WO2001087448A1

WO2001087448A1 - Vorrichtung zur strömungsführung einer flüssigkeit zum stoff- und/oder energieaustausch in einer rieselkolonne

Info

Publication number: WO2001087448A1
Application number: PCT/EP2001/005735
Authority: WO
Inventors: Rolf P. C. Manteufel
Original assignee: Manteufel Rolf P C
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2001-11-22
Also published as: AU2001265993A1; JP2003533340A

Abstract

Für eine Rieselkolonne für den Stoff- und/oder Energieaustausch zwischen Medien, insbesondere zwischen einer herablaufenden Flüssigkeit und einem im Gegenstrom aufsteigenden Gas oder einer leichteren Flüssigkeit wird eine neue Strukturpackung vorgeschlagen, die aus linearen Flüssigkeitsleitelementen (19) in Form von Drähten oder Fäden besteht, die im wesentlichen rhombische Massen mit vertikaler Achse in gedachten Flächen (21) bilden, die in einem beispielsweise polygonalen Raster im wesentlichen freie, senkrechte Strömungskanäle (22) für das entgegenströmende Gas umgeben. Die Knotenpunkte (18) der Flüssigkeitsleitelemente (19) liegen jeweils in den Kreuzungspunkten eines horizontalen Querschnittsrasters. Der Abstand der Leitelemente bzw. die Grösse der Maschen ist derart, dass die Flüssigkeit keine Filmvorhänge bildet und nur in definierten Strömen linear an den Leitelementen (19) abläuft. An den Enden der Packung sind die Leitelemente (19) für die Flüssigkeitsaufgabe bzw. den Flüssigkeitsablauf stufenweise zu gemeinsamen Flüssigkeitsaufgabe- bzw. -ablaufsträngen gebündelt.

Description

Vorrichtung zur Strömungsrührung einer Flüssigkeit zum Stoff- und/oder Energieaustausch in einer Rieselkolonne

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur allgemein vertikalen Strömungsführung einer Flüssigkeit zum Stoff- und/oder Energieaustausch in einer Rieselkolonne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den Austauschelementen für den Stoff- und/oder Energieaustausch werden neben den seit Jahrhunderten benutzten Austauschböden mehr und mehr Füllkörper-Schüttungen angeboten, um die die Trennleistung bestimmende Phasengrenzfläche zu vergrößern und stattdessen bei Austauschböden üblichen Kreuzstromes den vorteilhafteren Gegenstrom zu nutzen.

Dies geht einher mit einer Vergrößerung der angebotenen Oberfläche der einzelnen Füllkörper durch Verkleinerung der Füllkörper selbst. Denn das Volumen wächst in der dritten Potenz, während die Fläche mit der zweiten wächst, so daß sich mit der Anzahl der Füllkörper die angebotene Oberfläche erhöht.

Andererseits wird die Füllkörper-Schüttung dichter bei gleichzeitig geringer verbleibenden freiem Volumen im Reaktionsraum und einer Zunahme der Strömungskanäle. Dies führt zu einer Erhöhung des Druckverlustes (Δp/m) des beispielsweise entgegenströmenden Gases und damit zu einem größeren Energieaustausch .

Durch eine verbesserte Formgestaltung der Füllkörper und Variabilität bei den Werkstoffen hat man versucht, die Trennwirkung zu verbessern. Wegen der nicht überschaubaren Strömungsverhältnisse in Füllkörper-Schüttungen wurden die strukturierten Packungen entwickelt, bei denen durch nebeneinander angeordnete Platten gleichgroße Strömungsräume gebildet werden.

Zur Gleichverteilung der Gas- und Flüssigkeitsströme über den Packungsquerschnitt muß die Flüssigkeit auf den angebotenen Austauschflächen gleichmäßig verteilt werden und dabei gleichförmig ablaufen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es praktisch nicht möglich ist, Flüssigkeiten gleichmäßig auf Flächen zu verteilen und ablaufen zu lassen. Zwar hat man durch verschiedene Oberflächengestaltungen oder Einsatz von Geweben versucht, die Benetzung zu verbessern, doch ist der den Stoff- und/oder Energieaustausch bestimmende Flüssigkeitsfilm und damit die Phasengrenzfläche nicht in Übereinstimmung mit der angebotenen Austauschfläche.

