EP3393620A2 - Packing and column comprising one or more packings - Google Patents

Packing and column comprising one or more packings

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Publication number
EP3393620A2
EP3393620A2 EP16816203.0A EP16816203A EP3393620A2 EP 3393620 A2 EP3393620 A2 EP 3393620A2 EP 16816203 A EP16816203 A EP 16816203A EP 3393620 A2 EP3393620 A2 EP 3393620A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honeycomb body
plastic material
honeycomb
ptfe
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16816203.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Katja Widmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Original Assignee
ElringKlinger AG
ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG, ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP3393620A2 publication Critical patent/EP3393620A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
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    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/101—Arranged-type packing, e.g. stacks, arrays
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • Pack and column comprising one or more packs
  • the invention relates to a packing, in particular for use in columns for a material and optionally energy exchange, comprising a honeycomb body with first and second end faces arranged parallel to each other and a plurality of parallel to each other, extending from the first to the second end side flow channels for fluid media ,
  • the invention further relates to a column, in particular for use for the material and optionally energy exchange, comprising a housing having at least one inlet and at least one outlet and one or more packs arranged in a flow path of the housing extending from the inlet to the outlet are .
  • packing can be used in columns for the mass transfer and optionally energy exchange, in particular in industrial or rectification columns. Rectification columns are process plants for the separation of fluid mixtures.
  • packings can be used for the material and optionally energy exchange, for example in the exhaust air purification or gas scrubbing, wherein in gaseous media, such as exhaust air or gas to be washed, existing dirt particles pass into a washing liquid during mass transfer.
  • Fluid mixtures may contain, for example, liquid and / or gaseous components and, in addition, solid particles.
  • the packages When used in columns for the mass and optionally energy exchange, the packages must meet high requirements with regard to the flow behavior of the liquid and / or gaseous components, for example a flow deflection without major pressure losses on entry or exit into or out of a packing. It is also important that a homogeneous distribution of the fluid mixture prevails over the entire cross-section of the honeycomb body of the packing and, in particular, that no flow inhomogeneities are formed along a flow channel or along the surface of an end face.
  • the packs described therein comprise several superimposed packing layers.
  • the packing layers are made of preferably corrugated or folded metal sheets. A required there flow deflection between adjacent packing layers is supported by a so-called use between the packing layers.
  • the insert like the packing layers, has flow channels separated by channel walls.
  • the packages should have a low susceptibility to soiling, so that the packages do not have to undergo a complex cleaning procedure all too often.
  • the packs are typically used in columns for the mass and optionally energy exchange, which are operated continuously.
  • continuously operated columns for example a continuously operated rectification column
  • a start-up process may take several days after a standstill.
  • the packages in addition to the repair costs or new acquisition costs, there are also costs which are caused by the standstill and starting operation. For this reason, the packages should have the highest possible service life, so that repairs or replacement of components must be carried out only after the longest possible time intervals.
  • the object of the invention is to propose a package that take into account the above problems and are economical to produce.
  • the honeycomb body of a pack according to the invention is made from a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material, which has good temperature resistance and high resistance to chemicals, the pack according to the invention meets the high requirements with regard to temperature resistance and, secondly also given a high chemical resistance. Furthermore, no inserts within the packing have to be used for flow deflection in order to achieve optimized flow conditions, as is necessary in the prior art, for example in DE 197 06 544 A1. So only one type of component has to be used, which in turn reduces the number of different replacement parts that need to be ordered and stored.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • honeycomb package of the present invention based on a PTFE polymer material-based first plastic material inherently has an antiadhesive surface, which makes it less susceptible to contamination than conventional metal packages.
  • the low levels of contamination, in particular solid deposits can be cleaned without residue, without the component having to be replaced by a new one.
  • packages according to the invention In contrast to packages made of metal, such as known from DE 197 06 544 AI, have packages according to the invention with honeycomb bodies of a PTFE based on polymer material first plastic material to a high corrosion resistance, which in combination with the general high chemical resistance to increased life of according to the invention leads packs.
  • honeycomb body of the packing according to the invention a honeycomb structure is formed with substantially parallel flow channels extending from the first to the second end of the honeycomb body and adjacent to each other via channel walls, an improved mixing can take place and the flow resistance can be kept small.
  • the honeycomb body preferably has flow channels with free cross-sectional areas, the sum of the free cross-sectional areas being approximately 70 to approximately 92%, in particular approximately 75 to approximately 85% of the area of an end face of the honeycomb body. This has the advantage that on the one hand the flow resistance is reduced and on the other hand an optimized mixing of the components can be made possible.
  • the honeycomb body of the package according to the invention in a cross section parallel to the first and second end faces is formed substantially circular.
  • This has the advantage that it results in a substantially round flow cross-section, which avoids inhomogeneities in the flow in corners in contrast to a square flow cross-section.
  • the honeycomb body is designed in several parts. In this preferred embodiment, it comprises two or more segments, which extend from the first to the second end side of the honeycomb body and have planar and optionally partially cylindrical sidewalls. Due to the formation of the honeycomb body in segments, a simplified handling can be realized parallel to the end faces even with a large cross sections of the honeycomb body.
  • planar side wall of a segment is not to be understood as a closed and smooth surface of the honeycomb body.
  • planar does not mean that the side wall can not comprise any projections and / or recesses.
  • Planar or partially cylindrical trained lateral Walls are in the context of the invention planar or cylindrical wall enveloping surfaces.
  • the individual flow channels of the honeycomb structure are polygonal, in particular rectangular, for example square, pentagonal or hexagonal, as seen in cross section parallel to the end faces of the honeycomb body.
  • a low flow resistance can be realized and on the other hand a sufficiently good mixing of the flowing media can be achieved.
  • the mixing of the components and the flow resistance in an optimized balance to each other.
  • the channel walls are formed in cross-section parallel to the end faces preferably with a height of about 5 to about 11 mm, in particular with a height of about 7 mm to about 10 mm.
  • the channel walls of the flow channels of the honeycomb structure have a thickness of about 0.8 mm to about 2.1 mm.
  • the first plastic material is preferably processable by a pressing / sintering technique. Subsequent machining may allow customization of the honeycomb body.
  • the first plastic material of the honeycomb body is thermoplastically processable, which is advantageous in the production of the honeycomb body.
  • the first plastic material of the honeycomb body has a thermal conductivity of about 0.3 W / (m-K) or more, and / or the first plastic material of the honeycomb body has a specific heat capacity of about 0.9 J / (g-K). or more.
  • This has the advantage that, for example, heat of reaction or process heat, which arises during the mass transfer, can be dissipated via the heat-conductive channel walls of the honeycomb structure.
  • areas in which a higher temperature prevails, so-called hot spots, can be avoided and a sufficiently uniform temperature distribution over the entire package can be realized.
  • Particularly preferred first plastic materials have fillers-optimized thermal conductivities, for example about 0.43 W / (m-K) at a specific heat capacity of 1.24 J / (g-K) measured on a material sample with a filler content of 3 wt. % of a graphite-based filler C-THERM TM 002, particle size D 50 about 38 pm (available from TimCal Graphite & Carbon).
  • These fillers, via which the thermal conductivity of the first plastic material can be optimized, are also referred to below as heat-conducting pigments.
  • the PTFE polymer material to a density of about 2.0 to about 2.2 g / cm 3.
  • the first plastic material has a temperature resistance of about 200 ° C or more, in particular about 250 ° C or more.
  • the packings according to the invention can thus also be used in separation processes with special requirements in which such high temperatures prevail or arise.
  • the material properties of the first plastic material of the honeycomb body are decisive for the properties of the pack according to the invention.
  • the first plastic material of the honeycomb body preferably has a tensile strength of about 10 to about 30 N / mm 2 measured according to EN ISO 12086-2. This has the advantage that packages can withstand mechanical stresses without tearing. Thus, improved handleability during installation and replacement of packages according to the invention in columns can be made possible. In addition, damage in transit can be reduced.
  • the first plastic material of the honeycomb body according to test standard EN ISO 12086-2 has an elongation at break of about 220 to about 350%. This, like the improved tear resistance, is advantageous for handling during installation, replacement and transport of the packings according to the invention.
  • the improved mechanical properties of the first plastic material contribute in particular to the fact that packings according to the invention in this preferred embodiment can carry high loads and in so doing show only a slight deflection.
  • packings according to the invention can be realized with a channel length of the flow channels from the first to the second end side of 100 mm, which have no deflection at a loose laying on the edge of an open and the application of a load of 210 kg even at 100 ° C or 150 ° C. , Even at a temperature of 200 ° C, there is only a deflection of about 0.5 mm.
  • the kinking of the channel walls described in the prior art does not occur with a packing according to the invention even at a load of 210 kg. Accordingly, even with a high load on the packings according to the invention, an additional flow resistance due to the thickened channel walls is avoided, which would also lead to inhomogeneities in the flow. Consequently, packings according to the invention in this preferred embodiment have a low flow resistance and uniform flow properties over the entire honeycomb body even under different process conditions.
  • Gas permeability is typically reported in terms of a permeation rate of permeability in cm 3 versus test gases, per area in m 2 , duration of experiment in days d, and per pressure of gas in bar. The permeation rate is measured in a film with a defined film thickness according to DIN 53380 Part 2.
  • composition of the first plastic material can be adapted to the respective requirements.
  • the first plastic material of the honeycomb body in particular has an improved gas permeability or permeation rate.
  • the permeation rate, measured on a film of 1 mm thickness, for this preferred variant of the first plastic material, comprising a high-performance polymer is in particular 440 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less for gaseous HCl. If an even lower gas permeability should be desired, the permeation rate can be even halved with a mere 1 mm thicker film or with an even thicker film of z. B. 6 mm can even be reduced by a factor of 7 or more.
  • the first plastic material is selected according to a further variant of a PTFE polymer material without high performance polymer, a permeation rate to Cl 2 , HCl or S0 2 of about 620 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less, with Cl 2 or S0 2 in particular approx.
  • mixtures to be separated often contain dirt particles, which can settle in the form of solid deposits on the surface of the honeycomb body or provide for a faster wear.
  • a surface structure with a high roughness can have an increased susceptibility to soiling.
  • the surfaces of the channel walls have a surface roughness R max of about 250 ⁇ m or less.
  • R max the surface roughness
  • the flow behavior can be optimized, on the other hand, the susceptibility to soiling can be reduced.
  • the surface roughness is determined according to DIN EN ISO 4288.
  • the wear of the package according to the invention is reduced compared to conventional metallic packages.
  • a wear test with the irradiation of the packing according to the invention with corundum with a grain size of about 0.2 to about 0.8 mm with a pressure of 6 bar showed no noticeable change in the pack even after 5 minutes.
  • the PTFE polymer material contains virgin polytetrafluoroethylene (PTFE) in an amount of about 80% by weight or more and optionally a high performance polymer other than the PTFE at a level of about 20% by weight or less.
  • the virgin PTFE has preferably a co-monomer content of about 1 wt .-% or less, more preferably about 0.1 wt .-% or less.
  • the virgin PTFE with a co-monomer content is also referred to below as virginal, modified PTFE.
  • the virgin PTFE and optionally the non-PTFE high performance polymer in the raw state has an average particle size D 50 of about 10 pm to about 600 pm, preferably about 250 pm to about 450 pm.
  • the average particle size D 50 relates in each case to the mean diameter of the particles.
  • a suitable virginal, non-agglomerated PTFE is, for example, Inoflon 640 (manufacturer: Bengal Fluorochemicals Ltd.) with a primary particle size D 50 of about 25 ⁇ m.
  • the above-described preferred variant of the first plastic material can in particular be welded without welding filler. This allows for easier processability.
  • the first plastic material preferably contains non-metallic fillers, the non-metallic fillers being in particular selected from PEEK, graphite, carbon, boron nitride and silicon carbide.
  • the fillers optimize thermal conductivity and electrical conductivity.
  • non-metallic carbon-based fillers in particular based on graphite, carbon or carbon black, which are also referred to as heat-conducting pigments.
  • the particle size of the fillers in view of the desired uniform distribution in the plastic material about 2 pm to about 300 ⁇ , preferably about 2 ⁇ to about 150 ⁇ , amount.
  • the non-metallic fillers have a particle size D 50 of the respective filler preferably about 100 ⁇ or less.
  • the non-metallic filler is contained in a proportion of about 40% by weight or less in the first plastic material of the honeycomb body.
  • the filler can be distributed homogeneously in the first plastic material in the context of a compounding (production of a granular granule) of the fillers and the virginal or virginal modified PTFE. Subsequently, the non-free-flowing compound is subjected to granulation for producing agglomerated particles.
  • the obtained here average particle size D 50 of the agglomerates may be for example about 1 to 3 mm.
  • the packing according to the invention preferably has a sealing element made of a second plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer, which extends away from the honeycomb body parallel to the first or second end side of the honeycomb body.
  • the sealing element reduces the flow between the packing and the housing of the column, so that the housing comes into contact with as few highly corrosive media as possible or these have low flow rates in the area of the housing wall.
  • the sealing element is formed fluid-tight.
  • the sealing element is integrally connected to the honeycomb body. It is in particular formed integrally with the honeycomb body. This has the advantage that the best possible sealing can be realized.
  • the sealing element is preferably designed in several parts.
  • the sealing element can be designed so that it stabilizes the segments of the honeycomb body in the installed state in the column. This has the advantage that the segments of the honeycomb body are indeed held together, but a clamping ring, as is typically used in metallic packages, is unnecessary for the installation situation in columns.
  • the invention further relates, as already mentioned above, to a column, in particular for use for the mass transfer and optionally energy exchange, comprising a housing having at least one inlet, at least one outlet and one or more of the pack (s) according to any one of claims 1 to 22.
  • the packing (s) according to the invention is / are arranged in a housing optionally in succession in a flow path of the media in the housing extending from the inlet to the outlet.
  • the honeycomb body used in the column according to the invention is formed in several parts in the form of two or more segments which extend from the first to the second end face of the honeycomb body and have planar and optionally in cross-section circular arc-shaped side walls.
  • the segments are arranged on planar side walls adjoining each other in the housing of the column.
  • Columns according to the invention can be operated both in cocurrent and countercurrent. Depending on the structure and task, continuous or discontinuous operation may also be preferred.
  • the column comprises, in addition to inlets and outlets, an inlet between inlets and outlets, via which the mixture to be separated is supplied.
  • the segments of multi-part honeycomb bodies of a packing according to the invention are preferably arranged loosely in the housing of the column. This has the advantage that, in contrast to metallic packings, no clamping rings have to be used, so that replacement of the packs or individual segments is facilitated.
  • the column according to the invention comprises two or more packs, which are arranged one behind the other in the flow path between the inlet and the outlet, wherein a spacer with one or more base elements is optionally arranged between the packs.
  • a spacer improves the flow conditions between two packages. Aligning the successive in the flow path packs with their flow channels can then be omitted.
  • the spacer does not have to be designed over a large area, but a small contact surface between the base element (s) and the respective packing can be sufficient to prevent the fluid from passing from one package to another without vortexing and without To allow change in the flow resistance.
  • the base element or elements preferably comprise a block-shaped honeycomb element having a first and a second end face, wherein the honeycomb element comprises a honeycomb structure having a plurality of flow channels arranged parallel to one another and extending from the first to the second end side, which adjoin one another via channel walls, wherein the honeycomb structure is made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material, wherein the / the base elements connects / connect at the first and second end side to the respective end faces of the respective packages.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the flow channels of the honeycomb structure of the packages and optionally the flow channels of the honeycomb structure of the base element / s are arranged parallel to the flow path in the housing. In this orientation of the flow channels, an optimized mass transfer and an improved mixing of the fluid components can be realized.
  • the base element (s) are / are positively and / or non-positively connected to the packages or it is / are integrally formed with the packages.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a column according to the invention with packings according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a column according to the invention with packings according to the invention
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a pack according to the invention
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a pack according to the invention
  • FIG. 5 shows a detail of a column according to the invention with a packing according to the invention
  • FIG. 6 shows a further section of a column according to the invention with two packings according to the invention
  • Figure 7 another embodiment of a package according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a column 10 according to the invention with packages 50, 70 according to the invention in a vertical cross section.
