DE2722556B2 - Kolonnenfüllung aus folienartigem Material mit feingeriffelten Rieselflächen für den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen zwei fluiden Medien - Google Patents

Description

Kolonnenfüllung nach Anspruch 1, dadurch

den glatten Abschnitten gelocht sind.

3. Kolonnenfüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den feingeriffelten Abschnitten pro 3 mm Abschnittshöhe 1 — 10 Riffelungen angeordnet sind.

4. KolpnpenfüIIung nach_ Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritlelung aus einer Riliung besteht

5. KolonnenfüUung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der KolonnenfüUung als Einbauelement mit geordneter Struktur auf den Rieselflächen die glasten und feingeriffelten Abschnitte in Richtung der Fallinie der Flüssigkeit abwechselnd angeordnet sind.

6. KolonnenfüUung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Einbaueleimptes aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berühreHen, gefalteten Lamellen, wobei die Faltung der Lamellen im Winkel zur Kolonnenachse liegt, die "Äillui·^ der feingeriffelten Abschnitte zur Kolonnenachse einen Winkel bildet, der das entgegengesetzte Vorzeichen des entsprechenden Winkels der Faltung aufweist

Die Erfindung betrifft eine Kolonnenfüllung acs foiienartigem Material mit feingeriffelten Rieselflächen für den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen zwei fluiden Medien, insbesondere zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas.

Die KolonnenfüUung kann aus einer großen Anzahl geschütteter, ungeordneter Füllkörper, wie z.B. aus Raschigringen, Paliringen oder dergleichen mit durchgehend feingeriffelten Rieselflächen bestehen, wie sie beispielsweise in der DE-AS 12 71 675 beschrieben sind. Außerdem kann die Kolonnenfüllung auch aus Einbauelementen mit geordneter Struktur, die auch als Packungskörper bezeichnet werden, aufgebaut werden.

Eine Ausführungsform derartiger Einbauelemente ist z.B. aus der DEOS 1667182 bekannt Ein solches Einbauelement besteht aus einer in senkrechter Richtung angeordneten Folie, die in der Form einer Spirale um eine senkrechte Achse angeordnet ist und deren Rieselflächen bildende Oberflächen eine Feinriffelung aufweisen können.

Die Erfindung hat es sieh zur Aufgabe gemacht, durch eine geeigente Ausbildung der Rieselflächen von Kolonnenfüllungen aus folienartigem Matrial den Stoff· und Wärmeaustausch zu beschleunigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rieselflächen abwechselnd glatte und feingeriffelte Abschnitte aufweisen, wobei sich die einzelnen Bei Ausbildung einer KolorinenfüUung als Einbauelement mit geordneter Stp^tur sind auf den Rieselflächen die glatten und feingeriffelten Abschnitte in Richtung der Fallinie der Flüssigkeit abwechselnd angeordnet Besteht das Einbauelement aus parallel zur Kolonnenachse angeordneten, sich berührenden, gefalteten Lamellen, und besteht die Femnffelirag 'aus ^eiifer Riliung, so bildet die Rillung der feingeriffelten Abschnitte zur Kolonnenachse vorzugsweise einen Winkel der das entgegengesetzte Vorzeichen des entsprechenden Winkels der Faltung aufweist

Bei aus gefalteten Rieselflächen bestehenden Einbauelementen folgt die Flüssigkeit hauptsächlich den von den Faltungen gebildeten Talsohlen, d.h. es tritt eine

Kanalisierung der Flüssigkeit auf, und die Rieselflächen

werden nicht mehr gleichmäßig von der Flüssigkeit berieselt

Bei Ausbildung der Feinriffelung als Rillen, können

diese in horizontdsr Richtung verlaufen, jedoch besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß der Winkel zwischen der Feinrillung und der Kolonnenachse zwischen 15—90* und der entsprechende Winkel zwischen der Faltung und der Kolonnenachse im Bereich von ca. 15—60" liegt In diesem Fall wird nämlich die seitliche Ausbreitung der Flüssigkeit auf den

Rieseloberflächen noch durch die in den Rieseltälern

wirksam werdende Schwerkraft verstärkt

Bei allen die Erfindung unrJassenotet Ausführungsfor-

men von Kolonnenfüllungen treten folgende Vorgänge auf:

Auf den Rieselflächen strömt die Flüssigkeit als Film abwärts. Der Stoff· bzw. Wärmeaustausch erfolgt durch Diffusionsvorgänge von der Gasphase in den Flüssig· keitsfilm und umgekehrt

