DE3513930C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllkörper für Reaktionen und Austauschvorgänge zwischen Flüssigkeiten und Gasen oder Dämpfen in einem Turm, in dem sie eine regellose Schüttung bilden, aus einem gebogenen Streifen aus Metall oder Kunststoff mit zwei einen kleineren Winkel als 180° einschließenden und in ihrem Längsquerschnitt jeweils geradlinig verlaufenden Gliedern, wobei nur aus diesen Gliedern mindestens eine Zunge herausgedrückt ist.

Füllkörper werden in einem Turm oder einer Reaktionskolonne übereinandergehäuft und bilden in diesem die sogenannte Schüttpackung. Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe, die miteinander reagieren oder zwischen denen Austauschvorgänge stattfinden sollen, werden im allgemeinen im Gegenstrom durch den Turm oder die Kolonne geleitet. In manchen Fällen werden diese Stoffe aber auch im Gleich- oder Kreuzstrom durch den Turm oder die Kolonne geleitet. Als ein Beispiel sei erwähnt, daß eine Flüssigkeit von oben in einen Turm auf einen geeigneten Flüssigkeitsverteiler eingeleitet wird. Die derart verteilte Flüssigkeit fällt dann auf die sich darunter befindende Schüttpackung. Diese besteht aus den einzelnen Füllkörpern in mehr oder weniger dichter Anordnung. Bezweckt wird, daß die Flüssigkeit eine möglichst große Oberfläche der Füllkörper benetzt. Das Gas, zum Beispiel kohlensäurehaltige Luft, wird von unten in den Turm eingeblasen. Die Flüssigkeit, in diesem Falle eine wäßrige Lösung von NaOH, fließt und tropft an den Oberflächen der Füllkörper entlang nach unten, während sich das Gas durch die Zwischenräume der Schüttpackung an den Oberflächen der Füllkörper entlang nach oben bewegt. Während dieses Aufstieges des Gases im Turm erfährt das Gas einen Druckverlust. Dieser soll so niedrig wie möglich gehalten werden. Durch die Füllkörper wird die wirksame Oberfläche, an welcher sich Flüssigkeit und Gas berühren, stark vergrößert. Im genannten Beispiel fällt als Reaktionsprodukt Natron an. Zahllose andere chemische Reaktionen werden auch in solchen Türmen durchgeführt.

Füllkörper sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Zur Herstellung eines bekannten Füllkörpers wird ein rechteckförmiger Streifen um seine Quermittellinie um 90° gebogen, so daß zwei miteinander einen Winkel von 90° einschließende geradlinig verlaufende Glieder entstehen. Parallel zu den Längsrändern des ursprünglichen Streifens und in einem Abstand zu diesem wird ein mittlerer Teil aus dem Streifen herausgedrückt. Dieser mittlere Teil bildet zwei an ihren freien Enden miteinander verbundene und dort einen Winkel von 90° einschließende Zungen. Die beiden Glieder und die beiden Zungen bilden miteinander in etwa ein Quadrat. Aus dem mittleren Teil, das die beiden Zungen bildet, sind in gleicher Weise wieder zwei an ihren freien Enden miteinander verbundene und dort einen Winkel von 90° einschließende Zungen herausgedrückt (Fig. 13, DE-OS 26 03 124). Zu seiner Herstellung benötigt dieser Füllkörper eine aufwendige Form und/oder mehrere aufeinanderfolgende Arbeitsschritte. In seiner Herstellung ist er daher teuer. Ein anderer bekannter Füllkörper hat die Form eines entlang seiner Längsmittelebene aufgeschnittenen Zylinders. Aus diesem halben Zylinder sind nach innen verlaufende Zungen herausgedrückt (DE-OS 27 10 178). Ein anderer bekannter Füllkörper hat ähnlich die Form eines halben Zylinders oder eines Dreiecks aus zwei miteinander einen Winkel von etwa 90° einschließenden Gliedern. Bei diesen beiden Ausführungsformen des Füllkörpers sind die Glieder wesentlich breiter als lang. Zur Vergrößerung ihrer Oberfläche sind die Glieder stark profiliert. Dies verteuert die Herstellung dieses bekannten Füllkörpers (US-PS 26 02 651).