  • the column can be used for mass transfer and optionally energy exchange, for example for gas scrubbing.
  • the column 10 comprises a housing 12 having two inlets 20, 22 and two outlets 30, 32, as well as two packs 50, 70 arranged between the inlets 20, 22 and the outlets 30, 32, extending in an inlet 22 to the outlet 30 Flow path are arranged.
  • the flow path can also extend from the inlet 20 to the outlet 32.
  • the inlet 20 or outlet 30 situated at the top relative to the direction of gravity is arranged in a head region 40 of the column 10, while the inlet 22 or outlet 32 lying at the bottom in terms of gravity is arranged in a sump region 42 of the column 10.
  • the packages 50, 70 each include a honeycomb body 52, 72 having first and second end faces 54 arranged substantially parallel to one another, 56, 74, 76.
  • the respective honeycomb bodies 52, 72 further comprise a honeycomb structure having a multiplicity of flow channels arranged parallel to one another and adjoining each other via channel walls.
  • the honeycomb structure is shown in more detail in FIG.
  • the honeycomb bodies 52, 72 are made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
  • the gravitationally lower packing 70 is arranged on a support rim or support grid 78 and is thus held stable in the column 10.
  • the support rim or the support grid here replace the usual in the art support grid, so that the proportion of corrosion-prone material inside the column is minimized. This is possible due to the high intrinsic stability of the packing according to the invention against mechanical loads.
  • a spacer 90 with four base elements 92, 94, 96, 98 shown here is arranged between the packages 50, 70.
  • an optimized flow of the fluid mixture to be separated without pressure losses between the packages 50, 70 can be achieved and an alignment of the packages with respect to their flow channels in the flow path can be omitted.
  • the base elements 92, 94, 96, 98 each comprise a honeycomb element having first and second end faces arranged substantially parallel to one another.
  • the honeycomb elements each comprise a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls.
  • the honeycomb elements are made from a first plastic material based on PTFE polymer material.
  • honeycomb bodies 52, 72 can also be placed without base elements 92, 94, 96, 98 in direct contact with each other in the column, the flow resistance at the adjacent end faces of the packages 50, 70 usually being higher. Because of the anti-adhesive surface and the high chemical resistance of the PTFE-polymer material based first plastic material of the packages, the packages 50, 70 have a low susceptibility to contamination by solid particles and an increased life.
  • a gaseous medium is introduced into the column 10 in the inlet 22 formed in the sump region 42 and flows along the flow path through the packages 50, 70 before it passes through the column 10 Exit 30 in the head portion 40 of the column 10 leaves again.
  • a liquid medium is passed through the inlet 20 in the head region 40 of the column 10 and flows against the flow of the gaseous medium in the direction of gravity through the packs 50, 70 and leaves the column 10 through the outlet 32 formed in the bottom region 42 of the column 10.
  • the mixing of the media can be optimized and in the gaseous medium contained dirt particles and impurities, in particular solid particles can pass into the liquid medium and optionally dissolve therein.
  • the gaseous medium leaves the column 10 at the outlet 30 in a purified form. Unwanted gaseous components in the gaseous medium may also, upon appropriate selection of the liquid medium, pass into and optionally dissolve therein.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a column 100 according to the invention in a vertical cross section.
  • the column 100 can be used for the mass transfer and optionally energy exchange, for example in industrial and rectification columns, for separation of components in fluid mixtures.
  • the column 100 comprises a housing 102 with two inlets 120, 122 and two outlets 130, 132, a further inlet in the form of an inlet 134 and two packings 150, 170 arranged between inlets 120, 122 and outlets 130, 132, which are arranged in one of the Inlet 122 to the outlet 130 extending flow path are arranged.
  • the upstream inlet 120 or outlet 130 is arranged in a head region 140 of the column 100, while the lower inlet 122 or outlet 132 is arranged in a sump region 142 of the column 100 with respect to the direction of gravity.
  • the inlet 134 is arranged between the packages 150, 170.
  • the packages 150, 170 are each disposed on a support grid 151, 171 and each comprise a honeycomb body 152, 172 with first and second substantially parallel end faces 154, 156, 174, 176.
  • the respective honeycomb bodies 152, 172 further comprise a plurality of parallel flow channels arranged relative to one another, which are separated from one another via channel walls. The flow channels and channel walls are shown in detail in FIG.
  • the honeycomb bodies 152, 172 are made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the column 100 is operated continuously.
  • the use of the column 100 as a rectification column will be described by way of example. This example is not to be understood as limiting the use of the column 100 according to the invention.
  • a liquid mixture to be separated is introduced into the column 100 via the inlet 134.
  • the column 100 is preferably heated to effect thermal separation of higher boiling and lower boiling components of the composition (not shown).
  • a part of the substance mixture is vaporized and rises in the gaseous state against gravity upwards and accumulates in the head region 140. This part of the mixture can be removed through the outlet 130 in the gaseous state.
  • the gaseous part may contain a proportion of a higher-boiling component of the substance mixture.
  • the proportion of the higher-boiling component of the liquid mixture after leaving the column 100 through the outlet 130 together with the low-boiling fraction, can be liquefied by means of a condenser 136 and fed back to the column 100 via the inlet 120 in the head region 140 become.
  • This liquefied part of the liquid substance mixture flows downwards counter to the direction of the flow path and impinges in the packages 150, 170 on the gaseous part of the substance mixture. Due to the geometry of the packing (explained in more detail in connection with FIGS. 3 to 5), optimized mixing of the liquid and gaseous fractions occurs, so that by means of mass transfer, predominantly the low-boiling component of the substance mixture changes to the gaseous state.
  • the higher-boiling component of the substance mixture collects and can be removed via the outlet 132.
  • the fraction withdrawn via the outlet 132 is produced by means of an evaporator 138 heated again, optionally brought into the gaseous state and fed back to the column 10 via the inlet 122 in the bottom region 142.
  • the respective outlets 130, 132 in the head region 140 or sump region 142 can be designed such that 100 samples can be taken during operation of the column and purity tests can be carried out.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a packing 200 according to the invention, in particular for use in columns for the substance and optionally energy exchange in a perspective view.
  • the package 200 comprises a honeycomb body 202 having first and second substantially parallel end faces 210, 212.
  • the honeycomb body 202 comprises a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels 220 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 222.
  • the honeycomb body 202 is made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymeric material based first plastic material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the honeycomb body 202 is circular in a cross section parallel to the end faces 210, 212, whereby flow inhomogeneities in corner areas are avoided, unlike angular cross sections.
  • the first plastic material has a high chemical resistance and corrosion resistance, so that the package 200 has a long life even when in contact with corrosive or reactive mixtures.
  • the flow channels 220 are formed parallel to the end faces 210, 212 in a hexagonal cross section and parallel, opposite channel walls 222 are formed at a distance a of about 14 mm.
  • the flow channels have a free cross-sectional area.
  • the channel walls 222 are made in the present case with a thickness of about 1.1 mm and the sum of the free cross-sectional areas of the flow channels is in a range of about 89 to 92% of the area of an end face 210, 212 of the honeycomb. body 202.
  • packing 200 has, on the one hand, a low flow resistance and, on the other hand, thorough mixing of the components of the substance mixture can be achieved.
  • the channel walls 222 are formed in a cross section parallel to the end faces 210, 212 of the honeycomb body 202 with a height h of about 8 mm.
  • the honeycomb body 102 has a specific surface area of about 75 to 115 m 2 / m 3 and a weight of about 400 to 420 kg / m 3 .
  • the density of the PTFE polymer material in the present case is approx.
  • the surfaces of the channel walls 222 have a surface roughness R max of less than 250 ⁇ m, whereby the already low susceptibility to fouling is still minimized. As a result, solid particles hardly contained in the substance mixture can deposit on the channel walls 222.
  • the PTFE polymer material contains virgin PTFE with a share of about 80 wt .-% and a different high performance from the PTFE Polmer in a proportion of about 20 wt .-% and virginaie PTFE has a co-monomer content of approx 0.1% by weight.
  • a high performance polymer other than PFTE for example, perfluoropropyl vinyl ether (PPVE) is suitable.
  • the virginaie and virginaie, modified PTFE for the production of the honeycomb body 202 in the uncured state are used in an agglomerated form having an average particle size D 50 of about 250 to 650 pm, more preferably from about 250 pm to about 450 pm.
  • Virginales and virginales, modified PTFE in non-agglomerated form with a particle size D 50 of about 10 to about 200 pm, preferably from about 25 to about 100 pm, can be used for the preparation of compounds, which are then used to prepare the Honeycomb 202 are used.
  • the first plastic material has in the present case in a test specimen with a film thickness of 1 mm, a permeation rate against HCl of about 450 cm 3 / (m 2 -d-bar) on.
  • a permeation rate against HCl of about 450 cm 3 / (m 2 -d-bar) on.
  • the permeation rate over 24 h measured at a film thickness of 1 mm at about 190 cm 3 / (m 2 -d-bar) or about 180 cm 3 / (m 2 -d-bar) With such a low rate of permeation, the amount of gas passing through the channel walls 222 and coming into contact with the housing of the column can be minimized, thus extending the life of the housing.
  • the first plastic material preferably has a tensile strength of about 20 N / mm 2 measured according to EN ISO 12086-2.
  • the first plastic material preferably has an elongation at break of about 200%, measured according to EN ISO 12086-2.
  • the package 200 can withstand high mechanical stresses and there is only a small amount of wear. So a more robust handling of the packs during installation or a high-pressure cleaning is possible.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a packing according to the invention in particular for use in columns for the mass and optionally energy exchange in a perspective view.
  • the package 300 comprises a honeycomb body 302 having first and second substantially parallel end faces 310, 312.
  • the honeycomb body 302 comprises a honeycomb structure having a multiplicity of flow channels 320 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 322.
  • the honeycomb body 302 is made made of polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material based first plastic material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the honeycomb body 302 is circular in a cross section parallel to the end faces 310, 312, which avoids flow inhomogeneities in corner areas, unlike angular cross sections.
  • the flow channels 320 have a hexagonal cross-section, resulting in a low flow resistance.
  • the honeycomb body 302 is configured with the same dimensions and resulting material properties and advantages as the honeycomb body 202 in FIG. 3.
  • the honeycomb body 302 is designed in several parts and comprises in the present case 9 segments 330, 332, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346, which extend from the first to the second end side 310, 312 of the honeycomb body 302 and planar and partially cylindrical formed side walls (example 348, 350, 352 at segment 342).
  • Two planar side walls 350, 352, which meet in a corner region of a segment 342, are arranged at a right angle to each other.
  • the orthogonal orientation facilitates the manufacture of the segments and their arrangement to form the honeycomb body 300 and makes them more economical than planar planar sidewalls located at different angles therefrom.
  • the first plastic material contains a filler in the form of a beideleitpigments.
  • the heat-conducting pigment is contained in a proportion of about 3 wt .-%, based on the weight fraction of the first plastic material.
  • the honeycomb body 302 has a heat capacity of approximately 1.2 J / (g-K) and a thermal conductivity of approximately 0.4 W / (m-K).
  • FIG. 5 shows a section of a further column 400 according to the invention with a packing 410 according to the invention in a cross section perpendicular to the end faces of the packing 410.
  • the packing 400 according to the invention is shown in its section in the column 400 in the section.
  • the housing of the column, inlets and outlets, between which the package 410 is disposed, are not shown here, but may be such as e.g. be configured in Figure 1 or Figure 2.
  • the package 410 comprises a honeycomb body 412 having first and second end faces 420, 422 arranged parallel to one another.
  • the honeycomb body 412 comprises a honeycomb structure with flow channels arranged substantially parallel to one another, which adjoin one another via channel walls and extend from the first end side 420 to the second end side 422 ,
  • the honeycomb body 410 is made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the first plastic material in the present case is as described in connection with FIG. 3 and has the properties and advantages described therein.
  • the pack is placed on a support grid 430. Above the packing 410, a layer 440 of packing is loosely piled up.
  • the packing of the invention 410 While the packing of the invention 410, the flow resistance is low and components of the fluid mixture to be separated can be well mixed, is made possible by the filler layer 440, for example, Raschig rings or Pall rings, an increased residence time and the time spent by the substance mixture to be separated for mass transfer in the packages 410 according to the invention is extended.
  • the filler layer 440 for example, Raschig rings or Pall rings
  • FIG. 6 shows a section of a column 500 according to the invention with two packages 510, 520 according to the invention, each having a honeycomb body 512, 522 with first and second end faces 514, 516, 524, 526 arranged parallel in a cross section perpendicular to these end faces.
  • the honeycomb bodies 512, 522 each have a honeycomb structure with flow channels arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls, and are manufactured from a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • honeycomb bodies 512, 522 are configured like the honeycomb body shown in FIG.
  • a spacer 530 base elements 532, 543, 536, 538 is arranged between the honeycomb bodies 510, 520.
  • the base elements 532, 543, 536, 538 are engaged in recesses configured in the form of the base elements 532, 543, 536, 538 in the honeycomb bodies 510, 520 and are supported by their respective end faces on the honeycomb bodies.
  • the structure of the packages 510, 520 of the column 500 is stabilized against slipping.
  • the socket members 532, 534, 536, 538 each include a block-shaped honeycomb member having first and second faces, the honeycomb members of the socket members 532, 534, 536, 538 including a plurality of substantially parallel flow channels adjacent to one another via channel walls.
  • the honeycomb elements are made from a first plastic material based on PTFE polymer material.
  • the flow channels of the base members 532, 543, 536, 538 and the packages 510, 520 are arranged substantially parallel to the flow path in the column 500 and thus allow a minimum flow resistance.
  • FIG. 7 shows a view of a package 600 according to the invention.
  • the package 600 comprises a honeycomb body 602 having first and second end faces 610, 612, a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels 620 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 622.
  • the honeycomb body 602 is in turn made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material based first plastic material and formed in several parts with segments 630, 632, 634.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the package 602 further includes a sealing member 650 made of a second plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer.
  • the sealing element 650 is arranged parallel to the first end face 610, 612 and extends radially away from the honeycomb body 602.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the sealing element 650 is integrally connected to the honeycomb body 602, for example by welding, gluing, etc. But it can also be positively connected to the honeycomb body 602.
  • the sealing member 650 stabilizes the segments 630, 632, 634 of the honeycomb body 602 in the assembled state in the column, so that no clamping ring, as usual in conventional metallic packs, must be used.
  • a sealing ring 650 are arranged adjacent to both end faces 610, 612 of the honeycomb body 602.
  • honeycomb body with sealing element 650 packing can be arranged above the package 600.
  • the one or more sealing elements 650 may also be formed in several parts if necessary.

Abstract

A packing is provided which has higher corrosion resistance, high chemical resistance, low flow resistance and a longer service life in comparison with conventional packings, wherein, to this end, the packing comprises a honeycomb body having first and second end faces, wherein the honeycomb body has a honeycomb structure which has a plurality of flow channels that are arranged substantially in parallel and that are adjacent to each other by means of channel walls and wherein the honeycomb body is made from a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material. Furthermore, a column is proposed which comprises a housing that has at least one inlet, at least one outlet and one or more packings according to the invention which are preferably arranged one behind the other in a flow path running from the inlet to the outlet.

Description

Packung und Kolonne umfassend eine oder mehrere Packungen  Pack and column comprising one or more packs
Die Erfindung betrifft eine Packung, insbesondere zur Verwendung in Kolonnen für einen Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, umfassend einen Wabenkörper mit ersten und zweiten parallel zueinander angeordneten Stirnseiten sowie einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten zur zweiten Stirnseite erstreckenden Strömungskanälen für fluide Medien. Die Erfindung betrifft weiter eine Kolonne, insbesondere zur Verwendung für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, umfassend ein Gehäuse mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass und einer oder mehreren Packung/en, die in einem vom Einlass zum Auslass sich erstreckenden Strömungsweg des Gehäuses angeordnet sind . The invention relates to a packing, in particular for use in columns for a material and optionally energy exchange, comprising a honeycomb body with first and second end faces arranged parallel to each other and a plurality of parallel to each other, extending from the first to the second end side flow channels for fluid media , The invention further relates to a column, in particular for use for the material and optionally energy exchange, comprising a housing having at least one inlet and at least one outlet and one or more packs arranged in a flow path of the housing extending from the inlet to the outlet are .
