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DE2118887A1 - Fine mesh column packing - of zigzag shape exposing alternative liq film surfaces to vapour for max mass transfer - Google Patents

Fine mesh column packing - of zigzag shape exposing alternative liq film surfaces to vapour for max mass transfer

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DE2118887A1
DE2118887A1 DE19712118887 DE2118887A DE2118887A1 DE 2118887 A1 DE2118887 A1 DE 2118887A1 DE 19712118887 DE19712118887 DE 19712118887 DE 2118887 A DE2118887 A DE 2118887A DE 2118887 A1 DE2118887 A1 DE 2118887A1
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DE
Germany
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column packing
liquid
liq
guiding
vapour
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DE19712118887
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German (de)
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Ernst Dr Ing 4300 Essen Kriegel
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Fried Krupp GmbH, 4300 Essen
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Publication date
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Abstract

For max. mass transfer of vapour to liq. in columns a fine mesh or perforated packing with numerous surfaces, each inclined from the vertical mesh axis in the opposite direction from that of its neighbour above and below guides the liq. so that it exposes to the vapour first one and then the other film surface, while trickling zig-zag fashion from one inclined step to the opposing one of such liq. guiding unit. Vapour pases through channels formed between pairs of such liq. guiding units, pref. with a coarse mesh material in such channels to impart turbulence to the vapour, arranged pref. in corrugations, serving pref. also as distance pieces for the respective pair of liq. guiding units. A roughish profile of the mesh (openings) of both materials is pref. to add to the turbulence effects. The liq. guiding units are pref. formed by cutting and pressing out from a single sheet, pref. expanded metal.

Description

Kolonnenpackung Die Erfindung betrifft eine Kolonnenpackung zur Erhöhung des Stoffaustausches zwischen einem Flüssigkeitsfilm und einem Gasstrom. Zur Erzielung eines optimalen Stoffaustausches ist bereits eine Vielzahl an Packungstypen bekannt. Bei der Rektifikation im Vakuum haben sich beispielsweise insbesondere Gewebepackungen bewährt, die in Form von kleinen Zylindern oder aufgewickelten profilierten Bändern in die Kolonne eingebracht werden. Die Kosten für den Bau und den Betrieb einer Kolonne steigen prozentual mit dem Druckverlust der strömenden Medien, der erforderlichen theoretischen Trennstufenzahl und dem Preis für die Packungen. Column packing The invention relates to a column packing for elevation the exchange of substances between a liquid film and a gas flow. To achieve A large number of pack types are already known for an optimal exchange of substances. In the case of rectification in a vacuum, for example, tissue packings in particular have proven themselves proven, those in the form of small cylinders or coiled profiled strips be introduced into the column. The cost of building and running a Column increase in percentage with the pressure loss of the flowing media, the required theoretical number of plates and the price for the packs.

Bei den bekannten gebräuchlichen Gewebepackungen läuft die Flüssigkeit in einem dünnen Film senkrecht an dem Gewebe herab, während der Gasstrom im Gegenstrom in BeChrung mit der Flüssigkeitsoberfläche aufwärts strömt. Dabei behindert der Stofftransportwiderstand im Flüssigkeitsfilm den weiteren Stofftransport aus dem Gasstrom. In geringerem Maße gilt Ähnliches auch für den Gasstrom.In the case of the known, customary tissue packings, the liquid runs in a thin film perpendicular to the tissue, while the gas flow is countercurrent flows upwards in contact with the liquid surface. The hinders Material transport resistance in the liquid film prevents further material transport from the Gas flow. To a lesser extent, the same applies to the gas flow.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stoffübergang in einer Kolonnenpackung zu verbessern.The invention is based on the object of the mass transfer in a To improve column packing.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur führung des Flüssigkeitsfilms eine Vielzahl einzelner übereinander angeordneter aus der Vertikalen geneigter Flächen vorzusehen, wobei diese übereinanderliegenden Flächen gegeneinander entgegengesetzte Neigungen aufweisen und die unteren Kanten der Flächen in einer vertikalen Ebene liegen, während deren obere Kanten jeweils abweehselnd auf der einen oder der anderen Seite der durch die unteren Flächenkanten aufgespannten Vertikalebene liegen. Die zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Flächen bestehen dabei vorzugsweise aus engmaschigem Sieb- oder Gewebematerial. Sie können jedoch ebensogut auch perforiert sein.To solve this problem it is proposed according to the invention to guiding the liquid film a multitude of individual ones arranged one above the other to provide surfaces inclined from the vertical, these superimposed Surfaces have opposite inclinations and the lower edges of the surfaces lie in a vertical plane, while their upper edges are each alternating on one side or the other of the lower surface edges spanned vertical plane lie. The surfaces designated for guiding the liquid preferably consist of a close-meshed sieve or fabric material. You can however, it can also be perforated.