Die wesentlichen Eigenschaften und Erfordernisse eines technisch hervorragenden Füllkörpers sind wie folgt:

Die Anordnung der einzelnen Füllkörper in der Schüttpackung soll möglichst regellos sein, so daß sich die einzelnen Füllkörper gegenseitig in vieler Weise und sehr oft berühren. Dadurch wird eine gute Flüssigkeitsverteilung in der Schüttpackung gewährleistet. Die regellose Anordnung verhütet ferner, daß sich die Füllkörper gegenseitig abdecken und so die anderweitig benetzbaren Oberflächen wesentlich verringern. Dies geschieht besonders oft bei als Ringe oder Sattelkörper ausgebildeten Füllkörpern, die sich in der Schüttpackung in Reihen anordnen und damit ihre Oberflächen gegenseitig verdecken und sich damit blockieren. Dies heißt, daß die wirksame Oberfläche dieser Füllkörper nicht das erstrebte und theoretisch mögliche Maximum aufweist.

Die Füllkörper sollen ein geringes Gewicht haben und nur einen geringen Gasdruckverlust verursachen. Ferner, wenn die Füllkörper einmal in einem Turm aufgeschüttet sind, sollen sie nicht mehr nach unten ins Rutschen kommen und dadurch den Gasdruckverlust vergrößern. Dies ist besonders bei exothermen Reaktionen zu berücksichtigen, wo sich nach Einsatz der Reaktion im Turm dessen Wand ausdehnt und die Füllkörper dann dazu neigen, nach unten nachzurutschen. Zusätzlich verändern die Füllkörper in ihrer Gesamtheit ihren Strömungswiderstand oder, bezogen auf einen horizontalen Querschnitt, ihre Dichte. Das beeinflußt in nachteiliger Weise die Verteilung der oben in den Turm zugegebenen Flüssigkeit über dessen Querschnitt. Dies wirkt sich in Hinblick auf die Ausbeute der erwünschten Reaktionen nachteilig aus. Ebenso vergrößert sich der Druckverlust, dem das Gas bei seinem Durchtritt durch den Turm ausgesetzt ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Füllkörper so auszubilden, daß sich die in einer Schüttpackung in regelloser Anordnung aufgeschütteten Füllkörper bei großer Gesamtoberfläche mechanisch maximal miteinander verhaken oder verankern und damit auch bei starken Temperaturschwankungen eine in sich geschlossene, mechanisch feste Struktur bilden. Gleichzeitig soll der Schüttkörper zwecks niedriger Herstellungskosten eine geometrisch einfache Form aufweisen. Zum Lösen dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Füllkörper der eingangs genannten Gattung vor, daß die Glieder über ein in seinem Längsquerschnitt in Form einer kontinuierlich verlaufenden Kurve gekrümmtes Mittelstück verbunden sind, wobei ferner die Länge L jedes Gliedes (1, 2) im Bereich von

liegt und W die Breite eines Gliedes bedeutet, wobei der zwischen den Gliedern eingeschlossene Winkel im Bereich von 20 bis 140° liegt. Ein solcher Füllkörper hat eine geometrisch einfache Form und läßt sich damit kostengünstig, sei es aus Metallblech oder Kunststoff, herstellen. Gleichzeitig löst er die an ihn gestellten verschiedenen Forderungen in fast idealer Weise. Die erfindungsgemäßen Füllkörper haben eine große Oberfläche, verhaken sich ausreichend ineinander und überdecken sich in der Schüttpackung kaum.

Der eingeschlossene Winkel liegt zweckmäßig im Bereich von 30° bis 120°. Die Zungen können von einem Ende des Gliedes, denen sie zugeordnet sind, ausgehen.