Typischerweise können Packungen in Kolonnen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, insbesondere in Industrie- oder Rektifikationskolonnen, eingesetzt werden. Rektifikationskolonnen sind verfahrenstechnische Anlagen zur Trennung von fluiden Stoffgemischen. Alternativ können Packungen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, beispielsweise in der Abluftreinigung oder Gaswäsche verwendet werden, wobei in gasförmigen Medien, wie Abluft oder zu waschendem Gas, vorhandene Schmutzpartikel beim Stoffaustausch in eine Waschflüssigkeit übergehen. Typically, packing can be used in columns for the mass transfer and optionally energy exchange, in particular in industrial or rectification columns. Rectification columns are process plants for the separation of fluid mixtures. Alternatively, packings can be used for the material and optionally energy exchange, for example in the exhaust air purification or gas scrubbing, wherein in gaseous media, such as exhaust air or gas to be washed, existing dirt particles pass into a washing liquid during mass transfer.
Fluide Stoffgemische können beispielsweise flüssige und/oder gasförmige Komponenten und daneben Feststoffpartikel enthalten. Bei der Verwendung in Kolonnen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch müssen die Packungen hohe Anforderungen in Bezug auf Strömungsverhalten der flüssigen und/oder gasförmigen Komponenten, beispielsweise eine Strömungsumlen- kung ohne größere Druckverluste bei Eintritt oder Austritt in oder aus einer Packung, erfüllen. Es ist außerdem von Bedeutung, dass eine homogene Verteilung des fluiden Stoffgemisches über den gesamten Querschnitt des Wabenkörpers der Packung vorherrscht und sich insbesondere keine Durchflussinhomogenitäten entlang eines Strömungskanals oder entlang der Oberfläche einer Stirnseite bilden. Fluid mixtures may contain, for example, liquid and / or gaseous components and, in addition, solid particles. When used in columns for the mass and optionally energy exchange, the packages must meet high requirements with regard to the flow behavior of the liquid and / or gaseous components, for example a flow deflection without major pressure losses on entry or exit into or out of a packing. It is also important that a homogeneous distribution of the fluid mixture prevails over the entire cross-section of the honeycomb body of the packing and, in particular, that no flow inhomogeneities are formed along a flow channel or along the surface of an end face.
Packungen der eingangs genannten Art für den Einsatz in Kolonnen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 06 544 AI bekannt. Die dort beschriebenen Packungen umfassen mehrere übereinander angeordnete Packungsschichten. Die Packungsschichten sind aus vorzugsweise gewellten oder gefalzten Metallblechen gefertigt. Eine dort geforderte Strömungsumlenkung zwischen benachbarten Packungsschichten wird von einem sogenannten Einsatz zwischen den Packungsschichten unterstützt. Der Einsatz weist, wie die Packungsschichten, durch Kanalwände getrennte Strömungskanäle auf. Packages of the type mentioned for use in columns for the material and optionally energy exchange are known for example from German Patent Application DE 197 06 544 AI. The packs described therein comprise several superimposed packing layers. The packing layers are made of preferably corrugated or folded metal sheets. A required there flow deflection between adjacent packing layers is supported by a so-called use between the packing layers. The insert, like the packing layers, has flow channels separated by channel walls.
Häufig werden auch hochsiedende Komponenten aus einem Stoffgemisch abgetrennt oder erhitzte Gase während des Stoffaustauschs entlang dem Strömungsweg durch das Gehäuse der Kolonne geleitet, weshalb die Packungen eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen müssen. Frequently high-boiling components are separated from a mixture or heated gases are passed during the mass transfer along the flow path through the housing of the column, which is why the packages must have a high temperature resistance.
Gleichzeitig sollte eine gute Durchmischung der fluiden Komponenten des Stoffgemisches gegeben sein, so dass ein möglichst effizienter Stoffaustausch und bei Bedarf auch Energieaustausch in den Packungen bzw. deren Wabenkörper stattfinden kann . At the same time a good mixing of the fluid components of the mixture should be given, so that the most efficient mass transfer and, if necessary, energy exchange in the packs or their honeycomb body can take place.
Bauteile zur Unterstützung des Stoff- und Energieaustauschs, insbesondere die Packungen, kommen regelmäßig mit korrosiven Gasen, Flüssigkeiten oder reaktiven Schmutzpartikeln der zu trennenden Stoffgemische in Kontakt. Deshalb werden für die Packung neben einer guten Temperaturbeständigkeit auch eine hohe Korrosionsfestigkeit und eine hohe und universelle Chemikalienbeständigkeit allgemein gefordert. Rückstände von korrosiven Gasen, Nebenreaktionsprodukten und Schmutzpartikeln müssen, insbesondere in Form von Feststoffrückständen, regelmäßig von den Packungen entfernt werden. Aus diesem Grund sind eine einfache Handhabung und eine effiziente Möglichkeit zur Abreinigung der Packungen bzw. deren Wabenkörper von großer wirtschaftlicher Bedeutung . Components for supporting the material and energy exchange, in particular the packings, regularly come into contact with corrosive gases, liquids or reactive dirt particles of the substance mixtures to be separated. Therefore, in addition to a good temperature resistance, a high corrosion resistance and a high and universal chemical resistance are generally required for the package. Residues of corrosive gases, side reaction products and dirt particles must be regularly removed from the packages, especially in the form of solid residues. For this reason, a simple handling and an efficient way to clean the packages or their honeycomb body are of great economic importance.
Außerdem sollten die Packungen eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit aufweisen, so dass die Packungen nicht allzu häufig einer aufwändigen Reinigungsprozedur unterzogen werden müssen. In addition, the packages should have a low susceptibility to soiling, so that the packages do not have to undergo a complex cleaning procedure all too often.
Die Packungen werden typischerweise in Kolonnen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch verwendet, die kontinuierlich betrieben werden. Bei solchen kontinuierlich betriebenen Kolonnen, beispielsweise einer kontinuierlich betriebenen Rektifikationskolonne, kann ein Anfahrvorgang nach einem Stillstand mehrere Tage dauern. Bei einem Austausch von Packungen, kommt es demnach, neben den Reparaturkosten bzw. Neuanschaffungskosten, auch noch zu Kosten, die durch den Stillstand und Anfahrvorgang verursacht werden. Aus diesem Grund sollten die Packungen eine möglichst hohe Lebensdauer aufweisen, so dass Reparaturen bzw. Austausch von Bauteilen erst nach möglichst langen Zeitintervallen durchgeführt werden müssen. The packs are typically used in columns for the mass and optionally energy exchange, which are operated continuously. In such continuously operated columns, for example a continuously operated rectification column, a start-up process may take several days after a standstill. In the case of an exchange of packs, in addition to the repair costs or new acquisition costs, there are also costs which are caused by the standstill and starting operation. For this reason, the packages should have the highest possible service life, so that repairs or replacement of components must be carried out only after the longest possible time intervals.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Packung vorzuschlagen, die den obenstehenden Problemen Rechnung tragen und wirtschaftlich herstellbar sind. The object of the invention is to propose a package that take into account the above problems and are economical to produce.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Packung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a package with the features of claim 1.
Dadurch, dass der Wabenkörper einer erfindungsgemäßen Packung aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist, welches eine gute Temperaturbeständigkeit und eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist, erfüllt die erfindungsgemäße Packung zum einen die hohen Anforderungen bzgl. der Temperaturbeständigkeit und zum anderen ist gleichfalls eine hohe Chemikalienbeständigkeit gegeben. Weiterhin müssen keine Einsätze innerhalb der Packung zur Strömungsumlen- kung eingesetzt werden, um optimierte Durchflussbedingungen zu erzielen, wie es im Stand der Technik, beispielsweise in der DE 197 06 544 AI, notwendig ist. So muss nur eine Art von Bauteil eingesetzt werden, was wiederum die Anzahl verschiedener Ersatzteile, die bestellt und gelagert werden müssen, vermindert. Because the honeycomb body of a pack according to the invention is made from a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material, which has good temperature resistance and high resistance to chemicals, the pack according to the invention meets the high requirements with regard to temperature resistance and, secondly also given a high chemical resistance. Furthermore, no inserts within the packing have to be used for flow deflection in order to achieve optimized flow conditions, as is necessary in the prior art, for example in DE 197 06 544 A1. So only one type of component has to be used, which in turn reduces the number of different replacement parts that need to be ordered and stored.
Die erfindungsgemäße Packung mit einem Wabenkörper aus einem auf PTFE- Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial weist inhärent eine antiadhäsive Oberfläche auf, wodurch sie weniger verschmutzungsanfällig ist als herkömmliche Packungen aus Metall. Darüber hinaus lassen sich die geringen Verschmutzungen, insbesondere Feststoffablagerungen, rückstandsfrei abreinigen, ohne dass das Bauteil durch ein neues ersetzt werden muss. The honeycomb package of the present invention based on a PTFE polymer material-based first plastic material inherently has an antiadhesive surface, which makes it less susceptible to contamination than conventional metal packages. In addition, the low levels of contamination, in particular solid deposits, can be cleaned without residue, without the component having to be replaced by a new one.
Im Gegensatz zu Packungen aus Metall, wie beispielsweise aus der DE 197 06 544 AI bekannt, weisen erfindungsgemäße Packungen mit Wabenkörpern aus einem auf PTFE-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial eine hohe Korrosionsfestigkeit auf, was in Kombination mit der allgemeinen hohen Chemikalienbeständigkeit zu einer erhöhten Lebensdauer der erfindungsgemäßen Packungen führt. In contrast to packages made of metal, such as known from DE 197 06 544 AI, have packages according to the invention with honeycomb bodies of a PTFE based on polymer material first plastic material to a high corrosion resistance, which in combination with the general high chemical resistance to increased life of according to the invention leads packs.
Dadurch, dass der Wabenkörper der erfindungsgemäßen Packung eine Wabenstruktur mit im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen ausgebildet ist, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und die über Kanalwände aneinander grenzen, kann eine verbesserte Durchmischung stattfinden und der Strömungswiderstand klein gehalten werden. Dieser Effekt in Kombination mit der hohen Korrosionsfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit sowie guten Temperaturbeständigkeit führt zu insgesamt optimierten Bedingungen für die Trennung der Bestandteile von fluiden Stoffgemischen im Vergleich zu herkömmlichen Packungen. Vorzugsweise weist der Wabenkörper Strömungskanäle mit freien Querschnittsflächen auf, wobei die Summe der freien Querschnittsflächen ca. 70 bis ca. 92 %, insbesondere ca. 75 bis ca. 85 % der Fläche einer Stirnseite des Wabenkörpers beträgt. Dies hat den Vorteil, dass zum einen der Strömungswiderstand vermindert wird und zum anderen eine optimierte Durchmischung der Komponenten ermöglicht werden kann. Characterized in that the honeycomb body of the packing according to the invention, a honeycomb structure is formed with substantially parallel flow channels extending from the first to the second end of the honeycomb body and adjacent to each other via channel walls, an improved mixing can take place and the flow resistance can be kept small. This effect in combination with the high corrosion resistance, chemical resistance and good temperature resistance leads to overall optimized conditions for the separation of the constituents of fluid mixtures compared to conventional packings. The honeycomb body preferably has flow channels with free cross-sectional areas, the sum of the free cross-sectional areas being approximately 70 to approximately 92%, in particular approximately 75 to approximately 85% of the area of an end face of the honeycomb body. This has the advantage that on the one hand the flow resistance is reduced and on the other hand an optimized mixing of the components can be made possible.
Vorzugsweise ist der Wabenkörper der erfindungsgemäßen Packung in einem Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass sich ein im Wesentlichen runder Durchflussquerschnitt ergibt, der im Gegensatz zu einem eckigen Durchflussquerschnitt Inhomogenitäten im Durchfluss in Eckbereichen vermeidet. Preferably, the honeycomb body of the package according to the invention in a cross section parallel to the first and second end faces is formed substantially circular. This has the advantage that it results in a substantially round flow cross-section, which avoids inhomogeneities in the flow in corners in contrast to a square flow cross-section.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wabenkörper mehrteilig ausgebildet. Er umfasst in dieser bevorzugten Ausführungsform zwei oder mehr Segmente, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls teilzylindrisch ausgebildete Seitenwände aufweisen. Durch die Ausbildung des Wabenkörpers in Segmenten kann auch bei einem großen Querschnitten des Wabenkörpers parallel zur den Stirnseiten eine erleichterte Handhabung realisiert werden. In a preferred embodiment, the honeycomb body is designed in several parts. In this preferred embodiment, it comprises two or more segments, which extend from the first to the second end side of the honeycomb body and have planar and optionally partially cylindrical sidewalls. Due to the formation of the honeycomb body in segments, a simplified handling can be realized parallel to the end faces even with a large cross sections of the honeycomb body.
Im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in den Eckbereichen aufeinander treffen, sind diese Seitenwände des Segments im rechten Winkel zueinander angeordnet. Der Einbau bzw. Austausch einzelner Segmente wird ermöglicht, während bei einem einteiligen Wabenkörper bei Verschleißerscheinungen oder Ähnlichem der gesamte Wabenkörper ausgetauscht werden muss. In the case that a segment has two planar side walls which meet in the corner areas, these side walls of the segment are arranged at right angles to each other. The installation or replacement of individual segments is made possible, while in a one-piece honeycomb body in case of wear or the like the entire honeycomb body must be replaced.
Im Sinne der Erfindung ist eine planare Seitenwand eines Segments nicht als geschlossene und glatte Fläche des Wabenkörpers zu verstehen. Planar bedeutet im Sinne der Erfindung nicht, dass die Seitenwand keine Vor- und/oder Rücksprünge umfassen kann. Planar bzw. teilzylindrisch ausgebildete Seiten- wände sind im Sinne der Erfindung planare bzw. zylinderwandförmige Hüllflächen. For the purposes of the invention, a planar side wall of a segment is not to be understood as a closed and smooth surface of the honeycomb body. For the purposes of the invention, planar does not mean that the side wall can not comprise any projections and / or recesses. Planar or partially cylindrical trained lateral Walls are in the context of the invention planar or cylindrical wall enveloping surfaces.
Vorzugsweise sind die einzelnen Strömungskanäle der Wabenstruktur im Querschnitt parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers gesehen polygonal, insbesondere rechteckig, beispielsweise quadratisch, pentagonal oder hexago- nal ausgebildet. Mit einer derartigen Ausbildung der Strömungskanäle kann einerseits ein geringer Strömungswiderstand realisiert werden und andererseits eine ausreichend gute Durchmischung der durchfließenden Medien erzielt werden. Preferably, the individual flow channels of the honeycomb structure are polygonal, in particular rectangular, for example square, pentagonal or hexagonal, as seen in cross section parallel to the end faces of the honeycomb body. With such a design of the flow channels, on the one hand a low flow resistance can be realized and on the other hand a sufficiently good mixing of the flowing media can be achieved.
Vorzugsweise weisen in dem polygonalen, insbesondere in dem rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt der Strömungskanäle im Wesentlichen parallele einander gegenüberliegende Kanalwände eines Strömungskanals einen Abstand von ca. 8 bis ca. 20 mm, bevorzugt einen Abstand von ca. 11 bis ca. 17 mm, zueinander auf. So sind die Durchmischung der Komponenten und der Strömungswiderstand in einem optimierten Gleichgewicht zueinander. Preferably, in the polygonal, in particular in the rectangular, square or hexagonal cross-section of the flow channels substantially parallel opposite channel walls of a flow channel a distance of about 8 to about 20 mm, preferably a distance of about 11 to about 17 mm, to each other. Thus, the mixing of the components and the flow resistance in an optimized balance to each other.
Die Kanalwände sich im Querschnitt parallel zu den Stirnseiten bevorzugt mit einer Höhe von ca. 5 bis ca. 11 mm, insbesondere mit einer Höhe von ca. 7 mm bis ca. 10 mm ausgebildet. The channel walls are formed in cross-section parallel to the end faces preferably with a height of about 5 to about 11 mm, in particular with a height of about 7 mm to about 10 mm.
