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Füllkörper
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Die Erfindung betrifft einen Füllkörper für Reaktionen, Stoff-und
Wärmeaustauschvorgänge zwischen zwei Phasen, wie zum Beispiel Flüssigkeiten und
Gasen oder Dämpfen, oder sowohl auch zwischen zwei ineinander unlöslichen Flüssigkeitsphasen
selbst. Der Füllkörper besteht im wesentlichen aus einem in Kurvenform gebogenen
Metallstreifen, aus welchem ein oder mehrere Lappen nach innen herausgedruckt worden
sind.
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FUllkörper werden in der Technik für die oben genannten Zwecke in
großem Maßstabe angewendet. Die häufigst angewendeten Füllkörper sind verschiedene
Arten von Ringen und Sattelkörpern. In den meisten Fällen berühren sich die Phasen
im Gegenstrom, obwohl es aber auch Fälle gibt, in welchen die gegenseitige Berührung
im Gleichstrom oder Kreuzstrom geschieht.
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Im Gegenstrom wird die Flüssigkeit oben in einen senkrechten Rulm
auf einen geeigneten Flüssigkeitsverteiler gebracht. Die derart verteilte Flüssigkeit
fällt dann auf das sich darunter befindende Schüttgutbett, welches aus den einzelnen
FUllkörpern in mehr oder weniger dichter Anordnung besteht. Bezweckt wird, daß ia
die Flüssigkeit eine möglichst große Oberfläche der Füllkörper benetzt.
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Das Gas, zum Beispiel Kohlensäurehaltige Luft, wird von unten in den
Turm eingeblasen. Die Flüssigkeit, in diesem Falle eine wäßrige Lösung von NaOH,
fließt und tropft an den Oberflächen der Füllkörper entlang nach unten, während
sich das Gas durch die
Zwischenräume (1es Schüttgutes an den Oberflächen
der Füllkörper entlang nach oben bewegt. Iiährend dieses Aufstieges des Bettes im
Turm erfährt das Gas einen Druckverlust, welcher so niedrig wie möglich gehalten
werden muß. Es ist also klar, daß durch den Gebrauch der Füllkörper die wirksame
Oberfläche, an welcher sich Flüssigkeit und Gas berührten, stark vergrößert worden
ist. Im genannten Beispiel fällt als Reaktionsprodukt Natron an. Zahllose chemische
Reaktionen werden jedoch in solchen Turinen durchgefühlt, und die Anwendung eines
Füllkörpers ist nicht auf eine bestimmte Reaktion beschränkt.
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Die wesentlichen Eigenschaften und Erfordernisse eines technisch hervorragenden
Füllkörpers wären wie folgt: Die Anordnung der einzelnen Füllkörper im Schüttgutbett
soll möglichst regellos sein, so daß sich die einzelnen Füllkörper gegenseitig in
vieler Weise und sehr oft berühren. Dadurch wird eine gute Flüssigkeitsverteilung
im Schüttgutbett gewährleistet. Die regellose Anordnung verhütet ferner, daß sich
die Füllkörper gegenseitig abdecken und so die anderweitig benetzbaren Oberflächen
wesentlich verringern. Dies geschieht besonders oft bei den gemäß dem Stand der
Technik als Ringe oder Sattelkörper ausgebildeten FUllkörpern, die sich im Schüttgutbett
in Reihen anordnen und damit ihre Oberflächen gegenseitig verdecken und sich damit
blockieren. Dies heißt, daß die wirksame Oberfläche dieser Füllkörper nicht das
erstrebte und theoretisch mögliche Maximum aufweist.
