DE1442714C - Packungseinheit fur Umsetzungs oder Stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Description

ihrerseits wieder zum Durchlaufen der Flüssigkeit, also zum Kolonnendurchbruch führen kann.

Es zeigte sich nun wider Erwarten, daß die Schwierigkeiten der spiraligen Packung weitgehend behoben- werden können, indem man erfindungsgemäß die gewellten, doppelten Gewirke vertikal anordnet und zu Zylinderstücken vereinigt, die dann mit zueinander senkrecht stehender Schichtrichtung in die Kolonne gefüllt werden.

Ursprünglich versprach die spiralige Packung eine hohe Wirksamkeit und gute Wirtschaftlichkeit bei der Vakuumdestillation in Kolonnen mit geringem Durchmesser. Es zeigte sich jedoch, daß die Wirksamkeit geradezu katastrophal sinkt mit steigendem

sentlichen Arbeitsaufwand von ungelernten Kräften in die Kolonne eingesetzt werden. Es soll nur darauf geachtet werden, daß die Packungen hinsichtlich der vertikalen Lage ihrer Bandstücke gegeneinander versetzt sind, z. B. in einem Winkel von 90°.

Bei allen Destillationen, Extraktionen und Trennvorgängen in mit Füllkörpern oder Einbauten gepackten Kolonnen ist — wie bereits erwähnt — das Hauptproblem die gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasphase und flüssiger Phase über die gesamten Kolonnenquerschnitte und das gesamte Kolonnenvolumen. Die Einhaltung der gleichmäßigen Verteilung der Gasphase ist im allgemeinen relativ einfach, wogegen die Einhaltung einer

überall gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung außeror- 15 Kolonnendurchmesser, wodurch natürlich die Andentliche Schwierigkeiten bereitet. Bekanntlich sind wendbarkeit der spiraligen Packung begrenzt ist. Für die üblichen auch oben diskutierten Füllkörperko- ' industrielle "Vakuumdestillationen, für die in erster lonnen stark randgängig, d. h., Menge und Geschwin- Linie derartige Packungen gedacht sind, aber auch digkeit der flüssigen Phase wird von der Kolonnen- Isotopentrennungen und ähnliche superfeine Trenn-. achse aus in Richtung zu den Wänden immer grö- 20 verfahren, sind jedoch kleine Kolonnen nicht so sehr ßer. wünschenswert, und die Tendenz geht in der Indu-

Im Gegensatz dazu erwies sich wider Erwarten die Kolonne mit den bekannten Packungselementen als mittengähgig. Lange Zeit war keine plausible Erklärung für dieses abnorme Verhalten der Kolonne vorhanden. Infolge der sehr komplexen Natur der Probleme bei der Destillation oder Extraktion, wo nicht nur die Thermodynamik der Flüssigkeit und des Gasstromes schon sehr vielschichtig ist, kommen

die Faktoren des Massentransportes, der Oberflä- 30 len Packung ungefähr doppelt so hoch als mit der chenspannung, Viskosität und Kapillarität, der Tem- spiraligen. Bei noch größeren Kolonnendurchmesperaturverteilung in der flüssigen, gasförmigen und
festen Phase und viele andere Faktoren dazu.

Man kannte d\6 relativ hohe Leistungsfähigkeit

der Packungselemente, aber auch ihre Nachteile. Man 35 sehen Böden und der außerordentlich kleine Druckwußte aber nicht, warum sie wider Erwarten mitten- abfall.

gängig sind. Man kannte keine Möglichkeit der Be- Das schlauchartige Gewirke des Bandes kann aus

seitigung der Mittengängigkeit. Ein Ableiten durch irgendeinem steifen Material hergestellt sein; für Einbauten verbot sich aus naheliegenden Gründen. hohe Arbeitstemperaturen aus Metalldrähten, bei-Die Verhältnisse wurden immer ungünstiger je grö- 40 spielsweise aus nichtrostendem Stahl oder Kupferleßer der Kolonnendurchmesser ist. Die bekannten gierungen oder aus Glasfäden. Für niedere Arbeits-Packungselemente können daher nur für Kolonnen temperaturen eignen sich Kunststoffäden, z.B. aus relativ geringen Durchmessers angewandt werden. einem 8-fädigen Garn. Die im Band eingepreßten Bei größeren Durchmessern fällt die Wirksamkeit Wellen liegen vorteilhafterweise in einem Winkel dieser spiraligen Packungen außerordentlich schnell. 45 zwischen 30 und 45° zur Bandlängsrichtung.

