit großer Oberfläche längs der Fasern wandert. Sowohl bei bentzbaren als auch bei nicht berdtzbaren Fasern dient die radiale Ausbreitung dazu, die Flüssigkeit vom Mittelteil des Packungskörpers zu dem äußeren Bereich desselben mit geringer Faserdichte zu transportieren, wo das Gas wegen des geringeren Strömungswiderstandes vorzugsweise strömt. Es wird also ständig Flüssigkeit aus Bereichen, in denen sie gegen Berührung mit dem Hauptteil des strömenden Gases stärker abgeschirmt ist, in Bereiche transportiert, in denen der Hauptteil des Gases strömt. Da ferner ein Teil der Fasern des Packungskörpers in Eingriff mit den äußeren Fasern der Nachbarkörper steht, ist ein Flüssigkeitstransport von Körper zu Körper direkt über die einander berührenden Fasern möglich. Diejenige Flüssigkeit, die nicht auf diese Weise weiter transportiert wird, staut sich am Ende der Faser und bildet Tröpfchen, die dann durch den leeren Zwischenraum herabfallen, wodurch sie zur Vermischung und Neuverteilung der Flüssigkeit beitragen. In den bekannten Packungen mit glatten oder netzförmigen Oberflächen ist die freie Fallstrecke solcher Tröpfchen verhältnismäßig lang, nämlich in der Größenordnung eines oder mehrerer Durchmesser der Packungskörper, und verhältnismäßig wenig Massenaustausch findet während dieses freien Falles statt, weil kleine Tröpfchen die Tendenz haben, an der

509882/0683

Oberfläche hängenzubleiben. Bei dem hier beschriebenen Faserbett ist dagegen die freie Fallstrecke ein kleiner Bruchteil des Durchmessers eines Packungskörpers, weil die Fasern den größten Teil des Volumens des Faserbettes einnehmen und die Abstände benachbarter Fasern gering sind. Ferner hat die Faserpackung eine sehr große Anzahl von Faserenden, an denen frei fallende Tröpfchen erzeugt werden. Die Gasdurchmischung, die bei einem bekannten Packungsbett, das aus festen Körpern mit ebenen Flächen besteht, durch turbulente Strömung in einem ungleichmäßigen freien Raum gewährleistet wird, ergibt sich im Falle der beschriebenen Packungskörper mit radialen Fasern durch die Gasströmung in Räumen mit schwankenden Faserdichten. Die Bereiche hoher Dichte werden nicht nur in den Packungskörpern selbst im Kernbereich derselben gebildet, sondern auch in denjenigen Bereichen, in denen die Fasern benachbarter Packungskörper einander überkreuzen. Der letztere Effekt kann in gewissen Bereichen der Faser- und Körpergröße zu groß werden; in solchen Fällen verwendet man vorzugsweise gekräuselte Fasern, um das Ausmaß des Ineinandergreifens und der Verdichtung der benachbarten Körper zu beschränken.

Die erfindungsgemäße Packung hat weitere bemerkenswerte Eigenschaften. Sie unterdrückt die Flüssigkeitsströmung entlang der Kolonnenwände, die bei bekannten Packungen

509882/0663

stets auftritt. Im Betrieb wurde beobachtet, daß die zahlreichen,die Kolonnenwände berührenden Fasern an den Wänden eine Trocknungswirkung haben. Die Flüssigkeit, die durch Wanderung längs abwärts geneigter Fasern auf die Wände gelangt, wird anschließend durch von der Wand nach unten geneigte Fasern wieder aufgenommen und in die Packung zurückgeleitet.

Die beschriebene Packung zeigt praktisch keine Mitführung zerstäubter Flüssigkeitströpfchen. Wenn die Fasern durch die Flüssigkeit benetzbar sind, wird jede Tendenz, Tröpfchen durch Gas mit hoher Geschwindigkeit mitzureißen, durch die Fähigkeit der zahlreichen benachbarten Fasern, die Tröpfchen wieder aufzufangen, ausgeglichen. Da die Faserdichte von Punkt zu Punkt schwankt, werden die Tröpfchen in Bereichen mit geringer örtlicher Faserdichte und hoher Gasgeschwindigkeit mitgerissen. Anschließend muß das Gas aber Bereiche hoher Faserdichte bzw. geringer Gasgeschwindigkeit durchlaufen und dort werden die mitgerissenen Tröpfchen sofort wieder abgeschieden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 ein Längsschnitt einer Massenaustauschkolonne gemäß der Erfindung,

S098B2/0663

Fig. 2 ein Ausschnitt eines kleinen Teils des Faserbettes in der Anordnung nach Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 und 4 Seitenansichten typischer Packungskörper, bei denen die Fasern in der Mitte weggelassen sind,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Faser,

Fig. 6 und 7 Darstellungen des Vorganges, nach dem eine nicht benetzbare bzw. eine benetzbare Faser die Flüssigkeit weiterleitet und

Fig. 8 eine graphische Darstellung praktischer Versuchsergebnisse.