Vorzugsweise weisen die Kanalwände der Strömungskanäle der Wabenstruktur eine Dicke von ca. 0,8 mm bis ca. 2,1 mm auf. Preferably, the channel walls of the flow channels of the honeycomb structure have a thickness of about 0.8 mm to about 2.1 mm.
Es kann bei herkömmlichen Packungen, wie in der DE 197 06 544 AI beschrieben, schon durch Aufeinanderschichten oder Zusammenpressen von Packungsschichten zu einem unerwünschten Einknicken der Kanalwände in den Packungsschichten oder den dazwischen angeordneten Einsätzen und somit zu einem unkontrollierten, erhöhten Strömungswiderstand kommen. Dies kann in einer bevorzugten Ausführungsform mit optimierten, zuvor beschriebenen Parametern, wie Abstand der Kanalwände, ihrer Höhe und Dicke, vermieden werden, ohne dass die Packung in Schichten aufgetrennt werden und dazwischen Einsätze verwendet werden müssten. In the case of conventional packs, as described in DE 197 06 544 A1, even by stacking or compressing packing layers, unwanted kinking of the channel walls in the packing layers or the inserts arranged therebetween and thus an uncontrolled, increased flow resistance can occur. This can be avoided in a preferred embodiment with optimized, previously described parameters, such as distance of the channel walls, their height and thickness without having to separate the packs into layers and use inserts in between.
Das erste Kunststoffmaterial ist vorzugsweise durch eine Press-/Sintertechnik verarbeitbar. Eine anschließende spanende Bearbeitung kann eine anwendungsspezifische Anpassung des Wabenkörpers ermöglichen. The first plastic material is preferably processable by a pressing / sintering technique. Subsequent machining may allow customization of the honeycomb body.
Gegebenenfalls ist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers thermoplastisch verarbeitbar, was bei der Herstellung des Wabenkörpers von Vorteil ist. Optionally, the first plastic material of the honeycomb body is thermoplastically processable, which is advantageous in the production of the honeycomb body.
Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W/(m- K) oder mehr auf und/oder weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers eine spezifische Wärmekapazität von ca. 0,9 J/(g - K) oder mehr auf. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Reaktionswärme oder Prozesswärme, die während des Stoffaustauschs entsteht, über die gut wärmeleitfähigen Kanalwände der Wabenstruktur abgeführt werden kann. Darüber hinaus können Bereiche, an denen eine höhere Temperatur vorherrscht, sogenannte Hot-Spots, vermieden werden und eine ausreichend gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Packung kann realisiert werden. Preferably, the first plastic material of the honeycomb body has a thermal conductivity of about 0.3 W / (m-K) or more, and / or the first plastic material of the honeycomb body has a specific heat capacity of about 0.9 J / (g-K). or more. This has the advantage that, for example, heat of reaction or process heat, which arises during the mass transfer, can be dissipated via the heat-conductive channel walls of the honeycomb structure. In addition, areas in which a higher temperature prevails, so-called hot spots, can be avoided and a sufficiently uniform temperature distribution over the entire package can be realized.
Besonders bevorzugte erste Kunststoffmaterialien weisen über Füllstoffe optimierte Wärmeleitfähigkeiten auf, beispielsweise ca. 0,43 W/(m- K) bei einer spezifischen Wärmekapazität von 1,24 J/(g - K) gemessen an einer Materialprobe mit einem Füllstoffgehalt von 3 Gew.% eines Graphit-basierenden Füllstoffs C-THERM™002, Partikelgröße D50 ca. 38 pm (erhältlich von TimCal Graphite & Carbon). Diese Füllstoffe, über die die Wärmeleitfähigkeit des ersten Kunststoffmaterials optimiert werden kann, werden im Folgenden auch als Wärmeleitpigmente bezeichnet. Particularly preferred first plastic materials have fillers-optimized thermal conductivities, for example about 0.43 W / (m-K) at a specific heat capacity of 1.24 J / (g-K) measured on a material sample with a filler content of 3 wt. % of a graphite-based filler C-THERM ™ 002, particle size D 50 about 38 pm (available from TimCal Graphite & Carbon). These fillers, via which the thermal conductivity of the first plastic material can be optimized, are also referred to below as heat-conducting pigments.
Vorzugsweise weist das PTFE-Polymermaterial eine Dichte von ca. 2,0 bis ca. 2,2 g/cm3 auf. Insbesondere weist das erste Kunststoffmaterial eine Temperaturbeständigkeit von ca. 200°C oder mehr, insbesondere ca. 250°C oder mehr auf. Die erfindungsgemäßen Packungen können so auch in Trennverfahren mit speziellen Anforderungen eingesetzt werden, in denen derart hohe Temperaturen vorherrschen bzw. entstehen. Preferably, the PTFE polymer material to a density of about 2.0 to about 2.2 g / cm 3. In particular, the first plastic material has a temperature resistance of about 200 ° C or more, in particular about 250 ° C or more. The packings according to the invention can thus also be used in separation processes with special requirements in which such high temperatures prevail or arise.
Die Materialeigenschaften des ersten Kunststoffmaterials des Wabenkörpers sind ausschlaggebend für die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Packung . The material properties of the first plastic material of the honeycomb body are decisive for the properties of the pack according to the invention.
Das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers weist vorzugsweise eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 10 bis ca. 30 N/mm2 auf. Dies hat den Vorteil, dass Packungen mechanische Beanspruchungen aushalten ohne zu reißen. So kann eine verbesserte Handhabbarkeit beim Einbau und Austausch erfindungsgemäßer Packungen in Kolonnen ermöglicht werden. Darüber hinaus können Transportschäden verringert werden. The first plastic material of the honeycomb body preferably has a tensile strength of about 10 to about 30 N / mm 2 measured according to EN ISO 12086-2. This has the advantage that packages can withstand mechanical stresses without tearing. Thus, improved handleability during installation and replacement of packages according to the invention in columns can be made possible. In addition, damage in transit can be reduced.
Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers gemäß Prüfnorm EN ISO 12086-2 eine Reißdehnung von ca. 220 bis ca. 350 % auf. Dies ist, ähnlich wie die verbesserte Reißfestigkeit, für die Handhabbarkeit während Einbau, Austausch und Transport der erfindungsgemäßen Packungen von Vorteil. Preferably, the first plastic material of the honeycomb body according to test standard EN ISO 12086-2 has an elongation at break of about 220 to about 350%. This, like the improved tear resistance, is advantageous for handling during installation, replacement and transport of the packings according to the invention.
Die verbesserten mechanischen Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials tragen insbesondere dazu bei, dass erfindungsgemäße Packungen in dieser bevorzugten Ausführungsform hohe Lasten tragen können und dabei nur eine geringe Durchbiegung zeigen. The improved mechanical properties of the first plastic material contribute in particular to the fact that packings according to the invention in this preferred embodiment can carry high loads and in so doing show only a slight deflection.
Beispielsweise können erfindungsgemäße Packungen mit einer Kanallänge der Strömungskanäle von der ersten zur zweiten Stirnseite von 100 mm realisiert werden, die bei einem losen Auflegen am Rand einer offenen und dem Auflegen einer Last von 210 kg selbst bei 100°C oder 150°C keine Durchbiegung aufweisen. Auch bei einer Temperatur von 200°C kommt es lediglich zu einer Durchbiegung von ca. 0,5 mm. Zu dem im Stand der Technik beschriebenen Einknicken der Kanalwände kommt es bei einer erfindungsgemäßen Packung auch bei einer Last von 210 kg nicht. Es wird demnach auch bei einer hohen Belastung der erfindungsgemäßen Packungen ein zusätzlicher Strömungswiderstand durch eingenickte Kanalwände vermieden, der zudem zu Inhomogenitäten beim Durchfluss führen würde. Folglich weisen erfindungsgemäße Packungen in dieser bevorzugten Ausführungsform einen geringen Strömungswiderstand und gleichmäßige Durchflusseigenschaften über den gesamten Wabenkörper auch bei unterschiedlichen Prozessbedingungen auf. For example, packings according to the invention can be realized with a channel length of the flow channels from the first to the second end side of 100 mm, which have no deflection at a loose laying on the edge of an open and the application of a load of 210 kg even at 100 ° C or 150 ° C. , Even at a temperature of 200 ° C, there is only a deflection of about 0.5 mm. The kinking of the channel walls described in the prior art does not occur with a packing according to the invention even at a load of 210 kg. Accordingly, even with a high load on the packings according to the invention, an additional flow resistance due to the thickened channel walls is avoided, which would also lead to inhomogeneities in the flow. Consequently, packings according to the invention in this preferred embodiment have a low flow resistance and uniform flow properties over the entire honeycomb body even under different process conditions.
Es ist von Bedeutung, dass Packungen eine möglichst geringe Gasdurchlässigkeit gegenüber reaktiven, insbesondere korrosiven, Gasen aufweisen. Gasdurchlässigkeit wird typischerweise anhand einer Permeationsrate der Durchlässigkeit in cm3 gegenüber Testgasen, pro Fläche in m2, Versuchsdauer in Tagen d und pro Druck des Gases in bar angegeben. Die Permeationsrate wird bei einer Folie mit definierter Folienstärke gemäß DIN 53380 Teil 2 gemessen. It is important that packages have the lowest possible gas permeability to reactive, especially corrosive, gases. Gas permeability is typically reported in terms of a permeation rate of permeability in cm 3 versus test gases, per area in m 2 , duration of experiment in days d, and per pressure of gas in bar. The permeation rate is measured in a film with a defined film thickness according to DIN 53380 Part 2.
Die Zusammensetzung des ersten Kunststoffmaterials kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. The composition of the first plastic material can be adapted to the respective requirements.
In einer bevorzugten Variante des ersten Kunststoffmaterials, bei der das PTFE-Polymermaterial ein Hochleistungspolymer umfasst, weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers insbesondere eine verbesserte Gasdurchlässigkeit oder Permeationsrate auf. Die Permeationsrate, gemessen an einer Folie mit einer Stärke von 1 mm, für diese bevorzugte Variante des ersten Kunststoffmaterials, umfassend ein Hochleistungspolymer, ist für gasförmiges HCl insbesondere 440 cm3/(m2-d-bar) oder weniger. Falls eine noch geringere Gasdurchlässigkeit erwünscht sein sollte, kann die Permeationsrate mit einer nur um 1 mm dickeren Folie sogar halbiert werden oder mit einer noch dickeren Folie von z. B. 6 mm sogar um einen Faktor 7 oder mehr reduziert werden. Aber auch im Falle, dass das erste Kunststoffmaterial gemäß einer weiteren Variante aus einem PTFE-Polymermaterial ohne Hochleistungspolymer ausgewählt wird, kann eine Permeationsrate gegenüber Cl2, HCl oder S02 von ca. 620 cm3/(m2-d-bar) oder weniger, bei Cl2 oder S02 insbesondere ca. In a preferred variant of the first plastic material, in which the PTFE polymer material comprises a high-performance polymer, the first plastic material of the honeycomb body in particular has an improved gas permeability or permeation rate. The permeation rate, measured on a film of 1 mm thickness, for this preferred variant of the first plastic material, comprising a high-performance polymer, is in particular 440 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less for gaseous HCl. If an even lower gas permeability should be desired, the permeation rate can be even halved with a mere 1 mm thicker film or with an even thicker film of z. B. 6 mm can even be reduced by a factor of 7 or more. But even in the case that the first plastic material is selected according to a further variant of a PTFE polymer material without high performance polymer, a permeation rate to Cl 2 , HCl or S0 2 of about 620 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less, with Cl 2 or S0 2 in particular approx.
300 cm3/(m2-d-bar) oder weniger erzielt werden. 300 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less can be achieved.
Bei solchen Permeationsraten ist die Menge eines möglicherweise korrosiven Gases, das durch die Kanalwände durchtritt, und so in Kontakt mit dem Gehäuse der Kolonne kommen und Verschleißerscheinungen hervorrufen kann, minimiert. At such rates of permeation, the amount of potentially corrosive gas passing through the channel walls and thus coming into contact with the housing of the column and causing wear is minimized.
Wie eingangs erwähnt enthalten zu trennende Gemische häufig Schmutzpartikel, die sich in Form von Feststoffablagerungen an der Oberfläche des Wabenkörpers absetzen können oder für einen schnelleren Verschleiß sorgen. Insbesondere eine Oberflächenstruktur mit einer hohen Rauigkeit kann eine erhöhte Verschmutzungsanfälligkeit aufweisen. As mentioned at the beginning, mixtures to be separated often contain dirt particles, which can settle in the form of solid deposits on the surface of the honeycomb body or provide for a faster wear. In particular, a surface structure with a high roughness can have an increased susceptibility to soiling.
Vorzugsweise weisen deshalb die Oberflächen der Kanalwände eine Oberflä- chenrauigkeit Rmax von ca. 250 pm oder weniger auf. So kann einerseits das Durchflussverhalten optimiert andererseits die Verschmutzungsanfälligkeit verringert werden. Die Oberflächenrauigkeit wird nach DIN EN ISO 4288 bestimmt. Preferably, therefore, the surfaces of the channel walls have a surface roughness R max of about 250 μm or less. On the one hand, the flow behavior can be optimized, on the other hand, the susceptibility to soiling can be reduced. The surface roughness is determined according to DIN EN ISO 4288.
Auch der Verschleiß der erfindungsgemäßen Packung ist im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Packungen vermindert. Ein Verschleißtest mit der Bestrahlung der erfindungsgemäßen Packung mit Korund mit einer Körnung von ca. 0,2 bis ca. 0,8 mm mit einem Druck von 6 bar zeigte auch nach 5 Minuten keine merkliche Veränderung der Packung. Also, the wear of the package according to the invention is reduced compared to conventional metallic packages. A wear test with the irradiation of the packing according to the invention with corundum with a grain size of about 0.2 to about 0.8 mm with a pressure of 6 bar showed no noticeable change in the pack even after 5 minutes.
In einer bevorzugten Variante enthält das PTFE-Polymermaterial virginales Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% oder mehr und gegebenenfalls ein von dem PTFE verschiedenes Hochleistungspolymer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-% oder weniger. Das virginale PTFE weist dabei vorzugsweise einen Co-Monomeranteil von ca. 1 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,1 Gew.-% oder weniger auf. Das virginale PTFE mit einem Co-Monomeranteil wird im Folgenden auch als virginales, modifiziertes PTFE bezeichnet. In a preferred variant, the PTFE polymer material contains virgin polytetrafluoroethylene (PTFE) in an amount of about 80% by weight or more and optionally a high performance polymer other than the PTFE at a level of about 20% by weight or less. The virgin PTFE has preferably a co-monomer content of about 1 wt .-% or less, more preferably about 0.1 wt .-% or less. The virgin PTFE with a co-monomer content is also referred to below as virginal, modified PTFE.
Weiter bevorzugt weist das virginale PTFE und gegebenenfalls das von dem PTFE verschiedene Hochleistungspolymer im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 10 pm bis ca. 600 pm, bevorzugt ca. 250 pm bis ca. 450 pm, auf. Die mittlere Partikelgröße D50 bezieht sich jeweils auf den mittleren Durchmesser der Partikel. More preferably, the virgin PTFE and optionally the non-PTFE high performance polymer in the raw state has an average particle size D 50 of about 10 pm to about 600 pm, preferably about 250 pm to about 450 pm. The average particle size D 50 relates in each case to the mean diameter of the particles.
Ein geeignetes virginales, nicht-agglomeriertes PTFE ist beispielsweise Inoflon 640 (Hersteller: Gujarat Fluorochemicals Ltd.) mit einer Primärpartikelgröße D50 von ca. 25 pm. A suitable virginal, non-agglomerated PTFE is, for example, Inoflon 640 (manufacturer: Gujarat Fluorochemicals Ltd.) with a primary particle size D 50 of about 25 μm.
Die zuvor beschriebene bevorzugte Variante des ersten Kunststoffmaterials kann insbesondere ohne Schweißzusatz verschweißt werden. Dies ermöglicht eine erleichterte Verarbeitbarkeit. The above-described preferred variant of the first plastic material can in particular be welded without welding filler. This allows for easier processability.
