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Beliebige Packmaterialien
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Die erfindung betrifft ein beliebiges Packmaterial zur Verwendung
bei Perkolations- bzw. Klär- oder Rieselfiltern, Gaswasch- oder Gasabsorztionstürmen
und verwandten Systemen, die einen Fluid/Fluid- (beispielsweise Ga#/Flüssigkeit-,
Gas/Gas-) Kontakt erforderlich machen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein beliebiges
Packmaterial, das in erster Linie zur Verwendung als Filtermediumin einem Filterbett
bestimmt ist, das für die biologische Lehandlung von Abwasser oder vorgeklärtem
Abwasser verwendet wird.
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Grundsätzlich verfügt eine Vorrichtung zum Fluid/Fluid-Rontakt über
einen Turm oder ein anderweitiges Gebilde, in dem mindestens ein Bett aus Packelementen
enthalten ist und der bzw. das über i-littel zur Einführung der miteinander in Kontakt
zu bringenden Fluida in das Bett/ In vielen Anwendungsfällen werden die Fluida im
Gegenstrom in gegenseitigen Kontakt gebracht, wobei das dichtere Fluid (d.h.
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die Flüssigkeit in dem Fall einer Vorrichtung zur Kontaktierung von
Gas(Dampf) und Flüssigkeit) abwärts durch das +) verfügt
Packbett
hindurchströmt, während das weniger dichte Fluid (d.h. das Gas oder der Dampf im
Fall einer Vorrichtung zur Nontaktierung von Gas(D##npf) und Flüssigkeit) aufwärts
durch das Bett hindurchströmt. In anderen Anendungsfällen (beispielsweise bei Querstromkü.hltürmen)
strömen die Fluida im allgemeinen unter rechten Winkeln zueinander, wobei beispielsweise
eine Flüssigkeit abwärts durch das Bett hindurchströmt, während ein Gas oder Dampf
quer durch das Bett hindurchströrnt. Es ist nicht notwendig, daß die beiden Fluida
dem Bett zwangsweise bzw. unter Druck zugeführt werden, und so wird beispielsweise
in dem Fall eines sogenannten Abwasserfiltrationsbetts flüssiges Abwasser oder dergleichen
auf die Oberfläche eines Packbetts aufrieseln gelassen, durch welches Luft hindurchströmen
gelassen wird (üblicherweise ohne Zwangsströ:nung), urn so eine aerobe biologische
Behandlung des Abwassers zu ermöglichen.
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Eine große Vielzahl von Packelementen ist für solche Vorrichtungen
bekannt, beispielsweise industriell hergestellte Füllungen bzw. Packungen, wie beispielsweise
Raschig-Ringe, Eerl-Füllkörper, Intalox-Füllkörper und Pall-Ringe. In dem Fall von
Packelementen wie beispielsweise Raschig-Ringen oder Pall-Ringen kann das Bett in
einem gestapelten Bett (d.h. einem Bett, in dem die Elemente einzeln in ihrer Position
angeordnet sind) oder in einem aufgeschütteten Bett bestehen (d.h. in einem Bett,
in dem mindestens ein Teil der Elemente an Ort und Stelle in der Vorrichtung eingeschüttet
sind). In dem Fall von Füllkörpern handelt es sich bei dem Bett fast stets um ein
"aufgeschüttetes" Bett.
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Die Art der Packung bzw. Füllung beeinflußt selbstverständlich die
Leistung der Vorrichtung, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zur Fluid/ Fluid-Kontaktierung zu schaffen, die mit Pack- bzw. Fiillelementen
aufgefüllt
ist, um zu einem verbesserten Flüssigkeits/Flüssigkeits- oder Gas (Dampf) /Flüssigkeit-Kontakt
bei der Vorrichtung zu führen.
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Bei Systemen, die den Fluid/Fluid-Kontakt erforderlich machen, ist
es wünschenswert, daß die verwendeten Füll-bzw. Packniaterialien bestimmte Kriterien
erfüllen, wobei zu beachten ist, daß das sich ergebende Behandlungssystern umso
besser ist, je weiter die Kriterien erfüllt werden.
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In dem Fall beliebiger Pack- bzw. Füllmaterialien zur Verwendung bei
Fluid/Fluid-Systemen können die Kriterien unterteilt werden in solche, die von den
einzelnen Einheiten gefordert werden, und solche, die von den einzelnen Finheiten
bei deren Kombination zur Bildung der Füllung bzw. Packung gefordert werden.
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Die Anforderungen, die an die einzelne Einheit gestellt werden, sind
folgende: 1. Sie sollte ein großes Verhältnis zwischen Oberflache und Hohlraumanteil
besitzen; 2. Sie sollte steif bz. starr und selbsttragend sein; 3. Sie sollte natürliche
Benetzungs- bz¢. Slessungseigenschaften besitzen und geeignet sein, hydraulische
Beanspruchungen in großem Rahmen aufzunehmen; 4. Sie sollte im Gewicht leicht sein,
um die Anforderungen an die Fundamente zu minimalisieren.
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;wenn die Einheiten in einen Turm oder Filter eingepackt bzw.
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gefüllt sind, wird von der Packung bzw. Füllung gefordert, 1. das
notwendige Gewicht bei einer betriebsgerechten Packhöhe oder -tiefe tragen zu können;
2. eine für das biologische tiachstum geeignete Oberfläche bilden zu können;
3.
eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung bei einer optimalen Elüssiqkeitsverweilzeit
in Hinblick auf eine effektive Behandlung der Flüssigkeit zu liefern; 4. gute selbstverteilende
Eigenschaften zu besitzen; 5. geeignete Hohlraumanteile für natürliche Belüftung/
Sauerstoff-Ubergabe und die natürliche Entfernung von Feststoffen bei Hindurchführung
wun 'lu3sig5seiten durch das Bett vorzusehen; 6. kleine Öffnungen, die möglicherweise
nicht geeignet sind, Feststoffe hindurchtreten zu lassen, zu minimalisieren; 7.
mulden, Rinnen und Hohlräume, in denen Flüssigkeit zurückgehalten werden könnte,
zu minimalisieren.
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Die beliebige Packungseinheit der vorliegenden erfindung ist so gestaltet,
daß die vorstehend angegebenen Slerkmale vorgesehen sind und eine beliebige Packungseinheit
geschaffen ist, die über verbesserte Leistungseigenschaften gegenüber den bisher
bekannten Materialien verfügt.
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Die Erfindung sieht vor ein Bett für die Behandlung von Fluida mit
einer Vielzahl von Packungseinheiten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Verpackungseinheit
eine Vielzahl von Rippen, die winklig rund um eine im wesentlichen in der Ebene
jeder Rippe liegende Achse angeordnet sind, und mindestens ein im allgemeinen teil-ringfönniges
Verstärkungsteil zwischen den winklig einander benachbarten Rippen jedes Rippenpaars
in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Achse besitzt, wobei das Verstärkungsteil
die Rippen in einem Abstand voneinander festhält und die nach außen gerichteten
Ränder der Rippen stufig bzw. gezackt ausgebildet sind.
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Die Rippen der Verpackungseinheit können an der Achse, rund um die
sie winklig angeordnet sind, miteinander in Berührung stehen. Es wird jedoch bevorzugt,
daß die Einheit mit einem hohlen Rohr ausgestattet ist, deren Längsachse im wesentlichen
mit der Achse zusammenfällt, rund um die die Rippen angeordnet sind, die dabei von
der Außenfläche des Rohrs strahlenförmig ausgehen.
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Die Rippen können irgendeine geeignete Gestalt besitzen, beispielsweise
eine dreieckige oder halbkreisförmige Gestalt oder eine zwischen diesen beiden Extrema
liegende Ausbildung; sie können des weiteren flach oder gewellt bzw. gerippt sein.
In demjenigen Fall, in dem kein zentrales Rohr vorgesehen ist, können koplanare
Rippen paarweise zusammengefaßt sein, um so kreisförmige, quadratische, rombusförmige,
viereckige oder dergleichen Teile symmetrisch zur Achse zu bilden.
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Die Größe der einzelnen Rippen jeder Verpackungseinheit kann variieren;
es wird jedoch vorgezogen, daß die Rippen im wesentlichen in Größe und Gestalt identisch
sind und des weiteren die Rippen symmetrisch sind, d.h. Halbkreise oder gleichschenklige
oder gleichseitige Dreiecke.
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Die Anzahl der Rippen kann zwar variieren; es sind jedoch mindestens
drei und im allgemeinen nicht mehr als zwölf Rippen vorgesehen. Die Anzahl der Rippen
hängt ab von den zueinander konträren Erfordernissen eines großen Verh-5ltnisses
zwischen Oberfläche und Volumen und der flotwendigkeit der Vermeidung von öffnungen
bzw. Durchgqngen, die bei der 3enutzung verstopft werden können.
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Gestalt, Größe und Anzahl der Verstärkungsteile können variieren;
es wird jedoch bevorzugt, daß die Zahl der Verstärkungsteile zwischen den einander
winklig benachbarten Rippen jedes Rippenpaars dieselbe ist und daß dann, twenn die
Zahl der Rippen X ist, nX Verstärkungsteile vorgesehen
sind, wobei
n eine ganzzahlige Zahl im Bereich von 1 bis 3 ist. Es wird des weiteren bevorzugt,
daß die Verstärkungsteile in n parallelen Ebenen vorgesehen sind und daß die Verstarl;ungsteile
in jeder Ebene symmetrisch und im wesentlichen in der Größe identisch sind, um so
in allgemeinen ringförmige Verstärkungsplatten zu bilden.
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Die Größe der Verpackungseinheit hängt von der Versendung, für die
sie vorzusehen ist, in übereinstimmung mit bekannten Kriterien ab. Die Axiallänge
der einheit kann in geeigneter Weise zwischen 3 und 18 Ciíl liegen. Der Abstand
von der Achse zu dem arQ weitesten abgelegenen Punkt jeder Rippe kann in goeigneter
Weise zwischen 1,5 und 9 cm betragen.
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Es wird bevorzugt, daß die Gesamtaxiallänge das Doppelte oder eher
weniger als das Doppelte des Abstandes von der Zentralachse zu dem Ende der Rippen
mißt.
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In dein bevorzugten Fall, in dem ein Rohr vorgesehen ist, liegt das
Verhältnis zwischen dein Gesamtdurchmesser der Packungseinheit und dem Innendurchmesser
des Rohrs zwischen 4 : 1 und 8 : 1, vorzugsweise zwischen 6 : 1 und 7 :1. Die Wandung
des Rohrs besitzt im wesentlichen dieselbe Dicke wie die rippen oder ist dicker
als diese.
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Ilenn im allgemeinen ringförmige Verstärkungsplatten vorgesehen sind,
kann deren Anzahl variieren, obwohl eine einzelne Verstärkungsplatte vorgezogen
wird. Das Loch in der im allgemeinen ringförmigen Verstärkungsplatte kann irgendeine
geeignete Geometrie besitzen, obwohl ein kreisförmiges Loch mit eineia DurcSmesser
von 1/4 bis 1/2 der größten Abmessung der Platte bevorzugt wird.
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Das Verstärkungsteil ist in ebenfalls bevorzugter ;#ise an seinen
Außenrändern stufig bz. gezackt ausgebildet. Die Gestalt, Tiefe und Zahl der Stufen
bzw. Zacken pro Längeneinheit kann variieren; jedoch werden Stufen bzw. Zacken in
den
Außenrändern der Rippen, die Ränder parallel zur zentralen Achse und dem profilierten
Verstärkungsteil besitzen, bevorzugt. Es wird bevorzugt, daß zwei bis sechs, beispielsweise
vier, Stufen bzw. Zacken je 5 CM Außenrand vorgesehen sind. #nliche Envägungen gelten
für die Zacken bzw. Stufen an den Außenrändern des Verstärkungsteils.
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Die Vorsehung von Stufen als ein Merkmal der beliebigen Verpackungseinheit
ist deshalb vorteilhaft, weil hierdurch die Einheiten miteinander verriegelt bzw.
gegenseitig festgehalten werden und der Packung bzw. Füllung in dem in einem Filterbett
installierten Zustand eine Stabilität verliehen wird.
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Die Zacken bzw. Stufen dienen auch zur Verteilung der Last des Bett3
über einer Reihe von Ebenen.
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Die beliebige Verteilung ter in einem Filterbett oder Turm angeordneten
Elemente stellt eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit sicher, wenn diese
durch das Bett oder den Turm nach unten strömt, und schaltet die >Totwendigkeit
zur Vorsehung komplizierter Flüssigkeitsvertei lungssysterne aus, die bisher für
die Erreichung einer gleic2imäßigen Verteilung notwendig gewesen sind. Die Gestaltung
jedes Elementes stellt sicher, daß keine Kanalbildung des Flüssigkeitsstroms auftritt.
Jedes Element ist mechanisch stabil bzw. stark, und es besteht daher keine Tendenz
der Packung bzw. Füllung, unter Lastbedingungen zu kollabieren, wenn sie eine Ansammlung
biologischen Materials tragen muß. Auch besteht bei erfindungsgemäßen Packungen
keine }totwendigkeit ftir irgendwelche Zwischentraggebilde wie beispielsweise Träger
bzw.
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aalken oder Rippen, obwohl solche Traggebilde selbstverständlich verwendet
werden können, sofern dies gewünscht wird.
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Die Packungseinheit kann aus irgendeinem geeigneten tlaterial hergestellt
werden; jedoch wird die Verwendung von Kunststoffen, wie beispielsweise Polystyrol,
Polyvinylchlorid
und Polypropylen, bevorzugt. Die Einheiten können
beispielsweise durch Spritzformen, Extrusions- oder Vakuumformgebung hergestellt
werden, wobei die jeweils ausge;1ählte Verfahrensweise von den besonderen t#erstellungsanforderungen
abhangt.
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Mögliche Anwendungen der Erfindung sind: 1. als Filtermedium bei der
Behandlung von Abwasser oder vorgeklärtem Abwasser als Ersatz für Gestein in einem
Filterbett; 2. als ein Filtermedlum, das in einen Turm zur biologizehen Behandlung
von Abwasser eingestapelt wird; 3. als eine Packung für das Waschen, die Naßreinigung
oder chemische Veränderung von Gas durch Absorption; 4. als ein Medium für die Zwangsstromkühlung
in Kühltürmen.
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Im folg^nd2n werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins einzelne gehend beschrieben; in diesen
zeigt: Figur 1 eine Draufsicht auf eine Packungseinheit, Figur 2 Schnitte nach der
Linie A-A der Figur 2 zur und 3 Darstellung alternativer geometrischer Gestaltungen
der Paare koplanarer Rippen, Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Packungseinheit
der Figuren 1 und 2, Figur 5 eine Draufsicht auf eine zweite Packungseinheit der
erfindung, Figur 6 einen Schnitt nach der Linie X-X der Figur 5 und Figur 7 eine
perspektivische Ansicht der Packungseinheit der Figuren 5 und 6.
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Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Packungseinheit besitzt acht
Rippen 1, die winklig rund um eine Achse 2 angeordnet sind, die ihrerseits in der
Ebene jeder Rippe liegt, und ein ringförmiges Verstärkungsteil 3 in einer Ebene
senkrecht zu der Achse 2, das die Rippen 1 in einem Abstand voneinander festhält.
