DE29724271U1

DE29724271U1 - Strukturierte Mehrzweckpackung

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Publication number: DE29724271U1
Application number: DE29724271U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2007-01-16

Description

31.03.00

HC/RC 580362G

Prof. Dr.-lng. A. Gorak
Fuchsweg 26
D 58454 Witten

Dipl.-Ing. Lars Kreul
Sonnenstraße 148
D 44139 Dortmund

Strukturierte Mehrzweckpackung

Die Erfindung betrifft eine strukturierte Mehrzweckpackung mit mindestens Zweifachfunktionalität aus Stofftrennungs- und Zweitfunktionalitätselementen, wobei letztere jeweils aus abgeschlossenen Kammern bestehen, die mit physikalisch, chemisch oder biologisch wirksamem Material im Sinne der \ Zweitfunktionalität gefüllt sind, und Volumen und Anzahl der Kammern und Elemente entsprechend den Prozeßanforderungen in optimierender Weise variiert werden können.

In der verfahrenstechnischen Industrie und im Umweltschutz kann es von Vorteil sein, physikalische Transportvorgänge, z.B. die Stofftrennung und Destillation, Rektifikation oder Absorption, mit chemischen, biologischen oder anderen physikalischen Vorgängen wie der reaktiven bzw. bakteriellen Umwandlung, Adsorption, etc. als Zweitfunktionalität simultan in einer Prozeßeinheit durchzuführen, je nach betrachtetem Stoffsystem und speziellen

Prozeßanforderungen sollte es dabei möglich sein, einerseits die Kontaktflächen zwischen den unterschiedlichen fluiden Phasen als entscheidende Einflußgröße für den Stoff austausch, andererseits die Verweilzeiten sowie die aktiven Oberflächen als Einflußgrößen der Zweitfunktionalität in unterschiedlicherweise zu variieren, um den Prozeß in möglichst optimaler Weise durchführen zu können. Um dies zu realisieren, benötigt man auf das Einsatzziel zugeschnittene Einbauten mit Mehrzweckeignung, d.h. mindestens zweifacher Funktionalität und hoher Flexibilität.

Für bestimmte heterogen katalysierte Reaktionen in Flüssigphasen werden sogenannte Katalysierende Festbettreaktoren eingesetzt. EP 0 396 650 bzw. EP 0 631 813 A1 zeigen derartige Vorrichtungen, die stapelartig angeordnete Packungselemente aufweisen, die jeweils aus längs der Hauptströmungsrichtung ausgerichteten Lagen zusammengesetzt sind. Die Innenräume der Packungsteile werden durch parallele Kanäle gebildet, die in Form einer reliefartigen Profilierung der Wände vorliegen. Im letzteren (EP 0 631 813 A1) berühren sich im Innenbereich des Packungsteils die Wände punktuell und sind teilweise durch Punktschweißung oder Nieten verbunden. In beiden Fällen ist das Innere der verbundenen Lagen so ausgestaltet, daß die Befüllung der gesamten Zwischenräume mit Katalysatormaterial durch Aufgabe des Materials an der Packungsoberseite, d.h. von einem einzigen Füllpunkt erfolgen kann. Die Packungselemente der Katalysierenden Festbettreaktoren eignen sich auch für einen katalytischen Destillationsprozeß (Rektifikation), insbesondere dann, wenn sie in einer Kolonne gemeinsam mit sogenannten strukturierten Packungen eingesetzt werden, die der reinen Stofftrennung dienen.

Nachteil der bekannten Vorrichtungen ist ihre begrenzte Eignung für die physikalische Stofftrennung, sowie ihre mangelnde Mehrzweckeignung und Flexibilität. Die bekannten Festbettreaktoren sind in der Lage, chemische Reaktionen zu katalysieren, ihre Trennwirkung ist allerdings begrenzt. Die zur Stofftrennung notwendigen Kontaktflächen sind gering. Zudem ist es nicht möglich, einerseits die Reaktivzonen, andererseits die Kontaktflächen im Hinblick auf die speziellen Erfordernisse der betrachteten Stoffsysteme in optimierender

Weise zu variieren. Die bekannten Vorrichtungen lassen sich daher in ihrer bisherigen Form nicht als Mehrzweckpackungen im obigen Sinne bezeichnen.