Dies tritt mit zunehmender Oberfläche der Austauschelemente verstärkt auf, so daß die für den Austausch erforderliche spezifische Oberfläche mehr und mehr ansteigt. Diese Verschlechterung der Trennwirkung bei Austauschelementen wird als mikro- und makroskopische Maldistribution (Ungleichverteilung der Phasen) bezeichnet.

So konnten auch die bekannten Rieselfilmkolonnen mit Bündeln aus Platten oder Rohren, bei denen die im Gegenstrom geführten Phasen ungehindert aneinander vorbeiströmen, nicht die gewünschte Leistungssteigerung erbringen. Da bei den voneinander getrennten Strömungsräumen eine radiale Verteilung und Vermischung der Flüssigkeit in den Packungen selbst nicht mehr möglich ist, ist die Flüssigkeitsaufgabe am Kopf der Rieselkolonne für die Trennwirkung bestimmend.

Nun ist es aber besonders schwierig, Flüssigkeiten gleichmäßig auf eine große Anzahl von Platten oder Rohren zu verteilen. Auch kommt es aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeiten zur Entnetzung und zu Rinnsälen mit unterschiedlichen Ablaufgeschwindigkeiten und dadurch starker Verschlechterung der Trennwirkung.

Zusammenfassend bedeutet dies, daß die sich voneinander nur geringfügig in ihrer Leistungsfähigkeit unterscheidenden strukturierten Packungen aufgrund des nachteiligen Flächenaufbaues in ihrer Anwendung begrenzt sind und so die seit Jahrhunderten bekannten, wenn auch in den letzten Jahrzehnten verbesserten, Bodenkonstruktionen aus ökonomischen Gründen nicht verdrängen konnten.

Unter Beachtung des Standes der Technik und der Grundlagenforschung auf dem Gebiet des Stoff- und/oder Energieaustausches sowie der Belange der Ingenieurtechnik ist die Zielsetzung dieser Erfindung, leistungsstärkere Austauschelemente für einen vorteilhafteren ökonomischen Einsatz in der chemischen und verwandten Industrie anzubieten.

Im Gegensatz zu bisherigen Überlegungen, Verbesserungen bei der Trennwirkung/Längeneinheit (NTSM) zu erzielen, wurde erkannt, daß es für Durchsatz- und damit Produktionssteigerungen vorteilhafter ist, verlustarme Austauschelemente mit kleinstmöglichem Druckverlust/Längeneinheit (Δp/m) zu entwickeln.

Nachdem durch die Patentanmeldung DE 100 24 142 und DE 100 51 523 Wege zur gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung auf beliebig viele Aufgabepunkte einer Querschnittsfläche aufgezeigt sind, ist eine optimale fluiddynamische Dimensionierung der Austauschelemente möglich.

In der parallelen DE 100 24 142 ist bereits eine Reaktionspackung in Form einer Gitterstruktur aus Fäden oder Drähten beschrieben, bei der quasi gleichartige Hohlräume der Struktur gleichmäßig über die Packung verteilt sind, ohne daß für die beispielsweise entgegenströmende Gasphase bevorzugte Strömungskanäle vorgesehen sind. Die Draht- bzw. Fadenstruktur erfüllt vielmehr gleichmäßig den Packungsraum.

Aufgabe der Erfindung ist eine Weiterentwicklung, bei der das Prinzip der Rieselkolonne stärker zum Tragen kommt, nämlich eine möglichst große Austauschfläche zwischen den Phasen bei gleichzeitig großen freien Strömungsquerschnitten zu haben und daß die Phasen sich dabei nicht gegenseitig durchdringen, d.h. der energieintensive Staudruck soweit wie möglich vermieden wird, wobei die Flüssigkeit jedoch nicht frei rieselt, sondern in gleichmäßiger Verteilung vorgegebenen Wegen folgt.

Dies ist durch die Verteilung der einen im Gegenstrom geführten Phase auf möglichst viele Stromfäden möglich, wobei der verbleibende freie Strömungsraum im Reaktor vollständig der anderen Phase zur Verfügung steht.

Für optimale Strömungsverhältnisse sind längs durch den Reaktionsraum geführte Strukturen aus linearen Flüssigkeits-Leitelementen in Form von Drähten bzw. Fäden vorgesehen, die freie Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium begrenzen.