Fig. 1 zeigt eine Kolonne 11 zur Durchführung eines Massenaustauschs, beispielweise zwischen einem verunreinigten Gas und einer Flüssigkeit zwecks Reinigung des Gases. Die Kolonne 11 besitzt einen Mantel 13, worin sich ein Bett 15 zur Durchführung des Massenaustauschs befindet. Nahe dem Boden der Kolonne befindet sich ein Einlaß 17 für das verunreinigte Gas und nahe der Decke der Kolonne 11 ist ein Auslaß 19 für das gereinigte Gas angebracht. An der Decke der Kolonne 11 oberhalb des

509882/0663

Bettes 15 ist ferner eine Brause 21 angeordnet, um die Waschflüssigkeit über die Oberseite des Bettes 15 zu verteilen. Die verbrauchte Waschflüssigkeit, die am Boden der Kolonne abgelassen wird, kann entweder abgeführt oder über ein Filter 23 und eine Pumpe 25 zu der Brause 21 zurückgeführt werden.

Das Packungsbett 15 besteht aus zahlreichen zylindrischen Packungskörpern 31, die willkürlich verteilt sind und ineinandergreifen. Jeder Packungskörper 31 umfaßt eine große Anzahl von Fasern 33, die von einem axialen Kern 35 nach außen weisen. Die Packungskörper werden hergestellt, indem zwei Drähte 37 und 39 parallel nebeneinander gelegt werden, die inneren Enden der Fasern 33 zwischen die Drähte 37 und 39 eingelegt und dann die Drähte so verdrillt werden, daß sie die inneren Enden der Fasern 33 zwischen sich festklemmen. Die Fasern 33 können aus Metall (z. B. Edelstahl), aus Kunststoff (z.B. Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid) oder aus Glasfaser bestehen. Die Fasern können gekräuselt sein, wie Fig. 5 zeigt. Fig. 3 und 4 zeigen Packungskörper typischer Abmessungen. In Fig. 3 ist χ = 90 mm und in Fig. 4 y = 65 mm.

509882/0663

Ein typischer Packungskörper 31 mit Durchmesser und Höhe von 90 mm hat 1826 Fasern 33, die von einem axialen Kern 35 ausgehen, der aus zwei mit 16 Windungen verdrillten Drähten besteht. Jede Faser hat einen Durchmesser von 0,25 mm. Die Faseroberfläche eines Packungs-

2
körpers 31 beträgt etwa 0,13 m . Es sind etwa 35oo Packungs-

3 2 3

körper je m oder 46Om Faseroberfläche je m des Packungsbettes 15 vorhanden.

Der Packungskörper mit dem Durchmesser 65 mm hat 909 Fasern mit einem Durchmesser von je 0,25 mm. Diese Fasern

2 3

haben eine Oberfläche von 46100 mm . In jedem m des Packungsbettes befinden sich etwa 8800 Packungskörper;

2 3

dies ergibt etwa 410 m Faseroberfläche in jedem m des Packungsbettes.

Die Fasern 33 können von der Flüssigkeit 41 (Fig. 2) benetzbar oder nicht benetzbar sein. Wenn sie nicht benetzbar sind, bildet die Flüssigkeit Tröpfchen 43, die unter der Wirkung der Schwerkraft längs der Fasern 33a rollen (Fig. 6). Wenn die Fasern benetzbar sind, strömt die Flüssigkeit in einer Oberflächenschicht längs der Fasern33b (Fig. 7).

Die Verteilung der Packungskörper 31 in dem Packungsbett 15 ist dem Zufall überlassen. Typisch ist die Dichte der Fasern 33, ausgedrückt als Faseranzahl je

509882/0663

Volumeneinheit, in der Nähe der Achse eines Packungskörpers 31 etwa doppelt so groß wie die Dichte an der Peripherie. Die Faserdichte hängt im einzelnen davon ab, in welchem Ausmaß die Fasern von 33 benachbarter Körper ineiandergreifen. Jedenfalls schwankt die Faserdichte in dem ganzen Packungsbett 15 von Punkt zu Punkt stark. Die Flüssigkeitströpfchen, die auf einen Bereich des Bettes 15 fallen, wo die Faserdichte hoch ist, z. B. nahe der Achse 35 eines Packungskörpers 31 (Fig. 2) , werden überwiegend aus diesem Bereich in andere Teile des Faserbettes abgelenkt, wie die Pfeile 51 in Fig. andeuten. Die Flüssigkeit sickert somit in unregelmäßigen Bahnen durch das Faserbett und reinigt so das in Gegenrichtung strömende Gas in wirksamer Weise.

Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Durchsatz einer Luftströmung durch ein in der beschriebenen Weise ausgebildetes Faserbett und dem Druckabfall in demselben. Die verwendeten Packungskörper entsprachen denjenigen nach Fig. 4 mit einem Durchmesser und einer Höhe von 65 mm. Der Luftmengendurchsatz, bezogen auf den Querschnitt der leeren Kolonne (ohne Rücksicht auf den von der Packung eingenommenen Querschnitt) ist als Abszisse und der Druckabfall je Längeneinheit als Ordinate im doppelt logarithmischen Maßstab aufgetragen. Kurve A gilt für die trockene Packung ohne Wasserzufuhr, Kurve B

509882/0663

und Kurve C für Wasserzufuhr in den angegebenen unterschiedlichen Mengen. Kurve A verläuft gerade mit einer Steigung von etwa 1,8 bis 2,0, d. h. der Druckabfall nimmt etwa mit der 1,8 bis 2,0ten Potenz des Luftmengendurchsatzes zu. Kurve B hat einen Abschnitt Bl parallel zu A; der Druckabfall für jede Luftdurchsatzmenge ist für Bl beträchtlich höher als für A. Ein weiterer Abschnitt B2 der Kurve B hat eine stärkere Steigung als A und Bl. Die Knickstelle zwischen den Abschnitten Bl und B2 entspricht dem Abszissenwert 2300 und dem Ordinatenwert O,Φ der gewählten Einheiten.Kurve C hat ebenfalls zwei Abschnitte Cl und C2, wobei Cl parallel zu A und Bl ist, aber bei jeder Durchsatzmenge einen höheren Druckabfall zeigt. Die Knickstelle liegt in diesem Falle bei einem Durchsatz von 2400 und einem Druckabfall von 0,68 in den gewählten Einheiten. Die Knickstelle ist in jedem Falle die Stelle, bei welcher die Steigung der Kurve den Normalwert von 1,8 bis 2,0 zu übersteigen beginnt; dies zeigt an, daß die Tendenz zur Überflutung einsetzt.

Die Kurven B und C zeigen, daß bei jeder Gasgeschwindigkeit der Druckabfall höher als für die trockene Kolonne ist. Dies bedeutet, daß das Wasser von der Packung wirksam zurückgehalten wird. Die Verschiebung der Kurven B und C gegenüber der Linie A zeigt, daß das Wasser

609832/0633

(Flüssigkeit) nicht wesentlich in Kanälen durch das Bett 15 fließt. Wenn sich Kanäle mit direktem Durchfluß ausbilden würden, bestünde keine merkliche Verschiebung zwischen den Kurven. Die niedrigere Knickstelle der Kurve C als der Kurve B, d. h. Verschiebung der Knickstelle nach unten für höheren Flüssigkeitsdurchsatz, zeigt auch, daß keine wesentliche Kanalbildung vorliegt.

Die Packung hat sich als so wirksam erwiesen, daß die Flüssigkeit selbst dann, wenn sie nicht versprüht, sondern in einem einzigen Strahl auf das Packungsbett gerichtet wird, nach einer Fallstrecke von wenigen Durchmessern eines Packungskörpers gleichmäßig verteilt wird und keine Kanäle bildet.

S09882/0863

Claims

München, den £> ■>■ ηΡ*ί1 L 286 Bernard J. Lerner in Pittsburgh, Pa./V.St.A. Patentansprüche

1. Aus einem Faserbett bestehende Packungskolonne zum Massen- bzw. Wärmeaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit im Gegenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Fasern je Volumeneinheit innerhalb des Faserbetts von Punkt zu Punkt merklichen Schwankungen unterworfen ist.

2. Packungskolonne nach Anspruch 1, bei der das Faserbett aus fasrigen Packungskörpern zusammengesetzt ist, deren Einzelvolumen klein gegen das Volumen der Kolonne ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Packungskörper (31) einen axialen Kern (35) besitzt, von dem eine Vielzahl an dem Kern befestigter Fasern (33) radial abstehen.

609882/0663

3. Packungskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Packungskörper (31) kreiszylindrisch ausgebildet ist und daß die Anzahl der Fasern je Volumeneinheit am Umfang des Packungskörpers etwa die Hälfte der Faseranzahl je Volumeneinheit in der Nähe des axialen Kerns beträgt.

4. Packungskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Faserkörpers groß im Vergleich zum Faserdurchmesser ist.

5. Packungskolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Faserkörpers groß gegen den Faserdurchmesser ist.

6. Packungskolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungskörper willkürlich in dem Faserbett verteilt sind.

7. Packungskolonne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungskörper ineinander greifen.

8. Packungskolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern durch die Flüssigkeit benetzbar oder nicht benetzbar sind.

509882/0663

9. Packungskolonne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (33) gekräuselt sind.

B09882/0663