Diese Vorgänge finden nach der sogenannten Zwei-Filmtheorie statt

Die Zeit die ein Molekül benötigt, um aus dem Kern der Gasströmung in den Kern der Flüssigkeit zu gelangen, setzt sich aus zwei Teilschritten zusammen. Zuerst gelangt das Molekül aus dem Kern der Gasströmung an die Phasengrenzfläche. Im zweiten Schritt gelangt es von der Phasengrenzfläche bis in den Kern der Flüssigkeit

Mit Hilfe der Erfindung wird erreicht, daß der zweite Schritt wesentlich beschleunigt wird

Auf den feingeriffelten Abschnitten der Rieselflächen ist der Flüssigiteiisfiim wesentlich dicker als auf den glatten Abschnitten, wobei auf letzteren häufig keine

Filmbildung sondern eine Rinnsalbildung auftritt

Beim Obergang der Flüssigkeit von einer Zone zur anderen ändert sich die Filmdicke, und es entsteht eine neue Flüssigkeitsoberfläche. Dabei gelangen Teilchen aus dem Flüssigkeitskernstrom an die Oberfläche und umgekehrt

Diese mechanische Bewegung ist um ein Vielfaches rascher als die Bewegung der Moleküle durch Diffusion. Dieses hat zur Folge, daß Konzentrations- bzw.

T?mpenitun?8t«r$cfu>4 nicht ijjlefpe durch Diffusion, sondern durch nwche Bewegung der einzelnen Flüssigkeitsteijejfen gegeneinander abgeglichen werden. Hierdurch wird der Stoff- bzw. Wärmeaqs. tausch verbessert,

Die Erfindung wird im folgenden anband von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert

In der F i g. 1 ist perspektivisch eine Rieselfläche und

in F i g, la eui Detail davon vergrößert dargestellt;

die Fig.2 und 3 zeigen andere Ausführungsformen einer Rieselfläche;

inIPig.4 ist in schematischer Weise ein Strömungsband für eine abgewickelte Rieselfläche und

in Fig.4a eine Seitenansicht längs der Schnittlinie IVa-IVa der F ig. 4 dargestellt;

die Fig.5, 6 und 7 zeigen in perspektivischer Darstellung ein Einbauelement, das aus parallelen Rieselflächen gebildet ist, sowie ein Einbauelement aus einem spiralförmig aufgewickelten Band und einen Füllkörper, wie er in Kolonnen mit Füllkörperschüttungen angewendet wird;

in der F i g. 8 ist ein Teil einer Kolonne mit arei gemäß F i g. 5 ausgebileten Einbauelementen dargestellt

Die Rieselfläche 1 der Fi g. 1 weist eine Grobfaltung mit Zacken 2a und Talsolen 2b auf. Unter dem Begriff Faltung soll im Sinne der Erfindung sowohl eine zackenals auch eine wellenförmige Profilierung verstanden werden.

Die Rieselfläche, die aus Metall, z.B. Kupfer, rostfreiem Stahl oder Monell oder auch aus einem Kunststoff bestehen kann, ist senkrecht zur Kolonnenachse abwechselnd in einzelne glatte und feingeriffelte Abschnitte 3 und 4 unterteilt Die Feinrillung 5 ist in den Abschnitten 4 unter einem Winkel angeordnet, der entgegengesetzt zum Neigungswinkel der Faltung liegt Die RiffeUänge und Riffelhöhe liegt vorteilhaft in der Größenordnung von 0,3—3 mm. Vorteilhaft beträgt der Winkel zwischen der Feinriffelung und der Kolonnenachse 15—60°, wobei der erstgenannte Winkel das entgegengesetzte Vorzeichen zum zweitgenannten Winkel aufweist

Die glatten Abschnitte 3 sind mit einer Anzahl von Löchern 6 versehen. Vorteilhaft weisen die Löcher einen Durchmesser in der Größenordnung von ca. 4 mm auf und nehmen insgesamt nicht mehr als 5—20% der « gesamten Rieseloberfläche ein.

Die in Fig.2 dargestellte Ausführungsform einer Rieselfläche stimmt mit Fig. 1 bis darauf überein, daß auch die feingeriffelten Abschnitte 4 abstandsweise gelocht sind. so

Fig.3 zeigt die Ausführungsform einer Rieselfläche, bei welcher die glatten Abschnitte 3' und die feingeriffelten Abschnitte 4' nicht senkrecht zur Kolonnenachse angeordnet sind, sondern einen Winkel gegen diese einschließen.