Um die Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials an die jeweiligen Anforderungen anzupassen, enthält das erste Kunststoffmaterial bevorzugt nichtmetallische Füllstoffe, wobei die nichtmetallischen Füllstoffe insbesondere ausgewählt sind aus PEEK, Graphit, Kohle, Bornitrid und Siliziumcarbid . In order to adapt the properties of the first plastic material to the respective requirements, the first plastic material preferably contains non-metallic fillers, the non-metallic fillers being in particular selected from PEEK, graphite, carbon, boron nitride and silicon carbide.
In der bevorzugten Variante, in der das erste Kunststoffmaterial nichtmetallische Füllstoffe enthält, kann insbesondere die Formstabilität sowie die Abrieb- und Verschleißfestigkeit des Wabenkörpers verbessert werden. Darüber hinaus lassen sich mit den Füllstoffen die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit optimieren. Besonders bevorzugt sind nichtmetallische Füllstoffe auf Kohlenstoffbasis, insbesondere auf Graphit-, Kohle- oder Rußbasis, die auch als Wärmeleitpigmente bezeichnet werden. Im Hinblick auf die bevorzugte Auswahl der Partikelgröße der erfindungsgemäß zu verwendenden Kunststoffe wird die Partikelgröße der Füllstoffe im Hinblick auf die anzustrebende gleichmäßige Verteilung im Kunststoffmaterial ca. 2 pm bis ca. 300 μηι, bevorzugt ca. 2 μηι bis ca. 150 μηι, betragen. In the preferred variant, in which the first plastic material contains non-metallic fillers, in particular the dimensional stability as well as the abrasion and wear resistance of the honeycomb body can be improved. In addition, the fillers optimize thermal conductivity and electrical conductivity. Particular preference is given to non-metallic carbon-based fillers, in particular based on graphite, carbon or carbon black, which are also referred to as heat-conducting pigments. With regard to the preferred selection of the particle size of the plastics to be used according to the invention, the particle size of the fillers in view of the desired uniform distribution in the plastic material about 2 pm to about 300 μηι, preferably about 2 μηι to about 150 μηι, amount.
Insbesondere weisen die nichtmetallischen Füllstoffe eine Partikelgröße D50 des jeweiligen Füllstoffs vorzugsweise ca. 100 μηι oder weniger auf. In particular, the non-metallic fillers have a particle size D 50 of the respective filler preferably about 100 μηι or less.
Vorzugsweise ist der nichtmetallische Füllstoff mit einem Anteil von ca. 40 Gew.-% oder weniger, in dem ersten Kunststoffmaterial des Wabenkörpers enthalten. Preferably, the non-metallic filler is contained in a proportion of about 40% by weight or less in the first plastic material of the honeycomb body.
Vorzugsweise lässt sich der Füllstoff im Rahmen einer Compoundierung (Herstellung eines kornförmigen Granulats) der Füllstoffe und dem virginalen oder virginalen, modifizierten PTFE homogen in dem ersten Kunststoffmaterial verteilen. Anschließend wird das nicht rieselfähige Compound einer Granulierung zur Herstellung agglomerierter Partikel unterworfen. Die dabei erzielte mittlere Partikelgröße D50 der Agglomerate kann beispielsweise ca. 1 bis 3 mm betragen. Preferably, the filler can be distributed homogeneously in the first plastic material in the context of a compounding (production of a granular granule) of the fillers and the virginal or virginal modified PTFE. Subsequently, the non-free-flowing compound is subjected to granulation for producing agglomerated particles. The obtained here average particle size D 50 of the agglomerates may be for example about 1 to 3 mm.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Packung ein aus einem zweiten Kunststoffmaterial auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymer gefertigtes Dichtelement auf, welches sich parallel zur ersten bzw. zweiten Stirnseite des Wabenkörpers vom Wabenkörper weg erstreckt. Das Dichtelement verringert den Durchfluss zwischen Packung und Gehäuse der Kolonne, so dass das Gehäuse mit möglichst wenig hoch korrosiven Medien in Kontakt kommt oder diese im Bereich der Gehäusewand geringe Durchflussraten aufweisen. The packing according to the invention preferably has a sealing element made of a second plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer, which extends away from the honeycomb body parallel to the first or second end side of the honeycomb body. The sealing element reduces the flow between the packing and the housing of the column, so that the housing comes into contact with as few highly corrosive media as possible or these have low flow rates in the area of the housing wall.
Es reicht teilweise aus, wenn durch das Dichtelement der Durchfluss zwischen Packung und Gehäuse der Kolonne verringert wird, insbesondere aber wird das Dichtelement fluiddicht ausgebildet. Vorzugsweise ist das Dichtelement stoffschlüssig mit dem Wabenkörper verbunden. Es ist insbesondere einstückig mit dem Wabenkörper ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine möglichst gute Abdichtung realisiert werden kann. It is partially sufficient if the flow between packing and housing of the column is reduced by the sealing element, but in particular the sealing element is formed fluid-tight. Preferably, the sealing element is integrally connected to the honeycomb body. It is in particular formed integrally with the honeycomb body. This has the advantage that the best possible sealing can be realized.
In einer Ausführungsform, in der die Packung mehrteilig ausgebildet ist, ist das Dichtelement bevorzugt mehrteilig ausgebildet. In one embodiment, in which the packing is designed in several parts, the sealing element is preferably designed in several parts.
Gegebenenfalls kann das Dichtelement so konzipiert werden, dass es die Segmente des Wabenkörpers im eingebauten Zustand in der Kolonne stabilisiert. Dies hat den Vorteil, dass die Segmente des Wabenkörpers zwar zusammengehalten sind, jedoch ein Spannring, wie er typischerweise in metallischen Packungen eingesetzt wird, für die Einbausituation in Kolonnen überflüssig wird . Optionally, the sealing element can be designed so that it stabilizes the segments of the honeycomb body in the installed state in the column. This has the advantage that the segments of the honeycomb body are indeed held together, but a clamping ring, as is typically used in metallic packages, is unnecessary for the installation situation in columns.
Die Erfindung betrifft wie eingangs schon erwähnt darüber hinaus eine Kolonne insbesondere zur Verwendung für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, umfassend ein Gehäuse mit mindestens einem Einlass, mindestens einem Auslass und einer oder mehreren der erfindungsgemäßen Packung/en gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22. Die erfindungsgemäßen Packung/en ist/sind in einem vom Einlass zum Auslass verlaufenden Strömungsweg der Medien im Gehäuse gegebenenfalls hintereinander angeordnet. The invention further relates, as already mentioned above, to a column, in particular for use for the mass transfer and optionally energy exchange, comprising a housing having at least one inlet, at least one outlet and one or more of the pack (s) according to any one of claims 1 to 22. The packing (s) according to the invention is / are arranged in a housing optionally in succession in a flow path of the media in the housing extending from the inlet to the outlet.
Die oben genannten Vorteile für erfindungsgemäße Packungen gelten für erfindungsgemäße Kolonnen, die solche Packungen beinhalten, gleichermaßen. The abovementioned advantages for packings according to the invention apply equally to columns according to the invention which comprise such packs.
Vorzugsweise ist der in der erfindungsgemäßen Kolonne verwendete Wabenkörper mehrteilig in Form von zwei oder mehr Segmenten ausgebildet, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildete Seitenwände aufweisen. Die Segmente sind über planare Seitenwände aneinandergren- zend in dem Gehäuse der Kolonne angeordnet. Diese mehrteilige Ausbildung erleichtert den Einbau in die Kolonne und ermöglicht einen Teilaustausch ohne dass die gesamte Packung ausgetauscht werden muss. Außerdem kann der Querschnitt des Wabenkörpers so an den jeweils geforderten Umfang der Packung einfach angepasst werden. Preferably, the honeycomb body used in the column according to the invention is formed in several parts in the form of two or more segments which extend from the first to the second end face of the honeycomb body and have planar and optionally in cross-section circular arc-shaped side walls. The segments are arranged on planar side walls adjoining each other in the housing of the column. This multi-part design facilitates installation in the column and allows a partial replacement without the entire package must be replaced. In addition, the Cross-section of the honeycomb body so easily adapted to the required perimeter of the pack.
Erfindungsgemäße Kolonnen können sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom betrieben werden. Je nach Aufbau und Aufgabe kann außerdem ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Betrieb bevorzugt sein. Columns according to the invention can be operated both in cocurrent and countercurrent. Depending on the structure and task, continuous or discontinuous operation may also be preferred.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kolonne neben Ein- und Auslässen einen Zulauf zwischen Ein- und Auslässen, über den das zu trennende Gemisch zugeführt wird. In a preferred embodiment, the column comprises, in addition to inlets and outlets, an inlet between inlets and outlets, via which the mixture to be separated is supplied.
Die Segmente mehrteiliger Wabenkörper einer erfindungsgemäßen Packung sind vorzugsweise lose im Gehäuse der Kolonne angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu metallischen Packungen keine Spannringe verwendet werden müssen, so dass ein Austausch der Packungen bzw. einzelner Segmente erleichtert wird . The segments of multi-part honeycomb bodies of a packing according to the invention are preferably arranged loosely in the housing of the column. This has the advantage that, in contrast to metallic packings, no clamping rings have to be used, so that replacement of the packs or individual segments is facilitated.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Kolonne zwei oder mehr Packungen, die in dem Strömungsweg zwischen Einlass und Auslass hintereinander angeordnet sind, wobei optional ein Abstandhalter mit einem oder mehreren Sockelelementen zwischen den Packungen angeordnet ist. Ein Abstandhalter verbessert insbesondere die Durchflussbedingungen zwischen zwei Packungen. Ein Ausrichten der im Strömungsweg aufeinanderfolgenden Packungen mit ihren Strömungskanälen kann dann entfallen. In a preferred embodiment, the column according to the invention comprises two or more packs, which are arranged one behind the other in the flow path between the inlet and the outlet, wherein a spacer with one or more base elements is optionally arranged between the packs. In particular, a spacer improves the flow conditions between two packages. Aligning the successive in the flow path packs with their flow channels can then be omitted.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik muss der Abstandhalter jedoch nicht großflächig ausgebildet sein, sondern eine kleine Anlagefläche zwischen dem oder den Sockelelement/en und der jeweiligen Packung kann ausreichend sein, um den Übergang des Fluides von einer in eine andere Packung insbesondere wirbelfrei und ohne Änderung des Strömungswiderstands zu ermöglichen. Das oder die Sockelelemente umfassen vorzugsweise ein blockförmiges Wabenelement mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite, wobei das Wabenelement eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten zur zweiten Stirnseite erstreckenden Strömungskanälen umfasst, die über Kanalwände aneinander angrenzen, wobei die Wabenstruktur aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist, wobei das/die Sockelelemente an der ersten bzw. zweiten Stirnseite an die jeweiligen Stirnseiten der jeweiligen Packungen anschließt/anschließen. So kann ein optimierter Durchfiuss ohne Druckverluste an den Übergängen zwischen Sockeln und Packungen bzw. zwischen den einzelnen Packungen erzielt werden. In contrast to the prior art, however, the spacer does not have to be designed over a large area, but a small contact surface between the base element (s) and the respective packing can be sufficient to prevent the fluid from passing from one package to another without vortexing and without To allow change in the flow resistance. The base element or elements preferably comprise a block-shaped honeycomb element having a first and a second end face, wherein the honeycomb element comprises a honeycomb structure having a plurality of flow channels arranged parallel to one another and extending from the first to the second end side, which adjoin one another via channel walls, wherein the honeycomb structure is made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material, wherein the / the base elements connects / connect at the first and second end side to the respective end faces of the respective packages. Thus, an optimized Durchfuuss can be achieved without pressure losses at the transitions between sockets and packs or between the individual packages.
Vorzugsweise sind die Strömungskanäle der Wabenstruktur der Packungen und gegebenenfalls die Strömungskanäle der Wabenstruktur des/der Sockelelemente/s parallel zum Strömungsweg ausgerichtet in dem Gehäuse angeordnet. In dieser Ausrichtung der Strömungskanäle kann ein optimierter Stoffaustausch und eine verbesserte Durchmischung der fluiden Komponenten realisiert werden. Preferably, the flow channels of the honeycomb structure of the packages and optionally the flow channels of the honeycomb structure of the base element / s are arranged parallel to the flow path in the housing. In this orientation of the flow channels, an optimized mass transfer and an improved mixing of the fluid components can be realized.
Vorzugsweise ist/sind das/die Sockelelement/e formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit den Packungen verbunden oder es/sie ist/sind ein einstückig mit den Packungen ausgebildet. Preferably, the base element (s) are / are positively and / or non-positively connected to the packages or it is / are integrally formed with the packages.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Er wird im Einzelnen gezeigt: These and other advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. He is shown in detail:
Figur 1 : eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolonne mit erfindungsgemäßen Packungen; FIG. 1 shows a first embodiment of a column according to the invention with packings according to the invention;
Figur 2 : eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolonne mit erfindungsgemäßen Packungen; Figur 3 : eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung; FIG. 2 shows a second embodiment of a column according to the invention with packings according to the invention; FIG. 3 shows a first embodiment of a pack according to the invention;
Figur 4: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung; FIG. 4 shows a further embodiment of a pack according to the invention;
Figur 5 : ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kolonne mit einer erfindungsgemäßen Packung; FIG. 5 shows a detail of a column according to the invention with a packing according to the invention;
Figur 6: ein weiterer Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kolonne mit zwei erfindungsgemäßen Packungen; FIG. 6 shows a further section of a column according to the invention with two packings according to the invention;
Figur 7 : eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung. Figure 7: another embodiment of a package according to the invention.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolonne 10 mit erfindungsgemäßen Packungen50, 70 in einem vertikalen Querschnitt. Die Kolonne kann für den Stoffaustausch und gegebenenfalls Energieaustausch, beispielsweise zur Gaswäsche eingesetzt werden. Die Kolonne 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit zwei Einlässen 20, 22 und zwei Auslässen 30, 32, sowie zwei zwischen den Einlässen 20, 22 und den Auslässen 30, 32 angeordneten Packungen 50, 70, die in einem vom Einlass 22 zum Auslass 30 verlaufenden Strömungsweg angeordnet sind . Je nach Verwendung der Kolonne 10, beispielsweise bei Interesse an einem flüssigen Medium, kann der Strömungsweg auch vom Einlass 20 zum Auslass 32 verlaufen. FIG. 1 shows a first embodiment of a column 10 according to the invention with packages 50, 70 according to the invention in a vertical cross section. The column can be used for mass transfer and optionally energy exchange, for example for gas scrubbing. The column 10 comprises a housing 12 having two inlets 20, 22 and two outlets 30, 32, as well as two packs 50, 70 arranged between the inlets 20, 22 and the outlets 30, 32, extending in an inlet 22 to the outlet 30 Flow path are arranged. Depending on the use of the column 10, for example when interested in a liquid medium, the flow path can also extend from the inlet 20 to the outlet 32.
Der bezogen auf die Schwerkraftrichtung oben liegende Einlass 20 bzw. Auslass 30 ist in einem Kopfbereich 40 der Kolonne 10 angeordnet, während der bezogen auf die Schwerkraft unten liegende Einlass 22 bzw. Auslass 32 in einem Sumpfbereich 42 der Kolonne 10 angeordnet ist. The inlet 20 or outlet 30 situated at the top relative to the direction of gravity is arranged in a head region 40 of the column 10, while the inlet 22 or outlet 32 lying at the bottom in terms of gravity is arranged in a sump region 42 of the column 10.
Die Packungen 50, 70 umfassen jeweils einen Wabenkörper 52, 72 mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stirnseiten 54, 56, 74, 76. Die jeweiligen Wabenkörper 52, 72 umfassen weiter eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen, die über Kanalwände aneinander angrenzen. Die Wabenstruktur ist detaillierter in Figur 3 dargestellt. Die Wabenkörper 52, 72 sind aus einem aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. Die bezogen auf die Schwerkraft untere Packung 70 ist auf einem Stützrand oder Stützgitter 78 angeordnet und wird so stabil in der Kolonne 10 gehalten. Der Stützrand oder das Stützgitter ersetzen hier den im Stand der Technik üblichen Tragrost, so dass der Anteil an korrosionsanfälligem Material im Innern der Kolonne minimiert ist. Dies ist möglich aufgrund der hohen Eigenstabilität der erfindungsgemäßen Packung gegen mechanische Belastungen. The packages 50, 70 each include a honeycomb body 52, 72 having first and second end faces 54 arranged substantially parallel to one another, 56, 74, 76. The respective honeycomb bodies 52, 72 further comprise a honeycomb structure having a multiplicity of flow channels arranged parallel to one another and adjoining each other via channel walls. The honeycomb structure is shown in more detail in FIG. The honeycomb bodies 52, 72 are made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material. The gravitationally lower packing 70 is arranged on a support rim or support grid 78 and is thus held stable in the column 10. The support rim or the support grid here replace the usual in the art support grid, so that the proportion of corrosion-prone material inside the column is minimized. This is possible due to the high intrinsic stability of the packing according to the invention against mechanical loads.
