DE1107201B

DE1107201B - Fuellkoerper fuer Wasch-, Absorptions- und Destillationskolonnen

Info

Publication number: DE1107201B
Application number: DED20513A
Authority: DE
Inventors: Roger S Chamberlin; Lake Jackson; Douglas E Lake; Frederick E Dulmage
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1954-06-04
Filing date: 1955-05-23
Publication date: 1961-05-25
Also published as: FR1130730A; GB768316A

Description

BIBLIOTHEK DES DEUTSCHE«

Es sind Füllkörper für Wasch-, Absorptions- und Destillationskolonnen von ungefähr kugeligem Profil mit einem symmetrischen Teil bekannt, der eine nach innen gebogene Achse und eine nach außen gebogene Achse hat, die rechtwinklig zur ersten Achse steht, wobei der sattelförmige Bauteil auf jeder Fläche von mindestens einer flachen Rippe geschnitten wird, die längs der nach außen gebogenen Achse und senkrecht zu dieser Fläche gerichtet ist, wobei jede Rippe eine bogenförmige Außenkante hat.

Die am meisten benutzten Füllkörper für Wasch-, Absorptions- und Destillationskolonnen sind Ring- und Sattelfüllkörper. Ringkörper, die ungeordnet in eine Waschkolonne od. dgl. geworfen werden, nehmen Stellungen ein, in denen ihre Oberflächen für eine einwandfreie und wirksame Gas-Flüssigkeits-Berührung unzugänglich sind. Die theoretische Zahl der Flüssigkeitskanäle wird daher im Betrieb nicht erreicht, und diese Packungen ergeben einen hohen Druckabfall. Werden die allgemein bekannten Sattelkörper ungeordnet in eine Waschkolonne od. dgl. geworfen, so befinden sich viele dieser Sättel nicht in der wirkungsvollen Stellung. Diese Sättel schachteln sich ineinander, vermindern die zur Verfügung stehende Oberfläche für die Gas-Flüssigkeits-Berührung und hindern den Gasstrom, wie sich an den Druckabfallwerten zeigt. Ein gewisses Ineinandergreifen kann in einer vollgefüllten Waschkolonne od. dgl. erwünscht sein, um den Seitendruck zu vermindern. Jedoch müssen Schachtelungen, die die wirksame Kontaktfläche vermindern, auf jeden Fall verhütet werden.

Mit der Erfindung sollen nun Füllkörper für Wasch-, Absorptions- und Destillationskolonnen geschaffen werden, bei denen nur wenig Neigung zum Ineinanderschachteln vorhanden ist, die ferner einen geringen Druckabfall verursachen und keine Neigung zeigen, Strömungskanäle für die Flüssigkeiten zu bilden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sich die Rippen von dem Sattel bis zu einer Berührungslinie mit der Oberfläche eines gedachten umhüllenden Sphäroides erstreckt.

Fig. 1 bis 3 und 5 sind schaubildliche Ansichten von fünf verschiedenen Formen der neuen Füllkörper;

Fig. 4 ist eine ähnliche schaubildliche Ansicht, wobei gewisse Abschnitte weggeschnitten sind, um den dargestellten Aufbau besser zu zeigen;

Fig. 6 und 7 sind teilweise geschnittene Ansichten zweier anderer Ausführungen, und

Fig. 8 ist eine Draufsicht einer anderen Form.

Füllkörper für Wasch-, Absorptions-
und Destillationskolonnen

Anmelder:

The Dow Chemical Company,
Midland, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Juni 1954

