DE2601890A1

DE2601890A1 - Packungskoerper fuer stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE2601890A1
Application number: DE19762601890
Authority: DE
Inventors: Max Dipl Chem Dr Phil Huber
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-01-16
Filing date: 1976-01-20
Publication date: 1977-07-21
Also published as: NL174225B; CH608380A5; NL174225C; MX4102E; FR2338065B1; NL7601944A; CA1095827A; JPS5736009B2; JPS5288581A; DE2601890C3; FR2338065A1; DE2601890B2; IT1075500B; GB1569828A

Description

P. 4988

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen

Die Erfindung betrifft Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen, welcher aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden,- geriffelten Lamellen besteht, wobei die Lamellenriffelungen gegenüber der Kolonnenach.se geneigt sind und die benachbarten Lamellen derart angeordnet sind, dass sich ihre Riffelungen kreuzen und wobei die senkrecht angeordnten Lamellen quer zur Kolonnenachse stehende Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen.

Es ist bekannt derartige Packungskörper in Stoffaustauschkolon- nen.j die zum Rektifizieren, Absorbieren, Extrahieren und zur Durchführung chemischer Reaktionen, wie z. B. Abtrennung isotoper Elemente aus einem Stoff aufgrund einer chemischen Austauschreaktion, z. B. die Trennung von Deuterium und Wasserstoff dienen, anzuordnen.

Die Lamellen können hierbei z. B. aus Metall- beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder aus Kunststoff bzw. aus einem selbstbenetzenden Gewebe oder Gewirk bestehen.

Bei den bekannten Packungskörpern war es bisher üblich, die La-

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mellen, die aus Bandstücken zugeschnitten werden, vor ihrer Riffelung zu lochen, und zwar derart, dass die ungeriffelten Bänder mehrere, über die Breite des Bandes verteilte Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen, wobei die Löcher von benachbarten Lochreihen jeweils Lochreihen senkrecht zur Bandachse bilden. Diese Löcher wurden zur Herbeiführung eines verbesserten Gasaustausches über den Querschnitt des Packungskörpers sowie zur Herabsetzung des Druckabfalles längs der Kolonnenachse vorgesehen.

Bei Rieselpackungen mit senkrechten Rieselflächen sind auch andere Lochanordnungen bekannt. Beispielsweise können benachbarte Lochreihen um einen halben Lochabstand gegeneinander in der Längsrichtung des Bandes verschoben sein. Diese Lochanordnung dürfte eine bessere Ausbreitung der Flüssigkeit bewirken, wie später erläutert wird.

Bei der schrägen Riffelung der Bänder kommen die im ungeriffelten Band senkrecht zur Bandachse liegenden Lochreihen in einen Winkel zur Bandachse zu liegen. In der senkrechten Stellung des geriffelten Bandes sind also die Löcher einer Reihe gegenüber den Löchern der benachbarten Lochreihe in horizontaler Richtung gegeneinander verschoben.

Aus diesem Grund scheint diese Lochung besonders vorteilhaft, dann bei einer anderen Lochanordnung im ungeriffelten Band können nach der Riffelung die Löcher in vertikalen Reihen zur Kolonnenachse zu liegen kommen.

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Nun hat sich aber bei den bekannten Packungskörpern gezeigt, dass eine Verteilung der Flüssigkeit über den Lamellenoberflächen durch die in der Kolonne abwärtsströmende flüssige Phase nicht in befriedigendem Masse erreicht wird. Es findet bei der bekannten Anordnung der Lochreihen auf einem ungeriffelten, vertikalen Band zwischen den senkrecht übereinanderliegenden Löchern der Lochreihen in sogenannte Fallstrassen eine Kanalisation der Flüssigkeit statt, da die Flüssigkeit längs der senkrechten Fallinien ohne seitliche Ausbreitung unbehindert in den Strassen nach unten strömt. Bei Aufbringung der schrägen Riffelung auf die Bandstücke, welche dann die parallel zur Kolonnenachse angeordneten Lamellen bilden, zeigen jedoch die beim ungeriffelten Band vertikal verlaufenden Lochreihen einen Winkel gegen die Kolonnenachse, sodass bisher angenommen wurde, dass eine seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit über die Lamellenoberfläche erfolgt, da die beim ungeriffelten Band senkrecht übereinanderliegenden Löcher von benachbarten Lochreihen nun gegeneinander versetzt sind. Wie die Praxis gezeigt hat, ist dieses jedoch nicht der Fall. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich nämlich die Verhältnisse bezüglich der Bildung von freien Fallstrassen, die eine unerwünschte Kanalisation der Flüssigkeit bewirken, auch bei den schräggeriffelten Lamellen nicht ändern. Die beim glatten Band senkrecht verlaufenden Fallinien folgen bei der geriffelten Lamelle der Richtung der Riffelflankenebenen. Damit erfährt die Fallinie in der Projektion auf

