DE10008983A1 - Verfahren zur Herstellung einer Packung für den Stoff- und Wärmeaustausch - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen (1), welche schräg verlaufende Wellen (5) aufweisen. Die Packungsbleche (1) werden so zusammengefügt, daß sich die Wellen (5) benachbarter Packungsbleche (1) kreuzen. Vor dem Zusammenfügen der Packungsbleche (1) wird bei zumindest einem Teil der Packungsbleche (1) in einem Randbereich (3) entlang einer Kante (6) jedes dieser Packungsbleche (1) mindestens eine Flanke (8) jeder Welle so auf das jeweils benachbarte Wellental (5) gefaltet, daß die Kante (6) einen sägezahnartigen Verlauf erhält (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen, welche schräg verlaufende Wellen aufweisen, wobei die Packungsbleche so zusammengefügt 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 Strömungswiderstand für das Gas aufweist als in dem restlichen Packungsbereich. Dies wird in einer Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Packungsbleche der Packung in dem unteren Bereich keine Wellung aufweisen. Die Erniedrigung des Gasströmwiderstandes ermöglicht einen höheren Gasdurchsatz durch die Packung bevor der Flutpunkt erreicht wird, d. h. bevor das nach oben strömende Gas das Hinunterfließen der Flüssigkeit verhindert.

Neben den gasseitigen Druckverlusten und der Höhe des Flutpunktes ist der Wirkungsgrad einer geordneten Packung bei der Destillation und Rektifikation oder allgemein beim Wärme- und Stoffaustausch abhängig von der Gas- und Flüssigkeitsströmung, der Gas- und Flüssigkeitsverteilung und der Flüssigkeitsdurchmischung. Diese Parameter werden insbesondere durch die Verhältnisse an den Übergängen zwischen einzelnen Packungsschichten beeinflußt. Die aus der oben genannten EP 707 885 bekannte Packung besitzt zwar einen niedrigeren Gasströmwiderstand 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 Flüssigkeits- und Gasverteilung über den Packungsquerschnitt. Bei der Strömungsumlenkung zwischen zwei Packungsschichten, und insbesondere zwischen zwei Packungsschichten mit um einen bestimmten Winkel verdrehten Strömungskanälen, muß daher das Zusammenlaufen von Flüssigkeit entlang von Spalten bzw. der erhöhte Gasdurchsatz entlang von Spalten oder Stößen möglichst vermieden werden. Auch aus leichten Schrägstellungen der Packungsschichten können Rinnsale bzw. Flüssigkeitsfehlverteilungen resultieren. Aufgrund der Dichte und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ziehen schon geringe Flüssigkeitsanhäufungen weitere Flüssigkeit mit, wodurch sich Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung zusätzlich verstärken.

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 beschriebenen Nachteile des Standes der Technik möglichst vermieden werden. Insbesondere sollen der Flutpunkt erhöht, die Gasströmung verbessert und Flüssigkeitsfehlverteilungen verhindert werden. Zudem soll die Packung fertigungstechnisch einfach zu realisieren sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem vor dem Zusammenfügen 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 sägezahnartigen Verlauf erhält. Bei einer erfindungsgemäßen Packung besitzen die Unterkanten der Packungsbleche, die in dem Randbereich keine Kanäle aufweisen, einen sägezahnartigen Verlauf.

Durch die erfindungsgemäße Faltung der Wellenberge auf die Wellentäler wird in dem Randbereich der Packung zum einen der Strömungswiderstand für das Gas verringert, zum anderen stellt der sägezahnartige Verlauf der Blechunterkanten eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung sicher. Die Sägezahnspitzen 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 gleichmäßig auf die darunterliegende Packungsschicht abzutropfen.

Unter Wellen werden im Rahmen dieser Anmeldung auf den Packungsblechen vorhandene Strukturen verstanden, die Strömungskanäle für die auf den Packungsblechen 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 gelöst werden, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor dem Zusammenfügen 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 Flüssigkeitsführung und damit ein gleichmäßiges Abtropfen der Flüssigkeit zur Folge hat.

Eine Packung besteht aus einer Vielzahl von aneinandergrenzenden 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 Wellenhöhe in dem Übergangsbereich die Wellenhöhe in dem mit Kanälen versehenen Bereich nicht übersteigt. Durch das erfindungsgemäße Einschneiden der Bleche vor dem Falten werden Stauchungen, die zu solchen unzulässigen Maßtoleranzen führen könnten, verhindert.

Vorteilhaft ist es, einen Teil der Bleche oder alle Bleche in dem Randbereich einzuschneiden und zusätzlich so zu falten, daß die Kante einen sägezahnartigen Verlauf erhält. Beide Maßnahmen verbessern die Flüssigkeitsverteilung 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 Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Packungsblech in der Draufsicht,

Fig. 2 die Ansicht der Unterkante einer ersten Ausführungsform und

Fig. 3 die Ansicht der Unterkante einer zweiten Ausführungsform.

In einer Rektifiziersäule 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 Strömungskanäle 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.

