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Füllung für Wasch- und Destillierkolonnen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Füllung für Wasch- und estillierkolonnen.
Bei den bisher üblichen Kolonnen dieser Art, die zum ununtebrochenen Waschen oder
Destillieren unter gegenseitiger Einwirkung zwischen Flüssigkeiten und Flüssigkeiten
oder zwischen Flüssigkeiten und Gasen oder Dämpfen dienen, wobei der Grad der Einwirkung
durch Füllungen erhöht wird, kann man drei Arten von Kolonnen unterscheiden: 1.
Kolonnen mit beeinträchtigtem Querschnitt ohue Stromführung, d. h. solche, bei denen
das aufsteigende und das absteigende Mittel nicht zwangläufig einen bestimmgten
Weg durchlaufen müssen (Fülleung mit Tetraedern, Kugeln, Kies o. dgl.).
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2. Kolonnen mit nahezu nicht beeinträchtigtem Querschnitt ohne Stromführung
(Füllung mit Geflechten, Raschig-ringen o. dgl.).
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3. Kolonnen mit beeinträchtigtem Querschnitt und bestimmter Stromführung
(Füllung mit Steineinbauten, glocken oder Kapseln, durchlochten Blechen o. dgl.).
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Bei den Kolonnen der unter 1 und 2 bezeichineten Art werden der Verteilungsgrad
und die Längfe des von den durch die Kolonnen hindurchgehenden Stoffen durchlaufenen
Weges wesntlich von der Obrflächenspannung dieser Stoffe beeinflußt. Im ungünstigsten
Grenzfalle kann das auf, oder absteigende Mittel unter Einhüllung eines Teiles der
Füllkörper zu einem einheitlichen Strom vereinigt bleiben, an Idem der Strom des
anderne Mittels vorbeigleitet, so daß die Berührungsfläche und der Einwirkungsgrad
unmittelbar von der einfachen Kolonnenköhe abhängig sind. Bei Annäherung an diesen
Grenzfall, die im praktischen Betriebe häufig vorkommt, findet eine unzulängliche
Wechselwirkung der Stoffe statt. die zu mangelhafter Ausnutzung der Kolonnen und
ungenügenden Ergebnissen des Verfahrens führt.
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Bei den unter 3 angeführten Kolonnen list eine Mindestweglänge gesichert,
doch führen die bei diesen Kolonnen angewandten Füllungen eine große Querschnittsverengerung
und damit eine Widerstandserhöhung und geringe Wirkung bei geroßem Umfang der Vorrichtung
herbei. Man ist trotzdem zu diesen Kolonnen übergegangen, weil sie eine Mindestzahl
von Tauchungen, d. h. von Stellen, an denen das aufsteigende und das absteigende
Mittel durcheinander hindurchgehen müssen, gewährleisten, während bei den Kolonnen
nach I und 2 zwar eine größere Anzahl von Tauchungen möglich, aber nicht gewährleistet
ist.
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Bei keiner Ider bekannten Arten von Kolonnen sind gleichzeitig die
Bedingungen erfüllt, daß a) nur eine unwesentilche Querschnittsverengerung stattfindet,
d. h. der geringste Widerstand bei höchster Durchflußleistung gesichert ist, und
b) eine Weglänge gewährleistet ist, die unmittelbar von einem Vielfachen der Kolonnen
höhe abhängig ist. Außerdem bleibt c) die Aufgabe ungelöst, unter Aufrechterhaltung
dieser Bedingungen eine sehr gorße Zahl von Tauchungen zu gewährleisten.
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Bei den bekannten Einrichtungen ist hächstens eine dieser Bedingungen
erfüllt. Außerdem ist dort die gute Durchmischung der heiden Mittel häufig nicht
gesichert, und es finden sich oft tote Räume, in denen überhaupt keine gegenseitige
Einwirkungder beiden Mittel stattfinden kann.
