DE2724988B2

DE2724988B2 - Stoffaustauschpackung

Info

Publication number: DE2724988B2
Application number: DE2724988A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr.-Ing. Heyelebreck-Cosel Hehlmann; Pikon Prof. Dr.-Ing. Gleiwitz Jerzy
Original assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLEIWITZ (POLEN)
Current assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLEIWITZ (POLEN)
Priority date: 1976-06-12
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1979-05-03
Also published as: SU698519A3; JPS5533921B2; GB1520863A; NL171663C; DE2724988A1; FR2354128A1; DD131993A5; CS196367B2; PL101424B1; ES458895A1; US4290980A; NL7706376A; DE2724988C3; FR2354128B1; ATA390877A; NL171663B; JPS5325273A; AT371367B

Description

Gegenstand der Erfindung; ist ein* Stoffaustauschpakkung zur Durchführung von Arbeitsgängen, wie Absorption, Desorption, Destillatic t, Rektifikation, Befeuchten oder Trocknen von Gasen, Extraktion, Entstauben von Gasen und der direkten Wärmeübertragung.

Es sind Packungen bekannt (Tadeusz Hobler, Dyfuzyjny ruch masy i absorbery WNT, Warszawa 1976), die aus Raschigringen, Berl-Sätteln, Pallringen, Bialecd-Ringen oder Rosten bestehen, und die damit gefüllten Kolonnen sind als Säulen ausgeführt (s. z. B. US-PS. 35 76 317, DE-PS 12 26 077, DL-PS 67 968).

Die Packung wird von oben durch die auf der Packungsfläche in der Austauschsäule nach unten abfließende Flüssigkeit berieselt. Das zu behandelnde Gas wird von unten zugeführt und strömt im ständigen Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm durch die Packung.

Die Füllkörperkolonnen weisen den Nachteil auf, daß die auf den freien Querschnitt bezogenen Durchflußgeschwirdigkeiten des Gases gering sind, womit eine geringe Effektivität des Stoffaustausches und große Abmessungen der Vorrichtung verbunden sind. Bei großen Säulenquerschnitten ist die Menge der zur Sicherung einer richtigen Packungsflächenberieselung erforderlichen Flüssigkeit hoch.

Derartige Vorrichtungen sind durch geringe Elastizität gekennzeichnet, welche durch die Möglichkeit des »Verse hluckens« der Säule, richtige Berieselung der Packwigsfläche und die sogenannte Bachbildung begrenzt ist Bei großen Kolonnenhöhen besteht die Notwendigkeit, die Säule zu teilen oder Leitbleche anzuwenden, die die Flüssigkeit von der Wand zur Mitte leiten.

Die ebenfalls zum Stoffaustausch verwendeten Säulen mit Böden in Form von Glockenböden, Siebbeden. Rostböden. Ventilböden u. a. (s. z. B. DL-PS 87 013, DE-PS 15 42 242, US-PS 35 73 172) erlauben es auch nicht, die Durchflußgeschwindigkeit des Gases wesentlich zu erhöhen, weil das zu Gasdurchschlägen führt, was die gleichmäßige Flüssigkeitsausbreitung, insbesondere in den große Abmessungen aufweisenden

Kolonnen erschwert, und man beobachtet unstabiles Arbeiten im Falle von großen Änderungen im Mengendurchsatz des Gases und der Flüssigkeit Es sind auch Packungen bekannt, die Zellensl-uktur

ίο aufweisen, wobei die Zellen durch die Wände von Gittern oder gitterartigen Schichten gebildet werden. Derartige Packungen werden auch als Grid-Packungen bezeichnet Durch die Anordnung einer Vielzahl von Gittern oder gitterähnlichen Schichten übereinander

is können wie üblich säulenförmige Kolonnen gefüllt werden.