Optional ist zwischen den Packungen 50, 70 ein Abstandhalter 90 mit hier gezeigten vier Sockelelementen 92, 94, 96, 98 angeordnet. So kann ein optimierter Durchfluss des zu trennenden fluiden Stoffgemisches ohne Druckverluste zwischen den Packungen 50, 70 erreicht werden und ein Ausrichten der Packungen in Bezug auf ihre Strömungskanäle im Strömungsweg kann entfallen. Optionally, a spacer 90 with four base elements 92, 94, 96, 98 shown here is arranged between the packages 50, 70. Thus, an optimized flow of the fluid mixture to be separated without pressure losses between the packages 50, 70 can be achieved and an alignment of the packages with respect to their flow channels in the flow path can be omitted.
Vorzugsweise umfassen die Sockelelemente 92, 94, 96, 98 jeweils ein Wabenelement mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stirnseiten. Die Wabenelemente umfassen jeweils eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen, die über Kanalwände aneinander angrenzen. Die Wabenelemente sind aus einem auf PTFE-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. Preferably, the base elements 92, 94, 96, 98 each comprise a honeycomb element having first and second end faces arranged substantially parallel to one another. The honeycomb elements each comprise a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls. The honeycomb elements are made from a first plastic material based on PTFE polymer material.
Die Wabenkörper 52, 72 können auch ohne Sockelelemente 92, 94, 96, 98 in direktem Kontakt mit einander in der Kolonne platziert werden, wobei der Strömungswiderstand bei den aneinander grenzenden Stirnseiten der Packungen 50, 70 in der Regel höher ausfällt. Aufgrund der antiadhäsiven Oberfläche und der hohen Chemikalienbeständigkeit des auf einem PTFE-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial der Packungen weisen die Packungen 50, 70 eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit gegenüber Feststoffpartikeln und eine erhöhte Lebensdauer auf. The honeycomb bodies 52, 72 can also be placed without base elements 92, 94, 96, 98 in direct contact with each other in the column, the flow resistance at the adjacent end faces of the packages 50, 70 usually being higher. Because of the anti-adhesive surface and the high chemical resistance of the PTFE-polymer material based first plastic material of the packages, the packages 50, 70 have a low susceptibility to contamination by solid particles and an increased life.
In einem möglichen Betriebsmodus, der beispielsweise in der Gaswäsche eingesetzt werden kann, wird ein gasförmiges Medium in dem im Sumpfbereich 42 ausgebildeten Einlass 22 in die Kolonne 10 eingeleitet und strömt entlang des Strömungswegs durch die Packungen 50, 70, bevor es die Kolonne 10 durch den Auslass 30 im Kopfbereich 40 der Kolonne 10 wieder verlässt. In one possible operating mode, which can be used for example in gas scrubbing, a gaseous medium is introduced into the column 10 in the inlet 22 formed in the sump region 42 and flows along the flow path through the packages 50, 70 before it passes through the column 10 Exit 30 in the head portion 40 of the column 10 leaves again.
Gleichzeitig wird ein flüssiges Medium durch den Einlass 20 im Kopfbereich 40 der Kolonne 10 geleitet und strömt entgegen der Strömung des gasförmigen Mediums in Schwerkraftrichtung durch die Packungen 50, 70 und verlässt die Kolonne 10 durch den im Sumpfbereich 42 der Kolonne 10 ausgebildeten Auslass 32. At the same time, a liquid medium is passed through the inlet 20 in the head region 40 of the column 10 and flows against the flow of the gaseous medium in the direction of gravity through the packs 50, 70 and leaves the column 10 through the outlet 32 formed in the bottom region 42 of the column 10.
Im Bereich der Packungen 50, 70 kann die Durchmischung der Medien optimiert werden und im gasförmigen Medium enthaltene Schmutzpartikel und Verunreinigungen insbesondere Feststoffpartikeln können in das flüssigen Medium übergehen und sich gegebenenfalls darin lösen. Das gasförmige Medium verlässt die Kolonne 10 so am Auslass 30 in einer gereinigten Form. Unerwünschte gasförmige Komponenten in dem gasförmigen Medium können ebenfalls bei geeigneter Auswahl des flüssigen Mediums in dieses übergehen und sich gegebenenfalls in diesem lösen. In the area of the packs 50, 70, the mixing of the media can be optimized and in the gaseous medium contained dirt particles and impurities, in particular solid particles can pass into the liquid medium and optionally dissolve therein. The gaseous medium leaves the column 10 at the outlet 30 in a purified form. Unwanted gaseous components in the gaseous medium may also, upon appropriate selection of the liquid medium, pass into and optionally dissolve therein.
Es sind auch vielfältige andere Verwendungen möglich, beispielsweise eine, bei der Verunreinigungen aus dem flüssigen Medium in das gasförmigen Medium übergehen. There are also many other uses possible, for example, one in which impurities pass from the liquid medium into the gaseous medium.
Es sind sowohl kontinuierliche Betriebsweisen, wie oben beschrieben, als auch diskontinuierliche Betriebsweisen möglich. Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolonne 100 in einem vertikalen Querschnitt. Die Kolonne 100 kann für den Stoffaustausch und gegebenenfalls Energieaustausch, beispielsweise in Industrie- und Rektifikationskolonnen, zu Trennung von Komponenten in fluiden Stoffgemischen eingesetzt werden. Both continuous operations as described above and discontinuous operations are possible. FIG. 2 shows a further embodiment of a column 100 according to the invention in a vertical cross section. The column 100 can be used for the mass transfer and optionally energy exchange, for example in industrial and rectification columns, for separation of components in fluid mixtures.
Die Kolonne 100 umfasst ein Gehäuse 102 mit zwei Einlässen 120, 122 und zwei Auslässen 130, 132, einen weiteren Einlass in Form eines Zulaufs 134 sowie zwei zwischen Einlässen 120, 122 und Auslässen 130, 132 angeordneten Packungen 150, 170, die in einem vom Einlass 122 zum Auslass 130 verlaufenden Strömungsweg angeordnet sind . The column 100 comprises a housing 102 with two inlets 120, 122 and two outlets 130, 132, a further inlet in the form of an inlet 134 and two packings 150, 170 arranged between inlets 120, 122 and outlets 130, 132, which are arranged in one of the Inlet 122 to the outlet 130 extending flow path are arranged.
Der bezogen auf die Schwerkraftrichtung oben liegende Einlass 120 bzw. Auslass 130 ist in einem Kopfbereich 140 der Kolonne 100 angeordnet, während der bezogen auf die Schwerkraftrichtung unten liegende Einlass 122 bzw. Auslass 132 in einem Sumpfbereich 142 der Kolonne 100 angeordnet ist. Der Zulauf 134 ist zwischen den Packungen 150, 170 angeordnet. The upstream inlet 120 or outlet 130 is arranged in a head region 140 of the column 100, while the lower inlet 122 or outlet 132 is arranged in a sump region 142 of the column 100 with respect to the direction of gravity. The inlet 134 is arranged between the packages 150, 170.
Die Packungen 150, 170 sind jeweils auf einem Tragrost 151, 171 angeordnet und umfassen jeweils einen Wabenkörper 152, 172 mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallelen Stirnseiten 154, 156, 174, 176. Die jeweiligen Wabenkörper 152, 172 umfassen weiter eine Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen, die über Kanalwände voneinander getrennt sind . Die Strömungskanäle und Kanalwände sind detailliert in Figur 3 dargestellt. Die Wabenkörper 152, 172 sind aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)- Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. The packages 150, 170 are each disposed on a support grid 151, 171 and each comprise a honeycomb body 152, 172 with first and second substantially parallel end faces 154, 156, 174, 176. The respective honeycomb bodies 152, 172 further comprise a plurality of parallel flow channels arranged relative to one another, which are separated from one another via channel walls. The flow channels and channel walls are shown in detail in FIG. The honeycomb bodies 152, 172 are made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
In einem bevorzugten Betriebsmodus wird die Kolonne 100 kontinuierlich betrieben. Im Folgenden wird die Verwendung der Kolonne 100 als Rektifikationskolonne beispielhaft beschrieben. Dieses Beispiel ist nicht als Beschränkung der Verwendung der erfindungsgemäßen Kolonne 100 zu verstehen. In a preferred mode of operation, the column 100 is operated continuously. In the following, the use of the column 100 as a rectification column will be described by way of example. This example is not to be understood as limiting the use of the column 100 according to the invention.
In einem kontinuierlichen Betrieb wird ein zu trennendes flüssiges Stoffgemisch über den Zulauf 134 in die Kolonne 100 eingebracht. Die Kolonne 100 wird vorzugsweise beheizt um eine thermische Trennung von höhersiedenden und niedersiedenden Komponenten des Stoffgemischs herbeizuführen (nicht gezeigt). Ein Teil des Stoffgemisches wird verdampft und steigt im gasförmigen Zustand entgegen der Schwerkraft nach oben und sammelt sich im Kopfbereich 140 an. Dieser Teil des Stoffgemischs kann durch den Auslass 130 im gasförmigen Zustand entnommen werden. In a continuous operation, a liquid mixture to be separated is introduced into the column 100 via the inlet 134. The column 100 is preferably heated to effect thermal separation of higher boiling and lower boiling components of the composition (not shown). A part of the substance mixture is vaporized and rises in the gaseous state against gravity upwards and accumulates in the head region 140. This part of the mixture can be removed through the outlet 130 in the gaseous state.
Der gasförmige Teil kann einen Anteil einer höhersiedenden Komponente des Stoffgemisches enthalten. Zu einer verbesserten Trennung kann der Anteil der höhersiedenden Komponente des flüssigen Stoffgemischs, nachdem er zusammen mit dem niedersiedenden Anteil die Kolonne 100 durch den Auslass 130 verlassen hat, mittels eines Kondensators 136 verflüssigt werden und über den Einlass 120 im Kopfbereich 140 der Kolonne 100 wieder zugeführt werden. The gaseous part may contain a proportion of a higher-boiling component of the substance mixture. For improved separation, the proportion of the higher-boiling component of the liquid mixture, after leaving the column 100 through the outlet 130 together with the low-boiling fraction, can be liquefied by means of a condenser 136 and fed back to the column 100 via the inlet 120 in the head region 140 become.
Dieser verflüssigte Teil des flüssigen Stoffgemischs strömt entgegen der Richtung des Strömungswegs nach unten und trifft in den Packungen 150, 170 auf den gasförmigen Teil des Stoffgemischs. Es kommt aufgrund der Geometrie der Packung (näher erläutert im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 5) zu einer optimierten Durchmischung der flüssigen und gasförmigen Anteile, so dass mittels Stoffaustauschs überwiegend die niedersiedende Komponente des Stoffgemisches in den gasförmigen Zustand übergeht. This liquefied part of the liquid substance mixture flows downwards counter to the direction of the flow path and impinges in the packages 150, 170 on the gaseous part of the substance mixture. Due to the geometry of the packing (explained in more detail in connection with FIGS. 3 to 5), optimized mixing of the liquid and gaseous fractions occurs, so that by means of mass transfer, predominantly the low-boiling component of the substance mixture changes to the gaseous state.
Im Sumpfbereich 142 der Kolonne 100 sammelt sich die höhersiedende Komponente des Stoffgemischs an und kann über den Auslass 132 entnommen werden. Für eine verbesserte Trennung der Komponenten des Stoffgemischs wird der über den Auslass 132 abgezogene Anteil mittels eines Verdampfers 138 wieder erhitzt, gegebenenfalls in den gasförmigen Zustand gebracht und der Kolonne 10 über den Einlass 122 im Sumpfbereich 142 wieder zugeführt. In the bottom region 142 of the column 100, the higher-boiling component of the substance mixture collects and can be removed via the outlet 132. For an improved separation of the components of the substance mixture, the fraction withdrawn via the outlet 132 is produced by means of an evaporator 138 heated again, optionally brought into the gaseous state and fed back to the column 10 via the inlet 122 in the bottom region 142.
Die jeweiligen Auslässe 130, 132 im Kopfbereich 140 bzw. Sumpfbereich 142 können so ausgestaltet werden, dass im laufenden Betrieb der Kolonne 100 Proben entnommen und Reinheitsprüfungen durchgeführt werden können. The respective outlets 130, 132 in the head region 140 or sump region 142 can be designed such that 100 samples can be taken during operation of the column and purity tests can be carried out.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung 200 insbesondere zur Verwendung in Kolonnen für den Stoff und gegebenenfalls Energieaustausch in einer perspektivischen Ansicht. Die Packung 200 umfasst einen Wabenkörper 202 mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallelen Stirnseiten 210, 212. Der Wabenkörper 202 umfasst eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 220, die über Kanalwände 222 aneinander angrenzen. Der Wabenkörper 202 ist aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. Im vorliegenden Fall ist der Wabenkörper 202 in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten 210, 212 kreisförmig ausgebildet, wodurch anders als bei eckigen Querschnitten Durchflussinhomogenitäten in Eckbereichen vermieden werden. FIG. 3 shows an embodiment of a packing 200 according to the invention, in particular for use in columns for the substance and optionally energy exchange in a perspective view. The package 200 comprises a honeycomb body 202 having first and second substantially parallel end faces 210, 212. The honeycomb body 202 comprises a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels 220 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 222. The honeycomb body 202 is made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymeric material based first plastic material. In the present case, the honeycomb body 202 is circular in a cross section parallel to the end faces 210, 212, whereby flow inhomogeneities in corner areas are avoided, unlike angular cross sections.
Das erste Kunststoffmaterial weist eine hohe Chemikalienbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, sodass die Packung 200 auch bei Kontakt mit korrosiven oder reaktiven Stoffgemischen eine lange Lebensdauer aufweist. The first plastic material has a high chemical resistance and corrosion resistance, so that the package 200 has a long life even when in contact with corrosive or reactive mixtures.
Im vorliegenden Fall sind die Strömungskanäle 220 parallel zu den Stirnseiten 210, 212 in einem hexagonalen Querschnitt ausgebildet und parallele, gegenüberliegende Kanalwände 222 sind in einem Abstand a von ca. 14 mm ausgebildet. In the present case, the flow channels 220 are formed parallel to the end faces 210, 212 in a hexagonal cross section and parallel, opposite channel walls 222 are formed at a distance a of about 14 mm.
Die Strömungskanäle weisen eine freie Querschnittsfläche auf. Die Kanalwände 222 sind im vorliegenden Fall mit einer Dicke von ca. 1,1 mm gefertigt und die Summe der freien Querschnittsflächen der Strömungskanäle liegt in einem Bereich von ca. 89 bis 92 % der Fläche einer Stirnseite 210, 212 des Waben- körpers 202. So hat die Packung 200 zum einen einen geringen Strömungswiderstand und zum anderen kann eine gute Durchmischung der Komponenten des Stoffgemisches erzielt werden. The flow channels have a free cross-sectional area. The channel walls 222 are made in the present case with a thickness of about 1.1 mm and the sum of the free cross-sectional areas of the flow channels is in a range of about 89 to 92% of the area of an end face 210, 212 of the honeycomb. body 202. Thus, packing 200 has, on the one hand, a low flow resistance and, on the other hand, thorough mixing of the components of the substance mixture can be achieved.
Im vorliegenden Fall sind die Kanalwände 222 in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten 210, 212 des Wabenkörpers 202 mit einer Höhe h von ca. 8 mm ausgebildet. In the present case, the channel walls 222 are formed in a cross section parallel to the end faces 210, 212 of the honeycomb body 202 with a height h of about 8 mm.