Roger S. Chamberlin, Lake Jackson, Tex.,

Douglas E. Lake, Midland, Mich.,
und Frederick E. Dulmage, Saginaw, Mich.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Der in Fig. 1 dargestellte Füllkörper besteht aus einem sattelförmigen Bauteil 18 und zwei Rippen 19, von denen jede das bogenförmige Segment einer runden Scheibe ist. Jede Rippe 19 ist fest mit dem Sattel 18 verbunden und steht senkrecht zum Sattel 18 längs einer unterschiedlichen Hauptachse des Sattels, wobei die eine Rippe auf der einen Fläche des Sattels und die andere Rippe auf der gegenüberliegenden Fläche des Sattels, und zwar rechtwinklig zur ersten Rippe, befestigt ist. Es ist nicht notwendig, daß der Sattel 18 in Fig. 1 gelocht ist, da bei dieser Ausführung selbst bei Verwendung eines ungelochten Sattels keine Zelle zum Ansammeln von Flüssigkeit vorhanden ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Füllkörper ist dem in Fig. 1 dargestellten Körper ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Rippen eine etwas abweichende Form haben. Bei dieser Ausführung hat jede Rippe 20 parallele Kanten 21, die sich von den Enden der gebogenen Achsen des Sattels zu der Ebene des Mittelpunktes 22 des Sattels erstrecken und bogenförmige Umrisse haben, die die parallelen Kanten miteinander verbinden.

Der in Fig. 3 dargestellte Füllkörper entspricht dem in Fig. 2 dargestellten Körper, wobei jedoch zwei Paare von Schienen 23 vorgesehen sind, um die Ver-

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Schachtelungsmöglichkeit der Füllkörper zu vermindern. Jede Schiene 23 ist an ihrem einen Ende mit dem Sattel 18 an einem Ende seiner nach innen gebogenen Achse verbunden und ragt von dieser Stelle zu einem nahe dem Scheitel der Rippe 20 befindlichen Punkt, der von der querliegenden oder nach außen gebogenen Achse vorsteht.

Andere Ausführungen des Füllkörpers sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Bei diesen Ausführungen sind zwei sich senkrecht schneidende Rippen 20 und 24 auf jeder Fläche des Sattels 18 vorhanden. Die Rippe 20 erstreckt sich längs der nach außen gebogenen Achse des Sattels, während sich die Rippe 24 längs der nach innen gebogenen Achse erstreckt. Die Rippen 20 und 24 haben verschiedene Umfangskrümmungen, damit der Scheitel jeder Rippe sich am gleichen Punkte 25 befindet. Bei diesen Ausführungen ist der Sattel 18 nahe seinem Mittelpunkt 22 (Fig. 4) oder über einen so großen Teil seiner Fläche (Fig. 5) gelocht, daß eine Ansammlung von Flüssigkeit in dem von dem Sattel 18 und den sich schneidenden Rippen 20 und 24 gebildeten vollwandigen Winkel verhütet wird.

Fig. 8 zeigt, daß mehrere Rippen auf jeder Fläche des Sattels 18 vorgesehen werden können. In der dargestellten Ausführung sind drei Rippen vorhanden, die sich an dem Mittelpunkt 25 schneiden. Eine dieser Rippen kann der Rippe 20 der bereits beschriebenen Ausführung ähneln, während die anderen Rippen eine solche Umfangskrümmung haben müssen, daß sie dem Körper einen Sphäroidumriß geben.

Bei den unter Verwendung eines Sattels 18 in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungen kann der Sattel verschiedenartige Krümmungen längs jeder Achse aufweisen. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, bei der der Winkel Alpha zwischen den zu den Enden einer auswärts gebogenen Achse des Sattels liegenden Tangenten eine Größe zwischen 45 und 135° haben kann.

Der Einfachheit halber werden sattelförmige Scheiben verwendet, bei denen die Größe des Winkels Alpha etwa 90° beträgt.

Die verschiedenen Krümmungsradien von vorteilhaften Ausführungsformen sind in Fig. 7 angegeben, wobei R2= 1,533 Rl = 1,226 R3 ist.

Als Material für die neuen Füllkörper können, je nach Beschaffenheit der zu behandelnden Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe, keramische Stoffe, Glas.

ίο Holz oder organische Kunstharze oder Kunststoffe verwendet werden. Sollen die Füllkörper bei wäßrigen Flüssigkeiten mit Temperaturen weit unter 90 ~ C verwendet werden, so können sie aus Polystyrol bestehen.