Der an den einzelnen übereinander angeordneten und gegeneinander geneigten Ejnzelflächen herabrieselnde Flüssigkeitsfilm vertauscht jeweils @ bei Auftreffen auf eine neue Fläche seine bisherige freie Oberfläche mit derjenigen, die bisher mit der den Flüssigkeitsfilm führenden Fläche in Berührung k stand. Durch diese zickzackförmige, die freie Oberfläche wechselnde, Strömung wird eine ständige Oberflächenerneuerung des Flüssigkeitsfilms erreicht und damit der den Stoffübergang im wesentlichen beherrschende Stofftransportwiderstand im Flüssigkeitsfilm erheblich herabgesetzt. Eine zusätzliche vorteilhafte Möglichkeit a zu einer weiteren Herabsetzung des Stofftransportwidersta:-'es in der Flüssigkeit besteht in einer Durhwirbelung des Flüssigkeitsfilmes auf den die Flüssigkeit führenden Flächen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die die Flüssigkeit führenden Flächen zu profilieren.The one arranged on top of each other and inclined towards each other Liquid film trickling down from individual surfaces exchanges each time it hits to a new area its previous free surface with the one that was previously was in contact with the surface k guiding the liquid film. Through this The zigzag flow, changing the free surface, becomes a constant renewal of the surface of the liquid film and thus the one that essentially dominates the mass transfer Substance transport resistance in the liquid film is considerably reduced. An additional advantageous possibility a for a further reduction of the mass transport resistance: - 'es in the liquid consists in a swirling of the liquid film on the the liquid-carrying surfaces. For this purpose it is proposed according to the invention, to profile the surfaces carrying the liquid.

Die in erfindungsgemäßer Weise ausgerichteten Flächen zur Führung der Flüssigkeit können als einzeln ausgebildete Flächen zu einer aus einer Vielzahl an Einzelflächen bestehenden vertikalen Flssigkeitsführungsbahn zusammengefügt werden.The surfaces aligned in accordance with the invention for guidance the liquid can be as individually formed surfaces to one vertical fluid guideway consisting of a large number of individual surfaces be joined together.

Es ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jedoch insbesondere auch vorgesehen, die gegeneinander geneigten Einzelflächen aus einer die gesamte Führungsbahn bildenden Streckmetallplatte durch du entsprechendes Einschneiden und anschließendes Ziehen oder Drücken herauszuformen. Selbstverständlich kann die in senkrechter Richtung verlaufende FlUssigkeitsbahn auch in beliebiger anderer Weise aus bzw. zu einem einheitlichen Gesamteinbauteil für eine senkrechte ilüssigkeitsfUhrungsbahn geformt werden.It is in an advantageous embodiment of the invention, however in particular also provided, the mutually inclined individual surfaces from one the entire guideway forming the expanded metal plate by cutting accordingly and then pulling or pushing them out. Of course, the Liquid path running in the vertical direction also in any other one Way from or to a uniform overall component for a vertical fluid guide track be shaped.

Zwischen den einzelnen vertikalen Flüssigkeitsführungsbahnen strömt das gasförmige Medium.Flows between the individual vertical liquid guide paths the gaseous medium.

