DE2911869A1 - Tragplatte zum abstuetzen einer schuettung oder packung von fuellkoerpern - Google Patents

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WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

professional representatives before thb european patbnt office agre£s pres l'office europeen des brevets ' · DR.MNG. PWANZ VBESTHOP* DR. PHIL. FREDA VUESTHOFP DIPL.-ING. GERHARD PULS (19JI-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-INC. XUPEKT GOETZ

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Anmelder;

Norton Company

New Bond Street,

Worcester, Massachusetts 01606, USA

Titel:

Tragplatte zum Abstützen einer Schüttung oder Packung von Füllkörpern.

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PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHR¹

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DR.-ING,

DR. PHIL. FREDA TUESTHOPP DITL.-1NC. CERHARD PULS (1052-1971) DIPL-CHEM. DK. E. PKEIHERK VON PECHMANN DX.-INC. DIETER BEHRENS DIPL.-INC.; DIPU-WIRTSCII.-ING. RUPERT COE^Z

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Beschreibung

Tragplatte
zum Abstützen einer Schüttung oder Fackung von Füllkörpern

Die Erfindung betrifft eine perforierte Tragplatte zum Abstützen einer Schüttung oder Packung von Füllkörpern und zum Durchleiten bzw. Einblasen von Pluiden in die Füllkörperschüttung bzw. -packung in Behandlungstürmen oder -gefäßen, insbesondere für Apparate, in denen eine Gas-Flüssigkeit3-Berührung stattfindet, z.B. in Rektifikations- oder Sorptionstürmen.

Für das Abstützen von Schüttungen oder Packungen von Füllkörpern in Apparaten oder Türmen mit Fluid-Fluid-, Flüssigkeit-Flüssigkeitund Gas-Flüssigkeit-Berührung sind verschiedene Tragsysteme und Tragplatten bekannt. Derartige Apparate sind Türme, die so ausgelegt sind, daß sie zwei im Gegenstrom flieseende Medien miteinander in Berührung zu bringen vermögen, um eine spezielle Behandlung, wie z.B. die Wärmeübertragung von dem einen Medium auf das andere, durchzuführen.

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Zum Abstützen von FUllkörpern benutzen derzeitige Füllkörper-Tragsysteme Sektionen bzw. Tragelemente von im wesentlichen balkenförmiger Konfiguration mit vertikalen oder geneigten unäwaagerechten perforierten Abschnitten. Der im wesentlichen vertikale Abschnitt läßt das aufwärtsströmende Gas durch und ist im oberen Teil des Balkens angeordnet. Der perforierte waagerechte oder im wesentlichen waagerechte Abschnitt läßt die herabfließende Flüssigphase durch und ist im unteren Teil des Balkens angeordnet. Durch das Trennen der Flüssig- und Gasphasen und ihr Durchleiten durch verschiedene Öffnungen wird der Druckabfall gegenüber Tragsystemen, bei denen die Flüssigkeit und das Gas im Gegenstrom durch gemeinsame Öffnungen hindurchfließen, verringert. Die derzeitigen Systeme unterliegen drei hauptsächlichen Beschränkungen.

Erstens: Die physikalische Belastung durch die Füllkörper kann durch den vertikalen oder geneigten perforierten Wandabschnitt begrenzt sein. Bei Überbelastung dieses Abschnittes biegen sich die Seitenwände nach innen und rufen bauliches Versagen, fehlerhafte Stromführung oder beides hervor.

Zweitens: Die eingearbeiteten Öffnungen weisen relativ scharfkantige Ränder auf, die Widerstand gegen das Einströmen in und das Durchströmen der Öffnungen erzeugen. Dies erhöht den Gasphasen-Druckverlust am Tragsystem.

Drittens: Der perforierte vertikale Balkenabschnitt, an dem sich die herabfließende Flüssigkeit zerteilen soll und der dafür sorgen muß, daß die Öffnungen frei bleiben, damit das aufwärtsströmende Gas hindurchtreten kann, weist im wesentlichen ebene Flächen auf, und die Gasströmung muß die Flüssigkeit am Eintritt in die Perforationen hindern. Dabei muß das Gas einigen Druck verlieren. Dies erhöht den Gasphasen-Druckverlust am Tragsystem.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen perforierten Turmeinbauten-Träger zu schaffen, der größere mechanische Festigkeit aufweist, dem Ein- und Durchströmen des im

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Gegenstrom fließenden Mediums in einer Richtung durch getrennte Gruppen von Öffnungen niedrigeren Widerstand und dem Ein- und gleichzeitigen Durchströmen der im Gegenstrom fließenden Medien durch dieselben Öffnungen größeren Widerstand entgegensetzt. ;

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung erzielt eine starke Verbesserung bei allen dreien der weiter oben beschriebenen Einschränkungen durch gleichmäßiges konisches Erweitern nach außen und Aufstellen des Werkstoffrandes rings um die eingearbeiteten Öffnungen. Dadurch ergeben sich zusätzliche Rippen an den Seitenwänden, die deren Steifigkeit erhöhen, um JBiegungen nach innen zu verhindern. Jeder Eingang der Öffnungen ist gleichmäßig gerundet, wodurch der Strömungswiderstand verringert oder, wirkungsmäßig, ein höherer Öffnungs-Beiwert (orifice coefficient) erzielt wird. Ausgänge der Öffnung mit relativ scharfen Kanten liegen außerhalb der Seitenwand, und die herabfließende Flüssigkeit wird zum größten Teil daran gehindert, vom Ausgang der Öffnung her einzuströmen und verkleinert dadurch den Widerstand gegen die Gasströmung.