Fig. 1 zeigt ein Packungsblech 1, wie es erfindungsgemäß 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 Strömungskanäle 5 ergeben. Der Hauptbereich 2 leistet im Betrieb den wesentlichen Beitrag zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen dem in der Rektifiziersäule nach oben strömenden Gas und der durch die Strömungskanäle 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. Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle 5 daher nicht bis in den Randbereich 3 des Packungsblechs 1 fortgeführt. Der Randbereich 3 ist im wesentlichen eben und weist höchstens eine leichte Wellung auf, deren Wellenhöhe deutlich unter der im Hauptbereich 2 liegt. Beim Einsatz zeigt eine solche Packung im Randbereich 3, d. h. am unteren Packungsende bzw. zwischen zwei Packungsschichten, einen geringeren Strömungswiderstand für das nach oben strömende Gas, wodurch die Gefahr des Flutens der Packung deutlich herabgesetzt wird.

Wesentlich für den Wirkungsgrad einer Packung ist ferner die Flüssigkeitsverteilung über den Packungsquerschnitt. Der Stoß zwischen zwei Packungsschichten ist bisher eine Schwachstelle hinsichtlich der Flüssigkeitsverteilung. Erfindungsgemäß besitzt daher die untere Kante 6 des Packungsblechs 1 ein sägezahnförmiges Aussehen. Dadurch sammelt sich die aus den Strömungskanälen 5 des Hauptbereichs 2 austretende und im ebenen Randbereich 3 weitgehend undefiniert fließende Flüssigkeit an den Spitzen 7 der sägezahnartig verlaufenden Kante 6. Diese Spitzen 7 dienen als Abtropfstellen für die Flüssigkeit, wodurch ein regelmäßiges und fest verteiltes Abtropfen der Flüssigkeit erzielt wird.

Die erfindungsgemäße 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 Packungsschichten definiert verteilt. Beide Faktoren bewirken eine bessere Flüssigkeits- und Gasströmung in der Packung, welche den Packungswirkungsgrad deutlich erhöhen.

Zur Herstellung derartiger Packungsbleche 1 werden dünne Metallbleche zunächst gefaltet oder gewellt, so daß die beschriebenen Strömungskanäle 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 Wellentäler 5 eingeebnet werden und sich das überschüssige Blechmaterial jeweils im Bereich der Wellenflanken 8 z-förmig zusammenfaltet. Dies ist in Fig. 2 zu erkennen, die die Sicht auf die untere Blechkante 6 zeigt. Zur Verdeutlichung ist das Blech des Randbereichs 3 als durchgezogene Linie dargestellt, während die dahinterliegende Faltung des Hauptbereichs 2 gestrichelt gezeichnet ist. Diese Faltung ergibt in der Packungsblechebene, d. h. in Fig. 1 in der Zeichenebene, einen im Vergleich mit dem Hauptbereich 2 im wesentlichen ebenen Randbereich 3. Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird die ursprünglich gerade verlaufende untere Packungsblechkante 6 sägezahnartig umgeformt.

In einem alternativen Herstellverfahren werden die Wellen 4, 5 nach dem ersten Verfahrensschritt, d. h. nachdem das Blech 1 über seine gesamte Fläche mit Strömungskanälen versehen worden ist, in dem Randbereich 3 jeweils entlang des Wellenberges 4 eingeschnitten. Anschließend werden die Wellenberge 4 und Wellentäler 5 im Randbereich 3 zusammengedrückt. Die Einschnitte in die Wellenberge 4 sind etwa 1 bis 3 mm tiefer als die Breite des zusammengedrückten Randbereichs 3. Als Resultat erhält man wiederum einen im wesentlichen ebenen Randbereich 3 mit einer sägezahnartigen Kante 6, wobei das Blech in der Seitenansicht nicht mehr z-förmig gefaltet ist, sondern, wie in Fig. 3 gezeigt, jeweils die zwischen zwei ursprünglichen Wellenbergen 4 liegenden Blechstücke überlappen 9.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen, welche schräg verlaufende Wellen aufweisen, wobei die Packungsbleche so zusammengefügt werden, daß sich die Wellen benachbarter Packungsbleche kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenfügen der Packungsbleche (1) bei zumindest einem Teil der Packungsbleche (1) in einem Randbereich (3) entlang einer Kante (6) jedes dieser Packungsbleche (1) mindestens eine Flanke jeder Welle so auf das jeweils benachbarte Wellental (5) gefaltet wird, daß die Kante (6) einen sägezahnartigen Verlauf erhält.

2. Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen, welche schräg verlaufende Wellen aufweisen, wobei die Packungsbleche so zusammengefügt werden, daß sich die Wellen benachbarter Packungsbleche kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenfügen zumindest ein Teil der Packungsbleche (1) von einer Kante (6) jedes dieser Packungsbleche (1) ausgehend eingeschnitten wird und in einem Randbereich (3) entlang der Kante (6) mindestens eine Flanke (8) jeder Welle auf das jeweils benachbarte Wellental (5) gefaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsbleche (1) in dem Randbereich (3) so gefaltet werden, daß die Kante (6) einen sägezahnartigen Verlauf erhält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsbleche (1) weiter, bevorzugt 1 bis 3 mm weiter, als die Breite des Randbereichs (3) eingeschnitten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 0 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (3) eine Breite senkrecht zur Kante (6) des Packungsblechs (1) von 1 bis 20 mm, bevorzugt 5 bis 10 mm besitzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Welle entlang eines Wellenberges (4) und/oder entlang eines Wellentales (5) eingeschnitten wird.

7. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkanten (6) der Packungsbleche (1), die in dem Randbereich (3) keine Kanäle (5) aufweisen, einen sägezahnartigen Verlauf besitzen.