DE2942481A1

DE2942481A1 - Rieselfuellung fuer stoffaustauschkolonnen

Info

Publication number: DE2942481A1
Application number: DE19792942481
Authority: DE
Inventors: Siegmund Dipl.-Ing. 5000 Köln Ulbrich
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: ULBRICH, SIEGMUND, DIPL.-ING., 5000 KOELN, DE
Priority date: 1979-10-20
Filing date: 1979-10-20
Publication date: 1981-04-30

Description

Rieselfüllung für Stoffaustauschkolonnen
Die Erfindung betrifft eine Rieselfüllung für Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus schichtweise nebeneinander angeordneten, im wesentlichen achsenparallelen Rieselflächen in Sandwich-Bauweise mit schräggestellten Leitflächen.
Es sind Kolonnenfüllungen bekannt, die zur Kolonnenachse parallel verlaufende Rieselflächen aus Streckmetall oder Netzgeflecht, eben, gewellt oder gekantet in gleichen Abständen aneinandergereiht oder spiralförmig gewickelt, paketweise aufeinander in die Kolonne geschichtet aufweisen (s. z.B. DT-AS 12 o6 856). Die Stoffaustauschkolonnen mit durchgehenaen, vertikalen Strömungskanälen mit nicht wechselnden Querschnitten haben den Vorteil, daß das ungehindert aufsteigende Dampfgemisch einen geringen Druckverlust erleidet. Als wesentlicher Nachteil ist die relativ geringe theoretische Stufenzahl dieser Kolonnenrüllung anzusehen infolge der relativ kurzen Weglänge für den im Gegenstrom senkrecht herabrieselnden Flüssigkeitsfilm. Bei si2h senkrecht durchgehend berührenden Oterflächen tritt zusätzlich eine weitere Trennwirksamkeitsverschlechterung durch die gebildeten Zwickel auf, in denen die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte angezogen und als Bäche nach unten sehr schnell abfließen, ohne wesentlich am Stoffaustausch teilzunehmen.
Stoffaustauschkolonnen mit freien, vertikalen Strömungskanälen haben weiter den Nachteil, daß nur mit besonders sorgfältigen und damit aufwendigen Flüssigkeitsaufgabevorrichtungen eine gleichmäßige Flüssigkeitsfilmverteilung auf die Rieseloberfläche erreicht werden kann, da sonst die Flüssigkeit in Strähnen oder einseitig abfließt oder sogar durch den freien Strömungsquerschnitt bis zum Kolonnensumpf durchfallen kann, ohne einem intensiven Stoffaustausch ausgesetzt zu werden.
Wiederholte verteuernde Neuverteilungen sowie eine normalerweise unerwünschte Vergrößerung der Kolonnenpackungen werden notwendig, um den Wirksamkeitsverlust auszugleichen, womit wiederum der Druckabfall steigt und eventuell wegen Überschreiten der zulässigen Bauhöhe der Kolonnen statt einer Vakuumkolonne zwei aufgestellt werden müssen.
Das Durchfallen von Flüssigkeitstropfen läßt sich zwar kompensieren durch eine höhere Flächendichte der Füllkörperpackung; jedoch steigen bei zunehmendem Materialaufwand die Material- und Fertigungskosten sowie der Druckverlust.
Es sind auch Füllkörpereinbauten bekannt (DT-OS 21 18 887), die bereits zur Verbesserung des Stoffaustausches die Turbulenz des auf der Rieseloberfläche abfließenden Flüssigkeitsfilms durch Vorsprünge und wellenartige Streifen erhöhen und durch Verengung des Dampfströmungsquerschnittes oder durch Änderung der Dampfströmungsrichtung die Turbulenz der dampfförmigen Phase erhöhens Der Gewinn an Trennleistung ist im Verhältnis zu dem damit verbundenen, erheblich steigenden Druckverlust gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch preisgünstige Rieselfüllung zu schaffen, die über den gesamten Kolonnenquerschnitt eine gleichmäßige Quervermischung von Flüssigkeit und Dampf ermöglicht, so daß bei geringem Druckverlust eine hohe Trennleistung in der Kolonne erzielt wird.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Rieselfüllung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitflächen durch Umbiegen der durch zwei- oder mehrseitige Einschnitte in den Rieselflächen entstehenden Zungen gebildet werden und ihre Anstellwinkel und ihre Länge so gewählt sind, daß sie die gegenüberstehenden Leitflächen benachbarter Rieselflächen oder die Rieselflächen selbst punkt- oder linienförmig berühren.
Die Leitflächen erstrecken sich über die Zwischenräume der parallelen Rieselflächen. Als Spezialfall sind dabei im Rahmen dieser Anmeldung konzentrische oder spiralförmige Rieselflächen anzusehen.
Aufgrund der Berührungspunkte bzw. Linien benachbarter Rieselflächen verteilt und verzweigt sich die Flüssigkeit gleichmäßig innerhalb der gesamten Packung. AuBerdem sorgen die Berührngspunkte bzw. Linien für eine intensive Durchmischung und damit einen Konzentrationsausgieich der Flüssigkeit.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Verweilzelt der Flüssigkeit in der Füllung durch die Form, Lage und Anzahl der Leitflächen in weiten Bereichen an das Jeweilige Trennverfahren anpassen läßt. Darüber hinaus ermög ichc aie erfindungsgemäße Rieselfüllung einen hohen Durchsatz bei geringen Strömungsdruckverlusten. Durch die Leitflächen in den Strömungskanälen und großen oeffnungen in den Rieselflächen wird auch der nach oben strömende Dampf in radialer Richtung gleichmäßig über den gesamten Kolonnenquerschnitt verteilt, so daß durch die Turbulenz erzeugung sowohl für die flüssige als auch für die dampfförmige Phase ein intensiver Stoffaustausch mit Konzentrationsausgleich gegeben ist und damit eine hohe Trennwirksamkeit erzielt wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Rieselblechtafel vor dem Herausbiegen der Leitflächen, Figur 2 zwei nebeneinanderstehende Rieselblechtafeln mit herausgebogenen Leitflächen in Seitenansicht, Figur 3 die beiden nebeneinanderstehenden Rieselblechtafeln mit Leitflächen im Grundriß, Figur Seitenansichten von Rieselblechtafeln, wobei 4a-b sich sich die Leitflächen am Ort der Rieselflächen treffen, Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Rieselblechtafel gemäß Fig. 1 mit ausgestellten Leitflächen, Fig.6 ~ perspektivische Darstellungen von Rieselblechtafeln 10 mit verschieden geformten Leitflächen, Fiq. 11 eine Anordnung von Rieselflächen,die aus Streckgittern bestehen, Figur 12 eine Draufsicht einer Rieselfüllung mit konzentrischen Rieselflächen und Fig. 13 eine Draufsicht mit einer spiralförmigen Rieselfläche.
Die Rieselflächen 1 gem. Fig. 1 bestehen aus ebenen rauhen Blechen, Streckmetallen, Geflechten oder ähnlichen Materialien.
Sie werden in einer horizontalen Folge mit Einschnitten 2 versehen, die trapezförmige Leitflächen 3 und 4 definieren. Die Trapezflächen ergänzen sich Jeweils zu einem Parallelogramm.
Die Leitflächen 3 werden nun Jeweils um die ooere Kante 5 abwechselnd innerhalb einer Parallelogrammfolge nach hinten und vorne herausgebogen. In ähnlicher Weise werden die komplementären Leitflächen 4 ebenfalls abwechselnd nach vorne und hinten ausgestellt. Die Reihenfolge wird dabei so gewählt, daß z.B. die nach vorne ausgestellte Leitfläche 4 eines Parallelogramms mit ihrem Ende die ebenfalls nach vorne ausgebogene Leitfläche 3 des benachbarten Parallelogrammes berührt, während auf der Höhe des zuletzt erwähnten Parallelogramms die nach hinten ausgestellte Leitfläche 4 die ebenfalls nach unten ausgebogene Leitfläche 3 des nächstfolgenden Parallelogramms berührt. In der Folge benachbarte Leitflächen 3 und 4 berühren sich also abwechselnd vor und hinter der Zeichenebene in einem Punkt oder eine Linie P (s. auch Fig. 2).
Die Leitflächen 3 und 4, ihre Ausstellwinkel und der Abstand A der Rieselflächen voneinander werden nun so gewählt, daß sich die gegenüberstehenden Leitflächen 3, 4 benachbarter Rieselflächen in einem gemeinsamen Knotenpunkt (Knotenlinie) berühren (s. Fig. 2 und 3). Bei einer alternativen Ausführung liegen die Knotenpunkte bzw. Knotenlinien auf den Rieselflächen selbst (s. Fig. 4). Die auf eine Rieselflächenkante 7 aufgegebene Flüssigkeit verteilt sich beidseitig auf die Oberfläche und verzweigt sich dann über die schräg nach unten ausgestellten Leitflächen 3 (s. Fig. 2) und die vertikalen, in der Rieselfläche 1 verbleibenden schrägen Stege 8. An den Enden der Leitflächen 3 und 4 ergeben sich, wie schon erwähnt, Berührungs- bzw. Knotenpunkte P mit den zugewandten Leitflächen benachbarter Rieselflächen oder den Rieselflächen selbst. Die abfließende Flüssigkeit kann somit auf benachbarte Rieselflächen überwechseln. Durch die Vielfachverzweigung der Flüssigkeitswege und durch das Zusammenströmen der herabrieselnden Flüssigkeiten an den Berührungspunkten erfolgt eine intensive Durchmischung und ein Konzentrationsausgleich. An den Knotenpunkten P strömt auch die Flüssigkeit wieder auseinander. Der nach einem Knotenpunkt P neu zusammengesetzte Flüssigkeitsteilstrom wird über die tiefer liegenden Leitflächen 4 wieder auf die erste Rieselfläche zurückgeleitet, so daß im Mittel an Jeder Rieselfläche 1 die gleiche Flüssigkeitsmenge entlangströmt. Die von den benachbarten Rieselflächen zurückgeleitete Flüssigkeit vereinigt sich nun mit der auf den vertikalen Stegen 8 strömenden Flüssigkeitsmenge.
In der nächsten darunter befindlichen Folge von ausgestellten Leitblechen läuft dann erneut der oben beschriebene Verteilungs- und Mischungsvorgang ab. Neben der Flüssigkeitsverteilung zargen die Leitflächen 3 und 4 auch für eine vielfache Strömungsumlenkung der aufsteigenden Dämpfe.
In Fig. 5 sind die ausgestellten Leitflächen 3 und 4 einer Rieselblechtafel 1 perspektivisch dargestellt. Eine Leitfläche 4 eines Parallelogrammes berührt sich Jeweils in P mit der Leitfläche 9 des vorangehenden Parallelogrammes. Die Berührungspunkte P liegen in Richtung der Folge gesehen abwechselnd vor und hinter der Rieselblechtafel 1. In der darunterliegenden Folge von Leitflächen ist die Richtung der Leitflächen umgekehrt. Diese Umkehrung gewährleistet, daß die in der oberen Folge eintretende seitliche Abweichung eines Teilstromes von der vertikalen Richtung in der nächsten Folge wieder ausgeglichen wird. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, strömt der Flüssigkeitsteilstrom über die Leitfläche 3 schräg nach unten und kehrt nach der Verzweigung am Knotenpunkt an der Basis des vorangehenden Parallelogrammes auf die Rieselfläche 1 zurück.
Diese seitliche Versetzung wird dann in der nächsten Folge kompensiert. Die Flüssigkeit strömt also auf einem Zick-Zack-Weg nach unten. Dieses Prinzip gilt auch für die in den Fig.
6 bis 10 gezeigten verschiedenartigen Formen von Leitflächen.
Die Leitflächen gemäß Fig. 6 sind z.B. zungenförmig, während die Leitflächen nach Fig.7 eine Rechteckform aufweisen. Man erhält letztere durch dreiseitige Einschnitte in der Rieselblechtafel 1. Die lange Rechteckseite ist dabei Jeweils senkrecht zur langen Rechteckseite der nächsten Folge orientiert.
Gemäß den Fig. 8 bis 10 besteht die Rieselfläche 1 aus einem Drahtnetz. Nach Fig. 8 haben die Leitflächen Trapez- und nach den Fig. 9 und 10 Rechteckform. Gemäß Fig. 11 besteht die Rieselfläche aus einem handelsüblichen Streckgitter. Die ausgestellten Leitflächen ergeben sich unmittelbar aus der Streckform. Die Streckgitter werden bezüglich ihrer Lochrichtung versetzt aneinandergereiht.
Die Fig. 12 und 13 zeigen Spezialfälle von achsenparallelen Rieselflächen. Gemäß Fig. 11 sind die Rieselflächen 1 konzentrisch angeordnet. Die Zwischenräume werden von den Leitflächen 3 bzw. 4 überbrückt. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Leitflächen bei der spiralenförmigen Anordnung der Rieselflächen gemäß Fig. 12 im Zwischenraum zwischen den einzelnen Windungen der Spirale.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Rieselfüllung für Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus schichtweise nebeneinander angeordneten, im wesentlichen achsenparallelen Rieselflächen in Sandwich-Bauweise mit schräggestellten Leitflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (3,4) durch Umbiegen der durch zwei- oder mehrseitige Einschnitte (2) in den Rieselflächen (1) entstehenden Zungen gebildet werden und ihre Ausstellwinkel und ihre Länge so gewählt sind, daß sie die gegenüberstehenden Leitflächen (3,4) benachbarter Rieselflächen (1) oder die Rieselflächen (l) selbst punkt- oder linienförmig berühren.
2. Rieselfüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich horizontal benachbarte Leitflächen (3,4) einer Rieselfläche (1) untereinander berühren.
3. Rieselfüllung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (3) in den Zwischenräumen konzentrischer Rieselflächen (1) angeordnet sind.
4. Rieselfüllung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (3) die Zwischenräume einer spiralförmigen Rieselfläche (1) überbrücken.