EP1663480A1 - Geordnete packung für wärme- und stoffaustausch - Google Patents

Geordnete packung für wärme- und stoffaustausch

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EP1663480A1
EP1663480A1 EP04763486A EP04763486A EP1663480A1 EP 1663480 A1 EP1663480 A1 EP 1663480A1 EP 04763486 A EP04763486 A EP 04763486A EP 04763486 A EP04763486 A EP 04763486A EP 1663480 A1 EP1663480 A1 EP 1663480A1
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Helmut Jansen
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/72—Packing elements

Definitions

  • the invention relates to an ordered packing for heat and / or mass transfer columns with at least one packing layer of several packing layers.
  • the packing for distillation columns are prepared according to the prior art from sub-elements of the same geometry, such as zigzag-shaped bent sheets, expanded metals or wire mesh.
  • the purpose of this uniform geometric design is that over the entire column cross-section as uniform as possible flows of gas and liquid occur. Deviations from this, especially marginalities of the liquid or stratification of the liquid, must be avoided, as this negatively affects the separation performance.
  • To remedy such negative non-uniform liquid distributions it is necessary to use liquid collector and liquid distributor at intervals of a few meters. In addition to the equipment costs of these installations also their installation height of about 1, 5 to 2.5 m negative, since this increases the height of the columns.
  • the object of the invention is to achieve a uniform liquid distribution over the column cross-section in a package of the type mentioned in a simple structure.
  • the packing layer has packing layers which, compared to the other packing layers of the same packing layer, have a greater density and thus a larger surface area.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a packing unit / packing layer in the cutout
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a packing unit / packing layer in the neck.
  • packing beds In a column several packing beds are arranged horizontally one above the other at a distance.
  • the beds have one or more packing layers 3, which consist of Packing layers 4a, 4b are composed, which may be arranged vertically or obliquely.
  • Figures 1 and 2 show sections of packing layers 3 according to the invention, in which the packing layers have at least two different sized specific surfaces.
  • two narrower denser packing layers 4b are installed adjacent to the higher specific surface. Between these layers 4b with the larger specific surface are 1 to about 10, preferably 3 to 6, adjacent layers 4a having a smaller specific surface area.
  • the specific surface area of the smaller specific surface layers 4a corresponds to the geometries customary in the art with a specific surface area of about 150 to 750 m 2 / m 3 .
  • the larger specific surface layers 4b have about a factor of 2 to 10 larger specific surface area.
  • the reason for this very large specific surface area is the incorporation-deviating function used by the usual distillation techniques.
  • the interspaces of the packing layers 4b with the larger specific surface are preferably only or predominantly with liquid flows through. In these fluid-filled gaps occurs a good homogenization of a portion of the liquid flow and a uniform distribution.
  • Such packing layers therefore have a distributive effect. They make separate arrangements of liquid collectors and liquid distributors wholly or at least partially dispensable. In order to achieve a mass transfer between the gas phase and the liquid even in the case of the narrow liquid-filled packing layers 4b, these packing layers are preferably produced from materials which have perforations, for example expanded metal or wire mesh.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine geordnete Packung für Wärme- und/oder Stoffaustauschkolonnen mit mindestens einer Packungslage (3) aus mehreren Packungsschichten (4a, 4b), wobei die Packungslage (3) Packungsschichten (4b) aufweist, die gegenüber den übrigen Packungsschichten (4a) der selben Packungslage (3) eine grössere Dichte und damit eine grössere Oberfläche aufweisen.

Description

Geordnete Packung für Wärme- und Stoffaustausch
Die Erfindung betrifft eine geordnete Packung für Wärme- und/oder Stoffaustauschkolonnen mit mindestens einer Packungslage aus mehreren Packungsschichten.
Für destillative Trennungen werden neben Böden und Füllkörpern auch geordnete Packungen eingesetzt. Diese Packungen werden in verschiedenen Geometrien angefertigt. Besonders verbreitet sind Packungen in Kreuzkanalstruktur.
Die Packungen für Destillationskolonnen werden nach dem Stand der Technik aus Teilelementen gleicher Geometrie, beispielsweise zickzackförmig geknickten Blechen, Streckmetallen oder Drahtgeweben hergestellt. Zweck dieser gleichmäßigen geometrischen Gestaltung ist es, dass über den gesamten Kolonnenquerschnitt möglichst gleichmäßige Strömungen von Gas und Flüssigkeit auftreten. Abweichungen hiervon, speziell Randgängigkeiten der Flüssigkeit oder Strähnenbildung bei der Flüssigkeit, müssen vermieden werden, da dies die Trennleistung negativ beeinflusst. Zur Behebung solcher negativer ungleichmäßiger Flüssigkeitsverteilungen ist man gezwungen, in Abständen von einigen Metern Flüssigkeitssammler und Flüssigkeitsverteiler einzusetzen. Neben den apparativen Kosten dieser Einbauten wirkt sich auch ihre Einbauhöhe von etwa 1 ,5 bis 2,5 m negativ aus, da dies die Bauhöhe der Kolonnen vergrößert. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Packung der eingangs genannten Art bei einfachem Aufbau eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den Kolonnenquerschnitt zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Packungslage Packungsschichten aufweist, die gegenüber den übrigen Packungsschichten der selben Packungslage eine größere Dichte und damit eine größere Oberfläche aufweisen.
Es wurde gefunden, dass sich die o.g. negativen Eigenschaften von geordneten Packungen im Hinblick auf eine Flüssigkeitsgleichverteilung abschwächen oder ganz beheben lassen, wenn derart gestaltete Packungen eingesetzt werden. Im Unterschied zu konventionellen Kolonnenpackungen weisen diese Packungen keine einheitliche Geometrie der einzelnen Schichten auf, sondern sind gezielt ungleich ausgeführt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Packungseinheit/Packungslage im Ausschnitt,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer Packungseinheit/Packungslage im Ausschnitt.
In einer Kolonne sind mehrere Packungsbetten im Abstand übereinander waagerecht angeordnet. Die Betten weisen ein oder mehrere Packungslagen 3 auf, die aus Packungsschichten 4a, 4b zusammengesetzt sind, die senkrecht oder schräg angeordnet sein können.
Figuren 1 und 2 zeigen Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Packungslagen 3, bei denen die Packungsschichten zumindest zwei unterschiedlich große spezifische Oberflächen aufweisen. In der Regel sind jeweils zwei engere dichtere Packungsschichten 4b mit der höheren spezifischen Oberfläche benachbart eingebaut. Zwischen diesen Schichten 4b mit der größeren spezifischen Oberfläche befinden sich 1 bis etwa 10, bevorzugt 3 bis 6, benachbarte Schichten 4a mit einer kleineren spezifischen Oberfläche.
Die spezifische Oberfläche der Schichten 4a mit der kleineren spezifischen Oberfläche entspricht den in der Technik üblichen Geometrien mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 150 bis 750m2/m3.
Die Schichten 4b mit der größeren spezifischen Oberfläche weisen eine um etwa den Faktor 2 bis 10 größere spezifische Oberfläche auf. Der Grund für diese sehr große spezifische Oberfläche liegt in der von den üblichen in der Destillationstechnik verwendeten einbautenabweichenden Funktion.
Während die üblichen Packungen einen Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit bewirken, bei der die Flüssigkeit in Form eines Flüssigkeitsfilms an der Packungsoberfläche abläuft und im Gegenstrom von der Gasphase überströmt wird, werden die Zwischenräume der Packungsschichten 4b mit der größeren spezifischen Oberfläche bevorzugt nur oder überwiegend mit Flüssigkeit durchströmt. In diesen flüssigkeitsgefüllten Zwischenräumen tritt eine gute Vergleichmäßigung eines Teils der Flüssigkeitsströmung und eine Gleichverteilung auf. Derartige Packungslagen wirken daher verteilend. Sie machen separate Anordnungen von Flüssigkeitssammlern und Flüssigkeitsverteilern ganz oder zumindest teilweise entbehrlich. Um auch bei den engen flüssigkeitsgefüllten Packungsschichten 4b einen Stoffaustausch zwischen der Gasphase und der Flüssigkeit zu erreichen, werden diese Packungsschichten bevorzugt aus Materialien hergestellt, die Perforationen aufweisen, beispielsweise Streckmetall oder Drahtgewebe.
Erstaunlicherweise zeigen Experimente, dass bei den Schichten 4b die Flüssigkeit sehr zuverlässig in die engen Strömungskanäle eindringt und längs der Kanäle gleichmäßig verteilt wird.
Es ist ausreichend, wenn nur ein Anteil von etwa 5 bis 20% der Flüssigkeit durch die engen Kanäle der engen Packungsschichten 4b geführt wird. Die übrige Flüssigkeit verteilt sich auf die restlichen Packungsschichten 4a mit der kleineren spezifischen Oberfläche.

Claims

Ansprüche
1. Geordnete Packung für Wärme- und/oder Stoffaustauschkolonnen mit mindestens einer Packungslage (3) aus mehreren Packungsschichten (4a, 4b), dadurch gekennzeichn et, dass die Packungslage (3) Packungsschichten (4b) aufweist, die gegenüber den übrigen Packungsschichten (4a) der selben Packungslage (3) eine größere Dichte und damit eine größere Oberfläche aufweisen.
2. Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, dass die Packungsschichten (4a, 4b) quer zur waagerechten Lage der Packungslage (2, 3) ausgerichtet sind.
3. Packung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsschichten (4a, 4b) schräg oder senkrecht angeordnet sind.
4. Packung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu r c h gekennzeichnet, dass die Packungsschichten (4b) mit der größeren Oberfläche eine um etwa den Faktor 2 bis 10 größere Oberfläche aufweisen, als die restlichen Packungsschichten (4a).
5. Packung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadu r c h gekennzeichnet, dass jeweils zwei Packungsschichten (4b) mit höherer Oberfläche benachbart eingebaut sind.
6. Packung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schichten (4b) mit der größeren Oberfläche 1 bis 10, bevorzugt 3 bis 6, benachbarte Schichten (4a) mit einer kleineren Oberfläche angeordnet sind.
7. Geordnete Packungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Packungsschichten (4b) mit der größeren Oberfläche aus Materialien bestehen, die Perforationen aufweisen, insbesondere aus Streckmetall oder Drahtgewebe.
8. Verwendung der Packung nach einem der vorherigen Ansprüche, zur Durchführung von Destillationen, Absorptionen, Gaswäschen, Extraktivdestillationen oder Reaktivdestillationen.
9. Verwendung der Packung nach einem der vorherigen Ansprüche, zur Flüssigkeitsverteilung in Kolonnen.
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