Derartige Packungen sind z. B. aus »Chemical Engineering Frogress 10 (1957), S. 501—505 und der FR-PS 4 13 159 bekannt Da die Wände der Gitter senkrechte ebene Flächen sind, weist eine Packung gemäß diesen Literaturstellen eine innere Struktur auf, die als räumliches System von sich teilenden parallelen Kanälen beschrieben werden kann, wobei die Flüssigkeit als Film an den Kanalwänden abfließt und von dem entgegenströmenden Gas nur überstrichen wird. Der dabei erzielbare Stoff- oder Wärmeaustausch ist nicht optimal. Eine etwas aeders geformte Packung ist aus der DE-AS 1544 027 bekannt wobei hierbei die die Packung bildenden Schichten keine echten Gitter mit Zellenstruktur sind, sondern durch Stege verbundene Rippen, so daß durch eine solche Packung Hohlräume gebildet werden, die sich über die ganze Breite der Kolonne erstrecken. Die auf die Kolonnen aufgegebene Flüssigkeit tritt wie bei den vorhergenannten Packungen als Film mit dem entgegenströmenden Gas in Kontakt

Zum Stoffaustausch werden auch Schaumapparate und Venturidüsen verwendet (s. DE-PSen 11 76 099, 12 03 736). Die Schaumapparaie können nur bei Anwesenheit von Schaum arbeiten, wodurch der Anwendungsbereich dieser Einrichtungen wesentlich begrenzt ist. Bei großen Apparatedurchmessern entstehen auch große Schwierigkeiten mit der Einhaltung des richtigen Flüssigkeitsstandes auf den Böden, und es kommt gelegentlich zum Gasdurchschlag. Die Venturidüsen weisen den Nachteil auf, daß die auftretenden hohen Durchflußgeschwindigkeiten zu starker Erosion führen und auch große Druckverluste beobachtet werden. Dadurch wird die Auswahl der Ventilatoren sehr schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoffaustauschpackung anzugeben, die eine hohe Elastizität der mit ihr gefüllten Kolonne gewährleistet, d. h. in der Flüssigkeitsdurchsatz und Gasgeschwindigkeiten über einen weiten Bereich variiert werden können, die auch bei hohen Gasgeschwindigkeiten stabiles störungsfreies Arbeiten garantiert und deren Austauschleistung die der bekannten Kolonnen übersteigt.

Die Aufgabe wird durch eine Stoffaustauschpackung in Zellenbauweise, deren Zellen aus den Wänden eines Gitters gebildet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Wände des Gitters im unteren Teil der Zellen abgebogen sind und Spalte bilden. Die Wände sind dabei radial gekrümmt oder schräg abgebogen, und die Gitter werden von Einzel- oder Doppelwänden gebildet Die aufeinanderfolgenden Gitter sind vorzugsweise gegeneinander um einen Winkel von 0 bis 90°. vorzuesweise

um 45",, gedreht

Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Stoffaustauschpackung können sehr hohe Gasgeschwindigkeiten bis · 7 m/s angewandt werden, ohne daß es zum »Verschlukken« der Säule, d. h. zu Flüssigkeitsstaus in der Säule kommt Bei kleinen Geschwindigkeiten beobachtet man dank der auf den Wandflächen verbleibenden Flüssigkeit keine negative Änderungen in der Natur der Zwischenphasenvorgänge. Die Packung gewährleistet ein elastisches Arbeiten der Kolonne auch bei wesentlichen Schwankungen der Durchflußgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 7 m/s. Das ist von großer praktischer Bedeutung. Der Flüssigkeitsmengendurchsatz kann wesentlichen Änderungen unterliegen und er kann im Verhältnis zu den traditionellen Kolonnenapparaten auf bilanznotwendige Werte begrenzt werden. Das ist dadurch möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Stoffeustauschpackung keine Notwendigkeit besteht, große Flächen zu berieseln, und kleine Zellen mit einer geringen Flüssigkeitsmenge gespeist werden können.