Der Abstand der nebeneinander angeordneten Drähte bzw. Fäden ist so gewählt, daß die an diesen ablaufende oder aufsteigende Flüssigkeit (z.B. bei Extraktionen) nicht zusammenlaufen kann, sondern gleichmäßig um die Drähte bzw. Fäden strömen. Das schließt nicht aus, daß Drähte oder Fäden mit ihren jeweiligen Flüssigkeitsströmen in Knotenpunkten zusammengeführt werden, um die Flüssigkeit dann neuverteilt an den Knotenpunkt verlassenden Drähten oder Fäden in entsprechender Weise weiterströmen zu lassen.

Zur stetigen Erneuerung der Flüssigkeitsoberfläche werden die nebeneinander angeordneten Drähte bzw. Fäden daher bevorzugt miteinander gekreuzt, d.h. in Punkten zusammengeführt oder verflochten, so daß durch die wiederholten Anlaufstrecken zur Verbesserung des Stoff- und/oder Wärmeaustausches die Trennstufenzahl/Längeneinheit (NTSM) sich erhöht.

Nun vergrößert sich bekannterweise die erforderliche Austauschfläche bei erhöhtem Durchsatz entsprechend. Andererseits nimmt die Stoff- und Wärmeaustauschzahl mit höherer Geschwindigkeit ebenfalls zu, wodurch sich die Austauschfläche nicht proportional mit dem Durchsatz vergrößert, sondern nur exponential (mit einem Exponenten < 1) zunimmt.

Bei der Umströmung von Drähten bzw. Fäden vergrößert sich mit zunehmender Ablaufmenge die Filmdicke und damit gleichzeitig die Filmoberfläche. Dies ist bei ebenen Flächen nicht der Fall, da bei diesen nur die Filmdicke bei gleichgroßen Filmflächen zunimmt. Dagegen ist eine Durchsatzsteigerung bei Drähten bzw. Fäden mit einer Vergrößerung der Phasengrenzfläche und so mit einer Verkleinerung des erforderlichen spezifischen Volumens verbunden.

Nach der erfinderischen Idee sind durch diese beiden genannten Strömungsabläufe und die dadurch nun möglichen Durchsatzsteigerungen verstärkt Umrüstungen von Produktionsanlagen mit großen ökonomischen Nutzen möglich.

In ihrer allgemeinsten Form wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die die Flüssigkeit durch die beanspruchte Vorrichtung leitenden Elemente sind als "lineare Flüssigkeits-Leitelemente" oder kurz als "Leitelemente" bezeichnet. Sie bestehen aus Fäden oder Drähten oder auch aus jeweils mehreren zusammengefaßten oder gebündelten Drähten bzw. Fäden (multifiles Geflecht) oder entsprechenden linearen Bauelementen, an denen ein dieses Bauelement umgebender Flüssigkeitsstrom ablaufen kann. Es seien einige weitere Definitionen eingeführt: Kernstück der beanspruchten Vorrichtung ist die sog. "Packung", in der der Stoff- und/oder Energieaustausch stattfindet. Insbesondere am oberen, möglicherweise aber auch am unteren Ende der Packung sind die linearen Flüssigkeits-Leitelemente gruppen- und erforderlichenfalls auch stufenweise für die Verteilung und Aufgabe der Flüssigkeit auf die Packung bzw. für das entsprechende Sammeln der Flüssigkeit am anderen Ende der Packung zu Bündeln zusammengefaßt. Eine aus der eigentlichen Packung und den beschriebenen Verteil- bzw. Sammelstrukturen für die Flüssigkeit in sich geschlossene Einheit ist als "Austauscheinheit" bezeichnet. Eine solche Austauscheinheit ist vorzugsweise mit ihren Flüssigkeitsaufgabebündeln der linearen Flüssigkeits-Leitelemente zur Aufgabe der Flüssigkeit in einer Ablauftülle gefaßt, über die die Flüssigkeit den einzelnen Bündeln in der Regel mit gleichem hydrostatischem Druck aus dem Vor Verteiler zugeführt wird.