In diesem Raum wird nach einem weiteren Schritt der Erfindung ein im wesentlichen in senkrechter Richtung verlaufendes Sieb- oder gewebeartiges Plattenmaterial eingebracht, das von dem Gasstrom durchströmt werden kann. Dieses Plattenmaterial kann profiliert und/oder gewellt sein. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Abstand zwischen den einzelnen vertikalen Flüssigkeitsrührungsbahnen durch die Profilierung und/oder Wellung dieses Plattenmaterials festzulegen. So kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Abstand zwischen je zwei Flüssigkeitsführungsbahnen durch den vert der doppelten Amplitude der Wellen des Plattenmaterials bestimmt werden. Das erfindungsgemäß in den Gasführungsraum einzubringende sieb- oder gewebeartige Plattenmaterial weist erheblich größere Durchgangsöffnungen auf als sie de zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Flächen besitzen. Das genannte Plattenmaterial soll nach der Trfindung sogar ausgesprochen weitmaschig sein.In this space, according to a further step of the invention, a screen or fabric-like plate material running essentially in the vertical direction introduced, which can be flowed through by the gas stream. This plate material can be profiled and / or corrugated. It is provided according to the invention, the distance between the individual vertical liquid agitation paths through the profiling and / or to set corrugation of this sheet material. So can with an advantageous Embodiment of the invention, the distance between two liquid guide paths determined by the vert of twice the amplitude of the waves of the plate material will. The sieve-like or fabric-like material to be introduced into the gas guide space according to the invention Plate material has significantly larger through openings than they de for guidance the liquid have certain areas. The said plate material should after the finding can even be extremely wide-meshed.

Ein Ausführungsbeispeiel der Erfindung ist in der Zeichnung dergestellt und zwar zeigen, Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß e Kolonnenpackung Fig. 2 eillen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1 Fig. 3 die Ansicht einer aus einer Art Streckmetall geformten Flüssigkeitsführungsbahn Die Kolonnenpackung ist aus Feinsiebe 1 und Grobsieben 2 aufgebaut. Die Grobsieb 2 dienen dabei als Abstandshalter, indem sie wellenförmig zwischen die Feinsiebe 1 gelegt sind. Das Material des Feinsiehes 1 ist eine Streckmetall. Die einzelnen geneigten Flächen des Feinsieches 1 werden aus zunächst plattenförmig vorliegendem siebartigen Strei metall durch Einschneiden und anschließendes Auspressen bw. Zlelien geformt. So ragen aus der ursprünglich geschlossenen siebartigen Streckmetallplatte abwechselnd nacli der einen und der anderen Seitc der Streckmetallplatte herausgeformte Siebflächen 1 heraus. Im senkrechten Schnitt entsteht dadurch eine zickackförmige Anordnung. Die Flüssigkeit strömt als Flüssigkeitsfilm 3 die geneigten Flüssigkeitsflächen herab, wobei jeweils nach Überströmen einer unteren kante die den Siebflächen 1 und dem Gasstrom 4 zugekehrten Oberflächen des Flüssigkeits films 3 vertauscht werden. Somit bildet sich eine Folge von dem Gasstrom 4 bzw. den Siebflächen 1 zugewandter Flüssigkeitsoberflächen a-b-c und a'-b'-c' aus. bei den Flüssdigkeitsoberflächen a', b' und c' geht die schwerer siedende Komponente aus dem Gasstrom l in den Flüssigkeitsfilm 3 über und reichert sich dort jeweils an der Oberfläche an. Prinzipiell nimmt der Stoffübergang mit zunehmender Anreicherung der in der Oberflächenschicht der Flüssigkeit aus dem Gasstrom 4 aufgenommenen Komponente ab und findet dabei nur in dem Maße noch statt, wie die aus dem Gasstrom 4 aufgenommene Komponente in das Innere des Flüssig keitsfilm-s hinein diffundiert. Dieser Vorgarn ist bei einem herabrieselnden Flüssigkeitsfilm geschwindigkeitsbestimmend für den Stoffübergang.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing namely, FIG. 1 shows a longitudinal section through the column packing according to the invention Fig. 2 is a section along line II-II in Fig. 1 Fig. 3 is a view of one of one Kind of expanded metal shaped liquid guideway The column packing is made of Fine sieves 1 and coarse sieves 2 built up. The coarse sieve 2 serve as spacers, by placing them in a wave shape between the fine sieves 1. The material of the fine view 1 is an expanded metal. The individual inclined surfaces of the Feinsieches 1 are from initially plate-shaped present sieve-like strip metal by cutting and then pressing bw. Zlelien shaped. So protrude from the originally closed sieve-like expanded metal plate alternating between one and the other other Seitc of the expanded metal plate formed out sieve surfaces 1 out. In the vertical This creates a zig-zag arrangement. The liquid flows as Liquid film 3 down the inclined liquid surfaces, each after overflowing a lower edge, the surfaces facing the sieve surfaces 1 and the gas flow 4 of the liquid film 3 are interchanged. Thus a sequence of that forms Gas flow 4 or the screen surfaces 1 facing liquid surfaces a-b-c and a'-b'-c '. with the liquid surfaces a ', b' and c 'the higher boiling point is used Component from the gas stream 1 into the liquid film 3 and accumulates there each on the surface. In principle, the mass transfer increases with increasing Enrichment of the absorbed in the surface layer of the liquid from the gas stream 4 component from and takes place only to the extent that that taken up from the gas stream 4 Component diffused into the interior of the liquid film. This roving is the speed-determining factor in the case of a trickling liquid film Mass transfer.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gelangt jedoch die freie Flüssigkeitsoberfläche at als Oberfläche b beim Wechsel der Siebflächen 1 mit der neuen Siebfläche 1 in Berührung, während die zunächst eine Siebfläche 1 berührende Flüssigkeitsoberfläche a zu einer mit dem Gas strom 4 in Berührung stehenden Oberfläche b' wird.With the arrangement according to the invention, however, the free liquid surface gets at as surface b when changing the sieve surfaces 1 with the new sieve surface 1 in Contact, while the liquid surface initially touching a screen surface 1 a becomes a surface b 'in contact with the gas stream 4.