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Die Füllkörper sollen ein geringes Gewicht haben und nur einen geringen
Gasdruckverlust verursachen. Ferner, wenn die Füllkörper einmal in ein Schüttgutbett
aufgeschüttet sind, sollen die Füllkörper nicht mehr nach unten ins Rutschen kommen
und dadurch den Gasdruckverlust vergrößern. Dies ist besonders zu berücksichtigen
bei exothermen Reaktionen, wo sich nach Einsatz der Reaktion im Turm dessen Wandung
ausdehnt und das Schüttgut dann die Tendenz hat, nach unten nachzurutschen. Zusätzlich
verändern die Füllkörper in ihrer Gesamtheit ihren Strömungswiderstand oder, bezogen
auf einen horizontalen Querschnitt, ihre Dichte. Das beeinflußt in nachteiliger
Weise die Verteilung der oben in den
Turm zugegebenen Flüssigkeit
über dessen Querschnitt, was sich nachteilig Auswirkt in Hinsicht auf die Ausbeute
der erwünschten Reaktionen. ebenso vergrößert sich der Druckverlust, dem das Gas
bei seinem Durchtritt durch den Turm ausgesetzt ist. de einfach zu verstehen ist,
hat letztere Tatsache nachteilige Folgen in Hinsicht der Energieerfordernisse, welche
aufgewendet werden müssen, um die Reaktion durchzufiihren.
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hiervon aus*enend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Füllkörper so auszubilden, daß sich die zu einem Bett in regelloser unordnung aufgeschütteten
Füllkörper bei großer Gesamtoberfläche mechanisch maximal miteinander verhaken oder
verankern und damit auch bei starken Temperaturs chwanlrungen eine in sich geschlossene
mechanisch feste Struktur bilden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Füllkörper der eingangs genannten Gattung
nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der iietallstreifen in die Form eines Kreises
gebogen ist, sich über einen Bogen von maximal lt'300 erstreckt und die Lappen in
einer Bogenform mit ungefähr demselben Halbmesser wie der ivjetallstreifen aus diesem
nach innen herausgebogen sind. Ferner wurde es als vorteilhaft erkannt, daß die
Lappen in derselben Richtung verlaufen sollen, wie die Krümmung des Metallstreifens.
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Damit erhält der Metallstreifen die Form eines nach einer Seite offenen
Halbkreises. Bei Einschittten solcher Metallstreifen in einen Turm werden sich diese
vielfach mit diesen ihren offenen Seiten aneinanderlegen. Damit greifen die nach
innen herausgedrückten Lappen ineinander oder legen sich an den líetallstreifen
eines benachbarten Füllkörpers an und verhaken sich mit diesem.
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bei der Mehrheit der möglichen gegenseitigen Lagen benachbarter Füllkörper
werden sich damit die Metallstreifen und Lappen eines Füllkörpers mit denen eines
benachbarten Füllkörpers verhaken und verkrallen. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß in vielen Fällen mehr als zwei Füllkörper so zueinander liegen, daß sich auch
mehr als zwei Füllkörper gegenseitig verhaken und verkrallen, eine situation, welche
für verbesserte Flüssigkeitsverteilung sehr günstig ist.
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Die vorteilhafte Auswirkung ist, daß ein aus solchen Füllkörpern aufer;chiittetes
Bett eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
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Die Füllkörper können nur noch sehr wenig gegeneinander verrutschen.
Die an einer Seite offenen Füllkörper führen auch zu einer hohen Dichte oder einer
hohen wirksamen Oberfläche des aus ihnen aufgeschütteten Bettes. Damit ergibt sich
eine gute Flüssigkeitsverteilung. Diese stellt sich schon an der Spitze des Turmes
ein. Die aufgesprühte Flüssigkeit verteilt sich schon auf einer kurzen *wegstrecke
über dem gesamten Querschnitt des Turmes.
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Es treten keine oder nur geringe tote Randbereiche auf. Damit läßt
sich der Turm bei gleicher wirksamer Oberfläche im Vergleich zu Türmen, die mit
bekannten Fiillkörpern aufgeschüttet sind, kürzer ausbilden. Die einseitig offene
Form der Füllkörper bewirkt weiter, daß sie eine größere Zahl von Stellungen gegeneinander
einnehmen können. Dies bewirkt wieder Turbulenzen in dem von unten nach oben durch
den Turm durchtretenden Gasstrom. Damit steigen der Wirkungsgrad und die Ausbeute.
Infolge der gegenseitigen Verhakung und Verankerung behalten die Füllkörper ihre
Lage auch bei Temperaturänderungen weitgehend bei. Damit bleiben der Strömungswiderstand
und die dadurch bedingten Druckverluste über der Zeit weitgehend konstant.