In den US-PSen 3 222 040 und 3 419 253 und in dem Konstruktions-Handbuch TA-70 "Packed Tower Internals", veröffentlicht von der Norton Chemical Process Products Division, Akron, Ohio 44309/USA, Copyright 1970, sind Füllkörper-Tragplatten beschrieben, die in vieler Hinsicht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Tragplatte ähneln und von dieser Art sind.

Die Erfindung schafft Jedoch Tragplatten, die gegenüber der Anmelderin bekannten vergleichbaren perforierten Tragplatten verbessert sind und sich von diesen dadurch unterscheiden, daß die Öffnungen, die in ihren Wänden den freien oder offenen Raum bilden, von gleichmäßig gekrümraten Eingängen und

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herausragenden Rändern oder Wandabschnitten umgeben sind, welche die Richtungsströmungscharakteristiken der im Gegenstrom fließenden Medien verbessern, den Strömungswiderstand verkleinern und dadurch den Druckabfall am Tragsystem verringern. Auch sind die Wände jedes Tragelementes des Trägers durch die herausragenden Ränder verstärkt und weisen je nach Randgröße eine bis zu achtmal größere Biege- oder Durchbiegefestigkeit auf als Wände mit unberandeten Öffnungen eines vergleichbaren Tragelementes von gleichen Abmessungen, gleicher Gestalt und gleichem Anteil an freier oder offener Fläche. In den Fällen, wo Einschränkungen durch die Wände gegeben sind, hat die Tragplatte als Ganzes daher eine sehr viel größere Tragfähigkeit.

Erfindungsgemäß weist die perforierte Tragplatte für Turm-Füllkörper mehrere nebeneinander angeordnete, lange, hohle Balken oder Tragelemente auf, von denen jedes durch ein Arbeitsloch in der Wand des Turmes einführbar ist. Die Tragelemente erstrecken sich nebeneinander quer durch eine Kammer im Turm und sind an entgegengesetzten Enden durch eine an der die Kammer umschließenden Wand befestigte Konsole, Rippe oder Ring abgestützt. Die Turmkammer kann von beliebiger Querschnittsgestalt sein und bis zu etwa 3»66 m Durchmesser oder Breite oder darüber haben. Folglich kann die Tragplatte ein relativ längeres mittleres Tragelement, das keine seitliche Stützung erfährt, und bis zu zwölf oder mehr sich anschließende oder daneben angeordnete Tragelemente aufweisen, die an ihren Enden abgestützt sind. Es kann daher sein, daß das mittlere Tragelement eine Last von 5 Tonnen oder darüber der über der Tragplatte angeordneten Füllkörper zu tragen hat.

Jedes Tragelement der Tragplatte hat einen oberen, sich vertikal erstreckenden Abschnitt von überwiegender Längsausdehnung mit einer Kammer zwischen im Abstand voneinander angeordneten perforierten Seitenwänden. Vorzugsweise sind die Seitenwände geneigt und laufen von einer bogenförmig gekrümmten Oberseite nach unten auseinander zu sich anschließenden perforierten

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waagerechten Wandabschnitten hin, welche sich zu kurzen vertikalen Wandabschnitten hin erstrecken, die an benachbarten Tragelementen der Tragplatte anliegen oder in etwas Abstand davon angeordnet sind. Öffnungen oder Perforationen in den geneigten Seitenwänden und den waagerechten Wandabschnitten sind von aufgestellten Planschen oder Wänden umschlossen, die aus den umgebenden Flächen der Wandabschnitte zu den ausgangsseitigen Enden der Öffnungen hin herausragen.

Der Widerstand gegen Ein- und Durchströmen von im Gegenstrom fließenden Medien durch die Öffnungen hindurch ist in hohem Maße durch gleichmäßig gerundete Eingangsabschnitte reduziert, während der Widerstand gegen Ein- und Durchströmen der im Gegenstrom fließenden Medien von den entgegengesetzten ausgangs sei tigen Enden her durch die herausragenden Wände oder Ränder und durch stärker scharfkantige Randflächen an den ausgangsseitigen Enden der öffnungen in großem Maße erhöht ist· Der Druckabfall im Füllkörper-Tragsystem ist daher stark verringert .

Außerdem erhöhen die aufgestellten Wände oder Flansche rings um die Öffnungen den Biege-, Verformungs- und Durchbiegungswiderstand der Wandabschnitte und vergrößern dadurch die Tragfähigkeit der Tragelemente, und folglich der Füllkörper-Tragplatte, indem sie deren mechanische Festigkeit erhöhen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Schrägansicht eines Teiles eines von mehreren nebeneinander angeordneten Tragelementen von überwiegender Längsausdehnung der Füllkörper-Tragplatte,

Fig. 2 den vertikalen Schnitt 2-2 in Fig. 3 durch einen Teil eines Turmes, aus dem eine Tragplatte aus mehreren Tragelementen gemäß Fig. 1 ersichtlich ist, die sich waagerecht durch die Kammer erstrecken und an einer Rippe an der Turmwand abgestützt sind,

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Pig. 3 den Schnitt 3-3 in Fig. 2 mit einer Draufsicht auf die Tragplatte gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil der Turmwände mit einem Endstück eines an der Rippe abgestützten Tragelementes und einem Teil des Arbeitsloches in der Turmwand.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 ist die zum Einspritzen bzw. Einblasen von Fluid und zum Abstützen von Füllkörpern ausgelegte erfindungsgemäße Tragplatte PS aus mehreren aneinandergrenzenden, langen, hohlen Füllkörper-Tragelementen 10 von im wesentlichen gleicher Querschnittsgestalt zusammengesetzt. Vorzugsweise sind die Tragelemente 10 nebeneinander angeordnet, entweder mit etwas Zwischenabstand oder mit gegenseitiger Anlage, erstrecken sich in Längsrichtung quer durch eine Kammer C und sind an entgegengesetzten Enden von einem Ring oder einer Rippe L abgestützt, die sich rings um die Kammer C erstreckt und an einer Wand W des Turmes T befestigt ist. In die Wand W des Turmes T ist nahe der Rippe L ein in Fig. 4 zum Teil dargestelltes Arbeitsloch P eingearbeitet, durch das hindurch die Tragelemente 10 einführbar und dann an der abstützenden Rippe L zusammenbaubar sind.