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Gemäß der Erfindung wird nun eine Kolonnenfüllung geschaffen, die
nicht nur die ersten beiden Bedingungen erfüllt, sondern auch die Möglichkeit gibt,
eine sehr große Anzahl von Tauchungen zu gewährleisten.
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Die gute Durchmischung der beiden Mittel ist dabei vollkommen gesichert,
und tote Räume sindl vermieden.
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Die Erfindung besteht darin, daß in die Kolonnen abwechselnd entgegengesetzt
geneigte Grouppen von ungelochten Blechen eingesetzt sind, zwischen denen die Flüssigkeiten
bzw. Gase oder Dämpfe derart. hindurchstreichen müssen, daß eine vollständige gegensetitige
Durchdringung des aufsteigenden und des absteigenden Mittels gesichert ist. Hierdurch
wird erreicht, daß ein praktisch unbegrenzt langer Weg zwangläufig durchmessen werden
muß, Wenn man z. B. derartige Sätze von Blechen so übereinander in einer Kolonne
anordnet, daß sich die Neigungswinkel der Bleche aufeinanderfolgender Gruppen zu
180° ergänezen, so ist die Weglänge jedes Flüssigkeitsstromes mindestens n # s,
wobei n die Zahl der Blechsätze und s die mittlere Länge der Bleche jedes Satzes
ist. Die Zahl n ist praktisch nahezu unbegrenzt, weil der Neigungswinkel sich 0°
nähern kann. Hierdurch ist den Bedingungen unter a und b bereits du hohem Maße genügt.
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Man kann die Wirkung noch steigern, wenn man anstatt glatter Bleche
Wellbleche verwendet, deren Wellen quer zur Strömungsrichtung veerlaufen. Hierdurch
wird der Wert von s erheblich erhöht, besonders wenn man kurzwellige Bleche anwendet.
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Um bei der Begegnung des aufsteigenden Dampfes mit der absteigenden
Flüssigkeit eine möglichst große Zahl von Tauchungen zu gewährleisten, können die
Wellbleche so eng gestellt werden, daß die Wellen jedes Bleches den Flüssigkeitsspiegel
in den entsprechenden Wellen des nächstunteren Bleches schneiden.
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Wenn wiederum n die Zahl der Blechsägtze und t die Zahl der Wellen
des einzelnen Wellbleches ist, so ergibt sich für jeden Strom eine Anzahl von n
# t gewährleisteten Tauchungen, und zwar unter Wahrung der Bedingungen unter a und
b. Eine derartige Anzahl von gewährleisteten Tauchungen ohne Querschnittsverengerung
lößt sich mit keiner der bisher bekannten Einrichtungen erreichen.
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Dadurch, daß der aufsteigende Strom lin jeder Welle absteigen, der
abwärtsgehende ebensooft aufsteigen muk, wird die Durchmischung und die Ausbildung
von Wirbeln in bisher unerrichter Weise unterstützt, da gegenüber den älteren Einrichtungen
die Zahl der Anstöße zur Wirbelbildung auf ein Vielfaches gesteigert ist.
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Die Wirbelbildung kann noch weiter dadurch unterstützt werden, daß
die Wellbleche gegeneinander versetzt werden, so daß abwechselnd Verengerungen und
Erweiterungen der Zwischenräune zwischen den Blechen entstehen. Der Gesamtiquerschnitt
wird hierbei nicht verändert, ebenso können auch die Tauchungen aufrechterhalten
werden.
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Die Anwendung von Wellbelechen ermöglicht in einfacher Weise durch
Festlegung der Zahl und Dorm der Wellen, sowie des Neigungswinkels und des Abstandes
der Bleche in rechnerisch verfolgbarer Weise die Vorrichtung der gewünschten Abstufung
des Wirkungsgrades anzupassen.
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In den Zeichnun gen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt im senkrechten Schnitt eine Kolonne, deren Füllung aus
glatten Blechen zusammengesetzt ist.