Falls ein besonders starkes gegenseitiges Verhaken der einzelnen Füllkörper gewünscht wird, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der mehrere Zungen und sie einschließende und beim Herausdrücken der Zungen entstandene Schlitze in den Gliedern in Reihen angeordnet sind, diese Reihen im wesentlichen in gleicher Längsrichtung wie die Längskanten des Streifens verlaufen, und das gekrümmte Mittelstück frei von Schlitzen und Zungen ist. Dabei kann das gekrümmte Mittelstück zum Teil Kreisform aufweisen und sein Halbmesser im Bereich von im wesentlichen 6 mm bis im wesentlichen 100 mm liegen.

Die Glieder sind im allgemeinen eben. Jedoch ist es durchaus im Sinne der Erfindung, wenn jedes Glied im Querschnitt die Form eines flachen Troges aufweist, die Seitenwände des Troges durch Umfangsflansche auf den Gliedern bestimmt wird, die Flansche nach außen gerichtet sind und damit in einer sich von dem Glied allgemein entfernenden Richtung verlaufen. Eine jede dieser hier angeführten, zusätzlichen Formen der Glieder dient dazu, größere mechanische Stärke und Festigkeit des Füllkörpers zu schaffen und einem Zusammendrücken der Schüttpackung vorzubeugen. In dieser Hinsicht sei erwähnt, daß vorzugshalber die Glieder in trogartiger Weise gestaltet sein sollen, derart, daß die Seiten der Tröge durch seitliche Endflansche oder aufwärtszeigende hochgezogene Ränder definiert werden, so daß die Flansche im allgemeinen in die Richtung zeigen, welche vom anderen Glied wegweist. Erwähnt sei noch, daß verschieden lange Glieder die Regellosigkeit in der Schüttpackung erhöhen.

Der erfindungsgemäße Füllkörper kann zum Beispiel ganz einfach aus Kunststoff hergestellt werden. Jedoch ist der Füllkörper besonders einfach in der Weise aus Metallblech herzustellen, daß die Bleche erst in passende schmale Streifen oder Bänder geschnitten und ausgestanzt werden und diese dann in den erforderlichen Winkel gebogen werden. Wenn der Füllkörper aus Kunststoff hergestellt werden soll, dürften die übliche Art des Spritzverfahrens oder andere gut bewährte Herstellungsmethoden dienlich sein. Es ist besonders wichtig zu erkennen, daß die geradlinig verlaufenden Glieder mit besonders einfachen und billigen Werkzeugen geformt werden können.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In dieser ist:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines typischen Füllkörpers,

Fig. 2 eine Ansicht des gleichen Füllkörpers in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Füllkörpers, in welcher die Glieder ungleich lang sind,

Fig. 4, 5 und 6 je eine Seitenansicht eines dritten, vierten und fünften Füllkörpers,

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 6,

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6, jedoch mit einer weiteren Abänderung,

Fig. 9 ein Schnitt gemäß der Schnittlinie 9-9 in Fig. 8 und

Fig. 10 eine wiederum andere Abänderung, ähnlich wie Fig. 6.

Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 ist ein länglich rechteckiger Streifen aus Metallblech so gebogen worden, daß zwei geradlinige Glieder 1 und 2 gebildet wurden, beide von gleicher Länge L und Breite W und beide Glieder verbunden durch ein Stück, welches im wesentlichen durch eine transverse oder querlaufende Knicklinie dargestellt ist. Eine nach innen zeigende Zunge 4 wurde aus dem Werkstoff vom Glied 1 herausgetrieben, wodurch ein länglich gestalteter Schlitz 5 im Glied 1 entstanden ist. Es ist zu bemerken, daß Schlitz 5 deutlich unterhalb der Knicklinie 3 liegt, welcher Zustand eindeutig am Bezugszeichen 6 in Fig. 2 zu erkennen ist. Ein Winkel α ist auch angegeben, welcher von den beiden Gliedern 1 und 2 gebildet wird und in diesem Falle ungefähr 77° beträgt. Es sei jedoch betont, daß der Winkel α gemäß der Erfindung irgendeinen beliebigen Wert haben kann, solange dieser Wert im wesentlichen zwischen 5° und 160° liegt. Es ist ferner zu bemerken, daß die Glieder 1 und 2 wie auch die Knicklinie 3 die Basis des Streifens bilden, welche dem Füllkörper zugrunde liegt.