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eine Ebene parallel zur Lamelle die gleiche Neigung, wie sie vertikale Lochreihen im ungezahnten Band aufweisen. Somit bleiben die Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit in beiden Fällen die gleichen. Dieser Sachverhalt wird an späterer Stelle noch anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels aufgezeigt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemachtj durch eine geeignete Ausbildung der Lamellen die seitliche Ausbreitung der auf den Einströmquerschnitt des Packungskörpers aufgegebenen Flüssigkeit zu verbessern, d. h. Kanalbildungen zu vermeiden und durch eine seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit auf den Lamellenoberflächen für deren gleichmässige Benetzung zu sorgen. Aus praktischen Gründen ist es nicht möglich von Anfang an die Flüssigkeit gleichmässig über die Oberkante aller Lamellen zu verteilen« Im weiteren muss man immer damit rechnen, dass durch zufällige Störungen die Flüssigkeit wieder zu grösseren Bächen zusammenläuft.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht riach der Erfindung darin, dass im ungeriffelten Zustand die Löcher von übereinanderliegenden, benachbarten Lochreihen gegeneinander derart versetzt sind, . dass die zwischen jeweils zwei Löchern von der obersten Lochreihe liegende Fallstrasse Löcher von darunterliegenden Lochreihen trifft. Für die Bemessung der Löcher, die von der Flüssigkeit nicht überflutet v/erden dürfen, haben sich Lochdurch- .· messer in der Grössenordnung von ca. 2 - 6 mm als günstig erwiesen.

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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die übereinanderliegenden Lochreihen gegeneinander um einen Abstand, der grosser ist als ein Lochdurchmesser, gegeneinander versetzt sind, wobei eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin besteht, dass die übereinanderliegenden Lochreihen um die Hälfte eines Lochabstandes gegeneinander verschoben angeordnet sind.

Aufgrund der erfindungsgemässen Anordnung der Löcher im ungeriffelten Band liegen stets in den Fallstrassen Löcher von unterhalb der obersten Reihen angeordneten Lochreihen. Somit erfolgt bereits auf einem ungeriffelten, senkrechten Band eine seitliche Ablenkung der Flüssigkeit an den Rändern der getroffenen Löcher. Wie an vorstehender Stelle erläutert wurde, sind diese Strörnungsverhältnisse auch nach der schrägen Riffelung eines Bandes unverändert, d. h. auf den Oberflächen der einen Packungskörper bildenden Lamellen ist eine gleichmässige, seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit über die Lamellenoberflachen im befriedigendem Masse gewährleistet.

Es sei darauf hingewiesen, dass der mit der Erfindung erzielte Effekt nicht voraussetzt, dass die Löcher alle gleicheDurchmesser aufweisen,bzw. dass der vertikale Abstand von übereinanderliegenden Lochreihen überall der gleiche ist.

Wie Experimente ergaben, ist es vorteilhaft bei der Lochung darauf zu.achten, dass die Fläche aller Löcher einer Lamelle in Bezug auf die undurchbrochene Lamellenoberflache in der Grössen-

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Ordnung von 5 - 20 % liegt, um noch eine genügend grosse genetzte Oberfläche zu erhalten, die für einen wirksamen Stoffaustausch massgebend ist.

Um eine eventuelle Kanalbildung der Flüssigkeit längs der Riffel täler, die sich aufgrund der dort wirksam werdenden Kapillarkräfte ausbilden könnten, mit Sicherheit -zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Lochabstände der quer zur Kolonnenachse angeordneten Lochreihen derart zu wählen, dass sie in keinem einfachem Verhältnis zur Wellenlänge der Riffelungen stehen, d. h. dass der Quotient von Lochabstand zur Wellenlänge nicht 1, 2, 3 etc. ist.

Hierdurch wird nämlich gewährleistet, dass stets eine Anzahl der instatisUschsr Verteilung über der Lamellenoberfläche angeordneten Löcher in den Bereich der Riffeltäler zu liegen kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Fig. la, Ib und Ic zeigen in schematischer Darstellungsweise einen Ausschnitt eines in der bisher üblichen Weise gelochten Bandes, das Band im geriffelten Zustand und einen Schnitt durch dieses längs der Schnittlinie Ic-Ic. Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen in analoger Darstellungsweise ein Äusführungsbeispiel der Erfindung. In der Fig. 3 sind perspektivisch die einzelnen Lamellen eines

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Packungskörpers und in Fig. 4 ein Teil einer Stoffaustauschkolonne mit drei Packungskörpern dargestellt.

