DE2601890C3 - Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen, welcher aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden, geriffelten Lamellen besteht, wobei die Lamellenriffelungen gegenüber der Kolonnenachse geneigt sind und die benachbarten Lamellen derart angeordnet sind, daß sich ihre Riffelungen kreuzen und wobei die senkrecht angeordneten Lamellen quer zur Kolonnenachse stehende Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen.

Es ist bekannt derartige Packungskörper in Stoffaustauschkolonnen, die zum Rektifizieren, Absorbieren, Extrahieren und zur Durchführung chemischer Reaktionen, wie z. B. Abtrennung isotoper Elemente aus einem Stoff aufgrund einer chemischen Austauschreaktion, z. B. die Trennung von Deuterium und Wasserstoff dienen, anzuordnen.

Die Lamellen können hierbei z. B. aus Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder aus Kunststoff bzw. aus einem selbstbenetzenden Gewebe oder Gewirk bestehen.

Bei den bekannten Packungskörpern war es bisher üblich, die Lamellen, die aus Bandstücken zugeschnitten werden, vor ihrer Riffelung zu lochen, und zwar derart, daß die ungeriffelten Bänder mehrere, über die Breite des Bandes verteilte Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen, wobei die Löcher von benachbarten Lochreihen jeweils Lochreihen senkrecht zur Bandachse bilden. Diese Löcher wurden zur Herbeiführung eines verbesserten Gasaustausches über den Querschnitt des Packungskörpers sowie zur Herabsetzung des Druckabfalles längs der Kolonnenachse vorgesehen.

Bei Rieselpackungen mit senkrechten Rieselflächen sind auch ander Lochanordnungen bekannt. Beispielsweise können benachbarte Lochreihen um einen halben Lochabstand gegeneinander in der Längsrichtung des Bandes verschoben sein. Diese Lochanordnung dürfte eine bessere Ausbreitung der Flüssigkeit bewirken, wie später erläutert wird.

3ei der schrägen Riffelung der Bänder kommen die im ungeriffelten Band senkrecht zur Bandachse liegenden Lochreihen in einem Winkel zur Bandachse zu liegen. In der senkrechten Stellung des geriffelten Bandes sind also die Löcher einer Reihe gegenüber den

ίο Löchern der benachbarten Lochreihe in horizontaler Richtung gegeneinander verschoben.

Aus diesem Grund scheint diese Lochung besonders vorteilhaft, denn bei einer anderen Lochanordnung im ungeriffelten Band können nach der Riffelung die Löcher in vertikalen Reihen zur Kolonnenachse zu liegen kommen.

Nun hat sich aber bei den bekannten Packungskörpern gezeigt, daß eine Verteilung der Flüssigkeit über den Lamellenoberflächen durch die in der Kolonne abwärts strömende flüssige Phase nicht in befriedigendem Maße erreicht wird. Es findet bei der bekannten Anordnung der Lochreihen auf einem ungeriffelten, vertikalen Band zwischen den senkrecht übereinanderliegenden Löchern der Lochreihen in sogenannte Fallstraßen eine Kanalisation der Flüssigkeit statt, da die Flüssigkeit längs der senkrechten Fallinien ohne seitliche Ausbreitung unbehindert in den Straßen nach unten ström!. Bei Aufbringung der schrägen Riffelung auf die Bandstücke, welche dann die parallel zur Kolonnenachse angeordneten Lamellen bilden, zeigen jedoch die beim ungeriffelten Band vertikal verlaufenden Lochreihen einen Winkel gegen die Kolonnenachse, so daß bisher angenommen wurde, daß eine seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit über die Lamellenoberfläehe erfolgt, da die beim ungeriffelten Band senkrecht übereinanderliegenden Löcher von benachbarten Lochreihen nun gegeneinander versetzt sind. Wie die Praxis gezeigt hat, ist dieses jedoch nicht der Fall. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich nämlich die Verhältnisse bezüglich der Bildung von freien Fallstraßen, die eine unerwünschte Kanalisation der Flüssigkeit bewirken, auch bei den schräg geriffelten Lamellen nicht ändern. Die beim glatten Band senkrecht verlaufenden Fallinien folgen bei der geriffelten Lamelle