Im Gegensatz zu früheren Vorschlägen ist gemäß der Erfindung die Struktur der Flüssigkeits-Leitelemente in der Packung so ausgebildet, daß die Leitelemente bevorzugt in gewissen gedachten Flächen liegen, die zwischen sich relativ freie Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium begrenzen. Das schließt nicht aus - und soll auch nicht unbedingt ausschließen -, daß das entgegenströmende Medium auch durch die die Leitelemente enthaltenden Flächen hindurch teilweise in benachbarte Strömungskanäle überwechselt und umgekehrt. Wesentlich ist, daß für das entgegenströmende Medium bevorzugte Strömungskanäle vorgesehen sind, die zu geringerem Druckverlust führen, die aber durch die mit Leitelementen belegten Flächen getrennt sind, so daß eine gute Verteilung des entgegenströmenden Mediums in der Grundsache gewährleistet ist. Andererseits ist es auch nicht Bedingung, daß die bevorzugten Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium völlig frei von Flüssigkeits-Leitelementen sind. Aus strukturellen Gründen für die Packung, aber auch aus Gründen der Optimierung des Stoff- und/oder Energieaustausche kann es sinnvoll sein, entweder eine zu ungehinderte freie Strömung des entgegenströmenden Mediums etwas zu begrenzen oder andererseits gezielt Flüssigkeit tragende Leitelemente zum Teil auch in die Gegenstromkanäle zu bringen.

In den gedachten Flächen soll ein horizontaler Verlauf von Leitelementen, wenn nicht einige horizontal verlaufende Stabilisierungselemente für die Stabilität der Packung erforderlich sind, möglichst vermieden werden, d.h. , die Flüssigkeits-Leitelemente verlaufen unter einem Winkel zur Horizontalen, der ohne weiteres auch größer als 45° sein kann, da die allgemeine Strömungsrichtung durch die Packung schließlich in senkrechter Richtung erfolgt. Zur ständigen Flüssigkeitsrückverteilung verlaufen die Flüssigkeits- Leitelemente bevorzugt sich kreuzend in zwei entgegengesetzten Schrägrichtungen. Dadurch ergibt sich eine Struktur im wesentlichen rhombischer Maschen mit einer senkrechten Achse. Der gegenseitige Abstand der Flüssigkeits-Leitelemente bzw. die Größe der entstehenden Maschen ist so groß zu wählen, daß die Flüssigkeit, die an ihnen entlangströmen soll, nicht zu filmbildender Brückenbildung zwischen den Leitelementen bzw. in den Maschen neigt. Eine solche Filmbildung bzw. ein von Leitelementen in einer senkrechten Fläche gestützter Filmvorhang ist nicht im Sinne der vorliegenden Erfindung. Vielmehr ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß definierte Einzelströme entlang der Flüssigkeits-Leitelemente durch die Packung geführt werden und andererseits auch offene Flächen für einen gewissen Übertritt des entgegenströmenden Mediums in benachbarte Strömungskanäle verbleiben.

Eine einfachste Anordnung der erfindungsgemäßen Packung als Teil der beanspruchten Vorrichtung besteht darin, daß die Leitelemente in beabstandeten, parallelen senkrechten Ebenen möglichst schräg und kreuzweise sich berührend oder auch verflochten angeordnet sind, so daß zwischen diesen Ebenen im Querschnitt lang rechteckige Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium verbleiben. In jedem Fall sind bei dieser Ausführungsform die Strömungskanäle allgemein breiter als ihre Dicke, die durch den Abstand der mit Leitelementen besetzten Ebenen bestimmt ist. Die Leitelemente paralleler Ebenen können in Abständen auch miteinander verbunden sein, insbesondere wenn die Stabilität der Packung dies erfordert.

Bevorzugt sind jedoch Ausführungsformen, bei denen die mit Leitelementen besetzten gedachten Flächen einzelne, insbesondere im Querschnitt radialsymmetrische, senkrechte Strömungskanäle umschließen. Diese Strömungskanäle haben dann in der Regel eine prismatische Konstellation, wobei die die Flüssigkeits-Leitelemente enthaltenden, gedachten Flächen die Mantelflächen eines solchen Prismas sind.