Die nach außen gerichteten Ränder der Rippen 1 sind bei 4 stufig bzw. gezackt ausgebildet,
wobei die Stufung über einander abwechselnde Ränder 5 und 6 verfügt, wobei die Ränder
5 parallel zu der Achse 2 und die Ränder 6 parallel zu dem Verstärkungsteil 3 verlaufen
und etwa vier Stufungen je S cm vorgesehen sind. Die Axiallänge der Einheit mißt
entweder 7 oder 9 cm, und die fladiallänge jeder Rippe mißt 4,5 cm.
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Das Verstarlcungsteil 3 ist eine im allgemeinen ringförmige Platte
mit einem Außendurchmesser von 9 cm und einem Innendurchmesser von 4 cm. Der Außenrand
ist bei 7 stufig bz.
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gezackt ausgebildet, wobei die Stufungen denjenigen der Rippen 1 ähneln.
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Die in Figur 3 dargestellte Einheit nimmt ein kleineres Volumen in
einem beliebigen Packbett ein als die Einheit der Figur 2, ohne daß jedoch die nutzbare
Oberfläche merklich verkleinert wäre. Es wird bevorzugt, daß die Rippen 1 senkrecht
zu der Achse der Einheit in der in Figur 3 dargestellten Weise "l;egelstum?fförmig"
gestaltet sind.
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Die Packungseinheit der Figuren 5 bis 7 verfügt über zehn Rippen 1,
die winklig rund um eine Achse 2 angeordnet sind, die ihrerseits in der Ebene jeder
Rippe liegt, wobei die Rippen 1 strahlenförmig von einem Rohr 8 ausgehen, dessen
Längsachse koaxial mit der Achse 2 zusxamenfallt, rund um die die Rippen 1 angeordnet
sind. Die Packungseinheit der Figuren 5 bis 7 verfügt des weiteren über ein ringförmiges
Verstärkungsteil 3 in einer Ebene senkrecht zu der Achse 2, das die Rippen 1 in
einem Abstand voneinander festhält. Die
äußeren Ränder der Rippen
1 sind bei 4 stufig bzw. gezackt ausgebildet, wobei die Stufung über einander abwechselnde
Runder 5 und 6 verfügt, von denen die Rinder 5 parallel zur Achse 2 und die Ränder
6 parallel zu dem Verstärkungsteil 3 verlaufen und etwa vier Stufungen je 5 cm vorgesehen
sind. Die Axiallänge der Einheit mißt 7 cm, die Radiallänge jeder Rippe 1 4 cm und
der Innendurchmesser des Rohrs 1,5 cm.
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Das Verstärkungsteil 3 ist eine im allgemeinen ringförmige Platte
mit einem Außendurchmesser von 9,8 cm und einem Innendurchmesser von 6,7 cm. Der
Außenrand ist bei 7 stufig bzw. gezackt ausgebildet, wobei die Stufung derjenigen
der Rippen 1 ähnelt.
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Die dargestellten Einheiten sind annähernd achtflcichig bzw.
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achtseitig in ihrer Gestalt, die über entweder 16 oder 20 dreieckige
Flächen verfügt, die je von den gestuften bzw.
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zackigen Rändern der beiden Rippen und des Verstär3#ungsteils gebildet
bzw. begrenzt sind. Die Stufungen sind so gestaltet, daß aie Einheiten in zufälliger
bzw. beliebiger Weise in ein Bett für eine Fluidbehandlung ohne Zusammenstapelung
eingefüllt bzw. eingepackt werden. Das bei der Ausführungsform der Figur 5 bis 7
vorgesehene zentrale Rohr dient dazu, eine bessere Strömung der Flüssigkzit zu ermögliciien,
während eine Verstopfung bzw. Blockierung reduziert wird.