DE2943061C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolonnenfüllung, die im Bereich der Flüssigkeits-, Gas- bzw. Dampf-Kontaktie­ rung für Aufgaben der Rektifikation, Absorption, De­ sorption, Chemosorption, der Gasbe- und -entfeuchtung sowie der direkten Wärmeübertragung geeignet ist.

Diese Kolonnenfüllung zeichnet sich durch das auf das spezifische Kolonnenvolumen bezogene günstige Verhält­ nis von Druckverlust und Stoffübertragungswirksamkeit bei gleichzeitig großer Arbeitsbereichsbreite aus.

Es ist eine Anzahl von Füllungen in Form von Packungen bekannt, bei denen parallel zur Kolonnenachse ange­ ordnete perforierte oder nichtperforierte mattenartige Kontaktplatten verwendet werden, die geneigte Riffe­ lungen aufweisen, wobei die Neigung der Riffelung be­ ständig ihre Orientierungsrichtung über die Kontakt­ plattenhöhe ändert.

Gemäß DE-OS 24 57 803 ist eine Anordnung von Kontaktkör­ pern bekannt, bei der die Riffelung in einem stumpfen Winkel zur Kolonnenachse verläuft. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die radialen Vermischungs­ effekte insbesondere bei großen Kolonnendurchmessern gering bleiben, da die Verteilung für die flüssige Phase im Verband mit den anderen Kontaktplatten unzu­ reichend ist.

Gemäß US-PS 34 15 502 ist eine geordnete Füllung bekannt, bei der die Riffelung in einem spitzen Winkel zur Ko­ lonnenachse geneigt ist und bei der die Kontaktplatten phasenverschoben aneinander gepackt sind. Die Stoff­ übertragungswirksamkeit erscheint auch bei dieser Va­ riante als unzureichend, da auch hier angesichts feh­ lender horizontaler Strömungskanäle insbesondere die Selbstverteilungseigenschaften der Packung für die Flüssigkeit und das Gas zurückbleiben.

Für beide aufgeführte Konstruktionen gilt, daß die Verteilungseigenschaften in radialer Richtung parallel zu den Kontaktplatten unzureichend sind. Gravierender Nachteil beider Erfindungen ist das Fehlen jeglicher konstruktiver Merkmale, die die radiale Vermischung quer in jedem beliebigen Winkel zu den Kontaktplatten ermöglichen.

Der Vermischungseffekt für die flüssige Phase fehlt so vollständig, der für die Gasphase ist nur bedingt über das formperforierte Material möglich.

Weiterhin ist nach GB-PS 10 84 794 eine geordnete Füllung bekannt, bei der die Kontaktplatten im Kolonnenkörper aufgewickelt werden. Diese Packung besitzt zwar eine vertretbare Verteilung für Flüssigkeit und Gas über den Umfang der Wicklungen, die Verteilung in radialer Rich­ tung kann jedoch ausschließlich über das Grundmaterial erfolgen. Zumindest für die flüssige Phase erscheint die Selbstverteilungseigenschaft der Packung in ra­ dialer Richtung als nicht vorhanden, für die gasför­ mige Phase sind radiale Verteilungen unter Vorausset­ zung perforierten Materials mit erhöhten Druckverlusten verbunden.

Ferner ist nach der GB-PS 12 36 014 ein Plattenwärmeüber­ trager bekannt, dessen Platten ein aus quadratischen Pyramiden bestehendes Profil aufweisen, wobei die Pyra­ midenhöhe zwei benachbarter Platten unterschiedlich ist, so daß getrennte Kanäle großer Oberfläche entstehen, die Wärmeträgerströme unterschiedlicher Temperatur führen. Diese Platten sind jedoch für das Erreichen eines Stoff­ austausches nicht einsetzbar.

Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kolonnenfüllung mit zu bekannten Konstruktionen ver­ bessertem Verhältnis von Druckverlust und Stoffüber­ tragungswirksamkeit, vergleichbar großer Arbeitsbe­ reichsbreite, einfacher Gestaltung und besonderer Eignung für große Kolonnendurchmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die An­ ordnung von parallel zur Kolonnenachse in Schichten zu­ sammengefügten perforierten geeigneten Einzelelementen eine Kolonnenfüllung zu schaffen, deren Selbstvertei­ lungseigenschaften für Dampf (Gas) und Flüssigkeit so beschaffen sind, daß die herabfließende Flüssigkeit in einer Zickzackbewegung am Einzelelement abwärts strömt, der aufsteigende Dampfstrom den gleichen Weg in entgegen­ gesetzter Richtung vollzieht und sich im Zusammenwir­ ken von Dampf (Gas) und Flüssigkeit eine radiale Ver­ mischung längs und quer zu den Elementeschichten so­ wie eine erhöhte Stoffübertragungswirksamkeit einstellt.

Das wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Ein­ zelelemente aus pyramidalen Grundkörpern mit dreiseitigen Flächen bestehen, wobei die Grundkörper wechselseitig nach außen geöffnet sind und ihre Grundflächen fehlen. Ferner, indem die Einzelelemente zu Elementeschichten ver­ tikal zusammengefügt sind, derart, daß die zur Längsachse des Einzelelementes geneigten Faltkanten in einer Ebene liegen und die Elementeschichten zu Elementepaketen ver­ tikal so zusammengesetzt sind, daß von Elementeschicht zu Elementeschicht Versetzungen vertikal um einen pyramidalen Grundkörper und horizontal um die halbe Elementbreite vor­ gesehen sind. Die Elementeschichten sind so zueinander zu­ geordnet, daß die Oberseite der Einzelelemente und der Ele­ menteschicht auf die mittlere Elementeschicht mit der größ­ ten horizontalen Ausdehnung in bezug auf den Kolonnendurch­ messer ausgerichtet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die im Winkel und quer zur Einzelelementelängskante vorgesehenen Falt­ kanten als Flächen ausgebildet. Der kleinste von den Kan­ ten der vom Grundmaterial gebildeten dreiseitigen Flächen des pyramidalen Grundkörpers eingeschlossene Winkel be­ trägt 30°.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Ansicht einer Elementeschicht

Fig. 2 Elementepaket

Fig. 3 Geordnete Kolonnenfüllung im Vertikalschnitt

Fig. 4 Schnitt A-A aus Fig. 3

Die erfindungsgemäße Kolonnenfüllung besteht aus inner­ halb eines Kolonnenmantels 1 angeordneten Einzelelementen 4. Jedes Einzelelement 4 wird aus mehreren pyramidalen Grundkörpern 5 gebildet, wobei die Grundkörper aus drei­ seitigen Flächen bestehen, wechselseitig nach außen ge­ öffnet sind und ihre Grundflächen fehlen. Das Grundmate­ rial für die Einzelelemente ist perforiert. Die im Winkel und quer zur Einzelelementelängsachse vorgesehenen Falt­ kanten 7 sind als Flächen ausgebildet. Der kleinste von den Kanten der vom Grundmaterial gebildeten dreiseitigen Flächen des pyramidalen Grundkörpers 5 eingeschlossene Winkel soll 30° betragen. Dazu wird das flache recht­ eckige Grundmaterial alternierend um 45° positiv und ne­ gativ zu seiner Längsachse bevorzugt um 90° nach oben und die zwischen den Faltkanten 7 entstehende dreiseitige Fläche in der Mitte nach unten so abgekantet, daß der Winkel zwi­ schen den beiden vom Grundmaterial des Einzelelementes 4 gebildeten Seitenflächen des pyramidalen Grundkörpers 5 90° beträgt.

Die Einzelelemente 4 sind zu Elementeschichten 3 verti­ kal so zusammengesetzt, daß die zur Längsachse des Einzel­ elementes 4 geneigten Faltkanten in einer Ebene liegen. Die Elementeschichten 3 werden vertikal derart zu Ele­ mentepaketen 2 zusammengesetzt, daß von Elementeschicht zu Elementeschicht eine vertikale Versetzung um einen pyramidalen Grundkörper 5 und eine horizontale Versetzung um die halbe Elementebreite entsteht. Dabei sind die Ele­ menteschichten 3 so zueinander angeordnet, daß die Ober­ seite der Einzelelemente 4 und der Elementeschicht 3 auf die mittlere Elementeschicht 3 mit der größten horizon­ talen Ausdehnung in bezug auf den Kolonnendurchmesser ausgerichtet ist.

Die Höhe der Einzelelemente 4 bzw. der Elementepakete 2 ist so vorgesehen, daß benachbarte Elementepakete 2 um 90° versetzt übereinander angeordnet sind. Der Elementeverband weist keine senkrechten freien Durchtrittsquerschnitte für Flüssigkeit und Dampf (Gas) auf.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kolonnenfüllung ist folgende:

Die erfindungsgemäße Kolonnenfüllung arbeitet im Gegen­ strom von Dampf (Gas) und Flüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt über einen konventionellen Flüssigkeitsvertei­ ler auf die Schnittkanten der Einzelelemente 4 des obe­ ren Elementepaketes 2 bzw. tropft auf die Seitenflächen der oberen pyramidalen Grundkörper 5. Von dort läuft die Flüssigkeit bevorzugt in den zur Längsachse des Einzel­ elementes geneigten Faltkanten 7 in einer Zickzackbe­ wegung am Einzelelement 4 nach unten, stabilisiert vom aufsteigenden Dampf-(Gas)-strom, wird am Rand des Ein­ zelelements 4 teilweise vom aufsteigenden Dampf (Gas) erfaßt und zu benachbarten Elementen getragen, durch­ dringt auf den Seitenflächen des pyramidalen Grund­ körpers angesichts des relativ großen projezierten Querschnitts die Perforation, tropft ab und wird vom Gasstrom angesichts der horizontalen Strömungskanäle 6 ausgetragen. Die Gestaltung der Strömungskanäle 6 er­ möglicht dabei nicht nur einen horizontalen Austrag in Richtung der Elementeschichten 3, sondern zugleich in einem Winkel von 30° zur Elementeschicht und so­ mit im Verband quer zur Elementeschicht 3.

Die Elementeschichten 3 werden angesichts dieser Selbstverteilungseigenschaften der Füllung so ange­ ordnet, daß die Oberseite der Einzelelemente 4 zur mittleren Elementeschicht 3 mit der größten horizon­ talen Ausdehnung zeigt und somit die horizontale Ver­ mischung auf die Kolonnenachse ausgerichtet ist.

Nach Durchströmen eines Elementepaketes 2 tropft die Flüssigkeit am unteren Ende auf das darunterliegende um 90° versetzte Elementepaket 2 ab. Der aufsteigende Dampf-(Gas)-strom gelangt vorwiegend in einer Zickzack­ bewegung vom unteren zum oberen Ende des Elementespaketes 2, durchströmt teilweise das Grundmaterial an den pyra­ midalen Grundkörpern 5 und tritt horizontal über die of­ fenen Strömungskanäle 6 in benachbarte Einzelelemente 4 ein. Durch die Zickzackbewegung des aufsteigenden Dampf-(Gas)-stromes dringen Teildampf-(gas)-ströme auch in die pyramidalen Grundkörper 5 von benachbarten Ein­ zelelementen 4 kommend ein, durchdringen das Grundmate­ rial des pyramidalen Grundkörpers 5 bzw. werden hori­ zontal in die Zickzackströmung des Dampfes (Gases) im benachbarten Einzelelement 4 einbezogen. Die mit dem aufsteigenden Dampf-(Gas)-strom mitgerissene Flüssig­ keit wird an den vorwiegend senkrecht verlaufenden Ein­ zelelementkanten und an den Faltkanten 7 abgeschieden, fließt nach unten und wird, durch den Dampf-(Gas)-strom unterstützt, an den Berührungspunkten benachbarter Ein­ zelelemente 4 erneut zerteilt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in der einfachen Gestaltung der Einzelelemente, in deren günstiger Verknüpfung zum Elementeverband, in dem gün­ stigen Verhältnis von Druckverlust und Stoffübertra­ gungswirksamkeit bezogen auf einen breiten Arbeitsbe­ reich und in der besonderen Eignung für große Kolonnen­ durchmesser.

Claims (3)

1. Kolonnenfüllung zur Stoff- und Wärmeübertragung, die aus parallel zur Kolonnenachse in Schichten zusammen­ gefügten Einzelelementen aus formperforiertem Material besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Einzelelemente aus pyramidalen Grundkörpern mit dreiseitigen Flächen bestehen, wobei die Grundkörper wechselseitig nach außen geöffnet sind und ihre Grundflächen fehlen, daß die Einzelelemente zu Elementschichten vertikal zusammenge­ fügt sind, derart, daß die zur Längsachse des Einzelele­ mentes geneigten Faltkanten in einer Ebene liegen und die Elementeschichten zu Elementepaketen vertikal so zu­ sammengesetzt sind, daß von Elementeschicht zu Elemente­ schicht Versetzungen vertikal um einen pyramidalen Grund­ körper, horizontal um die halbe Elementbreite vorgesehen sind und die Elementeschichten so zueinander zugeordnet sind, daß die Oberseite der Einzelelemente und der Ele­ menteschicht auf die mittlere Elementeschicht mit der größten horizontalen Ausdehnung in bezug auf den Kolonnen­ durchmesser ausgerichtet ist.

2. Kolonnenfüllung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die im Winkel und quer zur Einzelelementelängskante vorgesehenen Faltkanten als Flächen ausgebildet werden.

3. Kolonnenfüllung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der kleinste von den Kanten der vom Grund­ material gebildeten dreiseitigen Flächen der pyramidalen Grundkörper eingeschlossene Winkel 30° betragen soll.