Die Größe der in einem bestimmten Falle zu verwendenden Füllkörper hängt weitgehend von der Größe des zu füllenden Turmes ab. Füllkörper mit größerem Durchmesser als 25 oder 50 mm sind unpraktisch in Türmen von kleinerem Durchmesser als

zo 30 cm, während Körper mit einem Durchmesser von 100 mm in Türmen von Durchmessern über 60 cm praktisch verwendbar sind. In Türmen mit einem Durchmesser über 90 cm können Füllkörper von 150 mm gut verwendet werden.

Es wurden Messungen über den Druckabfall an einem Turm von 750 mm Durchmesser ausgeführt, und zwar jeweils mit verschiedenartigen Füllkörpern unter gleichen Betriebsverhältnissen bei einem Wasserstrom und einem Luftgegenstrom. In jedem Falle wurde der Turm bis zur Normalhöhe mit dem zu untersuchenden Füllkörper gefüllt, und Wasser wurde von der Kopfseite des Turmes mit einer Geschwindigkeit von 1,6 cm/sec herabgerieselt, während Luft am Fuß des Turmes mit einer Geschwindigkeit von 50 cm/sec eingeführt wurde. Der gemessene Druckabfall und die verschiedenen anderen Daten der verschiedenartigen Packungen sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Füllkörperart	I	Bekannte Sattelkörper	[	Nenngröße	Druckabfall in cm je 10 cm Tiefe	Einheiten	Relative Gewichte	Oberflächen in m-
			Bekannte Ringkörper \	mm	der Packung	je dm³	je dm³ *)	je dm³ der Packung
			I	50,8	0,051	13,8	0,042	0,145
Füllkörper nach Fig. 3 der	76,2 95,25	0,041 0,029	3,9 1,9	0,038 0,035	0,092 0,076
.bninaung	102,6	0,023	0,96	0,035	0,056
152,4	0,019	0,5	0,032	0,043
50,8	0,081	12	0,043	0,135
95,25	0,055	4,5	0,04	0,095
95,98	0,038	1,8	0,037	0,069
116,84	0,029	0,9	0,035	0,053
142,24	0,024	0,5	0,034	0,043
50,8	0,25	5,9	0,079	0,092
76,2	0,079	1,7	0,086	0,063
101,6	0,034	0,7	0,093	0,046

^!i) Berechnet auf die relativen Gewichte, wenn alle Körper aus dem gleichen Material hergestellt sind.

In einer ähnlichen Reihe von Versuchen wurde die in Fig. 7 dargestellte Ausführung mit den normalen handelsüblichen Füllkörpern unter verschiedenen Betriebsverhältnissen der Luft- und Wassergeschwindigkeit verglichen, um den Druckabfall festzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgezeichnet.

Tabelle

■Wässer geschwindigkeit cm/sec	Luft geschwindigkeit cm/sec	Bekannte E 50,8 mm	Druckabfall ringkörper 76,2 mm	in	cm je 10 cm Tiefe der Packung Bekannte Sattelkörper 50 mm 70 mm	0,35 0,21	Füllkörper nach Fig. 7 95,2 mm
0,97	50 125	0,135 0,85	0,051 0,29		0,052 0,3	0,08 0,15	0,018 0,085
2,27	50 72,5	0,5 0,85	0,135 0,24		0,127 0,23	0,135 0,44	0,045 0,078
3,25	50 100	geflutet geflutet	0,3 0,85		0,25 0,8	0,078 0,22

Um den Wirkungsgrad der Füllkörper zu bestimmen, wurde unter Verwendung der gleichen Füllkörper wie in Tabelle 2 eine wäßrige Flüssigkeit, die
ein flüchtiges Lösungsmittel in einer bestimmten Konzentration enthielt, am Kopf des Turmes zugeführt. 20 sind in Tabelle 3 dargestellt. Um das flüchtige Lösungsmittel aus der Lösung aus

zutreiben, wurde Luft im Gegenstrom eingeleitet. Das anfallende Wasser wurde analysiert, um den Prozentgehalt des nach der Behandlung zurückgebliebenen Lösungsmittels zu bestimmen. Die Ergebnisse