Beim Überströmen der Kanten der Siebflächen 1 erfolgt jeweils eine kräftige Vermischung der gegenüberliegenden beiden Oberflächenschichten des Flüssigkeitsfilmes 5 und damit ein zusätzlicher Konzentrationsausgleich innerhalb der Flüssigkeit. Die beim Siebflächenwechsel als freie Flüssigkeitsoberfläche mit dem Gas strom 4 in Berührung tretende Flüssigkeitsoberfläche c'ist ist durch den Oberflächenwechsel wieder voll aufnahmefähig für die schwerer siedende Komponente aus dem Gasstrom 4. Ähnliches gilt für die Flüssigkeitsflächen a'-b'-c'. Der Flüssigkeitsfilm 3 steht damit von beiden Seiten der Absorption voll zur Verfügung, wobei durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Siebflächen 1 noch eine wirkungsvolle Quervermischung der Flüssigkeit 5 erzielt wird. Die zickzackförmige Führung des Flüssigkeitsfilms ruft auch eine wellenförmige Gasströmung 4 hervor, wodurch auch in dem Gasstrom eine zusätzliche Quervermischung erreicht wird. Dies wird noch durch das/,Xbstandshalter dienende Grobsieb 2 verstärkt, das vom Gasstrom 4 durchsetzt wird. Das Grobsieb 2 verläuft in Umfangsrichtung der Kolonne wellenförmig.When the flow over the edges of the sieve surfaces 1 occurs in each case one vigorous mixing of the two opposite surface layers of the liquid film 5 and thus an additional concentration compensation within the liquid. When the screen surface is changed as a free liquid surface with the gas flow 4 Liquid surface coming into contact c'ist is due to the change of surface fully absorbable again for the higher-boiling component from the gas flow 4. The same applies to the liquid surfaces a'-b'-c '. The liquid film 3 is standing thus fully available from both sides of the absorption, whereby by the invention formed sieve surfaces 1 still an effective cross mixing of the liquid 5 is achieved. The zigzag guiding of the liquid film also calls for a undulating gas flow 4 emerges, whereby an additional in the gas flow Cross mixing is achieved. This is made possible by the /, X spacer Reinforced coarse sieve 2 through which the gas stream 4 passes. The coarse sieve 2 runs in Circumferential direction of the column wavy.