In Fig.4 ist ein Strömungsbild für eine abgewickelte Rieselfläche i" in schematischer Weise und in Fig.4a eine Seitenansicht längs der Schnittlinie IVa-IVa der Fig.4 dargestellt Die Abschnitte 3" weisen eine Feinriffelung 5" auf, während der Abschnitt 4" eine glatte Oberflache besitzt und ebenfalls wie die feiitgeriffelten Abschnitte eine Mehrzahl von Löchern «"aufweist.

Das Str5mungspiid stellt den Fell dar, in dem d.1-3 Flüssigkeit aber die Abschnitte 3"" als Film abwärts rieselt, während auf der glatten Oberfläche ,die Flüssigkeit in kleinen Rinnsalen, die durch die Löcher G" mindestens zum Teil seitlich abgelenkt werden, strömt

Die F i g, 5 zeigt Rieselflächen 1, die wie in F i g. 1 -3 ausgebildet sein können. Diese Rieselflächen sind in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschließend aufeinandergelegt und zu einem Einbauelement vereinigt und sodann in den Austauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden, wobei erwähnt sei, daß nur ein Teil der das Einbauelement bildenden Rieseiflächen dargestellt ist Das Element könnte auch aus parallelen, ungefalteten Rieselflächen aufgebaut sein, wobei die Abstände benachbarter Schichten in bekannter Weise durch Abstandshalter sichergestellt sind.

Die F i g. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung ein spiralig aufgewickeltes, fischgrätartig gefaltetes Rieselflächen bildendes Band zur Herstevmg eiues Wickelkörpers. Die Rieselflächen sind in lehgeriffeite Abschnitte 3 und glatte Abschnitte 4 unterteilt

Der Wickelkörper könnte auch aus einem ungefalteten Band bestehen, wobei in bekannter Weise die Abstände von benachbarten Schichten durch Abstandshalter eingehalten werden.

In Fig.7 ist ein als Raschigring ausgebildeter Füllkörper 8 mit feingeriffelten Abschnitten 9 und glatten Abschnitten 10, wobei letztere Löcher 11 aufweisen, dargestellt, wie er in Kolonnen verwendet wird, deren Stoff- bzw. Wärmeaustauschteil Schüttungen von derartigen Füllkörpern enthält Der Füllkörper könnte auch eine andere für Füllkörperschüttungen bekannte Ausbildung, wie z. B. Sättel, Ringe mit Steg und dergl. aufweisen.

In der F i g. 8 ist ein Abschnitt 15 des Austauschteiles einer Kolonne 16 dargestellt der drei jeweils um 90° gegeneinander versetzt angeordnete EinLauelcmente 17,18,19 enthält Die Einbauelemente sind hierbei aus den erfindungsgemäß ausgebildeten Rieselflächen in Schichten zusammengesetzt (vergl. F i g. 5).

An den unteren Teilen der Einbauelemente sind als Kragen ausgebildete Ableitelemente 20 befestigt die den Ringspalt zwischen Packungskörper und Kolonnenwand abdichten und die bewirken, daß an der Innenwand abfließende Flüssigeit an der Unterseite jedes Einbauelementes nach innen geleitet wird. Solche Kragen können auch auf verschiedener Höhe der Einbauelemente angeordnet sein.

Zwecks einer über den Kolonnenquerschnitt gleichmäßig verteilten Ableitung der Flüssigkeit in den sich an das unterste Einbauelement anschließenden Verdampfertei' der Kolonne kufen die Lamellen dieses Einbaiielemenies an ihrer Unterseite in Zacken 21 aus.

In der Kolonne 16 können selbstverständlich auch Wickelkörper, wie vorstehend beschrieben, als Einbauelement oder Füllkörperschüttungen eingesetzt sein.

Bei großen Kolonnendurchmessern von beispielsweise 1 m und mehr kann das Einbauelement aus mehreren nebeneinander angeordneten Teilen bestehen. Diese einzelnen Teile werden vom Kolonnenmantel zusammengehalten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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   Rieselflächen abwechselnd glatte und feingeriffelte

   .AbjäsSajitte^^^

   Abschnitte über eine Höhe von mindestens 5 mm

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