Im vorliegenden Fall weist der Wabenkörper 102 eine spezifischen Oberfläche von ca. 75 bis 115 m2/m3 und ein Gewicht von ca. 400 bis 420 kg/m3 auf. In the present case, the honeycomb body 102 has a specific surface area of about 75 to 115 m 2 / m 3 and a weight of about 400 to 420 kg / m 3 .
Die Dichte des PTFE-Polymermaterials liegt im vorliegenden Fall bei ca. The density of the PTFE polymer material in the present case is approx.
2,16 g/cm3, wodurch eine hohe Permeationsfestigkeit des ersten Kunststoffmaterials gegeben ist. 2.16 g / cm 3 , whereby a high permeation resistance of the first plastic material is given.
Die Oberflächen der Kanalwände 222 weisen im vorliegenden Fall eine Ober- flächenrauigkeit Rmax von weniger als 250 pm auf, wodurch die ohnehin schon geringe Verschmutzungsanfälligkeit noch minimiert wird. Es können sich so kaum im Stoffgemisch enthaltene Feststoffpartikel an den Kanalwänden 222 ablagern. In the present case, the surfaces of the channel walls 222 have a surface roughness R max of less than 250 μm, whereby the already low susceptibility to fouling is still minimized. As a result, solid particles hardly contained in the substance mixture can deposit on the channel walls 222.
Im vorliegenden Fall enthält das PTFE-Polymermaterial virginales PTFE mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% und ein von dem PTFE verschiedenes Hochleistungspolmer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-% und das virginaie PTFE weist einen Co-Monomeranteil von ca. 0,1 Gew.-% auf. Als von PFTE verschiedenes Hochleistungspolymer eignet sich beispielsweise Perfluorpropylvinylether (PPVE). In the present case, the PTFE polymer material contains virgin PTFE with a share of about 80 wt .-% and a different high performance from the PTFE Polmer in a proportion of about 20 wt .-% and virginaie PTFE has a co-monomer content of approx 0.1% by weight. As a high performance polymer other than PFTE, for example, perfluoropropyl vinyl ether (PPVE) is suitable.
Vorzugsweise werden das virginaie und das virginaie, modifizierte PTFE zur Herstellung des Wabenkörpers 202 im Rohzustand in agglomerierter Form mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ca. 250 bis 650 pm, besonders bevorzugt von ca. 250 pm bis ca. 450 pm, eingesetzt. Virginales und virginales, modifiziertes PTFE in nicht agglomerierter Form mit einer Partikel große D50 von ca. 10 bis ca. 200 pm, bevorzugt von ca. 25 bis ca. 100 pm, kann zur Herstellung von Compounds verwendet werden, welche dann zur Herstellung des Wabenkörpers 202 zum Einsatz kommen. Preferably, the virginaie and virginaie, modified PTFE for the production of the honeycomb body 202 in the uncured state are used in an agglomerated form having an average particle size D 50 of about 250 to 650 pm, more preferably from about 250 pm to about 450 pm. Virginales and virginales, modified PTFE in non-agglomerated form with a particle size D 50 of about 10 to about 200 pm, preferably from about 25 to about 100 pm, can be used for the preparation of compounds, which are then used to prepare the Honeycomb 202 are used.
Das erste Kunststoffmaterial weist im vorliegenden Fall bei einem Prüfkörper mit einer Folienstärke von 1 mm eine Permeationsrate gegenüber HCl von ca. 450 cm3/(m2-d-bar) auf. Gegenüber S02 und Cl2 liegt die Permeationsrate über 24 h gemessen bei einer Folienstärke von 1 mm bei ca. 190 cm3/(m2-d-bar) bzw. ca. 180 cm3/(m2-d-bar). Mit einer so niedrigen Permationsrate kann die Menge an Gas, das durch die Kanalwände 222 hindurchtritt und in Kontakt mit dem Gehäuse der Kolonne kommt minimiert werden und so die Lebensdauer des Gehäuses verlängert werden. The first plastic material has in the present case in a test specimen with a film thickness of 1 mm, a permeation rate against HCl of about 450 cm 3 / (m 2 -d-bar) on. Compared to S0 2 and Cl 2 , the permeation rate over 24 h measured at a film thickness of 1 mm at about 190 cm 3 / (m 2 -d-bar) or about 180 cm 3 / (m 2 -d-bar) , With such a low rate of permeation, the amount of gas passing through the channel walls 222 and coming into contact with the housing of the column can be minimized, thus extending the life of the housing.
Das erste Kunststoffmaterial weist vorzugsweise eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 20 N/mm2 auf. The first plastic material preferably has a tensile strength of about 20 N / mm 2 measured according to EN ISO 12086-2.
Das erste Kunststoffmaterial weist vorzugsweise eine Reißdehnung von ca. 200 % auf, gemessen nach EN ISO 12086-2. The first plastic material preferably has an elongation at break of about 200%, measured according to EN ISO 12086-2.
Mit derartigen Eigenschaften kann die Packung 200 auch hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten und es stellt sich nur ein geringer Verschleiß ein. So ist auch ein robusterer Umgang mit den Packungen beim Einbau oder eine Hochdruckreinigung möglich. With such properties, the package 200 can withstand high mechanical stresses and there is only a small amount of wear. So a more robust handling of the packs during installation or a high-pressure cleaning is possible.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Packung insbesondere zur Verwendung in Kolonnen für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch in einer perspektivischen Ansicht. Die Packung 300 umfasst einen Wabenkörper 302 mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallelen Stirnseiten 310, 312. Der Wabenkörper 302 umfasst eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 320, die über Kanalwände 322 aneinander angrenzen. Der Wabenkörper 302 ist aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. Figure 4 shows a further embodiment of a packing according to the invention in particular for use in columns for the mass and optionally energy exchange in a perspective view. The package 300 comprises a honeycomb body 302 having first and second substantially parallel end faces 310, 312. The honeycomb body 302 comprises a honeycomb structure having a multiplicity of flow channels 320 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 322. The honeycomb body 302 is made made of polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material based first plastic material.
Im vorliegenden Fall ist der Wabenkörper 302 in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten 310, 312 kreisförmig ausgebildet, wodurch anders als bei eckigen Querschnitten Durchflussinhomogenitäten in Eckbereichen vermieden werden. In the present case, the honeycomb body 302 is circular in a cross section parallel to the end faces 310, 312, which avoids flow inhomogeneities in corner areas, unlike angular cross sections.
Die Strömungskanäle 320 weisen einen hexagonalen Querschnitt auf, was einen geringen Strömungswiderstand zur Folge hat. The flow channels 320 have a hexagonal cross-section, resulting in a low flow resistance.
Der Wabenkörper 302 ist mit denselben Abmessungen und daraus resultierenden Materialeigenschaften und Vorteilen ausgestaltet wie der Wabenkörper 202 in Figur 3. The honeycomb body 302 is configured with the same dimensions and resulting material properties and advantages as the honeycomb body 202 in FIG. 3.
Der Wabenkörper 302 ist mehrteilig ausgebildet und umfasst im vorliegenden Fall 9 Segmente 330, 332, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite 310, 312 des Wabenkörpers 302 erstrecken und planar und teilzylindrisch ausgebildete Seitenwände (beispielhaft 348, 350, 352 bei Segment 342) aufweisen. The honeycomb body 302 is designed in several parts and comprises in the present case 9 segments 330, 332, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346, which extend from the first to the second end side 310, 312 of the honeycomb body 302 and planar and partially cylindrical formed side walls (example 348, 350, 352 at segment 342).
Zwei planare Seitenwände 350, 352, die in einem Eckbereich eines Segments 342 aufeinandertreffen, sind in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Die rechtwinklige Ausrichtung erleichtert die Herstellung der Segmente und deren Anordnung zur Bildung des Wabenkörpers 300 und macht diese wirtschaftlicher als bei in davon abweichenden Winkeln zueinander angeordneten planaren Seitenwänden. Two planar side walls 350, 352, which meet in a corner region of a segment 342, are arranged at a right angle to each other. The orthogonal orientation facilitates the manufacture of the segments and their arrangement to form the honeycomb body 300 and makes them more economical than planar planar sidewalls located at different angles therefrom.
Im vorliegenden Fall enthält das erste Kunststoffmaterial einen Füllstoff in Form eines Wärmeleitpigments. Das Wärmeleitpigment ist in einem Anteil von ca. 3 Gew.-% enthalten, bezogen auf den Gewichtsanteil des ersten Kunststoffmaterials. Der Wabenkörpers 302 weist im vorliegenden Fall eine Wärmekapazität ca. 1,2 J/(g - K) und eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,4 W/(m- K) auf. So kann eventuell beim Stoffaustausch entstehende Reaktionswärme über die Packung 300 abgeführt werden und es entstehen keine Bereiche mit höherer Temperatur in dem Stoffgemisch, sondern die Wärme wird über die gesamte Packung 300 gleichmäßig verteilt. In the present case, the first plastic material contains a filler in the form of a Wärmeleitpigments. The heat-conducting pigment is contained in a proportion of about 3 wt .-%, based on the weight fraction of the first plastic material. In the present case, the honeycomb body 302 has a heat capacity of approximately 1.2 J / (g-K) and a thermal conductivity of approximately 0.4 W / (m-K). Thus, any heat of reaction arising during the mass transfer can be removed via the packing 300 and no regions with a higher temperature arise in the substance mixture, but the heat is uniformly distributed over the entire packing 300.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Kolonne 400 mit einer erfindungsgemäßen Packung 410 in einem Querschnitt senkrecht zu den Stirnseiten der Packung 410. In dem Ausschnitt ist die erfindungsgemäße Packung 400 in ihrer Einbausituation in der Kolonne 400 dargestellt. Das Gehäuse der Kolonne, Ein- und Auslässe, zwischen denen die Packung 410 angeordnet ist, sind hier nicht gezeigt, können aber wie z.B. in Figur 1 oder Figur 2 ausgestaltet sein. FIG. 5 shows a section of a further column 400 according to the invention with a packing 410 according to the invention in a cross section perpendicular to the end faces of the packing 410. The packing 400 according to the invention is shown in its section in the column 400 in the section. The housing of the column, inlets and outlets, between which the package 410 is disposed, are not shown here, but may be such as e.g. be configured in Figure 1 or Figure 2.
Die Packung 410 umfasst einen Wabenkörper 412 mit ersten und zweiten parallel zueinander angeordneten Stirnseiten 420, 422. Der Wabenkörper 412 umfasst eine Wabenstruktur mit im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen, die über Kanalwände aneinander angrenzen und sich von der ersten Stirnseite 420 zur zweiten Stirnseite 422 erstrecken. Der - Wabenkörper 410 ist aus einem ersten auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Poly- mermaterial basierenden Kunststoffmaterial gefertigt. Die Wabenstruktur ist wie in Figur 3 erläutert ausgestaltet. The package 410 comprises a honeycomb body 412 having first and second end faces 420, 422 arranged parallel to one another. The honeycomb body 412 comprises a honeycomb structure with flow channels arranged substantially parallel to one another, which adjoin one another via channel walls and extend from the first end side 420 to the second end side 422 , The honeycomb body 410 is made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material. The honeycomb structure is configured as explained in FIG.
Das erste Kunststoffmaterial ist im vorliegenden Fall wie das im Zusammenhang mit der Figur 3 beschriebene und weist die dort beschriebenen Eigenschaften und Vorteile auf. The first plastic material in the present case is as described in connection with FIG. 3 and has the properties and advantages described therein.
Die Packung ist auf einem Tragrost 430 angeordnet. Oberhalb der Packung 410 ist eine Schicht 440 aus Füllkörpern lose aufgeschichtet. The pack is placed on a support grid 430. Above the packing 410, a layer 440 of packing is loosely piled up.
Während durch die erfindungsgemäße Packung 410 der Strömungswiderstand gering ist und sich Komponenten des zu trennenden fluiden Stoffgemisches gut durchmischen können, wird durch die Füllkörperschicht 440, beispielsweise aus Raschig-Ringen oder Pall-Ringen, eine erhöhte Verweildauer ermöglicht und die Zeit, die das zu trennende Stoffgemisch zum Stoffaustausch in den erfindungsgemäßen Packungen 410 verbringt, wird verlängert. While the packing of the invention 410, the flow resistance is low and components of the fluid mixture to be separated can be well mixed, is made possible by the filler layer 440, for example, Raschig rings or Pall rings, an increased residence time and the time spent by the substance mixture to be separated for mass transfer in the packages 410 according to the invention is extended.
Es können auch Kolonnen wie die in Figur 1 oder Figur 2 ausgestaltet sein, wobei auf jeder der in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Packungen 50, 70, 150, 170 Füllkörper 440 wie in Figur 5 gezeigt lose aufgeschichtet sind . It is also possible to configure columns such as those in FIG. 1 or FIG. 2, wherein random packings 440 are piled loosely on each of the packs 50, 70, 150, 170 shown in FIG. 1 and FIG.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kolonne 500 mit zwei erfindungsgemäßen Packungen 510, 520 mit jeweils einem Wabenkörper 512, 522 mit ersten und zweiten parallel angeordneten Stirnseiten 514, 516, 524, 526 in einem Querschnitt senkrecht zu diesen Stirnseiten. FIG. 6 shows a section of a column 500 according to the invention with two packages 510, 520 according to the invention, each having a honeycomb body 512, 522 with first and second end faces 514, 516, 524, 526 arranged parallel in a cross section perpendicular to these end faces.
Die Wabenkörper 512, 522 weisen jeweils eine Wabenstruktur mit parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen auf, die über Kanalwände aneinander angrenzen, und sind aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymer- material basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. The honeycomb bodies 512, 522 each have a honeycomb structure with flow channels arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls, and are manufactured from a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material.
Die Wabenkörper 512, 522 sind wie der in Figur 3 dargestellte Wabenkörper ausgestaltet. The honeycomb bodies 512, 522 are configured like the honeycomb body shown in FIG.
Zwischen den Wabenkörpern 510, 520 ist ein Abstandhalter 530 Sockelelementen 532, 543, 536, 538 angeordnet. Between the honeycomb bodies 510, 520, a spacer 530 base elements 532, 543, 536, 538 is arranged.
Die Sockelelemente 532, 543, 536, 538 sind in in Form der Sockelelemente 532, 543, 536, 538 ausgestaltete Rücksprünge in den Wabenkörpern 510, 520 eingerückt und stützen sich mit ihren jeweiligen Stirnseiten an den Wabenkörpern ab. So wird der Aufbau der Packungen 510, 520 der Kolonne 500 gegenüber Verrutschen stabilisiert. Außerdem kann durch die Sockelelemente 532, 534, 536, 538 ein geringer Strömungswiderstand beim Übergang von einer Packung 510 in die andere Packung 520 und umgekehrt erreicht werden und ein eventuelles Ausrichten der Strömungskanäle bei aufeinanderfolgenden Packungen entfällt. The base elements 532, 543, 536, 538 are engaged in recesses configured in the form of the base elements 532, 543, 536, 538 in the honeycomb bodies 510, 520 and are supported by their respective end faces on the honeycomb bodies. Thus, the structure of the packages 510, 520 of the column 500 is stabilized against slipping. In addition, can be achieved by the base members 532, 534, 536, 538, a low flow resistance in the transition from one pack 510 in the other pack 520 and vice versa, and a possible alignment of the flow channels in successive packages is eliminated.
Die Sockelelemente 532, 534, 536, 538 umfassen jeweils ein blockförmiges Wabenelement mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite, wobei die Wabenelemente der Sockelelemente 532, 534, 536, 538 eine Vielzahl an im Wesentlichen parallel angeordneten Strömungskanälen umfassen, die über Kanalwände aneinander angrenzen. Die Wabenelemente sind aus einem auf PTFE-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. The socket members 532, 534, 536, 538 each include a block-shaped honeycomb member having first and second faces, the honeycomb members of the socket members 532, 534, 536, 538 including a plurality of substantially parallel flow channels adjacent to one another via channel walls. The honeycomb elements are made from a first plastic material based on PTFE polymer material.