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Die sich durch die gegenseitige Verhakung ergebende erhöhte mechanische
Festigkeit setzt die auf einen einzelnen Füllkörper wirkenden Kräfte herab. Damit
lassen sich diese bei gleicher Oberfläche dünner ausbilden. iit dieser geringeren
Wandstärke sinkt das Gewicht eines aufgeschütteten Bettes. Gleichzeitig wird an
Material gespart. Insbesondere bei Verwendung hochwertiger Legierungen für die Füllkörper
führt dies zu wesentlichen Kosteneinsparungen.
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Der erfinderische Grundgedanke läßt sich in zahlreichen Ausführungsformen
verwirklichen. Diese bilden zum Teil den Gegenstand von Unteransprüchen. Im folgenden
werden diese Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
In dieser ist: Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Füllkörpers,
Fig. 2 eine ar'iicht auf diese Ausführungsform in Richtung
des Pfeiles II in Fig. 1, Fig 3 eine weitere Ansicht auf diese Ausführungsform in
Richtung des Pfeiles III in Fig. 1, Fi. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 in anderer
Darstellung, Fig. 5 eine wieder Fig. 4 ähnliche Ansicht mit einer noch anderen Ausführungsforin
der Lappen und Durchbrechungen, Fig. 6 die schematische Darstellung einer nur einen
Viertelkreis ausfüllenden Ausführungsform, Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig.
6 einer einen Halbkreis ausfüllenden Ausführungsform, Fig. a eine wieder Fig. 7
ähnliche Darstellung einer eine größere Anzahl von Lappen aufweisenden Ausführungsform,
Fig. 9 eine wieder Fig. 8 ähnliche Darstellung einer Ausführungsform mit nach entgegengesetzten
Richtungen herausgedxtckten Lappen, Fig.1O eine Seitenansicht dieser Ausführungsform,
Fig.11 die gleiche Ausfülirung wie schon in Fig. 10 gezeigt, jedoch die beiden unteren
Ränder sind gezackt statt gerade ausgebildet, Fig.12 die isufsicht auf eine Ausführungsform
mit einem spiralig aufgewickelten Wandteil, Fig.13 die Stirnansicht einer mit ihrer
offenen Seite aufgesetzten Ausführungsform mit nach oben hochgebogenen Längsrändern,
Fig.14, 15, 16 und 17 die Darstellung von je zwei Füllkörpern
der
in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform in unterschiedlicher gegenseitiger Stellung
und sich daraus ergebender unterschiedlicher Verhakung, Fig. 18 die Stirnansicht
einer Ausführungsform mit zusätzlich entlang der Längsränder eingedrückten Sicken,
Fig. 19 eine Aufsicht auf die in Fig. 18 gezeigte Ausführungsform, Fig.20 die Darstellung
von drei Füllkörpern der in den Figuren 18 und 19 gezeigten Ausführungsform in einer
bestimmten gegenseitigen Stellung, Fig.21 die Darstellung einer weiteren Ausführungsform
mit nach unten abgebogenem Randstreifen, Fig.22 eine Ansicht dieser Ausführungsform
in Blickrichtung des Pfeiles ,iII in Fig. 21 und Fig.23 die Darstellung von zwei
miteinander verkrallten Füllkörpern der in den Figuren 21 und 22 gezeigten Auführungsform.
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Der Füllkörper 12 besteht im wesentlichen aus dem Wandteil 14.
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Bei sämtlichen Figuren, mit Ausnahme von Fig. 6, ist dies in die Form
eines Halbkreises gebogen. Bei Fig. 6 nimmt das Wandteil 14 einen Viertelkreis ein.
Aus dem Wandteil 14 sind die Laschen 16 nach innen herausgedrückt und abgebogen.
Ihre Biegung kann verschieden sein, aber erfolgt im allgemeinen auf demselben Halbmesser
wie die Biegung des Wandteiles 14. Durch das Herausdrücken der Lappen 16 aus dem
Material des Wandteiles 14 werden die Durchbrüche 18 frei. Bei der in den Figuren
1 bis 3 und in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform haben die Lappen 16 gerade Enden
20. Fig.
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5 zeigt als weitere Möglichkeiten gebogene Enden 22 und spitze Enden
24.
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Bei den in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind in
jeder Reihe ein oder zwei Lappen 16 aus dem Wandteil 14 herausgedrückt.