*5 der Richtung der Riffelflankenebenen. Damit erfährt die Fallinie in der Projektion auf eine Ebene parallel zur Lamelle die gleiche Neigung, wie sie vertikale Lochreihen im ungezahnten Band aufweisen. Somit bleiben die Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit in beiden Fällen die gleichen. Dieser Sachverhalt wird an späterer Stelle noch anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels aufgezeigt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, durch eine geeignete Ausbildung der Lamellen die seitliche Ausbreitung der auf den Einströmquerschnitt des Packungskörpers aufgegebenen Flüssigkeit zu verbessern, d. h. Kanalbildungen zu vermeiden und durch eine seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit auf den Lamellenoberflächen für deren gleichmäßige Benetzung zu

M) sorgen. Aus praktischen Gründen ist es nicht möglich, von Anfang an die Flüssigkeit gleichmäßig über die Oberkante aller Lamellen zu verteilen. Im weiteren muß man immer damit '/echnen, daß durch zufällige Störungen die Flüssigkeit wieder zu größeren Bächen

¹^ zusammenläuft.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß im ungeriffelten Zustand die Löcher von übereinanderliegenden, benachbarten

Lochreihen gegeneinander derart versetzt sind, daß die zwischen jeweils zwei Löchern von der obersten Lochreihe liegende Fallstraße Löcher von darunterliegenden Lochreihen trifft Für die Bemessung der Löcher, die von der Flüssigkeit nicht überflutet werden dürfen, haben sich Lochdurchmesser in der Größenordnung von ca. 2—6 mm als günstig erwiesen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die übereinanderliegenden Lochreihen gegeneinander um einen Abstand, der größer ist als to ein LochdtKi.-hmesser, gegeneinander versetzt sind, wobei eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin besteht, daß die übereinanderliegenden Lochreihen um die Häifte eines Lochabstandes gegeneinander verschoben angeordnet sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Löcher im ungeriffelten Band liegen stets in den Fallstraßen Löcher von unterhalb der obersten Reihen angeordneten Lochreihen. Somit erfolgt bereits auf einem ungeriffelten, senkrechten Band eine seitliche Ablenkung der Flüssigkeit an den Rändern der getroffenen Löcher. Wie an vorstehender Stelle erläutert wurde, sind diese Strömungsverhältnisse auch nach der schrägen Riffelung eines Bandes unverändert, d.h. auf den Oberflächen der einen Packungskörper bildenden Lamellen ist eine gleichmäßige, seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit über die Lamellenoberflächen im befriedigendem Maße gewährleistet.

Es sei darauf hingewiesen, daß der mit der Erfindung erzielte Effekt nicht voraussetzt, daß die Löcher alle gleiche Durchmesser aufweisen bzw. daß der vertikale Abstand von übereinanderliegenden Lochreihen überall der gleiche ist.

Wie Experimente ergaben, ist es vorteilhaft bei der Lochung darauf zu achten, daß die Fläche aller Löcher einer Lamelle in bezug auf die undurchbrochene Lamellenoberfläche in der Größenordnung von 5—20% liegt, um noch eine genügend große benetzte Oberfläche zu erhalten, die für einen wirksamen Stoffaustausch maßgebend ist.

Um eine eventuelle Kanalbildung der Flüssigkeit längs der Riffeltäler, die sich aufgrund der dort wirksam werdenden Kapillarkräfte ausbilden könnten, mit Sicherheit zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Lochabstände der quer zur Kolonnenachse angeordneten Lochreihen derart zu wählen, daß sie ;n keinem einfachen Verhältnis zur Wellenlänge der Riffelungen stehen, d.h. daß der Quotient von Lochabstand zur Wellenlänge nicht 1,2,3 etc. ist.

Hierdurch wird nämlich gewährleistet, daß stets eine Anzahl der über der Lamellenoberfläche angeordneten Löcher in den Bereich der Riffeltäler zu liegen kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Fig. la, 1b und Ic zeigen in schematischer Darstellungsweise einen Ausschnitt eines in der bisher üblichen Weise gelochten Bandes, das Band im geriffelten Zustand und einen Schnitt durch dieses längs der Schnittlinie Ic-Ic. ^w>

Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen in analoger Darstellungsweise ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Fig.3 sind perspektivisch die einzelnen Lamellen eines Packungskörpers und in F i g. 4 ein Teil einer Stoffaustauschkolonne mit drei Packungskörpern dargestellt.

