DE3140640A1

DE3140640A1 - Percolating element composed of regularly folded layers

Info

Publication number: DE3140640A1
Application number: DE19813140640
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. 8406 Winterthur Grochol
Original assignee: Individual
Current assignee: GROCHOL KAZIMIR CESKY TESIN CS
Priority date: 1980-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3140640C2; CH653908A5

Abstract

The percolating element consists of folded mutually intersecting layers. The mixing effect and the efficiency is maximised by the structure of the percolating element coinciding with the network of lines of slope running through the points of contact of the folds. This is achieved by the angle of inclination of the intersection lines of the oblique folds in the vertical cross-section being equal to the angle of inclination of the folds. In the horizontal section through a set of points of contact of the folds, the structure thus appears as a quadratic network of lines.

Description

Rieselkörper aus regulär gefalteten Schichten Trickle body made of regularly folded layers

Die im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Rieselkörper für den Austausch zwischen flüssigen und gasförmigen Phasen werden seit mehreren Jahrzehnten als einbauten oder Packungen für Befeuchtungsapparate, Kühltürme, Rektifizierkolonnen, Absorptionsanlagen, uzw., in industriellem Massstab hergestellt.The trickle body mentioned in the preamble of claim 1 for the Exchanges between liquid and gaseous phases have been going on for several decades as built-in units or packings for humidifiers, cooling towers, rectifying columns, Absorption systems, etc., manufactured on an industrial scale.

lür die Herstellung werden Folien und Cewebe aus diversen Werkstoffen /wie imprägniertes Papier, Asbest, Kunststoff, Metallsieb, Blech, usw./ die sich falten lassen, angewendet.Foils and fabrics made from various materials are used for production / such as impregnated paper, asbestos, plastic, metal sieve, sheet metal, etc./ which are let fold, applied.

Die Vorteile dieser Einbauten /z.B. hohe Trennleistung, nieuriger Druckabfall/ werden meistens aus dem Vergleich mit ungeordneten Schüttungen oder füllungen /verschiedene Arten von Ringen, Spiralen, Satteln/ hervorgehoben. Diese Vorteile sind durch die räumliche Regelmässigkeit der schrägen Faltungen oder Wellungen gegeben.The advantages of these internals / e.g. high separation efficiency, lower Pressure drop / are mostly from the comparison with disordered piles or fillings / different types of rings, spirals, saddles / highlighted. These The advantages are the spatial regularity of the oblique folds or corrugations given.

Die bisher bekannten Rieselkörper sind jedoch mit einzeln Grundfehler behaftet und funktionieren nur dann relativ gut, wenn für den jeweiligen Prozess die Bewegung in der Gasphase primäre Bedeutung hat, wenn die Benetzung der Körper mit der flüssigen Phase sehr gut ist und wenn die Belastung des Rieselkörpers durch die Flüssigkeit klein ist.Wenn ein Prozess diesen Anforderungen nicht entspricht, dann ist die Leistung der Rieselkörper aus gefalteten Schichten relativ schlecht Die Verschlechterung der Leistung besteht darin, dass die jilüssigkeit am Rieselkörper nicht mehr als ein gleichmässiger Film fliesst. sondern in Gestalt von Adern, Rinnsalen ocicr Rieselkörnern Bächen. Weswegen werden bei den bekannten durch zahlreiche Massnahmen nur unwesentliche Verbesserungen erzielt.So werden z.B. die Einbauten in Abständen gelegt und dazwischen aufwendige Flüssigkeitsverteiler installiert um die Flüssigkeit zu vermischen und wieder gleichmässig über den gesamten Querschnitt der Kolonne zu verteilen.Um die Bildung von Rinnsalen zu verringern, wird die Oberfläche durch Aufkleben von kör-Rigen Pulvern oder durch Prägen aufgerauht. ÏJerartige Ivlassnahmen sind jedoch mit ungunstigen Nebenwirkungen, wie Verzögerung des Fliessens oder Erhöhung des Druckabfalls, verbunden. Um die gebildeten Rinnsale zu zerstreuen, erden zahlreiche Rieselkörper auch mit gestanzten Löchern versehen.The previously known trickle bodies, however, are individually fundamental flaws tainted and only work relatively well if for the respective process The movement in the gas phase is of primary importance when wetting the body with the liquid phase is very good and when the load on the trickle body through the liquid is small; if a process does not meet these requirements, then the performance of the trickle bodies from folded layers is relatively poor the Deterioration in performance is that the liquid on the trickle body no more than an even film flows. but in the form of veins, rivulets ocicr trickle grains streams. Why are the known through numerous measures only insignificant improvements were achieved, e.g. the built-in components are spaced apart and elaborate liquid distributors installed around the liquid in between to mix and again evenly over the entire cross section of the column To reduce the formation of rivulets, the surface is through Gluing granular powders or roughened by embossing. Anything like that however, are associated with unfavorable side effects, such as delayed flow or elevation of the pressure drop. To disperse the rivulets that have formed, numerous ground Provide trickle body with punched holes.

l)ie Nachteile der bisher bekannten Rieselkörper werden weiter bei der Beschreibung der erfindungsgemässen Anordnung verdeutlicht.l) he disadvantages of the trickle bodies known hitherto are still present the description of the arrangement according to the invention.

Es ist bekannt, dass die Grösse der Leistung direkt der Grqsse des Vermischungsgrades entspricht. Mit steigendem Vermischungsgrad wird die Bildung von Rinnsalen vermieden oder deren Lebensdauer verringert.It is known that the size of the power is directly related to the size of the Degree of mixing corresponds. As the degree of mixing increases, the formation of rivulets avoided or their lifespan reduced.

Die erfindungsgemäss gestalteten Rieselkörper zeichnen sich gegenüber den bisher verwendeten dadurch aus, dass die maximale Durchmischung und damit die maximale Leistung lediglich durch die besondere geometrische Anordnung der iS0altung gemäss Anspruch 1 erreicht wird.The trickling bodies designed according to the invention are distinguished from one another those previously used in that the maximum mixing and thus the maximum performance only through the special geometric arrangement of the iS0 circuit according to claim 1 is achieved.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der in Anspruch 1 beschriebenen Struktur anhand der Figur 1 näher erläutert werden.In ihr sind schematisch drei Hieselkörper mit unterschiedlichen Eigenschaften dargestellt, im Aufriss sehen alle drei gleich aus; der Keigungswinkel der Falten zur Achse ist hier 300 und die Abstände wischen gleich sinnigen Falten liasislänge bo/ sind ebenso gleich.The following is the mode of action described in claim 1 Structure will be explained in more detail with reference to Figure 1. In it are schematically three Hiesel bodies shown with different properties, all can be seen in elevation three equal; the angle of inclination of the folds to the axis is here 300 and the distances wipe equally meaningful folds liasis length bo / are also the same.

Im vertikalen Querschnitt ist die erfindungsgemäässe Struktur dadurch charakterisiert, dass die Schnittlinien der Faltung mit der Vertikalen denselben Winkel -hier 500 einschliessen wie die Falten im Aufriss.3ei den beiden Alternativstrukturen ist dieser Winkel jeweils 1°30' grösser oder kleiner.In den Schnitten I-IABC sind nun jeweils Fallinien von der Mitte O eingezeichnet lim Zick-Zack verlaufende Linien mit Pfeilen/.The structure according to the invention is thereby in the vertical cross section characterizes that the lines of intersection of the fold with the vertical are the same Include angles - here 500 like the folds in the elevation. 3 in the two alternative structures this angle is 1 ° 30 'larger or smaller. In the sections I-IABC are now falling lines from the center O are drawn in the zigzag lines with arrows/.

Wie man sieht, führt die Abweichung der Faltenhöhen hl bzw, vom Wert h zu einer Störung der Periodizität der Fallinien gegenüber der Periodizität der Struktur. Die Übereinstimmung der Periodizität von Fallstrassen und Struktur is-t also nur gegeben, wenn aufgrund der obigen Winkel-Gleichheit -dieser Winkel kann in übrigen grösser oder kleiner als 300 sein- die Struktur im horizontalen Schnitt durch die Berührungspunkte einen quadratischen Linienraster darstellt, der gegen die Paltenebenen unter 450 geneigt sit.Das besondere Merkmal dieser Struktur ist also, dass alle Verbindungen benachbarter Berührungspunkte von Falten falzlinien sind, die lückenloses symme trisches Netz bilden. Die in Fig. 1 gewählte Winkelabweichungen von 1030 der Strukturen A und C von der erfindungsgemäss optimalen B kann als Abweichung oder Fehler bezeichnet werden.As you can see, the deviation of the fold heights leads to or from the value h to a disturbance of the periodicity of the fall lines compared to the periodicity of the Structure. The correspondence of the periodicity of the fall roads and the structure is-t so only given if, due to the equality of angles above, this angle can otherwise greater or less than 300 - the structure in the horizontal section represents a square grid of lines through the points of contact, which against the column planes are inclined below 450. The special feature of this structure is So that all connections of neighboring points of contact of folds fold lines that form a seamless symmetrical network. The angular deviations selected in FIG of 1030 of the structures A and C of the optimal according to the invention B. can be described as deviation or error.

Dieser ist bei A und C jedenfalls so- gross, dass die erzielte ])urchmischung weit weg vom Optimum ist.In any case, this is so great at A and C that the]) mixing achieved is far from the optimum.

Bei allen untersuchten Marktprodukten wurden keine kleineren Abweichungen von der erfindungsgemässen Winkelgleichheit als l03Q'festgestellt. Dies ist verständlich, weil es ohne enntnis der massgebenden Zusammenhänge-unwahrscheinlich ist, rein experimentell näher an die optimale Konfiguration heranzukoiumen.There were no minor deviations in any of the market products examined determined by the angular equality according to the invention as 103Q '. This is understandable because it is unlikely without knowing the relevant connections, purely experimental closer to the optimal configuration.

Im einzelnen kann man die Auswirkung solcher Abweichungen auf das Fliesen etwa so beschreiben: Wenn der Schnitt-Winkel der Faltung in vertikalen Querschnitt zur Vertikale kleiner ist als der Neigungswinkel der Falten zur Vertikale /wie z.B. 28,5° in Fig, 1, Schnitt I-IA/, dann kommt die Fallinie aus dem Sittelpunkt 0 vor die nächsten Berührungspunkte O1', O2'' mit den nächsten benachbarten Schichten.In detail, one can see the effect of such deviations on the Describe tiles like this: When the cut angle of the fold in vertical cross section to the vertical is smaller than the angle of inclination of the folds to the vertical / e.g. 28.5 ° in FIG. 1, section I-IA /, then the fall line occurs from the center point 0 the next points of contact O1 ', O2' 'with the next adjacent layers.

Dementsprechende Verminderung der Faltenhöhe/h1 gegenüber der erfindungsgemässen h in Pig.1/ bedeutet eine Vergrösserung des Winkels der Fallrichtung / zur horizontalen Längsrichtung/, eine Vergrösserung der Geschwindigkeit der Strömung mach unten/, Erhöhung der Frequenz der Umlenkungen an den Falten in Seitenrichtung und Verlängsamung der Seitenströmung. Der Vermischungseffekt sowie die Leistung wird dadurch vermindert.Corresponding reduction in the height of the folds / h1 compared to the one according to the invention h in Pig.1 / means an increase in the angle of the direction of fall / to the horizontal Longitudinal direction /, an increase in the speed of the flow down /, Increasing the frequency of the deflections at the folds in the lateral direction and slowing them down the side flow. The mixing effect as well as the performance is reduced as a result.

Weiterhin wird die Leistung durch kaskadenartiges Fliessen, durch Bildung von Schaum und ungeordneten Bächen beeinträchtigt.Furthermore, the power is carried out by cascading flow Build up of foam and disorderly streams impaired.

eine Vergrösserung der Faltenhöhe /h1 gegenüber h in l'iglt bedeutet, dass die Richtung der Strömung zu Richtung der schichten kleiner wird als 450, dass die Strömung nach unten verlangsamt wird und die Seitenströmung beschleunigt wird.means an increase in the height of the folds / h1 compared to h in l'iglt, that the direction of the flow towards the direction of the layers is less than 450 that the downward flow is slowed and the side flow is accelerated.

Das bedeutet, dass hier /Fig.l, I-IC/ der Strom aus der Mitte schneller an die Wände der-Kolonne kommt als bei der erfindungsgemässen Anordnung. Die Möglichkeiten zur Bildung von Schaum, Kaskaden und ungeordneten Bächen dadurch wesentlich geringer sind als beim Beispiel I-IA und das Fliessen hier in ganz anderer Art verläuft. Durch Verminderung des Winkels der Strömungsrichtung /gegenüber den erfindungsgemässen 450/ d.h, durch Vergrösserung aer Höhe h funktionieren die Falten selbst.That means that here /Fig. 1, I-IC / the current from the middle is faster comes to the walls of the column than in the case of the arrangement according to the invention. The possibilities for the formation of foam, cascades and disordered streams, therefore much less are than in example I-IA and the flow here takes place in a completely different way. By reducing the angle of the direction of flow / compared to the inventive 450 / i.e., by increasing the height h, the folds function themselves.

als Rinnen. Es ist günstiger, wenn die Flüssigkeit in geordneten Rinnen in Seitenrichtung strömt als wenn sie in ungeordneten Bächen fällt.Unter der Voraussetzung, dass die Flüssigkeit als gleichmässiger Film fliesst und dass die Schichten durchlässig sind, ist der Vermischungseffekt quer durch die Schichten bei I-IC schlechter als bei I-IA, da die Umlenkungso f'requenz der Strömung an den Falten niedriger ist und der Druck der i'lüssigkeit an den Kontakt stellen gegen die benacllbarten Schichten kleiner ist.as gutters. It is better if the liquid is in orderly channels flows laterally as if it falls in disordered streams, provided that that the liquid flows as an even film and that the layers are permeable the mixing effect across the layers is worse than in the case of I-IC with I-IA, since the deflection frequency of the flow at the folds is lower and the pressure of the liquid at the point of contact against the adjacent layers is smaller.

Rieselkörper nach Variante C /Fig.1/ werden am meisten fabriziert. Die rinnsalartige Seitenströmung wird dabei dadurch gemildern, dass die Rieselkörper als niedrige Einbauelemente zusammengestellt und n:it abwechselnd gerichteten Schichten /um 900 gedreht/ aufeinandergelegt werden. Auf dieser Weise werden die Rinnsale unterbrochen, zerschlagen, umgelenkt, wieder formiert, usw. Auf diese Weise kann aber das iqiessen nicht wesentlich verbessert und die Leistung nicht wesentlich erhöht werden.The trickle bodies according to variant C / Fig. 1/ are most often manufactured. The trickle-like side flow is softened by the fact that the trickle body put together as low built-in elements and n: it alternating layers / rotated by 900 / placed on top of each other. This way the rivulets become interrupted, smashed, diverted, again formed, etc. On however, this does not significantly improve the quality and performance cannot be increased significantly.

Die erfindungsgemässe Anordnung stellt nicht einen Übergang zwischen den zwei betrachteten unterschiedlich schlechten Arten des Fliessens dar. Die erfindungsgemässe Struktur und nur sie ermöglicht das perfekt gleichmässige Fliessen an der gesamten Oberfläche des Rieselkörpers und ist deshalb erheblich besser als jede Abweichung davon. Durch die vollkommene Übereinstimmung des Netzes der Pallinien mit der Struktur des Rieselkörpers /Fig.1, I-IB/ wird nicht nur der maximale mögfische Vermischungseffekt erzielt, die Struktur bietet auch den minimal möglichen Raum für das Entstehen-von Bluktuationen /wie Rinnsalen und Wellen/ bzw. reduziert deren Lebensdauer auf ein Minimum und ermöglicht deshalb eine maximale Belastung mit der Flüssigkeit.The inventive arrangement does not represent a transition between the two considered different poor types of flow Structure and only it enables the perfectly even flow over the whole Surface of the trickle body and is therefore considerably better than any deviation of that. Due to the perfect correspondence of the network of the pallinias with the structure of the trickle body / Fig. 1, I-IB / is not only the maximum possible mixing effect achieved, the structure also offers the minimum possible space for the emergence of Bluctuations / such as rivulets and waves / or reduces their lifespan to a Minimum and therefore enables maximum exposure to the liquid.

Die erfindungsgemässe Anordnung erfordert herstellungsrrlässig: eine präzise Ausführung unter Berücksichtigung der Bigellschaften des jeweils verwendeten Werkstoffes. Da die falten je nach Werkstoff unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen können, muss man, um die korrekte Neigung der Faltungen zu erzielen, die Faltenhöhe dem jeweiligen Krümmungsradius anpassen.The arrangement according to the invention requires, in terms of production: one precise execution taking into account the big companies of the particular used Material. Because the folds have different radii of curvature depending on the material In order to achieve the correct inclination of the folds, you have to adjust the height of the folds adapt to the respective radius of curvature.

Im folgenden wird die Erfindung mit zwei Ausführungsbeispiels illustriert.The invention is illustrated below with two exemplary embodiments.

Die Fig. 2 zeigt den oben betrachtet6n Typ von Rieselkörper und Fig. 3 dessen Abwandlung durch hinzufügung von längsgefalteten Schichten zwischen die schräggefalteten Schichten, jeweils in perspektiwischen Ausschnitt.FIG. 2 shows the type of trickle body considered above, and FIG. 3 its modification by adding longitudinally folded layers between the Slanted layers, each with a perspective cutout.

:t)ie Zeichnungen zeigen deutlich, dass nach der erfindungsge massen Ausführung die faltungen keine Wellungen sindg die aGs Rinnen funktionieren oder eine wellenartige Bewegung der Flüssigkeit verursachen. Die Schichten sollen als ebene Flächen mit minimalem Krümmungsradius in der Falte ausgebildet- sein, um Gleichmässigkeit des Fliessens zu erreichen.: t) he drawings clearly show that according to the inventive mass Execution the folds no corrugations are the aGs gutters work or cause the liquid to move in waves. The layers are said to be flat surfaces with a minimal radius of curvature in the fold should be designed to ensure uniformity to achieve the flow.

Der in ig. 3 dargestellte Rieselkörper besteht aus denselben schräggefalteten Schichten wie derjenige in Fig.2, die aber durch längsgefalteten Zwischenschichten getrennt sind. Der Zweck dieser assnahme ist eine Erhöhung der Oberfläche und dadurch der Leistung. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Zusammenstellung besteht darin, dass bei beschränkter Durchlässigkeit die Flüssigkeit in Querrichtung befördert wird.The in ig. 3 illustrated trickle body consists of the same diagonally folded Layers like the one in Fig. 2, but with longitudinally folded intermediate layers are separated. The purpose of this assumption is to increase the surface area and thereby performance. Another advantage of such a combination is that that with limited permeability, the liquid is transported in the transverse direction will.

Um die Gleichmässigkeit des Fliessens zu erhalten, ist die Neigung der längsgerichteten Faltungen gleich der Neigung der Falzlinien der schrägen Falten. Die IIöhe der längsgerichteten Faltungen ist kleiner- sie beträgt etwa ein Drittel der Höhe der schräggerichteten Faltungen. Daher ist die Fläche der längsgerichteten Schichten kleiner. Diese Massnahmen dienen zur Erhaltung des geringen Druckabfalls in der Gasphase und zur Behinderung von Staungen der viskosen Flüssigkeit.In order to maintain the evenness of the flow, the slope is of the longitudinal folds equal to the inclination of the fold lines of the oblique folds. The height of the longitudinal folds is smaller - it is about a third the height of the oblique folds. Hence the area is longitudinal Layers smaller. These measures serve to maintain the low pressure drop in the gas phase and to prevent stasis of the viscous liquid.

Die Herstellung der erfindungsgemässen Rieselkörper ist nicht auf eine bestimmte Art von Werkstoffen beschränkt, Vorzugseise werden jedoch Werkstoffe angewendet, die sich zu dünnen durchlässigen Schichten genau falten lassen.The production of the trickle body according to the invention is not up a certain type of materials is restricted, but preference is given to materials which can be precisely folded into thin permeable layers.

Vorzugsweise werden die gefalteten Schichten zum Rieselkörper fest verbunden /durch Kleben, Sintern, usw./.The folded layers are preferably solidified to form a trickle body connected / by gluing, sintering, etc./.

Die verwendeten Werkstoffe sollen die vorzüglichen Eigenschaften des erfindungsgemässen Rieselkörper nicht beeinträchtigen.The materials used should ensure the excellent properties of the do not impair the trickle body according to the invention.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Trickle body for mass and heat exchange between liquid and gaseous media that consist of regularly diagonally folded Layers are put together so that the folds of adjacent layers over each other cross and so create a flock of parallel vertical bees, thereby characterized that the inclination of the folds equals the inclination of the cutting lines of the folds with vertical bees perpendicular to this flock of planes is that the Lines of intersection of the folds with horizontal planes through the points of contact square line grid that form the two directions of the fall lines in the vertical projection coincide with the directions of this square grid of lines, that is, include angles of 45 ° with the vertical planes of the layers, whereby the connecting lines of all adjacent points of contact of the Folds form a network of falling lines, which gives the trickle body a maximum spreading effect and thus gives maximum performance.

2. trickle body according to claim 1, characterized in that between the layers with oblique folds incorporated layers with horizontally directed folds where the inclination of the lines of fall of the horizontally directed folds is the same is the inclination of the fold lines of the diagonal folds, the high of horizontally directed folds but smaller than the height of the oblique folds and so the area of the layers with horizontally directed folds is smaller than the surface of the layers init oblique folds.