Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Packung für den Stoff- und Wärmeaustausch
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen welche schräg verlaufende Wellen aufweisen wobei die Packungsbleche so zusammengefugt werden, daß sich die Wellen benachbarter Packungsbleche kreuzen Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Packung zum Stoff- und Wärmeaustausch, welche aus mehreren parallel zueinander angeordneten im wesentlichen senkrechten Packungsblechen besteht die schräg verlaufende Kanäle aufweisen wobei sich zumindest bei einem Teil der Packungsbleche die Kanäle nicht bis in einen Randbereich entlang der Unterkanten der Packungsbleche erstrecken
Die EP-A-0 707 885 betrifft eine geordnete Packung, die in ihrem unteren Bereich einen kleineren Stromungswiderstand für das Gas aufweist als in dem restlichen Packungsbereich Dies wird in einer Ausfuhrungsform dadurch erreicht, daß die Packungsbleche der Packung in dem unteren Bereich keine Wellung aufweisen Die Erniedπgung des Gasstromwiderstandes ermöglicht einen höheren Gasdurchsatz durch die Packung bevor der Flutpunkt erreicht wird, d h bevor das nach oben stromende Gas das Hinunterfließen der Flüssigkeit verhindert
Neben den gasseitigen Druckverlusten und der Hohe des Flutpunktes ist der
Wirkungsgrad einer geordneten Packung bei der Destillation und Rektifikation oder allgemein beim Warme- und Stoffaustausch abhangig von der Gas- und Flussigkeitsstromung, der Gas- und Flussigkeitsverteilung und der Flussigkeitsdurchmischung Diese Parameter werden insbesondere durch die Verhaltnisse an den Übergängen zwischen einzelnen Packungsschichten beeinflußt Die aus der oben genannten EP 707 885 bekannte Packung besitzt zwar einen niedπgeren Gasstromwiderstand als übliche Packungen und damit bessere Fluteigenschaften, die Verteilung der aus der Packung austretenden Flüssigkeit wird jedoch nicht verbessert
Entscheidend für eine optimal arbeitende Packung ist aber auch eine gleichmäßige Flussigkeits- und Gasverteilung über den Packungsquerschπitt Bei der Stromungsumlenkung zwischen zwei Packungsschichten und insbesondere zwischen
zwei Packungsschichteπ mit um einen bestimmten Winkel verdrehten Stromungskanaleπ muß daher das Zusammenlaufen von Flüssigkeit entlang von Spalten bzw der ernohte Gasdurchsatz entlang von Spalten oder Stoßen möglichst vermieden werden Auch aus leichten Schragstelluπgen der Packungsschichteπ können Rinnsale bzw Flussigkeitsfehlverteilungen resultieren Aufgrund der Dichte und der Oberflachenspannung der Flüssigkeit ziehen schon geringe Flussigkeitsanhaufungen weitere Flüssigkeit mit wodurch sich Ungleichmaßigkeiten in der Verteilung zusatzlich verstarken
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Packung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Packung zu entwickeln, mit der auf wirtschaftliche Weise die Leistungsfähigkeit von Packungen erhöht wird und die beschπebenen Nachteile des Standes der Technik möglichst vermieden werden Insbesondere sollen der Flutpunkt erhöht, die Gasstromung verbessert und Flussigkeitsfehlverteilungen verhindert werden Zudem soll die Packung fertigungstechnisch einfach zu realisieren sein
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelost, bei dem vor dem Zusammenfugen der Packungsbleche bei zumindest einem Teil der Packungsbleche in einem Randbereich entlang einer Kante jedes dieser
Packungsbleche mindestens eine Flanke jeder Welle so auf das jeweils benachbarte Wellental gefaltet wird daß die Kante einen sagezahnartigen Verlauf erhalt Bei einer erfindungsgemaßen Packung besitzen die Unterkanten der Packungsbleche, die in dem Randbereich keine Kanäle aufweisen, einen sagezahnartigen Verlauf