Der Ausschnitt eines in der bisher üblichen Weise gelochten Bandes 1 gemäß Fi g. la, weist übereinanderliegende Lochreihen mit Löchern 2 auf, wobei die Löcher von benachbarten Lochreihen in der Vertikalen liegen, wenn man das Band als eine in vertikaler Lage aufgerichtete ungeriffelte Lamelle ansieht, wobei die Löcher der horizontalen Lochreihen in gleichen Abständen a angeordnet sind. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß zwischen den von Fallinien /"getroffenen Löchern sich Fallstraßen s ausbilden, in denen die Flüssigkeit unbehindert ohne seitliche Ausbreitung nach unten strömt

Die Rächen, zwischen übereinanderliegender Löchern bleiben mindestens weitgehend unbenetzt

Fig. Ib, zeigt einen Ausschnitt Γ einer aus dem in F i g. la dargestellten glatten Band 1 gebildeten Lamelle mit gegen die Vertikale geneigten Riffelungen 3 von der Wellenlänge w. Wie aus F i g. Ib ersichtlich, bleiben die Strömungsverhältnisse auf der geriffelten Lamelle Γ die gleichen wie bei dem glatten Band 1. Das heißt obwohl die Fallinien /'nun ein gegen die Vertikale einen Winkel einschließen, werden wieder die gleichen Löcher von den Fallinien getroffen, während sich zwischen den Löchern die Fallstraßen s' ausbilden. Demgegenüber wird eine solche Kanalisierung der Flüssigkeit bei einem erfindungsgemäßen gelochten Band 4, wie es in F i g. 2a zeigt, vermieden, da in den zwischen jeweils zwei Löchern 5 der obersten Lochreihe liegenden Fallstraßen Löcher von darunterliegenden Lochreihen treffen. An den Lochrändern erfährt die Flüssigkeitsströmung eine seitliche Ablenkung (vgl. Pfeile) und breitet sich nun über die undurchbrochene Oberfläche des Bandes aus.

Da diese Strömungsverhältnisse auch nach der Vornahme einer schrägen Riffelung erhalten bleiben, wird auch die Oberfläche der geriffelten Lamelle 4' vollständig benetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Vgl. Fig. 2a und 2b) weisen die Riffelungen wieder die gleiche Neigung und Wellenbreite der Riffelungen 3' in den F i g. 1 b und 1 c auf.

Ein aus entsprechend den F i g. 2b und 2c ausgebildeten Lamellen 4' ausgeführter Packungskörper 7 zeigt Fig.3. Hierbei sind die Lamellen 4' in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschließend aufeinandergelegt und zu einem Packungskörper 7 vereinigt und sodann in den Stoffaustauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden. Aus der Zeichnung wird die unterschiedliche Lamellengröße der einzelnen Teile ersichtlich, die von den beiden Außenseiten her zur Mitte zunimmt derart daß die Lamellen beim Zusammenfügen einen zylindrischen Körper ergeben.

In der F i g. 4 ist ein Abschnitt 8 des Stoffaustauschteiles einer Kolonne dargestellt, die drei jweils um 90° gegeneinander versetzt angeordnete Einbauelemente 7 enthält. Hierbei können die Lamellen z. B. aus Blech bestehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Packungskörper für Stoffaustauschkolonnen, welcher aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden, geriffelten Lamellen besteht, wobei die Lamellenriffelungen gegenüber der Kolonnenachse geneigt sind und die benachbarten Lamellen derart angeordnet sind, daß sich ihre Riffelungen kreuzen, und wobei die senkrecht angeordneten Lamellen quer zur Kolonnenachse stehende Reihen von abstandsweise angeordneten Löchern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß im ungeriffelten Zustand die Löcher (5) von benachbarten, übereinanderliegenden Lochreihen gegeneinander derart versetzt sind, daß die zwischen jeweils zwei Löchern der obersten Lochreihe liegende Fallstraße (f) Löcher von darunterliegenden Lochreihen tritft

2. Packungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (5) übereinanderliegender Lochreihen gegeneinander um einen Abstand, der größer ist als ein Lochdurchmesser, gegeneinander versetzt sind.

3. Packungskörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den übereinanderliegenden Lochreihen die Löcher (5) der uächstunteren Lochreihe in der Mitte von je zwei Löchern der nächstoberen Lochreihe liegen.