Durch den doppelten Amplitudenabstand der wellen wird in einfacher Weise der horizontale abstand der Feinsiebe 1 festgelegt. Durch die Wahl eines breiten Gasströmungskanals kann der Druckverlust in der Kolonne äußerst gering gehalten werde.The double amplitude spacing of the waves makes it easier Way the horizontal distance of the fine sieves 1 is set. By choosing a wide one Gas flow channel, the pressure loss in the column can be kept extremely low will.

Patentansprüche: Patent claims:

Claims (1)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Kolonnenpackung zur Erhöhung des Staoffaustausches zwischen einem Flüssigkeitsfilm und einem Gas strom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Flüssigkeitsfilms (3) eine Vielzahl einzelner übereinander angeordneter aus der Vertikalen geneigter Flächen (1) vorgesehen ist, wobei diese übereinanderliegenden Flächen (1) gegeneinander entgegengesetzte Neigungen aufweisen und die unteren Kanten dieser Flächen (1) in einer vertikalen Ebene liegen, während deren obere Kanten jeweils abwechselnd auf der einen oder der anderen seite der durch die unteren Flächenkanten aufgespannten Vertikalebene liegen. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Column packing to increase the Stagnation exchange between a liquid film and a gas stream, characterized in that that for guiding the liquid film (3) a plurality of individual ones arranged one above the other from the vertical inclined surfaces (1) is provided, these superimposed Surfaces (1) have opposite inclinations and the lower edges these surfaces (1) lie in a vertical plane, while their upper edges alternately on one or the other side of the through the lower surface edges spanned vertical plane lie. . Kolonnenpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daIS die zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Flächen (1) aus engmaschigem Sieb- oder Gewebematerial bestehen.. Column packing according to claim 1, characterized in that the Surfaces (1) made of close-meshed sieve or fabric material designed to guide the liquid exist. 5. Kolonnenpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Fläachen (1) perforiert sind.5. column packing according to claim 1, characterized in that the surfaces (1) intended for guiding the liquid are perforated. 4. Kolonnenpackung nach Anspruch i,2oder .3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Flächen (1) profiliert sind.4. Column packing according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the surfaces (1) intended for guiding the liquid are profiled. 5. Kolonnenpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Einzelflächen (1) jeweils in einer Vertikalebene als eine zusammenhancroende Platte (5) ausgebildet sind.5. column packing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the individual surfaces (1) intended for guiding the liquid each formed in a vertical plane as a contiguous plate (5) are. 6. Kolonnenpackung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen zur Führung der Flüssigkeit bestimmten Flächen (1) aus einer Art Streckmetallplatte (5) herausgeformt sind.6. column packing according to claim 5, characterized in that the individual surfaces (1) made of a kind of expanded metal plate for guiding the liquid (5) are molded out. 70 Kolonnenpackung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Vertikalebenen mit Flächen (1) sieb- oder gewebeartiges Plattenmaterial (2) vorgesehen ist.70 column packing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that between two vertical planes with surfaces (1) sieve or fabric-like plate material (2) is provided. 8. Kolonnenpackung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das sieb- oder gewebeartige Plattenmaterial (2) profiliert und/oder gewellt ist.8. column packing according to claim 7, characterized in that the screen-like or fabric-like plate material (2) is profiled and / or corrugated. 9. Kolonnenpackung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sieb- oder gewebeartige Plattenmaterial (2) derartig gewellt ist, daß der Wert der doppelten Amplitude dieser Wellen den Abstand zwischen zwei Vertikalebenen der Flächen (1) festlegt. 9. column packing according to claim 8, characterized in that the screen- or fabric-like plate material (2) is corrugated such that the value of the double the amplitude of these waves the distance between two vertical planes of the surfaces (1) specifies. 10. Kolonnenpackung nach einem dethnsprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das sieb- oder gewebeartige Plattenmaterial (2) größere Durchgangsöffnungen aufweist als sie die zur Führung der tlüssigkeit bestimmten Flächen (1) besitzen.10. Column packing according to any of the claims 7 to 9, characterized in that that the screen-like or fabric-like plate material (2) larger through openings than they have the surfaces (1) intended for guiding the liquid. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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