Mit Hinsicht auf die Länge L und Breite W der Glieder, welche in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, sind die Dimensionen derart, daß

Es ist aber nachdrücklich hier betont, daß andere passende Werte dieses Quotienten erdenklich sind, wenn dies so erforderlich erscheint. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn sich W und L im Rahmen des Ausdruckes

darstellen lassen.

In einer anderen Ausführung, welche in Fig. 3 gezeigt ist, sind die beiden Glieder 1 und 2 ungleich lang. Weiterhin ist ersichtlich, daß beide Glieder 1 und 2 mit einem oder mehreren Schlitzen ausgerüstet werden können, welche ihrerseits mit von ihnen abhängenden Zungen versehen sind. In diesem Fall trägt Glied 1 die eine Zunge 4, während Glied 2 die eine Zunge 7 aufweist. Es ist ersichtlich, daß beide Zungen in den Raum zwischen beiden Gliedern 1 und 2 hineinreichen, um zu verhüten, daß in dem regellos geschütteten Füllkörper-Bett benachbarte Füllkörper sich ineinanderlagern und dadurch ihre effektive Oberfläche verdecken würden, was zu einer verminderten Leistungsfähigkeit des Schüttgutes führen würde.

In Fig. 4 wird eine dritte Ausführung gezeigt, welche Einzelheiten zeigt, die in Fig. 1 nicht erfaßt werden konnten. Ein Unterschied ist darin zu erkennen, daß statt der scharfen Knickung, welche die Glieder 1 und 2 in Fig. 1 und 2 verbindet, die Verbindung der beiden Glieder durch ein kontinuierlich verlaufendes Kurvenstück 3′ geschaffen wurde. Diese Kurve ist durch den Krümmungsradius R definiert, sowie auch durch den eingeschlossenen Winkel α, welcher in Fig. 4 angegeben ist und dessen Definition aus Fig. 4 eindeutig zu erkennen ist. Ein zweiter Unterschied besteht darin, daß die Zungen 4 und 7 länger sind, was dadurch ermöglicht wurde, daß die unteren Enden der dazugehörenden Schlitze weiter nach unten und gegen die freien Enden der Glieder 1 und 2 reichen. Die längeren Schlitze ermöglichen dann, daß die Zungen 4 und 7 weiter nach unten gebogen werden können, wo sie in unmittelbarer Nähe der Ebene C sind, welche durch die freien Enden der Glieder 1 und 2 gelegt werden kann. Diese Ausführung hat den großen Vorteil, daß dadurch das Ineinanderrutschen benachbarter Füllkörper sehr bedeutend verhindert wird. Jedes Glied 1 und 2 ist weiterhin je mit einem weiteren Schlitz und davon herabhängenden Zungen 12 und 13 ausgerüstet. Es ist daher klar, daß die Basis, welche dem Füllkörper eigen ist, zwei der Länge nach orientierte Schlitze besitzt, und es ist nachdrücklich betont, daß sich die Schlitze nur in Gliedern 1 und 2 befinden und nicht in der gekrümmten Verbindung 3′ zwischen beiden Gliedern.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung, in welcher die Glieder 1 und 2 nicht nur mit nach innen gerichteten Zungen 4 und 7, sondern auch mit nach außen zeigenden Zungen 8 und 9 ausgerüstet sind.

Es ist ersichtlich, daß in diesem Falle die Zungen 4 und 7 von den Gliedern 1 und 2 unmittelbar unter dem Verbindungsstück 3′ herabhängen, und es ist daher ersichtlich, daß Zunge 4 in Fig. 5 in einem anderen Richtungssinne verläuft wie die Zunge 4, welche in Fig. 1 gezeigt wird.

