DD227885A1

DD227885A1 - Kolonnenpackung fuer stoff- und waermeaustausch- und mischprozesse

Info

Publication number: DD227885A1
Application number: DD26826684A
Authority: DD
Inventors: Freimut Storz; Andreas Zahn; Erwin Schwarz; Kurt Winkler
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1985-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Packung zur Kontaktierung bzw. Mischung einer oder mehrerer fluider Phasen zum Zwecke der Stoff- und Waermeuebertragung bzw. der Homogenisierung. Ziel ist eine Packung mit hoher Trennwirkung bei geringen Druckverlusten. Die Aufgabe besteht in der Realisierung einer druckverlustarmen, aber intensiven Mikromischung innerhalb kleiner Volumenbereiche, gekoppelt mit einer ebenfalls druckverlustarmen umfassenden Quervermischung der beteiligten fluiden Phasen. Dies wird erreicht, indem aus verdrillten Einzelelementen bestehende und zu Paketen zusammengefasste Matten parallel zur Hauptstroemungsrichtung angeordnet werden, wobei die Einzelelemente eine Windungszahl h5/m aufweisen und innerhalb der Matten gegenueber der Hauptstroemungsrichtung mit einem Neigungswinkel a von vorzugsweise 15a45 geneigt angeordnet sind, und die Neigung der Einzelelemente von Matte zu Matte alterniert. Fig. 2

Description

251/6083/111

Kolonnenpackung für Stoffaustausch-, Wärmeaustausch- und Mischprozesse

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kolonnenpackung mit geordneter Struktur. Sie wird in Apparaten zur Kontaktierung bzw. Mischung einer oder mehrerer fluider Phasen eingesetzt, um Prozesse der Stoff- und Wärmeübertragung wie Sorption, Rektifikation, Extraktion des direkten Wärmeaustausches und der Mischung bzw. Homogenisierung effektiver zu gestalten·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es sind Kolonneneinbauten bekannt, die aus einer Vielzahl parallel angeordneter und mit ihrer Längsachse vertikal orientierter Einzelelemente bestehen und die Einzelelemente aus spiralig aufgewickeltem Rundmaterial gefertigt sind (Brit. chem· Eng. a. Proc. Tech. 16 (1971) 1018). In der PS-DE-2 848 678 wird eine geordnete Packung beschrieben, die sich in der Regel aus vertikal angeordneten, schraubenförmig gewendelten Materialstreifen zusammensetztj

Der Hauptnachteil beider Packungen ist, daß eine Durchmischung der Phasen in radialer Richtung der Packung nahezu ausgeschlossen ist. Die fehlende Quervermischung der flüssigen Phase wirkt sich dabei besonders negativ aus. Sie führt zu einer relativ niedrigen Stoffaustauscheffektivität und erfordert zusätzlich hohe Aufwendungen für eine geregelte und gleichmäßige Beaufschlagung der Packung mit den fluiden Phasen.

11.1084-O2O3883

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Packung für Stoffaustausch-, Wärmeaustausch- und Mischprozesse, die neben einer hohen Belastbarkeit und geringen Druckverlusten auch eine sehr gute Austauscheffektivität aufweist und fertigungstechnisch leicht herzustellen ist,

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, durch eine zweckentsprechende Anordnung von an sich bekannten Einzelelementen eine gute radiale Durchmischung der fluiden Phasen zu erreichen, ohne den Druckverlust und die Belastbarkeit negativ zu beeinflussen.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diea dadurch erreicht, daß aus verdrillten Einzelelementen bestehende und'zu Paketen zusammengefaßte Matten parallel zur Hauptströmungsrichtung angeordnet werden, wobei die verdrillten Einzelelemente eine Windungszahl ^ S~ P-^o Meter Länge aufweisen und innerhalb der Matte gegenüber der Hauptströmungsrichtung mit einem Neigungswinkel oC von vorzugsweise 15°<o^ fi 45° geneigt angeordnet sind· Die Neigung der Einzelelemente alterniert; von Matte zu Matte· Zur Erzielung einer Packung mit möglichst hoher spezifischer Oberfläche können in Abhängigkeit von der Windungszahl der Einzelelemente solche bevorzugten Neigungswinkel der Einzelelemente eingestellt werden, bei denen ein Ineinandergreifen der Einaelelemente benachbarter Matten erfolgt. Die Höhe der Mattenpakete beträgt " vorzugsweise 100 bis 250 mm· In Strömungsrichtung nacheinander folgende Packungspakete sind vorzugsweise gegeneinander um einen Winkel von 30° bis 90° gedreht angeordnet· Eine besondere Ausgestaltung der Packung sieht vor, daß die Windungszahl der Einzelelemente innerhalb der Packung in Abhängigkeit vom Abstand zur Kolonnenachse unterschiedlich und vorzugsweise in den Randbezirken niedriger ist· Damit wird der allgemeinen Neigung von Packungs- und Füllkörper kolonnen entgegengewirkt, daß die Flüssigkeit in Richtung Kolonnenwand und die Gasphase in Richtung Kolonnenachse abgedrängt wird.

Mit einer speziellen Anordnung der Einzelelemente wird eine weitere Erhöhung der spezifischen Packungsoberfläche und des Austauschverhaltens erreicht. Hierbei besteht eine Matte jeweils aus 3 Lagen in gleicher Richtung geneigter Einzelelemente. Die Einzelelemente der mittleren Lage sind jeweils sandwichartig mit einer 1/4 Umdrehung gegenüber den Einzelelementen der äußeren Lage gedreht in die Zwickelräume zwischen den beiden äußeren Lagen eingefügt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

verdrilltes Einzelelement (Aufriß), Ausschnitt einer Matte aus einer Lage verdrillter Einzelelemente,

Orientierung der Einzelelemente benachbarter Matten, Schnitt durch eine Matte aus 3 Lagen von sandwichartig angeordneten Einzelelementen in einer Höhe, die der Ebene A-A in Fig. 2 entspricht.