Durch die spaltartigen Verengungen im unteren Teil der Zellen der Packung kommt es in den einzelnen Zellen zu einem gewissen Flüssigkeitsstau, una die in den Zellen angesammelte Flüssigkeit wird durch den ihr entgegenströmenden Gasstrom heftig pneumatisch gerührt, wobei es zu einer ausgezeichneten Durchmischung der beiden Phasen und zu einem optimalen Stoff- und Wärmeaustausch kommt So werden die in der erfindungsgemäßen Packung Wärmeübergangszahlen ky im Bereich von k, = 10 000-140 000 W/m³K erzielt, womit die erfindungsgemäße Packung in ihrer Leistung die bekannten Packungen deutlich übertrifft (die Wärmeübergangszahlen liegen für mit Raschigringen gefüllte Kolonnen bei k_r = 1000-2000 WAn³K und bei mit auf Siebboden erzeugten Schaum arbeitenden Kolonnen bei k_v = 10 000-30 000 W/m³K). Verbunden mit der Leistungssteigerung ist eine Absenkung der Betriebskosten.

Der Erfindnngsgegenstand wird in einem Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolonne mit der erfindungsgemäßen Packung;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine doppelwandige Packung mit radial gekrümmt umgebogenen Zellwänden;

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine einzelwandige Packung mit schräger Abbiegung der Zellwände im unteren Teil;

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine einzelwandige Packung mit radial gekrümmt umgebogenen Zellwänden und gegeneinander um 45° gedrehten Gittern;
ίο Fig.5 einen Querschnitt durch eine doppelwandige Packung.

Ein zu behandelndes Gas wird über einen im unteren Teil der Kolonne angeordneten Einlaßstutzen 4

zugeführt Im mittleren Kolonnenteil befindet sich eine

Packung, welche von oben durch eine den einzelnen Packungszellen mittels einer Berieselungsvorrichtung 5

zugeführte Flüssigkeit berieselt wird. Auf der Packung erfolgt eine starke Bewegung der Flüssigkeit und damit verbunden ein besonders wirksamer Stoffaustausch.

Da!» zu benandelnde Gas strömt dann zu einem Tropfenabscheider 6, der aus der gleichen Packung wie

der mittlere Teil des Apparates besteht Dort werden aus dem Gas Tropfen abgeschieden. Das von Tropfen befreite Gas verläßt den Apparat durch einen im oberen

2> Teil angeordneten Auslaßstutzen 7. Wenn auf dem

Tropfenabscheider feste Partikel abgeschieden werden,

werden sie durch Spülen mit der durch einen Regner 8 zugeführten Flüssigkeit entfernt Die aus der Packung abfließende Flüssigkeit wird aus der Kolonne durch

jo einen im unteren Teil des Apparates angeordneten

Ablaufstutzen 9 abgeführt Bei einer Berieselungsdichte von etwa 2,0 kg/m²s

wurden dabei volumetrische Wärmeströme q, im

Bereich von q, = (2030—4800) · 10³ W/m³ erhalten und

)5 der Strömungswiderstand betrug Ap = 20-245 Pa/1

Packungsschicht

Bei einer gleichen Berieselungsdichte werden mit Hilfe der besten der in »Chemical Engineering Progress 10 (1957), S. 501—505« genannten Zellenpackungen volumetrische Wärmeströme q_r = 3620—6200 W/m³ bei <"inem Strömungswiderstand von Ap = 12— 41 Pa/m Packung erhalten, d. h. es wird bei den bekannten Packungen ein deutlich schiechterer Wärmeaustausch beobachtet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Stoffaustauschpackung in Zellenbauweise, deren Zollen aus den Wänden eines Gitters gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiinde des Gitters im unteren Teil der Zellen abgebogen sind und Spalte bilden.

:!. Stoffaustauschpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gitters radial gekrümmt abgebogen sind.

;i. Stoffaustauschpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gitters schräg abgebogen sind.

4. Stoffaustauschpackung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gitters Einzelwände sind.

5. Stoffaustauschpackung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gitters Doppelwände sind.

(i. Stoffaustauschpackung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere aufeinanderfolgende Lagen von Gittern umfaßt, die gegeneinander um einen Winkel bis zu 90 Grad verdreht sind.

7. Stoffaustauschpackung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Lagen des Gitters um 45 Grad gegeneinander verdreht sind.