Darüber hinaus müssen die bisherigen Vorrichtungen nach ihrem erstmaligen Einsatz ständig berieselt und feuchtgehalten werden, wodurch der operative Aufwand für den Einsatz der Packungselemente des Katalysierenden Festbettreaktors steigt. Ein wiederholtes Trocknen muß vermieden werden, da das Katalysatormaterial (z.B. Ionenaustauscherharze) beim Befeuchten aufquillt und beim Trocknen schrumpft. Als Folge kommt es zur Ansammlung der Katalysatorpartikel im untersten Packungsbereich, da alle Bereiche eines katalysierenden Segments durchgehend miteinander verbunden sind. Beim erneuten Befeuchten und Quellen führt dies zu einer unerwünschten Aufweitung des unteren Packungsteils. Dies kann zu erheblichen Schwierigkeiten beim Ausbau und erneuten Einbau der Packung führen.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine strukturierte Mehrzweckpackung zu schaffen, die eine problemorientierte Anpassung ihrer Stofftrennungsgfähigkeiten sowie der Wirksamkeit der chemischen, biologischen oder physikalischen Zweitfunktionalität ermöglicht.

Die strukturierte Mehrzweckpackung besteht aus sich alternierend abwechselnden Lagen von Stofftrennungselementen und Zweitfunktionselementen. Die Zusammenstellung der funktionalen Teile erfolgt im Bausatzprinzip, so daß Lagen unterschiedlicher Funktionalität verschieden zusammengestellt und einfach ausgetauscht werden können. Darüber hinaus ist es möglich, Anzahl und Volumen der Zweitfuntionlitätselemente sowie die Anzahl der Strofftrennungselemente je nach betrachteter Aufgabe zu variieren, wobei einerseits die Stofftrennungseigenschaften, andererseits die Wirksamkeit der Zweitfuntkionalität auf die Notwendigkeiten des betrachteten Stoffsystems ausgerichtet werden können. Auf diese Weise wird eine sehr große Einsatzflexibilität der Mehrzweckpackung erreicht. Ihre Nutzbarkeit ist daher nicht auf bestimmte heterogen katalysierte Rektifikationssysteme beschränkt, sie eignet sich vielmehr auch für andere Simultankombinationen wie die reaktive Absorption, die Stofftrennung mit simultaner biologischer Umwandlung usw.

Die Kammerbauweise der Zweitfunktionalitätselemente erlaubt es, die Mehrzweckpackung zu trocknen, ohne daß es zu der beschriebenen Ansammlung des Füllmaterials im unteren Teil der Elemente kommen kann. Der operative Aufwand beim Einsatz der Mehrzweckpackungen wird so reduziert, ohne ihre Ein- bzw. Ausbauflexibilität zu mindern.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung. Die Erfindung bezieht sich u.a. auch auf die Anwendung bei der sogenannten reaktiven Rektifikation, der reaktiven Absorption sowie der Adsorption, einschließlich der Adsorption in Biofilmen. Sie bezieht sich weiterhin auch auf Kombinationen unterschiedlicher physikalischer Strofftrennungsmechanismen, wie der Rektifikation, Absorption etc. Erstfunktionlität, sowie z.B. der Adsorption oder Extraktion als Zweitfunktionalität.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschreiben. Es zeigen:

Fig. 1a,b,c eine Draufsicht verschiedener Ausführungen der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung,

Fig. 2a,b ausschnittweise eine Vorderansicht verschiedener Ausführungen

des Zweitfunktionlitätselements der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung mit abgeschlossenen Kammern,

Fig. 3a,b ausschnittweise eine Seitenansicht verschiedener Ausführungen

des Zweitfunktionlaitätselements der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung mit abgeschlossenen Kammern,

Fig. 4a,b eine perspektivische Ansicht verschiedener Ausführungen der

erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung mit Zweitfuntionalitätselementen und Stofftrennungselementen,

Fig. 5a,b eine Vorderansicht verschiedener Ausführungen des

Zweitfunktionalitätselements der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung mit zerlegten Wänden.