Der Ausschnitt eines in der bisher üblichen Weise gelochten Bandes 1 gemäss Fig. la, weist übereinanderliegende Lochreihen mit Löchern 2 auf, wobei die Löcher von benachbarten Lochreihen in der Vertikalen liegen, wenn man das Band als eine in vertikaler Lage aufgerichtete ungeriffelte Lamelle ansieht, wobei die Löcher der horizontalen Lochreihen in gleichen Abständen a angeordnet sind. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass zwischen den von Fallinien f getroffenen Löchern sich Fallstrassen s ausbilden, in denen die Flüssigkeit unbehindert, ohne seitliche Ausbreitung nach unten strömt.

Die Flächen, zwischen übereinanderllegender Löchern bleiben mindestens weitgehend unbenetzt.

Fig. Ib, zeigt einen Ausschnitt I¹ einer aus dem in Fig. la dargestellten glatten Band 1 gebildeten Lamelle . mit gegen , die Vertikale geneigten Riffelungen 3 von der Wellenlänge w. Wie aus Fig. Ib ersichtlich, bleiben die Strömungsverhältnisse auf der geriffelten Lamelle l·¹ die gleichen wie bei dem glatten Band 1. Das heisst, obwohl die Fallinien f' nun ein gegen die Vertikale einen Winkel einschliessen, werden wieder die gleichen Löcher von den Fallinien getroffen, während sich zwischen den Löchern die Fallstrassen s' ausbilden. Demgegenüber wird eine solche Kanalisierung der Flüssigkeit

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bei.einem erfindungsgemässen gelochten Band 4, wie es Fig. 2a zeigt, vermieden, da in den zwischen jeweils zwei Löchern 5 der obersten Lochreihe liegenden Fallstrassen Löcher von darunterliegenden Lochreihen treffen. An den Lochrändern erfährt die Flüssigkeitsströmung eine seitliche Ablenkung (vgl. Pfeile) und breitet sich nun über die undurchbrochene Oberfläche des Bandes aus.

Da diese Strömungsverhältnisse auch nach der Vornahme einer schrägen Riffelung erhalten bleiben, wird auch die Oberfläche der geriffelten Lamelle 4' vollständig benetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 2a und"^2b) weisen die Riffelungen wieder die gleichen Neigung und Wellenbreite der Riffelungen 3 in den Fig. Ib und Ic auf.

Ein aus entsprechend den Fig. 2b und 2c ausgebildeten Lamellen 4' ausgeführter Packungskörper. 7 zeigt Fig. 3. Hierbei sind die Lamellen 4' in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschliessend aufeinander gelegt und zu einem Packungskörper 7 vereinigt und sodann in den·Stoffaustauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden. Aus der Zeichnung wird die unterschiedliche Lamellengrösse der einzelnen Teile ersichtlich, die von den beiden Aussenseiten her zur Mitte zunimmt derart, dass die Lamellen beim Zusammenfügen einen zylindrischen Körper ergeben.

In der Fig. 4 ist ein Abschnitt 8 des Stoffaustauschteiles einer Kolonne dargestellt, die drei jeweils um 90° gegeneinander

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versetzt angeordnete Einbauelernente 7 enthält. Hierbei können die Lamellen z. B. aus Blech bestehen.

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Claims

Patentansprüche

1. Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen, welcher aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden, geriffelten Lamellen besteht, wobei die Lamellenriffelungen gegenüber der Kolonnenachse geneigt sind und die benachbarten Lamellen derart angeordnet sind, dass sich ihre Riffelungen kreuzen, und wobei die senkrecht angeordneten Lamellen quer zur Kolonnenachse stehende Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass im ungeriffelten Zustand die Löcher von benachbarten, übereinanderliegenden Lochreihen gegeneinander derart versetzt sind, dass die zwischen jeweils zwei Löchern der obersten Lochreihe liegende Fallstrasse Löcher von darunterliegenden Lochreihen trifft.

2. Packungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher übereinanderliegender Lochreihen gegeneinander um einen Abstand, der grosser ist als ein Lochdurchmesser , gegeneinander versetzt sind.

3. Packungskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei den übereinanderliegenden Lochreihen die Löcher der nächstunteren Lochreihe in der Mitte von je zwei Löchern der nächstoberen Lochreihe liegen.

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