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Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstabe eine Einzelheit.
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Fig. 3. und 4 zeigen die glei chen Darstellungen für eine Ausführungsform,
bei der Wellbleche angewendet sind.
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Fig. 5 und 6 zeigen in gleicher Weise eine ausführungsform mit enggestellten
Wellblechen.
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Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform mit versetzten Wellblechen.
a ist eine in üblicher Weise aufebaute Kolonne von rechteckigem Querschnitt, die
mit den ublichen Zu- und Abflußleitungen b, c, d und e für die ein- bzw. austretenden
Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe versehen ist.
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In die Kolonnen sind bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 Gruppen
aus ungelochten glatten Blechen f eingesetzt, derart, daß die Bleche jeder gruppe
einander parallel sind, während die Bleche aufeinander folgender Gruppen um den
gleichen Windel, aber in entgegengesetzter Richtung gegeneinanlder geneigt sind:
Quer zur Stromungsrichtung sind die Bleche f bis zur Kolonnenwandung durchgeführt
und mit dieser dicht verbunden, während sie in der Längsri chtung nicht bis zur
Kolonnenwandung reichen. Die auf- und absteigenden Flüssigkeiten bzw. Gase oder
Dämpfe sind benötigt, zwischen diesen blechen hiind'urchzugeh'en und sich auf das
innigste zu vermischen. Um zu verhindern, daß an den freien Enden der Gruppen anteile
des auf- oder abstiegenden Mittels vorbeigehen, ohne zwischen, den schräg verlaufenden
Blechen
hidurchzutreten, können an der Kolonnenwandung kurze Blechstreifen g vorgesehen
sein, die zwischen die geneigten Bleche greifen und die Gase und Flüssigkeiten zwiugen,
in die Zwischenräume zwischen den geneigten Blechen einzutreten.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 sind die glatten Bleche
f durch Wellbleche h ersetzt, deren Wellen quer zur Strömungsrichtung verlaufen
und die im übrigen in ähnlicher Weise angeordnet sind, wie die Bleche f bei der
Ausführungsform nach Fig. 1 und 2. Die Blechstreifen g können auch bei dieser Ausführungsform
angeordnet werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 sind die Wellbleche
h so eng gestellt, daß die Wellen jedes Bleches den Glüssigkeitsspiegel der entsprechenden
Wellen des nächstunteren Bleches schneiden, wie bei i angedeutet. Das Vorbeitreten
von Flüssigkeiten oder Gasen Zwischen den Blechgruppin und der Kolonnenwandung ist
hier dadurch verhindert, daß die unteren un doberen Bleche jeder Gruppe, wie bei
j und k ersichtsich, bis zur Kolonnenwand'ung durchgeführt sind, während die entgegengesetzten
Enden dieser Bleche, wie bei l gezeigt, miteinander verbunden sind. Die einzelnen
bleche sind derart gegeneinander versetzt, daß abwechselnd Verengerungen m und Erweiterungen
n der Zwischenräume zwischen den Blechen gebildet werden. Durch diese Anordnung
wird in jeder Welle eine Stauchung gesichert und außerdem durch die Verengerungen
und Erweiterungen die Winbelbildung unterstützt, Gewünschtenfalls kann natürlich
von der gegenseitigen. Versetzung der Bleche auch abgesehen werden.
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Bei der Ausführungsform nach den. Fig. 7 und 8 ist auf die Tauchungen
verzichtet, und es sind nur die bleche derart gegeneinander versetzt, daß sich Verengerungen
o und Erweiterungenp in den Zwischenräumen zwischen den Blechen h bilden. Die obversten
und untersten Bleche jeder Gruppe können wiederum bei j und k bis zur Kolonnenwandung
durchgeführt und an ihren entegegesetzten Enden bei l miteinander verbunden sein.
Es könnten natürlich auch hier Idie Blechstreifen g verwendet werden.