Jedes der balkenförmigen Tragelemente 10 von überwiegender Längsausdehnung ist vorzugsweise ein einzelnes, einteiliges Bauteil, das sich aus verschiedenen Werkstoffen, wie z.B. Metallen, Kunststoffen und keramischen Werkstoffen vorfertigen oder formen läßt. Es ist auch· in zwei oder mehreren Teilen herstellbar, die durch Schweißen, mit zweckdienlichen Befestigungshilfsmitteln wie z.B. Bolzen, Schrauben, oder mittels Klebstoffen zusammengefügt werden.

Beim gezeigten Beispiel ist die Tragplatte PS gemäß Fig. 3 in einer kreisrunden Turmkammer angeordnet und hat daher eine kreisrunde Konfiguration, was nicht immer der Fall zu sein braucht. Folglich weist die kreisrunde Tragplatte PS mehrere

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Tragelemente 10 von unterschiedlicher Länge auf, von denen das längste dem Zentrum der Kammer C am nächsten und die kürzesten an gegenüberliegenden Seiten der Kammer C angeordnet sind.

Das in der Mitte angeordnete längste Tragelement 10, das nur an seinen entgegengesetzten Enden abgestützt ist, hat selbstverständlich die größte freitragende Länge und muß daher von kräftigem Aufbau und fest genug sein, um einen größeren Teil der Schüttung oder Packung von Füllkörpern E abstützen zu können.

In Querschnittsansicht hat jedes Tragelement 10 gemäß Pig. 1 und 2 einen oberen Teil mit zwei im Abstand voneinander angeordneten, geneigten oder konischen, perforierten Seitenwänden 12, welche von einer verbindenden oberen Wand 14 aus, die vorzugsweise bogenförmig gekrümmt ist, nach unten auseinanderlaufen. Die Seitenwände 12 erstrecken sich, gewöhnlich mit einer im voraus festgelegten, verhältnismäßig steilen Neigung von 0 bis 35* gegen die Vertikale, nach unten zu zwei angrenzenden, perforierten waagerechten Wandabschnitten 16 hin, die im unteren Teil des Tragelementes 10 angeordnet sind. Die waagerechten Wandabschnitte 16 erstrecken sich zu im Abstand voneinander angeordneten, verhältnismäßig kurzen, vertikalen, ungelochten Seitenteilen 18 hin, mit denen sie verbunden 3* na und die sich von ihnen aus nach unten erstrecken.

Zwischen den flanschähnlichen vertikalen Seitenteilen 18 sind zwischen den Enden jedes Tragelementes 10 Querriegel 20 mit Zwischenabstand angeordnet. Die Querriegel 20 sichern den Abstand zwischen den Seitenteilen 18, versteifen die Tragelemente 10 und verhindern deren Verwindung.

An jedem der sich gegenüberliegenden Enden eines Tragelementes 10 ist eine als Endwand oder Endverschluß dienende Endkappe befestigt, die verhindert, daß Füllkörper E in die Enden der Tragelemente 10 eindringen. Wenn die Kammer C und die Tragplatte PS

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kreisrund sind, sind in den meisten Fällen die entgegengesetzten Enden der Tragelemente 10 und die Endkappen 22 bogenförmig gestaltet, um in die Krümmung der Kammerwand W zu passen. Bei einigen Anwendungsfällen jedoch, wenn die Füllkörper ausreichend groß sind und nicht in die Lücke zwischen den Enden der Tragelemente und die Kammerwand eindringen können, können die Endkappen 22 v/eggelassen werden.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Tragelemente 10 gerade, ebene, angeschrägte Endwände oder -kappen aufweisen, die unter einem zweckdienlichen Winkel oder parallel zur Tunnwand W angeordnet sind, wobei wenigstens der gesamte untere Flächenrand der Endkappe an der Rippe L anliegt. Die Endkappe 22 kann unter einem Winkel angeordnet sein, der an einer Ebene liegt, welche die Sehne eines entsprechenden Krümmungsbogens der benachbarten Kammerwand darstellt.

In den divergierenden geneigten Seitenwänden 12 jedes Tragelementes 10 sind mehrere Öffnungen 26 von überwiegender Längsausdehnung ausgebildet, die ein aufwärtsströmendes Fluid, z.B. ein Gas, durchzulassen und in die Schüttung oder Packung aus Füllkörpern E einzuleiten vermögen.

Um vorzugsweise jede der schlitzförmigen Öffnungen 26 erstreckt sich ein durchgehender rand- bzw. kragen- oder rippenförmiger Wandabschnitt oder primärer Flansch 28, der aus der Außenfläche der Seitenwand 12 um einen im voraus bestimmten Betrag herausragt. Jede Öffnung 26 weist ringsum eine verhältnismäßig glatte Innenumfangsfläche 28a des Flansches 28 auf, die sich von einem gleichmäßig gekrümmten Eingangsabschnitt an der Innenfläche der Seitenwand 12 zu einer schärfer begrenzten, geneigten Ausgangsendfläche des aufgestellten Flansches 28 hin erstreckt.

Beim gezeigten Beispiel erstrecken sich die langen öffnungen und die sie umschließenden aufgestellten Flansche 28 in Längsrichtung entlang der verhältnismäßig ebenen Seitenwände 12

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zwischen dem Berührungspunkt mit der bogenförmigen oberen Wand 14 und der Schnittstelle mit den waagerechten Wandabschnitten 16.

Auch können die Öffnungen 26 in einer Seitenwand 12 fluchtend oder versetzt zu den Öffnungen 26 in der entgegengesetzten Seitenwand 12 oder in der Seitenwand. 12 eines benachbarten Tragelementes 10 angeordnet sein.

Alternativ können die Seitenwände 12 eine Vielzahl von berandeten Öffnungen von kleineren oder größeren Abmessungen und von beliebiger bekannter geometrischer Konfiguration aufweisen.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein Fluid, z.B. ein Gras, das aufwärts strömt und in die Innenkammer zwischen den geneigten Seitenwänden 12 gerichtet ist, ohne Schwierigkeiten in die gleichmäßig gekrümmten Eingänge der Öffnungen 26 einzuströmen und durch sie hindurch in die Schüttung oder Packung aus Füllkörpern E zu strömen vermag. Andererseits ist es für ein herabfließendes Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, schwieriger, in die mit schärferen Kanten versehenen Ausgänge der Öffnungen 26 hineinzufließen, weil zusätzlich zu dem vom aufwärtsströmenden Gas erzeugten Widerstand die aufgestellten Flansche 28 in die herabfließende Flüssigkeit hineinragen und sie von den Ausgängen fernhält. Ferner sind die Ausgänge der Öffnungen 26 gewöhnlich schmaler als die gleichmäßig gekrümmten Eingänge, und die ausgangsseitigen Enden der Flansche 28 weisen schärfer begrenzte Endflächen und Ränder auf, die einem Einströmen des herabfließenden Fluids entgegenwirken.

In ähnlicher Weise haben die waagerechten Wandabschnitte 16 der Tragelemente 10 mehrere in Längsrichtung mit Zwischenabstand angeordnete berandete öffnungen 30. Um vorzugsweise jede Öffnung 30 erstreckt sich ein durchgehender kragenförmiger Wandabschnitt oder sekundärer Flansch 32, der von der Unterseite des waagerechten Wandabschnittes 16 um einen vorbestimmten kleinen Betrag nach unten herausragt. Jede der berandeten

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Öffnungen 30 weist ringsum eine verhältnismäßig glatte Innenumfangsfläche 32a des Flansches 32 auf, die sich von einem gleichmäßig gekrümmten Eingang an der Oberseite des im wesentlichen waagerechten Wandabschnittes 16 zu einer schärfer begrenzten Ausgangsendfläche hin erstreckt, die aus der benachbarten Fläche oder Unterseite des Wandabschnittes 16 nach unten herausragt.

Obgleich die Öffnungen 30 beim gezeigten Beispiel kreisrund sind, können sie von überwiegender Längsausdehnung sein oder jede andere geometrische Konfiguration haben. Auch können sie größere oder kleinere Abmessungen haben, in anderer Anzahl vorgesehen und in bezug aufeinander oder auf die Öffnungen entweder versetzt oder fluchtend angeordnet sein.

Die gleichmäßig gekrümmten Eingangsabschnitte der Öffnungen verringern den Widerstand gegen das Ein- und Durchströmen des aus einer Schüttung oder Packung von Füllkörpern E auf der Tragplatte PS herabfließenden Fluides in und durch die Tragplatte PS. Die scharf begrenzten ausgangsseitigen Endflächen oder Ränder und die Außenumfangsflächen der herausragenden Flansche 32 erhöhen dagegen den Widerstand gegen das Ein- und Durchströmen des im Gegenstrom aufwärtsströmenden Fluides von den Ausgängen her über den Widerstand hinaus, der durch die Strömung des durch die Öffnungen 30 herabfließenden Fluides erzeugt wird.

Abhängig von den speziellen Forderungen, zu denen die Art der abzustützenden Füllkörper und der Verwendungszweck gehören, lassen sich Abmessungen und Gestalt der Tragelemente 10 und der Tragplatte PS, der Betrag der von den Öffnungen 26 und 30 geschaffenen freien oder offenen Fläche, der Krümmungsgrad an den Eingängen der Öffnungen 26 und 30 ebenso wie der Betrag, um den die Flansche 28 und 32 aus den Seitenwänden 12 und den Wandabschnitten 16 herausragen, und de Neigung der Seitenwände 12 so verändern, daß sie der angestrebten Tragfähigkeit entsprechen und daß mit dem Apparat die angestrebten Ergebnisse erzielt werden.

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Somit erweist sich die erfindungsgemäße Tragplatte PS im Betrieb wirkungsvoller beim Trennen und Leiten der gegenläufig strömenden Medien durch getrennte Öffnungen 26 und 30, sie verringert den Widerstand gegen Ein- und Durchströmen der Fluide in und durch die öffnungen 26 und 30 in der einen Richtung und erhöht den Widerstand gegen Einströmen und gleichzeitiges Durchströmen der gegenläufig strömenden Fluide in und durch dieselben Öffnungen 26 bzw. 30 in der Tragplatte PS. Folglich ist der Druckabfall am Füllkörper-Tragsystem in hohem Maße verringert.

Eine aus mehreren Tragelementen 10 zusammengesetzte Füllkörper-Tragplatte PS läßt sich aus verschiedenen Werkstoffen herstellen und in der Weise an Turmkammern C verschiedener Abmessungen und Konfigurationen anpassen, daß mehrere im wesentlichen gleiche Tragelemente 10 von der richtigen Länge mit mit Flanschen 28 und 32 versehenen Öffnungen 26 bzw. 30 darin vorgefertigt und an den Stützelementen in der Turmkammer C seitlich nebeneinander zusammengefügt werden. Von den Flanschen | 28 und 32 an den Öffnungen 26 und 30 abgesehen, sind die er- | findungsgemäßen Tragelemente 10 hinsichtlich Höhe, Breite, f Länge, Werkstoff, Gestalt und Anteil der freien oder offenen | Fläche im allgemeinen mit ähnlichen Tragelementen vergleichbar, | die zum Herstellen vergleichbarer herkömmlicher Tragplatten, | wie sie in den weiter oben angegebenen Vorveröffentlichungen | beschrieben sind, verwendet werden. i

Tragelemente 10 aus Kunststoff oder keramischem Werkstoff f_t

werden in an sich bekannter Weise geformt, während Tragelemente |

10 aus Metall in der üblichen Weise aus Blech des gewünschten §

Typs gefertigt werden. Wenn die Tragelemente 10 durch Formen I

hergestellt werden, lassen sich die mit ihnen einstückigen |

Flansche 28 und 32 an den öffnungen 26 und 30 so ausbilden, § daß sie unabhängig von den Abmessungen der Öffnungen 26 und 30 und deren Zwischenabständen um einen beliebigen zweckdienlichen Betrag herausragen.

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Wenn jedoch bei der Fertigung von einem einteiligen Stück Blech ausgegangen wird, sind die gewünschte Breite oder Durchmesser und der gewünschte Zwischenabstand der Öffnungen gewöhnlich maßgebend für den maximalen Metallbetrag, der beiderseits der Achse oder an entgegengesetzten Seiten des Zentrums der öffnungen für das Aufweiten nach außen zur Verfügung steht, und für die maximale Höhe der Plansche. Alternativ lassen sich die Plansche aus Metall mit beliebiger zweckdienlicher Höhe separat herstellen und durch Schweißen an den mit beliebigen Abmessungen ausgebildeten Öffnungen in einem getrennt geformten Tragelement befestigen.

Vorzugsweise werden die Tragelemente aus Metall aus einem einteiligen Stück Blech angefertigt, das im Zentrum oder auf einer vorbestimmten Länge entlang der Mittellinie der gewünschten Öffnung gelocht bzw. geschlitzt wird, um durch Ausnutzen des gesamten zur Verfügung stehenden Metalls Flansche von maximaler Höhe und Wände von maximaler Steifigkeit zu erhalten. Durch Entfernen oder Abschneiden eines Teiles des Flansches nach einem beliebigen zweckdienlichen Verfahren läßt sich jedoch die Flanschhöhe auf einen Betrag verkleinern, der unter der maximalen Höhe liegt, welcher bei einer Öffnung von bestimmten Abmessungen erzielbar ist. Ein Teil des Metalls kann vor dem Aufweiten entfernt werden, wenn daraus eine kleinere Öffnung ausgestanzt ,vird, die im wesentlichen die gleiche Konfiguration und proportional geringere Abmessungen als die Endabmessungen der angestrebten Öffnung aufweist.

In den meisten Fällen ragen die Flansche 28 und 32 um die Öffnungen 26 und 30 etwa 8,64 mm aus der umgebenden Wandfläche heraus, und der Krümmungsradius der gleichmäßig gekrümmten Innenumfangsflachen 28a und 32a am Eingang jeder der Öffnungen 26 und 30 beträgt etwa 7,87 mm.

Das Anfertigen eines üblichen Tragelementes 10 aus Metall geschieht vorzugsweise durch Stanzen und Biegen mittels herkömmlicher Metallbearbeitungswerkzeuge und -maschinen eines einzelnen Blechzuschnittes von vorbestimmter Breite, Länge

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und Wanddicke, die gewöhnlich etwa 1,587 mm beträgt.

Die Öffnungen 26 und 30 und die sie umschließenden Plansche 28 und 32 lassen sich durch Stanzen, Ziehen und Aufweiten des Materials mit der gewünschten Krümmung oder Radius bzw. mit der gewünschten Höhe und Abmessung rings um die Öffnungen 26 und 30 ausbilden.

Durch Biegen des gestanzten, gezogenen und aufgeweiteten Blechzuschnitts werden dann an den sich gegenüberliegenden Seiten die waagerechten Wandabschnitte 16 und die vertikalen Seitenteile 18 und im Zentrum die bogenförmige obere Wand 14 und die geneigten Seitenwände 12 mit der gewünschten Konfiguration und den gewünschten Abmessungen ausgebildet. Sodann werden die Querriegel 20 aus abgelängten Metallstreifen zwischen den vertikalen Seitenteilen 18 mit vorbestimmten Zwischenabständen, vorzugsweise zwischen den Öffnungen 26 und 30, in Stellung gebracht und angeschweißt.

Die Endkappen 22 und die EtrLstücke der Tragelemente 10 werden mit bogenförmigen Krümmungen ausgebildet und so miteinander verschweißt, daß sie in die Krümmung der Kammerwand W passen und eng an ihr anliegen und an der abstützenden Rippe L anliegen.

Unter dem hier verwendeten Begriff "umschließende Plansche" sind sowohl Plansche zu verstehen, die sich nur um einen Teil der Öffnungen in den Tragelementen 10 erstrecken, als euch solche, welche die genannten Öffnungen völlig umgeben.