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die einen Strömungskanal umgebenden Mantelflächen im Querschnitt gekrümmt sind, insbesondere einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dies kann aus herstellungstechnischen Gründen sinnvoll sein. Die Flüssigkeitsleitelemente sind dann in der zugehörigen Zylindermantelfläche bevorzugt in zwei Richtungen gegenläufig spiralig angeordnet, wobei sich kreuzende Leitelemente in den Kreuzungspunkten berühren. Sie können auch in diesen Kreuzungspunkten knotenpunktartig miteinander verbunden sein. Denkbar ist in jedem Fall auch eine zickzackartige Anordnung der Leitelemente, die im Endergebnis zur gleichen Struktur führt, die spiralige Anordnung ist jedoch fertigungstechnisch einfacher.

Mehrere solcher Schläuche mit auf Zylindermantelfiächen angeordneten Leitelementen können nun zur Ausbildung einer Packung senkrecht nebeneinander angeordnet werden, wobei sie sich vorzugsweise gegenseitig berühren. Die Berührungsbereiche können als leichte gegenseitige Abflachungsflächen ausgebildet sein. In den Berührungsbereichen stehen die Leitelemente benachbarter Schläuche miteinander in Verbindung, wodurch eine gewisse Flüssigkeits-Redistribution zwischen den einzelnen Einheiten erfolgen kann. Ein gewisser Nachteil der zylindrischen Ausbildung besteht darin, daß zwischen den aneinanderliegenden Zylindern Zwickel entstehen, die dann eine Art von Strömungskanälen geringeren Querschnitts bilden.

Um dies zu vermeiden, haben die gedachten Prismen mit Leitelementen besetzten Mantelflächen einen polygonalen Querschnitt. Dabei können benachbarte Prismen gemeinsame Teilmantelflächen haben. Im Fall von Prismen mit Dreieck-, Rechteck- oder hexagonalem Querschnitt läßt sich so eine dichte, zwickelfreie Querschnittsstruktur von aneinanderliegenden Strömungskanälen erzeugen, die durch die mit den Flüssigkeits-Leitelementen besetzten, gedachten Mantelflächen getrennt sind. ^l

Hierdurch ergibt sich im Querschnitt ein regelmäßiges poylgonales Raster, dessen Rasterlinien die Querschnittslinien der gedachten senkrechten Flächen sind. Bevorzugt sind die linearen Flüssigkeits-Leitelemente so angeordnet, daß sie in den Schnittpunkten der Rasterlinien einer solchen Struktur Knotenpunkte bilden, wobei in einem festen senkrechten Abstand wieder Knotenpunkte vorhanden sind, die dann eine identische benachbarte Querschnittsebene gleichen Rasters bilden. Zwei benachbarte Knotenpunkte einer Rasterebene bilden mit den entsprechenden beiden Knotenpunkten der nächsten Rasterebene ein Rechteck. Die Flüssigkeits-Leitelemente sind nun bevorzugt derart angeordnet, daß von zwei benachbarten Knotenpunkten jeweils ein Leitelement schräg zum jeweils anderen Knotenpunkt der benachbarten Rasterebene verläuft, so daß sich diese zwei Leitelemente in der vorstehend genannten Rechteckfläche kreuzen. Die gedachten Mantelflächen des prismatischen Aufbaus der Packung sind somit durch derart sich kreuzende Leitelemente gekennzeichnet.

Wie weiter oben bereits erwähnt, können zusätzlich auch Leitelemente von einem Knotenpunkt zu einem nicht benachbarten Knotenpunkt in der nächsten Rasterebene geführt sein, die dann schräg durch den Strömungskanal verlaufen. Dies kann zur Steuerung des Strömungswiderstandes und auch für die Redistribution der Flüssigkeit wünschenswert sein.

Voraussetzung für eine optimale Arbeitsweise der Vorrichtung ist die anfangs genannte gleichmäßige Flüssigkeitszuführung, für die die durch den Reaktionsraum geführten Leitelemente in bevorzugter Ausführung mehrstufig zu Bündeln zusammengefaßt und an den Flüssigkeitsaufgabestellen in Ablauftüllen gehaltert sind.

An den um Haltedorne angeordneten Bündeln von Leitelementen werden bei deren Durchführung durch Lochscheiben gleichförmige Schlitze gebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform ist, daß diese gleichförmigen Schlitze durch umfaßte runde Leitelementen-Bündel einerseits und unterschiedliche Lochradien der Lochscheiben andererseits entstehen und dadurch eine Anlage an den Scheitelpunkten erfolgt, so daß sichelförmige Spalte um die Hülsen der Leitelementen-Bündel gebildet werden.