Durch die erfmdungsgemaße Faltung der Wellenberge auf die Wellentaler wird in dem Randbereich der Packung zum einen der Stromungswiderstand für das Gas vemngert, zum anderen stellt der sagezahnartige Verlauf der Blechunterkanten eine gleichmäßige Flussigkeitsverteilung sicher Die Sagezahnspitzen der Blechunterkanten wirken als definierte Abtropfstellen für die Flüssigkeit Die Flüssigkeit fließt in dem Randbereich nicht Undefiniert entlang der Bleche, sondern sammelt sich gezielt an den Spitzen, um von dort gleichmaßig auf die darunterliegende Packungsschicht abzutropfen
Unter Wellen werden im Rahmen dieser Anmeldung auf den Packungsblechen vorhandene Strukturen verstanden die Stromungskanale für die auf den
Packungsblecheπ ablaufende Flüssigkeit bilden Die Wellen können beispielsweise durch Faltung, Biegung oder Prägung des Bleches erzeugt werden
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch dadurch gelost werden daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor dem Zusammenfugen zumindest ein Teil der Packungsbleche von einer Kante jedes dieser Packungsbleche ausgehend eingeschnitten wird und in einem Randbereich entlang der Kante mindestens eine Flanke jeder Welle auf das jeweils benachbarte Wellental gefaltet wird
Durch das Einschneiden der Bleche wird in dem Randbereich ebenfalls eine definierte Struktur geschaffen, die eine gezielte Flussigkeitsfuhrung und damit ein gleichmaßiges Abtropfen der Flüssigkeit zur Folge hat
Eine Packung besteht aus einer Vielzahl von aneiπandergrenzenden Packungsblechen, wobei sich die kreuzenden Wellen benachbarter Packungsbleche für einen optimalen Stoff- und Wärmeaustausch an möglichst jedem Kreuzungspunkt berühren sollen Es ist daher wichtig, daß sich die Packungsbleche an der Übergangsstelle von dem mit Wellen versehenen Teil zum Randbereich nicht aufwerfen, d h daß die Wellenhohe in dem Ubergangsbereich die Wellenhohe in dem mit Kanälen versehenen Bereich nicht übersteigt Durch das erfindungsgemaße Einschneiden der Bleche vor dem Falten werden Stauchungen, die zu solchen unzulässigen Maßtoleranzen fuhren konnten, verhindert
Vorteilhaft ist es, einen Teil der Bleche oder alle Bleche in dem Randbereich einzuschneiden und zusätzlich so zu falten, daß die Kante einen sagezahnartigen Verlauf erhalt. Beide Maßnahmen verbessern die Flussigkeitsverteilung und liefern eine optimierte Packung
Vorzugsweise wird jedes Blech weiter als die Breite des Randbereichs, der anschließend gefaltet wird, eingeschnitten Besonders bevorzugt erfolgen die Einschnitte 1 bis 3 mm über den Randbereich hinaus
Von Vorteil besitzt der Randbereich eine Breite senkrecht zur Kante des Packungsblechs von 1 bis 20 mm bevorzugt 5 bis 10 mm Diese Breite gewährleistet
eine gute Verteilung der Flüssigkeit in dem Randbereich sowie eine ausreichende Verringerung des Gaswiderstandes so daß die Flutgefahr minimiert wird
Die Einschnitte erfolgen vorzugsweise entlang eines Wellenberges und/oder entlang eines Wellentales
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert Hierbei zeigen
Figur 1 ein erfmdungsgemaßes Packungsblech in der Draufsicht, Figur 2 die Ansicht der Unterkante einer ersten Ausfuhrungsform und Figur 3 die Ansicht der Unterkaπte einer zweiten Ausfuhrungsform
In einer Rektifiziersaule einer kryogenen Luftzerlegungsanlage werden häufig geordnete Packungen zum Stoff- und Wärmeaustausch eingesetzt Üblicherweise sind hierbei mehrere Packungen in Schichten übereinander angeordnet Jede Packung ist aus einer Vielzahl von gefalteten oder gewellten Packungsblechen zusammengesetzt, die Stromungskanale bilden, welche schräg zur Vertikalen verlaufen Die einzelnen Packungsschichten sind so übereinander angeordnet, daß die Strömung beim Übergang zwischen den Packungsschichten in eine um 90° gedrehte Richtung umgelenkt wird
Figur 1 zeigt ein Packungsblech 1 , wie es erfindungsgemaß in einer derartigen Packung Verwendung findet Das Packungsblech 1 kann in einen Hauptbereich 2 und einen Randbereich 3 unterteilt werden Im Hauptbereich 2 ist das Packungsblech 1 so gefaltet oder gewellt, daß sich im wesentlichen unter 45° verlaufende Stromungskanale 5 ergeben Der Hauptbereich 2 leistet im Betπeb den wesentlichen Beitrag zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen dem in der Rektifiziersaule nach oben stromenden Gas und der durch die Stromungskanale 5 nach unten abfließenden Flüssigkeit
Am Stoß zwischen zwei Packungsschichten werden sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas um 90° umgelenkt An dieser Stelle beginnt die Flüssigkeit bei hohen Belastungen erfahrungsgemäß als erstes zu stauen Erfindungsgemaß sind die Stromungskanale 5 daher nicht bis in den Randbereich 3 des Packungsblechs 1
fortgeführt Der Raπdbereich 3 ist im wesentlichen eben unα weist höchstens eine leichte Wellung auf deren Wellenhohe deutlich unter der im Hauptbereich 2 egt Beim Einsatz zeigt eine solche Packung im Randbereich 3 d h am unteren Packungsende bzw zwischen zwei Packungsschichteπ, einen geringeren Stromungswiderstand für das nach oben stromende Gas, wodurch die Gefahr des Flutens der Packung deutlich herabgesetzt wird
Wesentlich für den Wirkungsgrad einer Packung ist ferner die Flussigkeitsverteilung über den Packungsquerschnitt Der Stoß zwischen zwei Packungsschichten ist bisher eine Schwachstelle hinsichtlich der Flussigkeitsverteilung Erfindungsgemaß besitzt daher die untere Kante 6 des Packungsblechs 1 ein sagezahnformiges Aussehen Dadurch sammelt sich die aus den Stromungskanaien 5 des Hauptbereichs 2 austretende und im ebenen Randbereich 3 weitgehend Undefiniert fließende Flüssigkeit an den Spitzen 7 der sagezahnartig verlaufenden Kante 6 Diese Spitzen 7 dienen als Abtropfstellen für die Flüssigkeit, wodurch ein regelmäßiges und fest verteiltes Abtropfen der Flüssigkeit erzielt wird
Die erfindungsgemaße Packung ermöglicht so zum einen eine Verminderung des Druckverlustes zwischen zwei Packungsschichten bzw am Packungsende und damit eine Verschiebung des Flutpunktes, zum anderen wird die Flüssigkeit am Übergang zwischen zwei Packuπgsschichten definiert verteilt. Beide Faktoren bewirken eine bessere Flussigkeits- und Gasstromung in der Packung welche den Packungswirkungsgrad deutlich erhohen
Zur Herstellung derartiger Packungsbleche 1 werden dünne Metallbleche zunächst gefaltet oder gewellt, so daß die beschπebenen Stromungskanale 5 entstehen Diese erstrecken sich in diesem Herstellungsstadium über das gesamte Blech 1 Anschließend wird das Blech 1 im Randbereich 3 so gefaltet, daß die Wellenberge 4 und die Weilentaler 5 eingeebnet werden und sich das überschüssige Blechmateπal jeweils im Bereich der Wellenfianken 8 z-formig zusammenfaltet Dies ist in Figur 2 zu erkennen, die die Sicht auf die untere Blechkante 6 zeigt Zur Verdeutlichung ist das Blech des Randbereichs 3 als durchgezogene Linie dargestellt, wahrend die darunterliegende Faltung des Hauptbereichs 2 gestπchelt gezeichnet ist Diese Faltung ergibt in der Packuπgsblechebene d h in Figur 1 in der Zeichenebene einen im Vergleich mit dem Hauptbereich 2 im wesentlichen ebenen Randbereich 3 Durch das
erfindungsgemaße Herstellverfahren wird die ursprünglich gerade verlaufende untere Packungsblechkante 6 sagezahnartig umgeformt
In einem alternativen Hersteliverfahren werden die Wellen 4 5 nach dem ersten Verfahreπsschπtt, d h nachdem das Blech 1 über seine gesamte Flache mit
Stromungskanalen versehen worden ist, in dem Randbereich 3 jeweils entlang des Wellenberges 4 eingeschnitten Anschließend werden die Wellenberge 4 und Wellentaler 5 im Randbereich 3 zusammengedruckt. Die Einschnitte in die Weilenberge 4 sind etwa 1 bis 3 mm tiefer als die Breite des zusammengedruckten Randbereichs 3 Als Resultat erhalt man wiederum einen im wesentlichen ebenen Randbereich 3 mit einer sagezahnartigen Kante 6, wobei das Blech in der Seitenansicht nicht mehr z-formig gefaltet ist, sondern, wie in Figur 3 gezeigt, jeweils die zwischen zwei ursprünglichen Wellenbergen 4 liegenden Blechstucke überlappen 9