Ein Tragkörper mit mehreren Tragelementen und mit Planschen versehenen Öffnungen kann, je nach seinen Abmessungen, als einteilige Konstruktion aus mehreren fest bzw. einstückig miteinander verbundenen Tragelementen oder als Verbund-Konstruktion mit mehreren Sektionen aus mehreren fest bzw. einstückig miteinander verbundenen Tragelementen ausgebildet sein_f wobei jede einstückige Sektion mit mehreren Tragelementen wenigstens zwei Tragelemente aufweist.

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Alternativ können die Plansche 28 und 32 entweder nur um die Öffnungen 26 in den geneigten Seitenwänden 12 und nicht um die Öffnungen 30 oder nur um die Öffnungen 30 und nicht um die Öffnungen 26 angeordnet sein, oder auch nur um einige, nicht um alle der öffnungen 26 und 30, und entweder mit vollständiger oder mit teilweiser Umschließung der Öffnungen und 30. Auch können die Eingänge zu den Öffnungen 26 und zur Vergrößerung ihrer Abmessungen und Querschnittsflächen statt mit einer Krümmung oder Rundung mit einer unter einem bestimmten Winkel ausgeführten Fase oder Anschrägung ausgebildet sein und sich unter einem Winkel oder mit einem Krümmungsradius kontinuierlich bis zu den Ausgängen oder bis zu engeren oder bis zu den engsten Stellen der Durchlässe, die stromabwärts von den zugehörigen Eingängen gelegen sind, erstrecken.

Hinsichtlich der Durchflußkapazität, des Druckabfalls und der mechanischen Festigkeit wurde ein Vergleich angestellt zwischen der erfindungsgeraäßen Tragplatte PS mit mehreren Tragelementen 10 und einer in bezug auf Abmessungen, Werkstoff und Anteil der freien Fläche mit ihr vergleichbaren Metall-Tragplatte aus mehreren Tragelementen, die in dem weiter oben erwähnten Konstruktions-Handbuch TA 70 als Modell 804-R2 beschrieben ist und nachfolgend als Modell 804 bezeichnet wird.

Die Tragplatte des Modells 804 war aus 6 Tragelementen zusammengesetzt, die mit einem Mittenabstand von etwa 298 mm parallel angeordnet waren. Die Tragelemente waren etwa 289 mm breit, angefertigt aus etwa 1,58 mm dickem Blech, und hatten einen Zwischenabstand von etwa 9,52 mm. Jede der 12 Schrägwände wies 5 Reihen versetzt angeordneter langer oder abgerundeter (abround) Schlitze von etwa 15,8 . 41,2 mm auf. Der Mittenabstand der Schlitze betrug etwa 44,4 mm in Richtung der Wandschräge und etwa 22,22 mm in der Waagerechten, so daß ein schräger parforxerter Wandabschnitt mit einer Breite von etwa 219 mm in Richtung der Schräge und der Länge des Tragelementes zur Verfügung stand. Jede waagerechte Wand wies eine einzelne Reihe von abgerundeten (abround) oder langen Schlitzen von

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etwa 15,8 . 41,2 mm mit einem Mittehabstand von etwa 22,22 mm auf. Die gesamte freie Fläche in den Schrägwänden betrug etwa 88,7$ der Querschnittsfläche der Turmkammer.

Zum Vergleich: Die Tragplatte nach der Erfindung hatte den gleichen prozentualen Anteil freier Fläche in den geneigten Seitenwänden und den waagerechten Wändabschnitten wie das Modell 804. Sie unterschied sich Jedoch von ihm insofern, als sie im geneigten perforierten Abschnitt jeder geneigten Seitenwand eine einzige Reihe abgerundeter (abround) oder langer Schlitze von etwa 15,87 . 266 mm (Länge) mit einem Mittenabstand von etwa 31,7 mm aufweis. Die abgerundeten (abround) Schlitze oder Öffnungen sowohl in den geneigten Seitenwänden als auch in den waagerechten Wandabschnitten waren mit Flanschen versehen. Jeder Flansch hatte eine gleichmäßig gekrümrate Innenfläche mit einem größten Radius von etwa 7,93 mm, die sich vom Eingang zu einem geraden Abschnitt von etwa 2,3 mm Länge erstreckte, der an den Ausgang des Schlitzes oder der öffnung angrenzte. Somit hatten der Flansch und die Öffnung bzw. der Schlitz eine Gesamttiefe von etwa 10,2 mm zwischen dem Eingang und dem Ausgang, und nach Abzug der Wanddicke ragte der Flansch etwa 8,7 mm über die umgebende Wandfläche hinaus.

Für den Vergleich des verringerten StrömungswiderStandes durch die gerundeten, mit Flanschen versehenen Schlitze in der erfindungsgemäßen Tragplatte mit dem Strömungswiderstand durch die geraden Schlitze des Modells 804 genügt es, in einem entsprechenden technischen Handbuch nachzuschlagen, z.B. im "Handbook of Hydraulic Resistance Coefficients of Local Resistance and of Friction" von I.E. IDEL¹CHIK, 1960, das vom National Technical Information Service (NTIS) des US-amerikanischen Handelsministeriums vertrieben wird.

Das Handbuch berücksichtigt die Reynolds-Zahl und Widerstandsfaktoren und gibt Beziehungen für Wände mit scharfkantigen Öffnungen und Öffnungen mit gerundeten oder gekrümmten Rändern an. Bei einem Vergleich ergibt sich, daß der Gesamtströmungswiderstand bei Öffnungen mit abgerundeter Kante niedriger ist.

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Diese Beziehungen gelten sowohl für Gas- als auch für Flüssigkeitsströmung durch die Öffnungen.

Anhand der Angaben auf S. 81 bis 83, 112, 122, 124 und 143 bis 144 ließ sich bestimmen, daß bei einer mittleren Stromgeschwindigkeit von 10 m/s und einer maximalen kinematischen Viskosität von,400 Centistokes die Tragplatte des Modells 804 mit etwa 600 eine niedrigere Reynolds-Zahl hatte als die Tragplatte nach der Erfindung mit 750. Auch konnte festgestellt werden, daß, wenn wie im vorliegenden Fall die Reynolds-Zahl kleiner als 10 ist und der Reibungsbeiwert unter 0,1 liegt, die Tragplatte nach der Erfindung mit abgerundeten Kanten an den Eingängen zu den mit Flanschen versehenen Öffnungen einen niedrigeren Strömungswiderstand-Beiwert von etwa 1,37 hatte, also die Hälfte des Beiwertes von 2,8 für das Modell 804 mit scharfrandigen Öffnungen. Somit kann geschlossen werden, daß die Tragplatte nach der Erfindung einen niedrigeren Strömungswiderstand bietet als das Modell 804.

Verglichen mit dem Modell 804 hatte die erfindungsgemäße Tragplatte aus Metall bei gleicher Gasdurchflußrate und gleichem prozentualem Anteil der freien Fläche für die Gasströmung einen bis zu 30$ geringeren Druckabfall. Dies bedeutet, daß bei ihr bei gleichem Druckabfall und bei gleichem prozentualem Anteil der freien Fläche für die Gasströmung bis zu 20$ mehr Gas durchgesetzt werden kann als beim Modell 804, und daß dieselbe Gasdurchflußrate wie beim Modell 804 mit einer Verringerung bis zu 9$ bei den Abmessungen der Öffnungen und bei der freien Fläche für die Gasströmung möglich wäre.

Hinsichtlich der mechanischen Festigkeit ist eine Tragplatte nicht nur durch die Gesamtlast begrenzt, die sie abzustützen vermag und die der mechanischen Festigkeit ihrer Tragelemente entspricht, sondern auch durch die Einheitslast, der ihre Seitenwand standzuhalten vermag, ohne eingedrückt zu werden. Bei der erfindungsgemäßen Tragplatte aus Metall, die aus demselben Werkstoff und mit derselben Wanddicke und demselben

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Anteil freier Fläche wie das Modell 804 hergestellt worden war, waren die Seitenwände steifer und konnten in Fällen, bei denen die mechanische Festigkeit der Seitenwand eine einschränkende Rolle spielte, eine bis zu 11mal oder 1100$ größere Einheitslast als das Modell 804 aufnehmen.

In den Fällen, wo die mechanische Festigkeit der Seitenwand eine einschränkende Rolle spielt, kann somit die erfindungsgemäße Tragplatte mit einer Seitenwand derselben Dicke und aus demselben Metall eine Schüttung oder Packung von Füllkörpern abstützen, deren Höhe etwa 1100$ größer ist als beim Modell 804.

Ein Vergleich hinsichtlich der Seitenwand-Festigkeit zwischen dem Modell 804 und der erfindungsgemäßen Tragplatte mit mit Flanschen versehenen Öffnungen läßt sich in ähnlicher Weise anhand eines beliebigen einschlägigen technischen Handbuches vornehmen, beispielsweise anhand des Handbuches mit dem Titel "MechandßB of Materials" von F.E. Miller und H.A. DoeringsfieLd, 1960, herausgegeben von der International Textbook Company. Da beide Tragplatten aus demselben Werkstoff, mit derselben Dicke und für denselben Verwendungszweck hergestellt waren, hätte die zulässige Belastung in beiden Fällen die gleiche sein müssen. Es konnte nachgewiesen werden, daß das Modell 804 nur etwa 9f° der Last abstützen konnte, welche die erfindungsgemäße Tragplatte mit den mit Flanschen versehenen Öffnungen aufzunehmen vermochte.

Die Tragplatte nach der Erfindung hatte vorzugsweise Öffnungen mit vergrößerten Eingängen von ausreichenden Abmessungen, ausreichender Querschnittsfläche und zweckdienlicher Gestalt, wodurch sich im Betrieb für die Tragplatte ein Strömungswiderstand-Beiwert zwischen 1,37 bis unter 2,8, ein um wenigstens 5<fi geringerer Widerstand gegen das Ein- und Durchströmen von im Gegenstrom fließendem Gas und Flüssigkeit oder Fluiden durch die Öffnungen, und ein um wenigstens 5$ geringerer Druckabfall bei derselben Gasdurchflußrate wie bei der vergleichbaren

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Tragplatte des Modells 804 ergaben, die einen gleichen Anteil freier Fläche in den selbsttragenden Seitenwand- und waagerechten Wandabschnitten, keine Plansche um die Öffnungen und schärfer begrenzte, nicht vergrößerte Eingänge zu den Öffnungen aufwies.

Ferner hatte die erfindungsgemäße Tragplatte eine Reynolds-Zahl über 600 bis 750 bei einer mittleren Fluidstromgeschwindigkeit von 10 m/s und einer maximalen kinematischen Viskosität von 400 Centistokes und vermochte bei gleichem Druckabfall wenigstens 5$ mehr Gas durchzusetzen als das vergleichbare Modell 804 mit gleichem Anteil an freier Fläche.