Die nebeneinander gehalterten Ablauftüllen werden durch gemeinsame Vorverteiler gespeist. Hierbei können durch die konzentrierte Anordnung der Ablaufdüsen des Vorverteilers gleichgroße Ablaufmengen zu den Ablauftüllen erreicht werden, wobei Einbauabweichungen der Ablauftüllen keine Rolle spielen.

Ein weiterer Vorteil ist bei der Speisung der großen Anzahl von Ablauftüllen durch einen gemeinsamen Vorverteiler, daß nur dieser bei mobiler Aufstellung kardanisch aufgehängt zu werden braucht und selbst in diesem Falle ein gleichgroßer Flüssigkeitsablauf durch gleichhohen Flüssigkeitsstand im Vörver teuer erfolgt.

Zur Vermeidung an der Innenwand des Reaktionsraumes ablaufender Flüssigkeit ist in Übereinstimmung mit der Anordnung der längsverlaufenden Leitelemente zweckmäßigerweise ein diagonales Geflecht an der Innenwand der Vorrichtung oder bei kleinen Abmessungen direkt um die Reaktionspackung angeordnet.

Die Vorrichtung wird gemäß den folgenden Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Flüssigkeits-

Aufgabevorrichtung mit einem Vorverteiler und nebeneinander gehalterten Ablauf tüllen;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die nebeneinander gehalterten

Ablauftüllen der Fig. 1;

Fig. 3a eine schematische Draufsicht der stufenweisen

Flüssigkeitsverteilung auf einen quadratischen Rasterquerschnitt einer Reaktionspackung;

Fig. 3b wie Fig. 3a mit nebeneinander angeordneten runden

Strömungskanälen;

Fig. 3c wie Fig. 3b mit eng nebeneinander angeordneten runden

Strömungskanälen;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine Lochscheibe der

Ablauftülle mit darin angeordneten Flüssigkeits-Leitelementen;

Fig. 5a eine schematische Seitenansicht der um einen quasi dreieckigen vertikalen Strömungskanal verlaufenden Flüssigkeits- Leitelemente; Fig. 5b eine schematische Seitenansicht der um einen quasi viereckigen vertikalen Strömungskanal verlaufenden Flüssigkeits- Leitelemente;

Fig. 5c eine schematische Seitenansicht der um einen quasi sechseckigen vertikalen Strömungskanal verlaufenden Flüssigkeits- Leitelemente;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht zweier nach Fig. 5a nebeneinander angeordneter quasi dreieckiger vertikaler Strömungskanäle mit oben und unten stufenweise zusammengefaßten Flüssigkeits-Leitelementen;

Fig. 7 wie Fig. 6, aber mit drei nebeneinander angeordneten quasi runden vertikalen Strömungskanälen mit oben und unten stufenweise zusammengefaßten Flüssigkeits-Leitelementen.

Die Anordnung zur Verteilung der einer Riesel- oder Reaktionskolonne zugeführten Flüssigkeit werden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert: Fig. 1 zeigt in der schematischen Seitenansicht eine Flüssigkeits-Aufgabevorrichtung 1 mit einem Vorverteiler 2 und darin auf gleicher Ebene nebeneinander angeordneten Ablaufilüsen 3.

Durch die Trennung der Flüssigkeitsaufgabe zwischen Vorverteiler 2 und Ablauftüllen 4 sind die Ablauf mengen unabhängig von Einbauabweichungen der Ablauftüllen 4 und können diese getrennt von der Flüssigkeits- Aufgabevorrichtung 1 an Halterungen 5 montiert werden.

Die durch die Düsen 3 durch Rohre oder Schläuche 6 ablaufenden gleichen Flüssigkeitsmengen bestimmen allein die aus den Ablauftüllen 4 über Bündel von Flüssigkeits-Leitelementen 7 ablaufende Flüssigkeitsmenge unabhängig jeder Einbaugenauigkeit.

Fig. 2 zeigt die an den Halterungen 5 angeordneten Ablauftüllen 4, die über Aufgabestellen 8 der Austauschelemente 9 verteilt sind.

Zur Vermeidung von Randgängigkeit der Flüssigkeit ist an der Innenwand des Reaktionsraumes oder um die Austauschelemente 9 ein Geflecht 10 oder sind andere Abweiser angeordnet.