Tabelle

Flüssigkeitsgeschwindigkeit

cm/sec

Luftgeschwindigkeit

cm/sec

Prozent des in "^fässer verbliebenen Lösungsmittels

Bekannte Ringkörper 50,8 mm i 76,2 mm Bekannte Sattelkörper
50,8 mm 70 mm

Füllkörper

nach Fig. 7

95,2 mm

2,27
0,97

72,5

17,5
9,3

34,3

20

9,6 38,5 21

12,4

36,5

11,5

37,5

18,0
10,0
35,0

Die neuen Füllkörper zeigen also nicht nur einen ge- Füllkörper größer sind als die bekannten, ist die da-

ringeren Druckabfall als die bekannten Füllkörper, mit erzielte gleiche oder höhere Wirksamkeit beson-

sondern weisen auch gleichzeitig eine mindestens 35 ders überraschend, wie sich dies aus der Tabelle 4

ebenso gute Wirksamkeit auf. Obgleich die neuen ergibt.

TabeUe

Hohlraum zwischen den gepackten Füllkörpern Relative Stapeldichte
(bei gleichem Füllkörpermaterial)

Oberfläche der Füllkörper in m² je dm³
der Packung

Bekannte Ringkörper, 50 mm
Bekannte Sattelkörper, 50 mm
Bekannte Sattelkörper, 62 mm
Füllkörper nach Fig. 7, 93 mm

69,6 71,5 85,1 91,1 3,09
2,79
1,37

1,0

0,092
0,135
0,095
0,076

Hieraus geht hervor, daß mit den erfindungsgemäßen Füllkörpern eine größere Leistung je Einheit der Oberfläche erzielt wird als mit den bekannten Füllkörpern und daß sehr viel weniger Material zur Herstellung der neuen Fühlkörper erforderlich ist als zur Herstellung von bekannten Füllkörpern.

Außer den in den Zeichnungen dargestellten Formen sind auch noch andere Ausführungen möglich. Auf den Sattelflächen können z. B. mehrere Zapfen oder Teilrippen vorgesehen werden, die sich Vorzugsweise bis zu einer Stelle erstrecken, die in der Nähe der Oberfläche eines gedachten umhüllenden Sphäroids liegt. Wenn derartige Rippen und Stifte Oberflächenwellungen haben, die senkrecht zum Sattel gerichtet sind, wird eine bessere Gas-Flüssigkeit-Berührung in einem mit diesen Füllkörpern gefüllten Turm erhalten als bei einer glatten Ausbildung der entsprechenden Flächen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Füllkörper für Wasch-, Absorptions- und Destillationskolonnen von ungefähr kugeligem Profil mit einem symmetrischen sattelförmigen Teil, der eine nach innen gebogene Achse und eine nach außen gebogene Achse hat, die rechtwinklig zur ersten Achse steht, wobei der sattelförmige Bauteil auf jeder Fläche von mindestens einer flachen Rippe geschnitten wird, die längs der nach außen gebogenen Achse und senkrecht zu dieser Fläche gerichtet ist, wobei jede Rippe eine bogenförmige Außenkante hat, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die Rippen von dem Sattel bis zu einer Berührungslinie mit der Oberfläche eines gedachten umhüllenden Sphäroides erstreckt.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine flache Rippe in Querrichtung zur ersten Rippe angeordnet ist.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der eine Bauteil gelocht ist.

4. Füllkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den an den Enden der auswärts gebogenen Achse des Sattels gelegten Tangenten vorhandene eingeschlossene Winkel etwa 45 bis 135 Winkelgrade beträgt.

5. Füllkörper nach Anspruch 4, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Winkel 90° beträgt.

6. Füllkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Rippen mit tiefen Nuten versehen sind.

7. Füllkörper nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Fläche des Sattels eine Rippe vorhanden ist und daß sich von den Enden der einwärts gebogenen Achse des Sattels Schienen zum Scheitel der Querringe erstrecken.

8. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der eine großflächige Bauteil eine gewellte Oberfläche hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 349 442, 522 572,
889, 817 449;
USA.-Patentschrift Nr. 2 348 208.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen