DE4118754A1

DE4118754A1 - Fuellkoerper fuer kolonnenapparate

Info

Publication number: DE4118754A1
Application number: DE19914118754
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Berger
Original assignee: Bergakademie Freiberg
Current assignee: Bergakademie Freiberg
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1991-06-06
Publication date: 1992-12-10

Description

Die Erfindung betrifft Füllkörper für Kolonnenapparate wie Füllkörperkolonnen und Füllkörpertürme, die bei der direkten Wärme- und/oder Stoffübertragung Anwendung finden.

Für den Einsatz in Füllkörperkolonnen und -türmen existiert eine Vielzahl von Füllkörpern. Die Füllkörper, die in unge ordneten Schüttungen eingesetzt werden, besitzen im allge meinen Nachteile, die sich aus ihrer geometrischen Gestalt ergeben. Sofern sie die äußere Form von Zylindern besitzen, ist die Schüttung mit größeren Hohlräumen durchsetzt und sehr inhomogen. Gleiches gilt für den Einsatz von sattelför migen Körpern.

Es existiert eine Anzahl von Körpern mit kugelförmiger Hüll fläche, DE-PS 28 23 726, DE-PS 23 13 287 und DE-OS 32 44 921 deren Nachteil darin besteht, daß ihre spezifische Oberflä che recht gering ist und sie einen relativ großen hydrauli schen Widerstand bewirken. Weiterhin gibt es Füllkörper nach DE-PS 29 28 784, DD 45 521, SU 9 90 278 sowie EP 21 558 deren Nachteil darin besteht, daß sie hinsichtlich ihrer Struktur zu kompliziert sind, ihr hydraulischer Widerstand zu groß oder ihre Anisotropie zu stark ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Füllkörper für den direkten Wärme- und/oder Stoffaustausch zu schaffen, der bei einem einfachen Aufbau einen geringen hydraulischen Wider stand besitzt und in der Schüttung weitestgehend isotrop ist.

Der erfindungsgemäße Füllkörper hat die Form eines Tetrae ders, Würfels oder Dodekaeders, wobei erfindungsgemäß zwi schen den Eckpunkten des Tetraeders, Würfels oder Dodeka eders radial in Richtung Zentrum oder gleichsinnig am Zen trum vorbei Flächen angeordnet sind, deren äußere Begrenzung gerade oder konvex ist und deren innere Begrenzung in einem Abstand des 0,35-0,65fachen des Abstandes Zentrum Eckpunkt verläuft. Ist die äußere Begrenzung der Flächen konvex, so ist deren Krümmung maximal gleich der eines Kreises mit dem Radius Zentrum Eckpunkt.

Hat der Füllkörper die Form eines Tetraeders, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die zwischen den Eckpunkten des Tetraeders angeordneten Flächen in tangentialer Richtung eine Wellung besitzen, da dadurch die spezifische Oberfläche des Füllkörpers vergrößert und gleichzeitig gesichert wird, daß sich in der Schüttung benachbarte Füllkörper nicht durchdringen. Die Wellung entspricht dabei vorzugsweise der Funktion a·sin x, wobei die Bogenlänge einer Wand gleich 2 π und a Werte von 2 bis 4, insbesondere 2,5, annimmt. Der Füllkörper kann aus keramischen Materialien, Kunststof fen und Blech gefertigt sein. Bei der Verwendung von kerami schen Materialien sind die Füllkörper durch Spritzgießen herstellbar.

Sind die Füllkörper aus Blech, so wird eine eigenstabile Struktur erhalten. Besonders geeignet zur Fertigung aus Blech ist ein Füllkörper in Form eines Tetraeders, wobei die Flächen zwischen den Eckpunkten des Tetraeders durch zwei Blechringe gebildet sind, die eine Öffnung besitzen, die bezüglich der Öffnung symmetrisch ausgebildet sind, die bei ±55° bezüglich der Symmetrieachse von der Materialmitte radial nach außen weisende innere Schlitze mit der 1,3 bis 2fachen Breite der Materialdicke und bei ±165° bezüglich der Symmetrieachse von der Materialmitte radial nach innen weisende äußere Schlitze aufweisen, wodurch der Blechring in drei 110°-Abschnitte unterteilt ist, bei einem Ring ein äußeren 110°-Abschnitte bezüglich des mittleren 110°- Abschnittes an der Grenze der Abschnitte um 60° nach oben und der andere äußere 110°- Abschnitt nach unten abgewin kelt, der zweite Ring entgegengesetzt abgewinkelt ist und die Ringe derart miteinander verbunden sind, daß jeweils ein innerer Schlitz des einen Ringes in einen äußeren Schlitz des anderen Ringes greift.

Vorteilhaft ist, wenn die Wände perforiert ausgeführt sind, weil dadurch eine sehr gute Benetzung des Füllkörpers gesi chert wird. Die Perforation besteht vorzugsweise aus gleichschenklichen Dreiecken mit nach außen weisender kurzer Seite.

Ist bei Füllkörpern in Form eines Dodekaeders die äußere Begrenzung der zwischen den Eckpunkten angeordneten Flächen gerade, so sind diese Füllkörper bei gleicher Größe zum Packungsaufbau geeignet, da diese Körper derart angeordnet werden können, daß jeweils ein Fünfeck des einen Füllkörpers deckungsgleich mit dem Fünfeck eines Nachbarkörpers angeord net werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1-3 näher verdeut licht.