Fig. 3a zeigt eine schematische Draufsicht der prinzipiellen stufenweisen Flüssigkeitsverteilung von Verteilungspunkten 11 der Ablauftülle 4 nach untereinander liegenden Verteilungspunkten 12, 13 auf nebeneinander angeordnete quadratische Austauschelemente 14.

Fig. 3b zeigt vergleichsweise zu Fig. 3a die prinzipielle stufenweise Flüssigkeitsverteilung von Verteilungspunkten 11 der Ablauftülle 4 nach untereinander liegenden Verteilungspunkten 12, 13 auf nebeneinander angeordnete runde Austauschelemente 14.

Fig. 3c zeigt vergleichsweise zu Fig. 3b die prinzipielle stufenweise Flüssigkeitsverteilung statt nach vier in drei Richtungen von Verteilungspunkten 11 der Ablauftülle 4 zu untereinander liegenden Verteilungspunkten 12, 13 auf eng nebeneinander angeordnete runde Austauschelemente 14.

Fig. 4 zeigt die durch eine Lochscheibe 15 geführten Bündel von Flüssigkeits- Leitelementen 7, wobei gleichförmige Schlitze 16 durch unterschiedliche Radien einer Lochscheibe 15 und der Bündel von Flüssigkeits-Leitelementen 7 geformt sind und somit letztere mit ihren Scheitelpunkten 17 an den Öffnungen der Lochscheibe anliegen. Fig. 5a zeigt schematisch die am Beispiel eines an den Ecken 18 eines dreieckigen Rasters angeordneten längslaufenden Flüssigkeits-Leitelemente 19, die sich zwischen benachbarten Querschnittsebenen 20 kreuzen.

Durch diese auf den Mantelflächen 21 längsverlaufenden und sich kreuzenden Leitelemente 19 wird quasi ein vertikaler dreieckiger Strömungskanal 22 gebildet.

Fig. 5b zeigt entsprechend Fig. 5a einen aus den sich kreuzenden Leitelementen 19 gebildeten quasi viereckigen vertikalen Strömungskanal 23.

Fig. 5c zeigt schematisch die Anordnung der auf den sechs Mantelflächen 24 eines hexagonalen Prismas sich kreuzenden Leitelemente 19, die einen quasi sechseckigen vertikalen Strömungskanal 25 bilden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Seitenansicht zweier nebeneinander angeordneter quasi dreieckiger Strömungskanäle 22, bei der die sich kreuzenden Leitelemente 19 auf der vorderen Mantelfläche 21 des rechten dreieckigen Strömungskanales 22 dick gezeichnet sind.

Durch wiederholte parallele Anordnung der Strömungskanäle 22 wird eine dreidimensionale Packung gebildet. Die an den Schnittpunkten eines Dreieckrasters längsverlaufenden Leitelemente 19 sind oben und unten stufenweise zu Bündel 26 und 27 von Leitelementen zusammengefaßt, wobei das obere Leitelement-Bündel 26 in der beschriebenen Ablauftülle gehaltert ist.