Die in Fig. 1a,b,c dargestellten Stofftrennungselemente 1 sowie die Zweitfunktionalitätselemente 2 sind in Lagen alternierend angeordnet, vergl. Fig.4. Anzahl und Volumen der Zweitfunktionalitätselemente sowie die Anzahl der Stofftrennungselemente können je nach betrachteter Aufgabe variiert werden, beispielhaft dargestellt ist dies in den unterschiedlichen Ausführungen in Fig. 1a,b,c. Es können daher sowohl die Aufenthaltszeiten und wirksamen Oberflächen in den Zweitfunktionalitätselementen, als auch die Kontaktflächen in den Stofftrennungselemente auf das betrachtete Stoffsystem zugeschnitten werden. Bei der Montage können die Zweitfunktionlitätselemente wie in Fig. 1c durch fluiddurchlässige Stabilisierungsbleche 10 verstärkt werden, dies ist jedoch aus funktionalen Gründen nicht zwingend erforderlich. Vergl. Fig. 1a,b. In Fig. 2a,b ist eine Vorderansicht verschiedener Ausführungen eines Zweitfunktionalitätselementes zu erkennen. Signifikant für alle Ausführungen sind die vollständig abgeschlossenen, hinreichend kleinen Kammern 3, die beispielsweise mit katalytischem, adsorbierendem oder biologisch wirksamen Material gefüllt sind. Die Wände der Kammern sind einerseits fluiddurchlässig, andererseits undurchlässig für das Füllmaterial. Wie in Fig.2b können in einer horizontalen Lage mehrere Kammern 3 angeordnet werden, die in der nächst tieferen Lage alternierend versetzt werden könne. Ebenso ist es möglich, wie in Fig. 2a in jeder horizontalen Lage nur eine abgeschlossene Kammer anzuordnen

Fig. 3a,b zeigt Seitenansichten eines Zweitfunktionalitätselementes mit abgeschlossenen Kammern 3. Die Kammern entstehen, indem die Ober- und Unterseiten der Seitenwände 4a und 4b der Zweitfunktionalitätselemente sowohl an den Außenrändern 5 also auch in den Kammerzwischenräumen 6 fest zusammengefügt werden, z.B. geschweißt oder genietet, so daß die Kammern bezüglich des Füllmaterials dicht abgeschlossen sind. Es ist sinnvoll, einen geringen Freiraum zwischen den Zweitfunktionalitätselementen und den Rändern der Packung zu belassen, um ein Umfließen der Zweitfunktionalitätelemente zu erleichtern.

Fig. 4a,b zeigt eine perspektivische Ansicht eines Elementes der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung. Man erkennt die in Lagen alternierende Anordnung der unterschiedlichen Funktionsteile. Die Stofftrennunsgselemente 1, die funktional ausschließlich der Stofftrennung dienen, bestehen aus strukturierten Gewebebahnen bzw. Blechen 7 mit unterschiedlicher Profilierung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich die Orientierung der Kanäle der Gewebebahnen alternierend verändert. Es können verschiedenste Ausführungen von strukturierten Gewebebahnen eingesetzt werden, die Auswahl der geeignetsten erfolgt im Sinne der zielgerichteten Optimierung in bezug auf das Einsatzziel der Mehrzweckpackung. Die Zusammenstellung der funktionalen Teile erfolgt nach einem Bausatzprinzip. Auf diese Weise wird eine sehr große Einsatzflexibilität der Mehrzweckpackung erreicht. An ihren Berührpunkten 11 können die unterschiedlichen funktionalen Einheiten fest verbunden werden, hierauf kann jedoch im Dienste einer größeren Flexibilität verzichtet werden. Ein Kragen 8 mit lappenartigen Vorsprüngen 9, wie bei strukturierten Packungen üblich, umschließt die Funktionselemente fest und stabilisiert die Mehrzweckpackung darüber hinaus in der Kolonne.

Das gezeigte Packungselement ist für eine Mehrzweckkolonne mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, die Realisierung der Mehrzweckpackung ist jedoch grundsätzlich für alle Querschnitte möglich.

Fig. 5a,b zeigt verschiedene Ausführungen des Aufbaus eines Zweitfunktionalitätselemtes. Zwei vorgeformte Gewebebahnen 4a und 4b werden zusammengefügt. Die entstehenden Kammern 3 werden vor dem Verschließen gefüllt. Eine vollständige Füllung der Kammern ist dabei nicht erforderlich. Die Füllmenge ist ebenfalls variable im Sinne der zielgerichteten Optimierung in bezug auf den Einsatzzweck.

Die strukturierte Mehrzweckpackungen können ebenfalls mit flüssigem Füllmaterial, z.B. katalysierenden Flüssigkeiten oder Absorptions-, bzw. Extraktionsmitteln, verwendet werden. Dazu müssen die Wände der Zweitfuntionalitätselemente aus für die Füllungsflüssigkeit undurchlässigen Membranen bestehen, die für mindestens ein Fluid, bzw. mindestens eine Fluidkomponente, permeable sind, und die, falls notwendig, mit einer Metallgewebeschicht gestützt werden.

Fig. 4a,b zeigt eine perspektivische Ansicht eines Elementes der erfindungsgemäßen Mehrzweckpackung. Man erkennt die in Lagen alternierende Anordnung der unterschiedlichen Funktionsteile. Die Stofftrennungselemente 1, die funktional ausschließlich der Stofftrennung dienen, bestehen aus strukturierten Gewebebahnen bzw. Blechen 7 mit unterschiedlicher Profilierung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich die Orientierung der Kanäle der Gewebebahnen alternierende verändert. Es können verschiedenste Ausführungen von strukturierten Gewebebahnen eingesetzt werden, die Auswahl der geeignetsten erfolgt im Sinne der zielgerichteten Optimierung in bezug auf das Einsatzziel der Mehrzweckpackung. Die Zusammenstellung der funktionalen Teile erfolgt nach einem Bausatzprinzip. Auf diese Weise wird eine sehr große Einsatzflexibilität der Mehrzweckpackung erreicht. An ihren Berührpunkten 11 können die unterschiedlichen funktionalen Einheiten fest verbunden werden, hierauf kann jedoch im Dienste einer größeren Flexibilität verzichtet werden. Ein Kragen 8 mit lappenartigen Vorsprüngen 9, wie bei strukturierten Packungen üblich, umschließt die Funktionselemente fest und stabilisiert die Mehrzweckpackung darüber hinaus in der Kolonne.

Fig. 5a,b zeigt verschiedene Ausführungen des Aufbaus eines Zweitfunktionalitätselementes. Zwei vorgeformte Gewebebahnen 4a und 4b werden zusammengefügt. Die entstehenden Kammern 3 werden vor dem Verschließen gefüllt. Eine vollständige Füllung der Kammern ist dabei nicht erforderlich. Die Füllmenge ist ebenfalls variable im Sinne der zielgerichteten Optimierung in bezug auf den Einsatzzweck.

Die strukturierten Mehrzweckpackungen können ebenfalls mit flüssigem Füllmaterial, z.B. katalysierenden Flüssigkeiten oder Absorptions- bzw. Extraktionsmitteln, verwendet werden. Dazu müssen die Wände der Zweitfunktionalitätselemente aus für die Füllungsflüssigkeit undurchlässigen Membranen bestehen, die für mindestens ein Fluid, bzw. mindestens eine

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Fluidkomponente, permeabel sind, und die, falls notwendig, mit einer Metallgewebeschicht gestützt werden.

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Claims

1. Strukturierte Mehrzweckpackung mit Stofftrennungselementen (1) und Zweitfunktionalitätselementen (2), wobei die Stofftrennungselemente (1) aus strukturierten Gewebebahnen, bzw. Blechen (7) gebildet sind und die Zweitfunktionalitätselemente (2), jeweils abgeschlossen und hinreichend kleine Kammern (3) aufweisen, die mit physikalisch, chemisch oder biologisch wirksamem Füllmaterial gefüllt sind und die Wände der Kammern (3) für das Füllmaterial undurchlässig und für mindestens ein Fluidmedium im Prozeß durchlässig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stofftrennungselemente (1) und die Zweitfunktionalitätselemente (2) in Lagen alternierend so angeordnet sind, daß Lagen unterschiedlicher Funktionalität verschieden zusammengestellt und austauschbar sind.

2. Strukturierte Mehrzweckpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Zweitfunktionalitätselemente (2) aus Metallgewebe, oder aus für die Katalysatorflüssigkeit undurchlässigen Membranen bestehen, die für mindestens ein Fluid, bzw. mindestens eine Fluidkomponente permeabel sind und die insbesondere mit einer Metallgewebeschicht gestützt sind.

3. Strukturierte Mehrzweckpackung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Kammern (3) zwei Seitenwände (4a, 4b) der Zweitfunktionalitätselemente (2) sowohl an ihren Außenrändern (5) also auch in den Kammerzwischenräumen (6) fest zusammengefügt sind.

4. Strukturierte Mehrzweckpackung nach eine der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Kammern (3) der Zweitfunktionalitätselemente (2) aus Ionenaustauscherharze, Aktivkohle, Trägermaterial mit Biofilm, Extraktionsmittel, sowie in fester Form, als Granulat als auch in Flüssiger Form besteht.

5. Strukturierte Mehrzweckpackung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitfunktionalitätselemente (2) durch zusätzliche Zwischenbleche stabilisiert sind.