Die Strömungskanäle der Sockelelementen 532, 543, 536, 538 und der Packungen 510, 520 sind im Wesentlichen parallel zum Strömungsweg in der Kolonne 500 angeordnet und ermöglichen so einen minimalen Strömungswiderstand . The flow channels of the base members 532, 543, 536, 538 and the packages 510, 520 are arranged substantially parallel to the flow path in the column 500 and thus allow a minimum flow resistance.
Figur 7 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Packung 600. Die Packung 600 umfasst einen Wabenkörper 602 mit ersten und zweiten Stirnseiten 610, 612, einer Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen 620, die über Kanalwänden 622 aneinander angrenzen. Der Wabenkörper 602 ist wiederum aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt und mehrteilig mit Segmenten 630, 632, 634 ausgebildet. Der Wabenkörper 602 ist analog zu dem in Figur 4 gezeigten Wabenkörper 300 aufgebaut. FIG. 7 shows a view of a package 600 according to the invention. The package 600 comprises a honeycomb body 602 having first and second end faces 610, 612, a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels 620 arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls 622. The honeycomb body 602 is in turn made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material based first plastic material and formed in several parts with segments 630, 632, 634. The honeycomb body 602 is constructed analogously to the honeycomb body 300 shown in FIG.
Die Packung 602 weist ferner ein Dichtelement 650 auf, das aus einem zweiten Kunststoffmaterial auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymer gefertigt ist. Das Dichtelement 650 ist parallel zur ersten Stirnseite 610, 612 angeordnet und erstreckt sich radial vom Wabenkörper 602 weg . Durch das Dichtelement 650 wird der Spalt zwischen der Packung 600 und der Wand des Gehäuses der Kolonne (nicht gezeigt) reduziert oder gegebenenfalls ganz geschlossen und damit die darin strömenden häufig korrosiven Stoffgemische vom Gehäuse der Kolonne ferngehalten. Das Dichtelement 650 verringert oder unterbindet so den Durchfluss zwischen Gehäusewand und Packung und ist insbesondere fluiddicht ausgebildet. The package 602 further includes a sealing member 650 made of a second plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer. The sealing element 650 is arranged parallel to the first end face 610, 612 and extends radially away from the honeycomb body 602. By the sealing member 650, the gap between the packing 600 and the wall of the housing of the column (not shown) is reduced or optionally completely closed and thus kept away the frequently corrosive mixtures flowing therein from the housing of the column. The sealing element 650 thus reduces or eliminates the flow between the housing wall and the packing and is in particular made fluid-tight.
Im vorliegenden Fall ist das Dichtelement 650 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben etc., mit dem Wabenkörper 602 verbunden. Es kann aber auch kraftschlüssig mit dem Wabenkörper 602 verbunden sein. In the present case, the sealing element 650 is integrally connected to the honeycomb body 602, for example by welding, gluing, etc. But it can also be positively connected to the honeycomb body 602.
Das Dichtelement 650 stabilisiert die Segmente 630, 632, 634 des Wabenkörpers 602 im zusammengesetzten Zustand in der Kolonne, so dass kein Spannring, wie bei herkömmlichen metallischen Packungen üblich, verwendet werden muss. The sealing member 650 stabilizes the segments 630, 632, 634 of the honeycomb body 602 in the assembled state in the column, so that no clamping ring, as usual in conventional metallic packs, must be used.
Gegebenenfalls kann, wie in Figur 7 gezeigt, benachbart zu beiden Stirnseiten 610, 612 des Wabenkörpers 602 ein Dichtring 650 angeordnet werden . Optionally, as shown in Figure 7, adjacent to both end faces 610, 612 of the honeycomb body 602, a sealing ring 650 are arranged.
Auch in dieser mehrteiligen Ausführungsform des Wabenkörpers mit Dichtelement 650 können Füllkörper oberhalb der Packung 600 angeordnet sein. Also in this multi-part embodiment of the honeycomb body with sealing element 650 packing can be arranged above the package 600.
Das oder die Dichtelemente 650 können bei Bedarf auch mehrteilig ausgebildet sein. The one or more sealing elements 650 may also be formed in several parts if necessary.

Claims

Patentansprüche claims
1. Packung insbesondere zur Verwendung in Kolonnen für Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, umfassend einen Wabenkörper mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stirnseiten, wobei der Wabenkörper eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen umfasst, die über Kanalwände aneinander angrenzen, wobei der Wabenkörper aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist. 1. A packing, in particular for use in columns for material and optionally energy exchange, comprising a honeycomb body having first and second end faces arranged substantially parallel to one another, the honeycomb body comprising a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels arranged parallel to one another, which adjoin one another via channel walls, wherein the honeycomb body is made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material based first plastic material.
2. Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper Strömungskanäle mit freien Querschnittsflächen aufweist, wobei die Summe der freien Querschnittsflächen ca. 70 bis ca. 92 %, insbesondere ca. 75 bis ca. 85 % der Fläche einer Stirnseite des Wabenkörpers beträgt. 2. Pack according to claim 1, characterized in that the honeycomb body has flow channels with free cross-sectional areas, wherein the sum of the free cross-sectional areas is about 70 to about 92%, in particular about 75 to about 85% of the area of a front side of the honeycomb body ,
3. Packung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper in einem Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten kreisförmig ausgebildet ist. 3. Pack according to claim 1 or 2, characterized in that the honeycomb body is formed in a cross section parallel to the first and second end faces circular.
4. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper mehrteilig ausgebildet ist und zwei oder mehr Segmente umfasst, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls kreisbogenförmig ausgebildete Seitenwände aufweisen, wobei im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in einem Eckbereich des Segments aufeinander treffen, diese Seitenwände des Segments in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. 4. Pack according to one of claims 1 to 3, characterized in that the honeycomb body is formed in several parts and comprises two or more segments which extend from the first to the second end face of the honeycomb body and have planar and optionally circular arc-shaped side walls, wherein in the case in that a segment has two planar side walls which meet in a corner region of the segment, these side walls of the segment being arranged at a right angle to one another.
5. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strömungskanäle der Wabenstruktur parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers gesehen mit einem polygonalen, insbe- sondere rechteckigen, quadratischen, pentagonalen oder hexagonalen Querschnitt ausgebildet sind. 5. Pack according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual flow channels of the honeycomb structure seen parallel to the end faces of the honeycomb body with a polygonal, in particular special rectangular, square, pentagonal or hexagonal cross-section are formed.
6. Packung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem polygonalen, insbesondere in dem rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt der Strömungskanäle im Wesentlichen parallel einander gegenüberliegende Kanalwände eines Strömungskanals einen Abstand von ca. 8 bis ca. 20 mm, bevorzugt einen Abstand von ca. 11 bis ca. 17 mm, zueinander aufweisen. 6. A package according to claim 5, characterized in that in the polygonal, in particular in the rectangular, square or hexagonal cross-section of the flow channels substantially parallel opposite channel walls of a flow channel a distance of about 8 to about 20 mm, preferably a distance of about 11 to about 17 mm, each other.
7. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers mit einer Höhe von ca. 5 bis ca. 11 mm, weiter bevorzugt mit einer Höhe von ca. 7 bis ca. 10 mm ausgebildet sind . 7. Pack according to one of claims 1 to 6, characterized in that the channel walls in a cross section parallel to the end faces of the honeycomb body with a height of about 5 to about 11 mm, more preferably with a height of about 7 to about 10 mm are formed.
8. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände der Strömungskanäle der Wabenstruktur eine Dicke von ca. 0,8 mm bis ca. 2,1 mm aufweisen. 8. Pack according to one of claims 1 to 7, characterized in that the channel walls of the flow channels of the honeycomb structure have a thickness of about 0.8 mm to about 2.1 mm.
9. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial in einem Press-/Sinterverfahren oder thermoplastisch verarbeitbar ist. 9. Pack according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first plastic material in a pressing / sintering process or is thermoplastically processable.
10. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W/(m- K) oder mehr aufweist und/oder dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine spezifische Wärmekapazität von ca. 0,9 J/(g - K) oder mehr aufweist. 10. A package according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the first plastic material of the channel walls has a thermal conductivity of about 0.3 W / (m-K) or more and / or that the first plastic material of the channel walls has a specific heat capacity of about 0.9 J / (g-K) or more.
11. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Polymermaterial eine Dichte von ca. 2,0 bis ca. 2,2 g/cm3 aufweist. 11. A package according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the PTFE polymer material has a density of about 2.0 to about 2.2 g / cm 3 .
12. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine Temperaturbeständigkeit von ca. 200 °C oder mehr, insbesondere ca. 250 °C oder mehr aufweist. 12. A package according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the first plastic material of the channel walls has a temperature resistance of about 200 ° C or more, in particular about 250 ° C or more.
13. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 10 bis ca. 30 N/mm2 aufweist. 13. A pack according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the first plastic material of the channel walls has a measured according to EN ISO 12086-2 tear strength of about 10 to about 30 N / mm 2 .
14. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißdehnung von ca. 160 bis ca. 350 % aufweist. 14. Pack according to one of claims 1 to 13, characterized in that the first plastic material of the channel walls has a measured according to EN ISO 12086-2 elongation at break of about 160 to about 350%.
15. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine Permeationsrate gegenüber Cl2, HCl und/oder S02 von ca. 620 cm3/(m2-d-bar) oder weniger und insbesondere gegenüber Cl2 und/oder S02 von ca. 15. A package according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the first plastic material of the channel walls has a permeation rate to Cl 2 , HCl and / or S0 2 of about 620 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less and especially against Cl 2 and / or S0 2 of ca.
300 cm3/(m2-d-bar) oder weniger aufweist. 300 cm 3 / (m 2 -d-bar) or less.
16. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Kanalwände eine Oberflächenrauigkeit Rmax von ca. 250 pm oder weniger aufweisen. 16. A package according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the surfaces of the channel walls have a surface roughness R max of about 250 pm or less.
17. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Polymermaterial virginales Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% oder mehr und gegebenenfalls ein von PTFE verschiedenes Hochleistungspolymer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-% oder weniger enthält, wobei bevorzugt das virginale PTFE einen Co-Monomeranteil von ca. 1 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,1 Gew.-% oder weniger, aufweist. 17. A package according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the PTFE polymer material virginales polytetrafluoroethylene (PTFE) in a proportion of about 80 wt .-% or more and optionally a non-PTFE high performance polymer in a proportion of about 20 wt .-% or less, wherein the virgin PTFE preferably has a co-monomer content of about 1 wt .-% or less, more preferably about 0.1 wt .-% or less.
18. Packung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das virginale PTFE und gegebenenfalls das von dem PTFE verschiedene Hochleistungspolymer zur Herstellung des Wabenkörpers im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 10 pm bis ca. 600 pm, bevorzugt ca. 250 pm bis ca. 450 pm, aufweist. 18. A package according to claim 17, characterized in that the virgin PTFE and optionally the non-PTFE high performance polymer for producing the honeycomb body in the raw state an average particle size D 50 of about 10 pm to about 600 pm, preferably about 250 pm to about 450 pm.
19. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial nichtmetallische Füllstoffe enthält, wobei die nichtmetallischen Füllstoffe insbesondere ausgewählt sind aus PEEK, Graphit, Kohle, Bornitrid und Siliziumcarbid . 19. A package according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the first plastic material contains non-metallic fillers, wherein the non-metallic fillers are in particular selected from PEEK, graphite, carbon, boron nitride and silicon carbide.
20. Packung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen und/oder nichtmetallischen Füllstoffe eine Partikelgröße D50 von ca. 100 pm oder weniger aufweisen, dass vorzugsweise der nichtmetallische Füllstoff mit einem Anteil von ca. 40 Gew.-% oder weniger, in dem ersten Kunststoffmaterial des Wabenkörpers enthalten ist. 20. A package according to claim 19, characterized in that the metallic and / or non-metallic fillers have a particle size D 50 of about 100 pm or less, that preferably the non-metallic filler in a proportion of about 40 wt .-% or less, contained in the first plastic material of the honeycomb body.
21. Packung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Packung ein aus einem zweiten Kunststoffmaterial auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymer gefertigtes Dichtelement aufweist, wobei sich das Dichtelement vorzugsweise parallel zur ersten bzw. zweiten Stirnseite des Wabenkörpers vom Wabenkörper weg erstreckt. 21. Pack according to one of claims 1 to 20, characterized in that the pack has a made of a second plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer manufactured sealing element, wherein the sealing element preferably parallel to the first or second end face of the honeycomb body from Honeycomb body extends away.
22. Packung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement stoffschlüssig mit dem Wabenkörper verbunden, insbesondere einstückig mit dem Wabenkörper ausgebildet, ist. 22. A pack according to claim 21, characterized in that the sealing element integrally connected to the honeycomb body, in particular integrally formed with the honeycomb body, is.
23. Kolonne, insbesondere zur Verwendung für den Stoff- und gegebenenfalls Energieaustausch, umfassend ein Gehäuse mit mindestens einem Einlass, mindestens einem Auslass sowie eine oder mehrere zwischen Einlass und Auslass angeordnete Packung/en gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, die vorzugsweise in einem vom Einlass zum Auslass ver- laufenden Strömungsweg für ein Fluid gegebenenfalls hintereinander angeordnet ist/sind. 23. A column, in particular for use for the material and optionally energy exchange, comprising a housing having at least one inlet, at least one outlet and one or more arranged between inlet and outlet pack / s according to one of claims 1 to 22, preferably in a from the inlet to the outlet current flow path for a fluid is optionally arranged behind one another / are.
24. Kolonne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper mehrteilig in Form von zwei oder mehr Segmenten ausgebildet ist, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls kreisbogenförmig ausgebildete Seitenwände aufweisen, wobei die Segmente über planare Seitenwände aneinandergrenzend in dem Gehäuse angeordnet sind. 24. Column according to claim 23, characterized in that the honeycomb body is formed in several parts in the form of two or more segments which extend from the first to the second end face of the honeycomb body and have planar and optionally circular arc-shaped side walls, wherein the segments have planar side walls are arranged adjacent to each other in the housing.
25. Kolonne nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente der Packung lose im Gehäuse angeordnet ist. 25. A column according to claim 24, characterized in that the segments of the package is arranged loosely in the housing.
26. Kolonne nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet dass der Stofftauscher zwei oder mehr Packungen umfasst, die in dem Strömungsweg hintereinander angeordnet sind, wobei optional ein Abstandhalter mit einem oder mehreren Sockelelementen zwischen den Packungen angeordnet ist. 26. A column according to claim 23 or 24, characterized in that the substance exchanger comprises two or more packages which are arranged one behind the other in the flow path, wherein optionally a spacer with one or more base elements is arranged between the packages.
27. Kolonne nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sockelelemente ein blockförmiges Wabenelement mit einer ersten und einer zweiten Stirnseite umfassen, wobei das Wabenelement eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen umfasst, die über Kanalwände aneinander angrenzen, wobei das Wabenelement aus einem auf Polytetraf- luorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist und wobei der/die Sockelelemente sich an der ersten bzw. zweiten Stirnseite an die jeweiligen Stirnseiten der Packungen abstützt/abstützen. 27. Column according to claim 26, characterized in that the base element or elements comprise a block-shaped honeycomb element with a first and a second end face, the honeycomb element comprising a honeycomb structure with a multiplicity of flow channels arranged substantially parallel to one another, which adjoin one another via channel walls, wherein the honeycomb element is made of a first plastic material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer material, and wherein the base element (s) is / are supported on the respective end faces of the packages at the first and second end faces, respectively.
28. Kolonne nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle der Wabenstruktur der Packungen und gegebenenfalls die Strömungskanäle der Wabenstruktur der Sockelelemente im Wesentlichen parallel zum Strömungsweg ausgerichtet in dem Gehäuse angeordnet sind. 28. Column according to one of claims 23 to 27, characterized in that the flow channels of the honeycomb structure of the packs and possibly the flow channels of the honeycomb structure of the base elements aligned substantially parallel to the flow path are arranged in the housing.
Kolonne nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Sockel formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit einer Packung verbunden oder dass er/sie einstückig einer Packung ausgebildet ist/sind . Column according to one of claims 23 to 28, characterized in that the / the base positively-locking and / or non-positively connected to a pack or that he / she is integrally formed a pack / are.
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