Fig. 1 zeigt einen Füllkörper in Form eines Tetraeders mit außen konvexen und innen konkaven kreisförmigen Kanten, Fig. 2 einen Füllkörper in Form eines Dodekaeders und Fig. 3 einen Füllkörper in Form eines Tetraeders mit einer Wel lung der Wand, die der Funktion 2,5 sin x folgt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Füllkörper ist, daß daß die aus den Füllkörpern gebildete ungeordnete Packung wegen der geringen Anisotropie der Füllkörper einen wesentlich höheren Homogenitätsgrad als herkömmliche Schüttungen be sitzt, was dazu führt, daß Ungleichverteilungen von Flüssig keit und Gas in geringerem Maße auftreten, wodurch eine wesentliche Leistungsverbesserung für direkten Wärme- und Stoffaustausch eintritt.

Beispiel

In Fig. 3 ist ein Füllkörper in Form eines Tetraeders mit kreisförmiger Außen- und Innenkontur und einer Wellung nach Funktion 2,5 sin x dargestellt. Dieser Füllkörper wird aus Blech gebildet, in dem zwei Ringe 7 mit einem Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser gleich 2 und einem Durchbruch 8 von ca. 15° entsprechend Fig. 4 mit Schlitzen 10, 11 und 12, 13 versehen werden, die sich bei 55° bzgl. Symme trieachse 9 von der Materialmitte radial zum äußeren Rand erstrecken 2 und bei 165° bzgl. Symmetrieachse 9 von der Materialmitte radial zum inneren Rand verlaufen 1.

Diese Ringe, Fig. 4, werden mit einer Wellung 6 versehen, die sich der Funktion 2,5 sin x folgend jeweils zwischen zwei Schlitzen 10, 11 und 12, 13 bezogen auf den Umfang erstreckt, Fig. 5.

Die äußeren 110°-Abschnitte 14, 16 zwischen den Schlitzen 10, 11 und 12, 13 werden bei Ring 1 bzgl. des Schlitzes -55° 10, links, um 60° nach oben und bzgl. des Schlitzes + 55° 11, rechts, um 60° nach unten abgewinkelt. Bei Ring 2 erfolgt das Abwinkeln entgegengesetzt.

Beide Ringe werden so ineinandergefügt, Fig. 6, daß jeweils ein innerer Schlitz 10, 11 des einen Ringes in einen äußeren Schlitz 12, 13 des zweiten Ringes greift, so daß sich die inneren Enden der Schlitze berühren.

Der derart gebildete Körper, Fig. 3, bildet in geschütteter Form ein weitestgehend homogenes Haufwerk.

Claims

1. Füllkörper für Kolonnenapparate in Form eines Tetraeders, Würfels oder Dodekaeders, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- zwischen den Eckpunkten (5) des Tetraeders, Würfels oder Dodekaeders sind radial in Richtung Zentrum (3) oder gleichsinnig am Zentrum (3) vorbei Flächen (1) angeordnet,
- die äußere Begrenzung (2) der Flächen (1) ist gerade oder konvex,
- die innere Begrenzung (4) der Flächen (1) verläuft in einem Abstand des 0,35-0,65fachen des Abstandes Zen trum (3) Eckpunkt (5).

2. Füllkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die äußere Begrenzung (2) der Flächen (1) konvex und die Krümmung maximal gleich der eines Kreises mit dem Radius Zentrum (3) Eckpunkt (5) ist.

3. Füllkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zwischen den Eckpunkten (5) des Tetraeders angeordne ten Flächen (1) in tangentialer Richtung eine Wellung (6) besitzen.

4. Füllkörper nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Wellung der Funktion a·sin x, wobei die Bogen länge einer Wand gleich 2 π und a Werte von 2 bis 4 annimmt, entspricht.

5. Füllkörper nach Anspruch 1, 3 und 4, gekennzeichnet da durch, daß die Wellung der Funktion 2,5·sin x folgt.

6. Füllkörper nach Anspruch 1 und 3-5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Flächen (1) sind durch zwei Blechringe (7) gebildet,
- die Blechringe (7) besitzen eine Öffnung (8), sind bezüglich der Öffnung (8) symmetrisch ausgebildet, weisen bei ±55° bezüglich der Symmetrieachse (9) von der Materialmitte radial nach außen weisende innere Schlitze (10, 11) mit der 1,3 bis 2fachen Breite der Materialdicke und bei ±165° bezüglich der Symmetrie achse (9) von der Materialmitte radial nach innen wei sende äußere Schlitze (12, 13) auf, wodurch der Blech ring in die 110°-Abschnitte (14, 15, 16) unterteilt ist,
- der 110°-Abschnitt (14) ist bei einem Ring (7) bezüg lich des 110°-Abschnittes (15) um die den Schlitz (10) entsprechende Biegekante um 60° nach oben und der 110°- Abschnitt (16) bezüglich des 110°-Abschnittes (15) um die den Schlitz (11) entsprechende Biegekante um 60° nach unten abgewinkelt und der andere Ring (7) ist entgegengesetzt abgewinkelt,
- die Ringe (7) sind derart miteinander verbunden, daß jeweils ein innerer Schlitz (10, 11) des einen Ringes in einen äußeren Schlitz (12, 13) des anderen Ringes greift.

7. Füllkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände perforiert sind.

8. Füllkörper nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Perforation aus gleichschenklichen Dreiecken mit nach außen weisender Hypotenuse besteht.