Fig. 7 zeigt ähnlich wie Fig. 6 nebeneinander angeordnete quasi kreisförmige Strömungskanäle 28 mit den sich am Umfang der Strömungskanäle 28 kreuzenden Leitelementen 19, die ebenfalls oben und unten stufenweise zu Bündeln 29 und 30 zusammengefaßt sind, wobei das obere Bündel 29 in der beschriebenen Ablauftülle gehaltert ist.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur allgemein vertikalen Strömungsführung einer Flüssigkeit in einer Rieselkolonne, mit linearen Flüssigkeits- Leitelementen in Form von Drähten oder Fäden bzw. Bündeln aus Drähten oder Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits- Leitelemente vornehmlich in im wesentlichen senkrecht orientierten, im horizontalen Querschnitt geradlinigen oder nicht geradlinigen, beispielsweise gekrümmten, gedachten Flächen verlaufen, welche zwischen sich Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium begrenzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente in allen Abschnitten ihres Verlaufs innerhalb ihres Flächenverlaufes eine Neigung gegenüber der Horizontalen aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente in ihren Flächen eine Maschenstruktur bilden, indem insbesondere schräg verlaufende Flüssigkeits-Leitelemente sich kreuzen oder allgemein senkrecht verlaufende Bündel von Flüssigkeits- Leitelementen zwischen Knotenpunkten in Einzel-Leitelemente seitlich aufgespreizt sind und mit entsprechenden Einzel-Leitelementen benachbarter Bündel in Berührung stehen.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente einen solchen Abstand voneinander aufweisen bzw. die Maschen eine solche Größe aufweisen, daß eine den Abstand zwischen benachbarten Leitelementen überspannende bzw. die Maschen füllende Filmbildung einer ablaufenden Flüssigkeit vermieden wird.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente in parallelen senkrechten Flächen verlaufen und im Querschnitt lang rechteckige Strömungskanäle für das entgegenströmende Medium zwischen sich begrenzen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitelemente der einzelnen parallelen Flächen in Abständen durch Querelemente miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeits-Leitelemente enthaltenden Flächen Mantelflächen eines senkrechten Prismas sind, dessen Innenraum einen Strömungskanal für das entgegenströmende Medium bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrechte Prisma einen krummlinigen Querschnitt aufweist, insbesondere die Mantelflächen diejenigen eines elliptischen oder Kreiszylinders sind und die Flüssigkeits-Leitelemente spiralig in dieser Mantelfläche angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente sich kreuzend gegenläufig angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen benachbarter Zylinder linienförmig oder leicht angeflacht flächig miteinander in Berührung stehen unter gegenseitigem Kontakt der Flüssigkeits-Leitelemente in diesen Berührungsbereichen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Prismas diejenigen eines Prismas mit polygonalem Querschnitt sind, insbesondere mit Dreieck-, Rechteck- oder hexagonalem Querschnitt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Prismen gemeinsame Teil-Mantelflächen bilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einer Vielzahl benachbarter Prismenflächen eine dreidimensional strukturierte Packung bildet, mit parallelen, durch die prismatischen Flächen begrenzten gleichen Strömungskanales für das entgegenströmende Medium.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung in einer Querschnittsebene ein regelmäßiges polygonales Raster bildet, dessen Rasterlinien die Querschnittslinien der die Flüssigkeits-Leitelemente enthaltenden Flächen sind, wobei Knotenbzw. Kreuzungspunkte der Flüssigkeits-Leitelemente in den Schnittpunkten der Rasterlinien liegen und Leitelemente von diesen Knotenpunkten ausgehend in den Flächen zu den benachbarten Knotenpunkten in den Schnittpunkten einer nächst höheren bzw. nächst tieferen Querschnittsebene verlaufen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils von zwei benachbarten Knotenpunkten in einer Querschnittsebene zu dem jeweils anderen Knotenpunkt in einer benachbarten Querschnittsebene verlaufende Flüssigkeits-Leitelemente sich in der diese Knotenpunkte enthaltenden Fläche kreuzen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den in einen Strömungskanal für das entgegenströmende Medium begrenzende Flächen verlaufenden Flüssigkeits-Leitelementen Flüssigkeits-Leitelemente vorgesehen sind, die von einem Knotenpunkt einer Querschnittsebene durch den Strömungskanal diagonal zu einem Knotenpunkt einer benachbarten Querschnittsebene verlaufen.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeits-Leitelemente an den oberen und/oder unteren Enden der Vorrichtung in Gruppen zusammengefaßt sind für die Verteilung aufzugebender bzw. Sammlung ablaufender Flüssigkeit.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Leitelemente mehrstufig gruppenweise zusammengefaßt sind. .

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Flüssigkeitsaufgabe zusammengefaßten Flüssigkeits-Leitelemente in Ab- oder Zulauftüllen gehaltert sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefaßten Flüssigkeits-Leitelemente um Haltedorne angeordnet und durch Lochscheiben geführt sind.

21. Vorrichtung nach Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß diese gleichförmigen Schlitze durch umfaßte runde Leitelementen- Bündel einerseits und unterschiedlichen Lochradien der Lochscheibe andererseits gebildet sind, unter Anlage der Hülsen der Leitelementen- Bündel an den Scheitelpunkten der Löcher.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-21, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der nebeneinander gehalterten Ablauftüllen mit einem gemeinsamen Vor Verteiler verbunden sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor Verteiler kardanisch aufgehängt sind.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein diagonales Geflecht an der Innenwand der Vorrichtung oder um die Reaktionspackung angeordnet ist.