DEP0050526DA - Füllkörper für Absorptions-, Rektifikations-, chemische u.dgl. Reaktionsprozesse und Verfahren zu deren Anwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Füllkörper, welche die Durchführung von Absorptions-, Rektifikations-, chemischen oder dgl. Verfahren erleichtern und ihre zweckentsprechende Anwendungsweise.

Derartige Füllkörper finden ganz allgemein dann Verwendung, wenn in Anlagen für die oben bezeichneten Zwecke die im Reaktionsraum von oben nach unten fliessende Flüssigkeit oder ähnliches fliessfähiges Material den auf sie zur Einwirkung gelangenden Gasen, die meist im Gegenstrom von unten nach oben geführt werden, eine möglichst grosse Oberfläche darbieten soll. Solche Füllkörper wurden bisher hauptsächlich in Form von zylinderförmigen Hohlkörpern hergestellt, deren Mantelflächen mit den Grundflächen einen Schnittwinkel von 90° bilden. Solche Füllkörper werden wahllos in die Reaktionsräume eingeschüttet und bilden hier regellos gelagerte Schichten. Lediglich zur Flächenvergrösserung der Füllkörperoberfläche versah man auch schon die Innen- oder bzw. und Aussenfläche solcher Füllkörper mit Vertiefungen, insbesondere mit Rillen der verschiedensten Ausrichtung.

Es wurde nun bereits seit längerer Zeit festgestellt, daß bei Berieselung der in Wasch- oder Reaktionstürmen aus diesen bekannten Hohlkörpern durch Schüttung hergestellten Füllungen eine ungünstige Verteilung der Waschflüssigkeit nach den Randzonen des Turmes zu auftritt. Es tritt also hierdurch eine ungünstige, sogenannte Fliessdichteverteilung nach den Randzonen des Turminnenraumes ein. Je höher die Schichtung solcher Füllkörper ist, desto ungünstiger wirkt sich diese Fliessdichteverteilung aus und kann sogar an der Innen- wand des Turmes zur Bildung von regelrechten Flüssigkeitsbächen führen.

Diese nachteiligen Wirkungen der bekannten hohlzylinderförmigen Füllkörper und ihrer regellosen Schüttungen werden nun bei zweckentsprechender Anwendung der erfindungsgemässen zylinderförmigen Hohlkörper nicht nur vermieden, sondern es kann mit deren Hilfe eine gleichmässige Fliessdichteverteilung über den gesamten Säulenquerschnitt der Reaktionsraumfüllung erzielt werden.

Der erfindungsgemäße zylinderförmige Hohlfüllkörper weist im vertikalen Längsschnitt nicht, wie der bekannte, eine rechteckige, sondern eine rhombische oder rhombenähnliche Form auf, wenigstens muß dies für den inneren Hohlraum oder einen Teil desselben gelten. Es muß für ihn bzw. für einen Teil desselben nur die Bedingung erfüllt sein, daß der von der horizontalen Grundfläche des Zylinders und von der bzw. den bei diesen oder ähnlichen Formen auf derselben schräg stehenden Mantelfläche oder -flächen bzw. einem Teil derselben gebildeten Schnittwinkel eine von 90° abweichende Grösse besitzt, vorzugsweise eine solche, die bei ungefähr 45° liegt.

Die Innen- bzw. Aussenflächen des Füllkörpers brauchen nicht notwendigerweise parallel zueinander verlaufen, sofern sie nur dergestalt wirken, daß der Flüssigkeitsstrom von der ihm inne wohnenden Neigung, nach den Randzonen zu fliessen, in Richtung der Zentralachse des Turmes abgelenkt wird. Sie können beispielsweise auch aufeinander zu laufen, d.h. der Hohlkörper kann auch eine kegelstumpf- oder trichterähnliche Gestalt aufweisen, wobei die eine Fläche, nämlich die nach der Mittelachse des Turms hin zu stellende auch vertikal sein kann. Sein Querschnitt braucht auch nicht notwendigerweise rund oder oval zu sein, sondern kann auch eine drei-, vier- oder mehreckige Form aufweisen, ohne daß der Hohlkörper im Sinne vorliegender Erfindung den Charakter eines Zylinders verliert.

Bei diesen neuartigen Füllkörpern hat sich die Anbringung von mehreren Vertiefungen auf den Innen- und bzw. oder Aussenflächen der Hohlkörper, vorzüglich aber in der Längsrichtung der Mantelfläche, d.h. in der Richtung der schräg verlaufenden Mittelachse des Füllkörpers als vorteilhaft erwiesen, da solche Vertiefungen hier die erfindungsgemäß erstrebte Wirkung der schrägzylindrischen Hohlkörperform, nämlich den Flüssigkeitsstrom aus den Randzonen nach der vertikalen Mittelachse des Reaktionsraumes hinzulenken, noch verstärken. Solche Vertiefungen dienen hier also nicht allein der Oberflächenvergrösserung wie in ihren bisherigen Anwendungsformen.

Die mit Hilfe dieser erfindungsgemässen Füllkörper zu erzielende Wirkung lässt sich aus dem Neigungswinkel ihrer Mantelflächen zu ihrer horizontalen Basis, der Höhe des einzelnen Füllkörpers und der gesamten zweckentsprechend zusammengestellten Schicht der Füllkörper im voraus weitgehendst berechnen und ihre Verwendung somit den jeweils gegebenen Verhältnissen anpassen.

Die erfindungsgemässen Füllkörper zeigen in dem erstrebten Sinne einer gleichmässigen Flüssigkeitsverteilung aber auch noch eine weitere Wirkung, indem sie nicht nur die von oben nach unten herabfliessende Berieselungsflüssigkeit, sondern auch - und zwar in entgegengesetzter Richtung - den von unten nach oben zu aufsteigenden Gasstrom beeinflussen, der sonst infolge der grösseren Flüssigkeitsdichte in den Randzonen des Reaktionsraumes das Bestreben zeigt, sich in Richtung der vertikalen Mittelachse des Turmes zu verdichten. Diesem, die ungünstige Fliessdichteverteilung fördernden Bestreben des Gasstromes wirkt nun die erfindungsgemäße Form des zylinderförmigen Füllkörpers bei dessen zweckmäßiger Verwendung entgegen. Auch hierbei ist die erzielte Ablenkung des Gasstromes abhängig von den oben erwähnten Umständen (Größe des Schnittwinkels, der Stärke und Höhe des Hohlkörpers und der Hohlkörperschichthöhe). Der in der Randzone abrieselnden Flüssigkeit wird hierdurch ein verstärkter Gasstrom entgegengesetzt. Die Berieselungsflüssigkeit trifft auf diese Weise nach dem Rand zu auf einen immer größer werdenden Widerstand, was gleichfalls dazu beiträgt, sie in der erwünschten Richtung nach der vertikalen Mittelachse des Reaktionsraumes abzulenken.

Um mit Hilfe der erfindungsgemässen Füllkörper die erstrebte Höchstwirkung zu erzielen, werden die Füllkörper systematisch so neben- und übereinander gesetzt, daß ihre schräg verlaufenden Mittelachsen nach der senkrechten Mittelachse des Turms hin ausgerichtet sind, d.h. auf diese zulaufen. In der Regel genügt es, wenn Schichten regelloser Schichtung der bekannten mit jeweils zweckentsprechend gesetzten Schichten der erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlkörper abwechseln, wobei die Höhe der zweckentsprechend gesetzten Schichten dieser neuartigen Hohlkörper unter Berücksichtigung des Schnittwinkels und Höhe der zur Anwendung gelangenden Hohlkörperform jeweils der durch die vorausgehende Schicht regellos geschütteter bekannter Hohlkörper hervorgerufene Ablenkung der Flüssigkeit nach der Randzone hin entspricht.

Der erfindungsgemässe Füllkörper kann aus jedem hierzu geeigneten Material und in jeder in der Praxis in Frage kommenden Höhe und Stärke hergestellt werden. Seine Herstellung ist ebenso einfach wie die der zylindrischen Füllkörper.

Der erfindungsgemäße Füllkörper und seine Verwendungsweise soll an Hand eines Ausführungsbeispiels durch die anliegenden Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen solchen Füllkörper von schrägzylindrischer Form im vertikalen Längsschnitt,

Fig. 2 einen Absorptionsturm, der abwechselnd mit Schichten bekannter und erfindungsgemässer Füllkörper gefüllt ist, gleichfalls im Vertikalschnitt,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Absorptionsturm, in Fig. 2 mit A, B, C, D bezeichnet,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Fliessdichteverteilung in den einzelnen Horizontalzonen des Absorptionsturms,

Fig. 5 einen Füllkörper zylindrischer Form im vertikalen Längsschnitt, dessen innere Mantelflächen nicht miteinander parallel verlaufen.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte Füllkörper besitzt die Form eines schrägzylindrischen Hohlkörpers von rhombischen Längsschnitt, mit parallel verlaufender Aussen- und Innenwandung 1, die unter einem Schnittwinkel (Beta) = 45° mit der unteren Basisfläche 2 zusammentrifft. Auch der Schnittwinkel der Mantelfläche 1 mit der oberen Basisfläche 3 beträgt hier 45°, die Höhe h und der Durchmesser d(sub)i des inneren Hohlraumes 35 mm und die Dicke s der Wandung 3 mm.

Fig. 2 zeigt einen Absorptionsturm im Vertikalschnitt, in dem Schichten 4 der bekannten Füllkörper, die regellos eingeschüttet sind, und solche aus erfindungsgemässen Füllkörpern nach Fig. 1 zusammengesetzte Schichten 5 miteinander abwechseln. Letztere sind so gesetzt, daß sie durch die Art ihrer Setzung auf den Unterteil der losen Schüttung formgebend wirken und den hierdurch in Form eines im vorliegenden Falle mit der Spitze nach unten gekehrten Kegelstumpfes ausgehenden Unterteil der Schüttung 4 an seiner Mantel- aussenfläche umschliessen. Dem Absorptionsturm wird das Gas durch eine abgeschirmte Öffnung 6 von unten und die Wasch-Flüssigkeit über einer, in einer Brause 7 endigenden Leitung von oben zugeführt.

Fig. 3 verdeutlicht in einem Ausschnitt die Verhältnisse und den Strömungsverlauf einer solchen aus bekannten 4 und erfindungsgemässen 5 Füllkörpern bestehenden Schicht. Der Schnittwinkel, die Höhe des Füllkörpers und die Höhe der übereinandergesetzten Füllkörperschichten 5 ist so bemessen, daß die nach Verlassen der Schichtung 4 auftretende ungleichmässige Fliessdichteverteilung durch den Durchgang der Flüssigkeit durch die Schicht 5 wieder praktisch aufgehoben wird.

Fig. 4 veranschaulicht die Fliessdichteverteilung in den einzelnen Schichten 4 und 5 von Fig. 3, wobei die Breite der mit Pfeilen schaffierten Felder die Größe und Verteilung der Flüssigkeitsdichte in der betreffenden Horizontalschicht veranschaulicht. Bei Aufgabe der Flüssigkeit entspricht die Fliessdichteverteilung nach Stärke und Verlauf dem mit Pfeilen schaffierten Feld 8, und nach Durchgang der Flüssigkeit durch die aus bekannten Füllkörpern regellos geschüttete Schichtung 4 einer Feldstärke und Verteilung gemäß Feld 9. Sie ist also ganz wesentlich zu Gunsten einer grösseren Dichte in den Randzonen des Innenraums verschoben und wird durch die Schicht der Füllkörper gemäß vorliegender Erfindung wieder soweit korrigiert, daß sich nach Durchfluß dieser Zone eine praktisch gleichmässige Fliessdichteverteilung gemäß Feld 10 ergibt. Jetzt wiederholt sich das Spiel von neuem. Durch die anschliessende Schicht normaler Füllkörper erfolgt wiederum eine Verschiebung zu Gunsten einer größeren Dichte in den Randzonen, dargestellt durch Feld 11, welche durch die anschliessend gesetzte Schicht aus neuartigem Füllkörper wieder gemäß Feld 12 korrigiert wird und so fort. Der von unten nach oben geführte Gasstrom, der jeweils bei und insbesondere nach Durchfluß der aus bekannten Füllkörpern bestehenden Schicht das Bestreben besitzt, sich in Richtung der vertikalen Mittelachse des Turmes zu verdichten, wird beim Durchgang durch die Schichten der erfindungsgemässen Füllkörper nach dem Rand zu abgelenkt und wirkt, wie oben beschrieben, auf den Flüssigkeitsstrom gleichfalls im Sinne einer gleichmässigen Flüssigkeitsverteilung.

Fig. 5 zeigt einen Füllkörper dessen innere Mantelflächen nicht miteinander parallel verlaufen. Sein vertikaler Längsschnitt besitzt hier die Form eines Halbtrichters, dessen vertikale Wandung 13 parallel der Mittelachse des Turms gestellt wird, während die

Mantelwandung 14, welche in ihrem Querschnitt rund oder eckig sein kann, nach unten zu auf diese vertikale Wand zuläuft. Der Füllkörper stellt in seinen äusseren Umrissen einen runden oder eckigen Hohlkörper dar, der sich, trotz der hiervon abweichenden Form des Querschnitts des inneren Hohlraumes leicht setzen läßt.

Claims (6)

1. Hohlzylinderförmiger Füllkörper von rundem oder eckigem Querschnitt zur Durchführung von Absorptions-, Rektifikations-, chemischen und dgl. Reaktionsprozessen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelflächen (1) wenigstens des inneren Hohlraums, vorteilhaft auch diejenigen der äusseren Form mindestens mit der unteren (2), vorteilhaft auch mit der oberen (3) Grundfläche des Füllkörpers einen von 90° abweichenden Schnittwinkel ((Beta)) bilden.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Mantelfläche und der Basisfläche des Füllkörpers gebildete Schnittwinkel ungefähr 45° beträgt.

3. Abwandlung des Füllkörpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren oder bzw. und inneren Mantelflächen desselben wenigstens teilweise nicht miteinander parallel verlaufen.

4. Füllkörper nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren oder bzw. und inneren Mantelflächen mit Vertiefungen insbesondere Rillen versehen sind, die zweckmässig nach der schrägliegenden Längsachse des Füllkörpers hin ausgerichtet sind.

5. Verfahren zur Anwendung der Füllkörper nach Anspruch 1 bei Durchführung von Absorptions-, Rektifikations-, chemischen und dgl. Reaktionsvorgängen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsraum Schichten von Füllkörpern gesetzt werden, deren Mantelflächen mindestens mit der unteren, vorteilhaft auch mit der oberen Grundfläche des Füllkörpers einen von 90° abweichenden Schnittwinkel bilden, wobei dessen Größe sowie die Höhe und Dicke der Füllkörper und die Höhe der aus diesen Füllkörpern gesetzten Schichten jeweils so bemessen ist, dass eine grössere Flüssigkeitsdichte in den Randzonen des Reaktionsraumes vermieden bzw. dass von der Randzone des Raumes zufliessenden Flüssigkeit soviel dem Inneren desselben zugeleitet wird, dass über den gesamten Querschnitt des Reaktionsraumes eine gleichmässige Flüssigkeitsdichte erzielt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsraum aus Füllkörpern gemäß Anspruch 1 bestehende Schichten, deren Einzelelemente so gesetzt sind, dass ihre schräg stehende Längsachse nach unten zu auf die Mittelachse des Raumes ausgerichtet ist, mit Schichten regellos geschütteter Füllkörper bekannter Art abwechseln, wobei vorteilhaft jeweils Schichten von Füllkörpern gemäss der Erfindung durch formbildende Setzung derselben an die Innenwandung des Mantels einen mit der Spitze nach unten zu gerichteten Hohlkegel bilden, dessen Inneres von dem Unterteil der aus bekannten Füllkörpern bestehenden regellos geschütteten Schicht ausgefüllt wird.