Bei
den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen sind bei unterschiedlicher
Bogenweite des Wandteiles 14 nur je ein Lappen 16 aus diesem herausgedrückt. Bei
der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind fünf Lappen 16 aus dem Wandteil herausgedrückt.
Dies zeigt, daß die Zahl der pro Bogenweite des wandteiles 14 aus diesem herausgedrückten
Lappen 16 verändert werden kann.
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Bei der in den Figuren 9 und 10 gezeigten Ausführungsform sind die
Lappen 16 in entgegengesetzten Richtungen aus dem Wandteil 14 herausgebogen.
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Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Schmalseiten
des Wandteiles bzw. die in der Zeichnung unten liewenden Ränder gezacKt. Diese Zacken
sind Init 15 bezeichnet. Die Zaken haben zur Folge, daß noch weitere Verhakungen
auftreten, wie sowohl auch die Zacken dazu dienen, die Flüssigkeit in Tropfen oder
dünnen Abläufen ablaufen zu lassen, was besonders vorteilhaft ist für eine noch
weiterhin verbesserte Flüssigkeitsverteilung im Schüttgutbett.
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Bei der in Fig. 12 gezeisten Ausführungsform ist das wandteil zua
einer Spirale aufewickelt.
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Bei der in Fig. 13 einzeln und in den Figuren 14 bis 17 zweifach dargestellten
Ausführungsform sind die Längsränder 26 des Wandteiles nach oben oder au3en aufgebogen.
Damit entstehen zusätzliche Flächen für die gegenseitige Verankerung und Verhakung.
Die Figuren 14 bis 16 zeigen hierzu, wie der Lappen 16 eines Füllkörpers bei verschiedener
Lage desselben an dem hochgebogenen Längsrd 26 eines benachbarten Füllkörpers 12
anliegt und sich mit diesem verhakt. Fig. 17 zeigt, wie sich zwei benachbarte EEllköruer
ohne Mitwirkung der Lappen 16 alleine mit ihren hochgebogenen Längsrändern 26 verhaken.
bei diesen Figuren ist zu berücksichtigen, daß in der Wirklichkeit mehr als zwei
Füllkörper nebeneinanerliegen. Damit sind die in den Figuren 15 bis 17 freien Räume
durch Füllkörper ausgefüllt. Diese halten die dargestellten Füll-Körper in der gezeigten
Relativstellung und sind selbst in irgendwelcher
Welse mit den
gezeigten Füllkörpern veranker Bei der in den Figuren 1 bis 2G gezeigten Ausführungsform
sind parallel zu und entlang der Längsränder 26 sicken 28 in das Wandteil 14 eingedrückt.
Dies bietet weitere Möglichkeiten zum verhaken und gegenseitigen Verankern. 3ei
der in kig. 20 gezeigten La-Üe greift ein Füllkörper mit einem seiner Lappen 16
in eine solche dicke 28 ein und ein weiterer Füllkörper legt sich mit seinem hochgezogenen
Längsrand 26 in eine solche icKe. Damit können sich die Füllkörper auch bei solchen
gegenseitigen Stellungen miteinander @ verhaken, in denen sie ohne diese sicken
keine gegenseitigen Anlageflächen aufweisen würden.
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Bei der in Fig. 21 gezeigten ausführungsform sind die Längsränder
unter Bildung von Randstreifen 30 nach innen abgewinkelt. Dies führt zu weiteren
Möglichkeiten des Verhakens und gegenseitigen Verankerns. Fig. 23 zeigt als eine
Möglichkeit, wie ein Füllkörper 12 mit einem seiner Lappen 16 von innen an dem abgebogenen
Randstreifen 30 eines benachbarten Füllkörpers anliegt.
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Die verschiedenen gezeigten Ausführungsformen können auch in anderen
Zusammenstellungen an einem Füllkörper verwirklicht werden.
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Als Beispiel sei nur gesagt, daß sich die Sicken 23 und die abgebogenen
Randstreifen 30 an einem Füllkörper verwirklichen lassen, wie man auch einen Füllkörper
lediglich mit den Sicken 28 ohne hochgebogene Längsränder 26 ausbilden kann.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e