Fig. 6 und 7 zeigen ein Element, in welchem der Streifen zwei Reihen von Schlitzen aufweist. Die Schlitze sind längsweise angeordnet und gegeneinander seitenweise versetzt. Jedes Glied ist in diesem Falle mit einem Schlitz 10 versehen, welcher ebenfalls längsweise gegenüber dem Schlitz 11 versetzt ist. Die Zungen 4 und 7 hängen von Schlitzen 10 herab, welche sich unterhalb des gekrümmten Verbindungsstückes 3′ befinden, während die Zungen 12 und 13 von den Enden der Schlitze herabhängen, welche den Enden der Glieder 1 und 2 näher sind.

Die Basis des Elementes 6 und 7 stellt im Querschnitt einen flachen Trog dar. Die Seiten des Troges werden von nach außen gerichteten hochgebogenen Rändern oder Flanschen 14 gebildet, welche sich über die ganze Länge der Glieder 1 und 2 wie auch über die ganze Länge des gekrümmten Verbindungsstückes 3′ erstrecken. Die Flansche 14 statten den Füllkörper mit erheblicher Festigkeit aus. Die freien Enden der Glieder 1 und 2 sind aus Gründen gezackt, welche schon vorher erwähnt worden sind.

Fig. 8 und 9 weisen auf eine weitere Abänderung der Ausführung von Fig. 6 hin, in welcher die Basis des Füllkörpers auf einer Seite mit einer nach oben abgebogenen Randabbiegung 14 und auf der entgegengesetzten Seite mit einer nach innen abgebogenen Randabbiegung 14′ ausgestattet ist. Durch diese Anordnung der Flansche 14 und 14′ wird ein zusätzliches Element der Unregelmäßigkeit geschaffen, welche sich in der Wirkungsweise des Schüttgutes vorteilhaft auswirkt.

Während in Fig. 4 bis 8 die gekrümmten Verbindungsstücke 3′ kreisförmig sind, wurde hier schon früher erörtert, daß diese Verbindungsstücke irgendwelche Formen und Kurvenverläufe annehmen können. Dementsprechend wird in Fig. 10 eine Ausführung gezeigt, in welcher das gekrümmte Verbindungsstück 3′ zum Beispiel eine elliptische Form aufweist.

Claims (6)

1. Füllkörper für Reaktionen und Austauschvorgänge zwischen Flüssigkeiten und Gasen oder Dämpfen in einem Turm, in dem sie eine regellose Schüttung bilden, aus einem gebogenen Streifen aus Metall oder Kunststoff mit zwei einen kleineren Winkel als 180° einschließenden und in ihrem Längsquerschnitt jeweils geradlinig verlaufenden Gliedern, wobei nur aus diesen Gliedern mindestens eine Zunge herausgedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (1, 2) über ein in seinem Längsquerschnitt in Form einer kontinuierlich verlaufenden Kurve gekrümmtes Mittelstück verbunden sind, wobei ferner die Länge L jedes Gliedes (1, 2) im Bereich von liegt und W die Breite eines Gliedes bedeutet, wobei der zwischen den Gliedern (1, 2) eingeschlossene Winkel im Bereich von 20 bis 140° liegt.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel im Bereich von 30° bis 120° liegt.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (4, 7, 12, 13) von einem Ende des Gliedes (1, 2) ausgeht.

4. Füllkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zungen (4, 7, 12, 13) und sie einschließende und beim Herausdrücken der Zungen entstandene Schlitze in den Gliedern (1, 2) in Reihen angeordnet sind, diese Reihen im wesentlichen in gleicher Längsrichtung wie die Längskanten des Streifens verlaufen und das gekrümmte Mittelstück frei von Schlitzen und Zungen ist.

5. Füllkörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Mittelstück (3′) zum Teil Kreisform aufweist und sein Halbmesser im Bereich von im wesentlichen 6 mm bis im wesentlichen 100 mm liegt.

6. Füllkörper nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Glied (1, 2) im Querschnitt die Form eines flachen Troges aufweist, die Seitenwände des Troges durch Umfangsflansche auf den Gliedern (1, 2) bestimmt wird, die Flansche nach außen gerichtet sind und damit in einer sich von dem Glied allgemein entfernenden Richtung verlaufen.