Die erfindungsgemäße Packung ist aus Matten 2 entsprechend Fig. 2 aufgebaut, die parallel zur HauptStrömungsrichtung 3 angeordnet sind und aus verdrillten Einzelelementen 1 entsprechend Fig. 1 zusammengesetzt sind. Die Einzelelemente 1 sind dabei gegenüber der HauptStrömungsrichtung 3 geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel^ beträgt vorzugsweise 15°<c^ ^ 45°. Entsprechend Fig. 3 .alterniert die Neigung der Einzelelemente benachbarter Matten, erkenntlich an der Orientierung der Längsachsen 4,4 der Einzelelemente 1.

Eine Matte 2 bestellt in der Regel aus einer Lage von Einzelelementen 1, kann jedoch zur Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Packung auch entsprechend Fig. 4 aus 3 Lagen bestehen, wobei die Einzelelemente 1 der mittleren Lage dann mit jeweils 1/4 Umdrehung gegenüber den Einzelelementen der äußeren Lagen gedreht in die Zwickelräume zwischen den beiden äußeren Lagen eingefügt sind.

Die Einzelelemente 1 können aus allen durchbrochenen oder un-

durchbrochenen Materialien wie Blech, Kunststoff, Gewebe, Keramik bestehen^ sofern das Material in die entsprechende gedrillte Form gebracht wird·

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Packung ist wie folgt: Bei Stoff- und Wärmeaustauschprozessen zwischen fluiden Medien wie z· B, Dampf (Gas) und Flüssigkeit werden diese Medien vorzugsweise im Gegenstrom durch die Packung geführt. Die Flüssigkeit strömt dabei überwiegend als Film. Durch die Verdrillung und Schräglage der Einzeleleusenrtei in den Matten 2 wird ein geradliniger, wenig austauschwirksamer Durchgang der Medien ausgeschaltet· Die Verdrillung und vor allem die alternierende Schräglage der Einzelelemente 1 von Matte zu Matte erzwingt eine kontinuierliche, aber druckverlustarme Durchmischung der Gas- und Flüssigkeitsphase und eine laufende Zusammenführung und Ueuverteilung der Phasen zwischen den einzelnen Strömungskanälen über den ganzen Packungsquerschnitt hinweg, so daß eine radiale Ungleichverteilung der Phasen praktisch ausgeschlossen ist. Werden bei höheren Gasbelastungen von Kanten der Einzelelemente 1 Tropfen aus dem Flüssigkeitsfilm abgerissen, werden diese aufgrund der Schräglage und der Verdrillung der Einzelelemente 1 erzwungenen Umlenkung der Gasphase immer wieder an den Einzelelementen 1 abgeschieden. Insgesamt führt das aufgezeigte Strömungsverhalten zu einem verbesserten Austauschverhalten gegenüber anderen Packungen (hohe Austauschkoeffizienten bei geringen Druckverlusten und hoher Belastbarkeit)· Die Herstellung der Einzelelemente 1, ihre Zusammenfassung zu Matten 2 und die Montage dieser Matten zur Packung sind leicht beherrschbare Arbeitsgänge· Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Packung ist, daß sie auch als statischer Mischer mit hoher Effektivität zur Homogenisierung bzw· Mischung von Stoffströraen mischbarer oder nichtmischbarer fluider Phasen eingesetzt werden kann, wobei die Stoffströme dann meist im Gleichstrom durch die Packung geführt werden.

Claims

Patentanspruch

1. Packung für Stoffaustausch-, Wärmeaustausch- und Mischprozesse in ein und mehrphasigen fluiden Systemen, bestehend aus einer regelmäßigen Anordnung verdrillter Einzelelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrillten Einzelelemente (1) eine Windungszahl ¹^- pro Meter Einzelelementlänge von vorzugsweise Ti ^: S aufweisen, in geeigneter Weise zu Matten (2) verbunden sind, die Matten (2) parallel zur Hauptströmungsrichtung (3) orientiert und die Einzelelemente (1) innerhalb einer Matte (2) gegenüber der Hauptströmungsrichtung (3) mit einem Neigungswinkel cL von vorzugsweise 15°4 ^ 1 45° geneigt angeordnet sind·

2. Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Einzelelemente (1) in den Matten (2) zur Hauptströmungsrichtung (3) von Matte zu Matte alterniert.

3· Packung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Windungszahl Tz der Einzelelemente (1) bevorzugte Neigungswinkel o£ eingestellt werden, bei denen ein Ineinandergreifen der Einzelelemente (1) benachbarter Matten (2) erfolgt.

4. Packung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl 72-der Einzelelemente (1) in Abhängigkeit vom Abstand zur Kolonnenachse unterschiedlich, vorzugsweise im Umfangsbereich der Packung niedriger ist.

5. Packung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matte (2) aus jeweils 3 Lagen verdrillter Einzelelemente( besteht, wobei die Einzelelemente (1) der mittleren Lage sandwichartig mit jeweils einer 1/4 Umdrehung gegenüber den Einzel elementen (1) der äußeren Lagen gedreht in die Zwickelräume zwischen den beiden äußeren Lagen eingefügt sind.

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