Ferner wurde der geringere Widerstand gegen die Durchströmung der Öffnungen vorzugsweise durch gleichmäßiges Krümmen der Innenumfangsflächen der Flansche erzielt, so daß ihr Radius zwischen 25 und 50$ der Breite der angrenzenden Öffnung an den zugehörigen Eingängen betrug.

Außerdem waren die Flansche von ausreichender Länge, im allgemeinen gleich der Länge oder Strecke rings um die Öffnungen, und ragten aus der Seitenwand und den waagerechten Wandabschnitten um einen ausreichenden Betrag von 20 bis 60$ der normalen oder Mindestbreite oder -durchmessers der zugehörigen Öffnung heraus. Daraus ergab sich, daß die Seitenwände den selbsttragenden Seitenwandabschnitten des Modells 804 mit einem gleichen Anteil freier Fläche, jedoch ohne Flansche an den Öffnungen, hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit um das 2- bis 1!fache überlegen waren.

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Tragplatte zum Abstützen einer Schüttung oder Packung von Füllkörpern in einer Kammer eines Turmes für die Behandlung eines Fluides, welcher die Tragplatte abzustützen vermag, die mehrere Tragelemente aufweist, von denen jedes einen Teil der Kammer zu überspannen vermag und an entgegengesetzten Enden abstützbar ist und eine obere Wand über einer Innenkammer und im Abstand voneinander angeordnete Seitenwände mit von Fluid durchströmbaren Öffnungen hat, die sich nach unten zu waagerechten Wandabschnitten hin erstrecken, welche sich zu entgegengesetzten Seiten der Tragelemente hin erstrecken und ebenfalls Öffnungen aufweisen, welche von einem im Gegenstrom fließenden Fluid durchströmbar sind, gekennzeichnet durch aus * Flansche (28,32) mit Innenumfangsflächen (28a, 32a), die von einem Wandbereich ausgehen und wenigstens einen Teil des Innenumfanges zwischen Eingang und Ausgang wenigstens einiger Öffnungen (26,30) in einem Wandabschnitt (Seitenwand 12, waagerechter Wandabschnitt 16) von wenigstens einem Tragelement (10) der Tragplatte (PS) bilden. *der Oberfläche der Tragelemente vorstehende

   2. Tragplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Tragelement (10) ,primäre Flansche (28) mit Innenumfangsflächen (28a) aufweist, die von den Seitenwänden (12) ausgehen und wenigstens einen Teil des Innenumfanges zwischen Eingang und Ausgang von wenigstens einigen

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   der Öffnungen (26) in den Seitenwähden (12) bilden .

   3. Tragplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tragelement (10) sekundäre Plansche (32) mit Innenumfangsflachen (32a) aufweist, die von den waagerechten Wandabschnitten (16) ausgehen und wenigstens einen Teil des Innenumfanges zwischen Eingang und Ausgang von wenigstens einigen der Öffnungen (30) in den Wandabschnitten (16) bilden.

   4. Tragplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Planschen (28,32) umschlossenen Öffnungen (26,30) in den Seitenwänden (12) und den waagerechten Wandabschnitten (16) vergrößerte Eingänge aufweisen, die von größeren Abmessungen und größerer Querschnittsfläche als ihre kleinsten Abschnitte stromabwärts von den Eingängen sind.

   5. Tragplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die von den Planschen (28,32) umschlossenen Öffnungen (26,30) Ausgänge aufweisen, die schärfer begrenzt sind als die Eingänge und dadurch den Widerstand gegen Einströmen von Fluid von den Ausgängen her und gleichzeitiges Durchströmen von im Gegenstrom fließenden Pluiden durch dieselben Öffnungen (26,30) erhöhen.

   6. Tragplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsflachen (28a, 32a) der die Öffnungen (26,30) in den Seitenwänden (12) und den waagerechten Wandabschnitten (16) umschließenden primären und sekundären Plansche (28,32) von Innenflächen der Seitenwände (12) und von Oberseiten der Wandabschnitte (16) an den Eingängen

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   zu den öffnungen (26,30) ausgehend und daran angrenzend gekrümmt sind.

   7. Tragplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die primären und sekundären Plansche (28,32) an den Ausgängen der Öffnungen (26,30) verhältnismäßig scharfkantige Ränder aufweisen.

   8. Tragplatte nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge der von den Planschen (28, 32) umschlossenen Öffnungen (26,30) in den Seitenwänden (12) und den Wandabschnitten (16) von kleineren Abmessungen und von kleinerer Querschnittefläche sind als die vergrößerten Eingänge.

   Tragplatte nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η i c h η e t , daß alle Öffnungen (26,30) in den Seiten-

   wänden (12) und den Wandabschnitten (16) Plansche (28,32) aufweisen, welche sie kontinuierlich umschließen.

   10. Tragplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (26) in den Seitenwänden (12) von überwiegender Längsausdehnung sind und sich in Längsrichtung zwischen der oberen Wand (14) und den waagerechten Wandabschnitten (16) erstrecken.

   11. Tragplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (12) geneigt sind und von der oberen Wand (14) nach unten zu den waagerechten Wandabschnitten (16) hin auseinanderlaufen.

   12. Tragplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand (14) bogenförmig gekrümmt ist.

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   13. Tragplatte nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Öffnungen (26) von überwiegender Längsausdehnung in einer geneigten Seitenwand (12) in bezug auf die Öffnungen (26) in einer gegenüberliegenden geneigten Seitenwand (12) versetzt angeordnet sind.

   14. Tragplatte nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (30) in den waagerechten Wandabschnitten (16) in bezug auf die Öffnungen (26) in der zugehörigen geneigten Seitenwand (12) versetzt angeordnet sind.

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