Wie oben bereits erwähnt, herrschte zur Zeit der Die Erfindung wird nachfolgend an Hand sche-

Entwicklüng der erfindungsgemäßen Kolonnenpak- matischer Zeichnungen an mehreren Ausführungskung zwar Kenntnis über das empirische Verhalten beispielen näher erläutert.

spiralig aufgewundener, doppelter Gewirke, jedoch F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer

keine Klarheit über die theoretischen Ursachen. Auf 50 Lage 1 des gedoppelten, schlauch artigen, gewellten der Suche nach einer Verbesserung der Mittengän- Bandes aus mehrfädigem Garn, deren eingepreßte, gigkeit der spiralig aufgewundenen Packungen wäre parallele Wellen 2 zur Bandlängsrichtung im Winkel eigentlich zur Erhöhung der Homogenität eine An- liegen;

Ordnung in horizontalen Schichten naheliegend gewe- F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht von zwei

sen. Da würden dann keine radial gerichteten Kräfte 55 (gefalteten) Lagen des gedoppelten, schlauchartigen, und Wandeffekte zu erwarten sein. Die durch die gewellten Bandes, deren Wellen sich an den zugekehrten Flächen kreuzen;

F i g. 3 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Packungseinheit mit zickzackgefaltetem Band gemäß F ig.2;

F i g. 4 zeigt in Draufsicht eine andere erfindungs-

strie immer mehr gegen größere Kolonnendurchmesser und daher günstigeres Verhältnis von Investition und Betriebsaufwand zur Leistung der Kolonne.

Die erfindungsgemäße Packung zeigf im Gegensatz zur spiraligen Packung kein Absinken der Wirksamkeit bei zunehmendem Kolonnendurchmesser. Die Leistung von Kolonnen mit einem Durchmesser von 150 mm ist mit der erfindungsgemäßen paralle-

sern ist der Unterschied noch augenfälliger.

Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Kolonnenpackung sind die geringe Höhe der theoreti-

Oberflächenkräfte longitudinal gerichteten Spannungen würden einen gewissen Ausgleich herbeiführen und die örtlichen Unterschiede der Flüssigkeitsgeschwindigkeit begrenzen.

Es zeigte sich jedoch, daß solche horizontalen Lagen unwirksam sind, und die Unwirksamkeit der horizontalen Lagen hat einen ganz anderen Grund. Ein glattes, filmartiges Abfließen der Flüssigkeit erfordert, daß der Draht, aus welchem das Gewirke gebildet ist, und die Kreuzungsstellen möglichst in der gleichen Ebene liegen. Liegen die Lagen horizontal, so besteht die Neigung zu einer Tropfenbildung, die

gemäße Packungseinheit, aufgebaut aus aufeinandergelegten, auf Maß beschnittenen Lagen gemäß i

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Packungseinheit, bei der einmal gefaltete »Doppellagen« entsprechender Dimension aufeinandergeschichtet sind;

F i g. 6 zeigt vergrößert das bevorzugte Gewirke.

Die erfindungsgemäßen Packungseinheiten werden vorzugsweise in einer Hülse oder einem Beutel 3 aus einer oder mehreren Schichten des gleichen oder eines ähnlichen Bandmaterials zusammengehalten.

Beim Beladen der Kolonne mit den erfindungsgemäßen Packungseinheiten werden diese übereinandergestapelt, wobei die vertikalen Lagen der aneinanderliegenden Einheiten um einen Winkel, beispielsweise 90°, versetzt sein sollen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 sitzen. Es handelt sich also um zwei sehr unterschiedliche Materialien, wobei als dichter Werkstoff Patentansprüche: ein siebartiges Produkt, als lockeres Geflecht ein dreidimensionales Gebilde angesehen werden kann.

1. Packungseinheit zur Verwendung in Kolon- 5 Diese beiden Werkstoffe werden abwechselnd für die nen, in denen Umsetzungs- oder Stoffaustausch- Kolonnenfüllung herangezogen, wobei sie zu den Koprozesse stattfinden, bestehend aus mehrfädigem, lonhenwänden parallel stehen können. Sie können schlauchartig gewirktem und gewelltem Band in aber auch gemeinsam spiralig aufgewickelt den Kovertikaler Anordnung, wobei sich die Richtungen lonnenquerschnitt erfüllen oder auch in vertikaler dieser Wellen von zwei benachbarten Lagen io Orientierung zickzackgelegt sein. Hier treten in etwa kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichen Erscheinungen wie bei den Kolonnen im das schlauchartig gewirkte Band in ebenen Lagen Sinne der deutschen Auslegeschrift I 067 783 auf.
aneinandergelegt ist. Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei Hochlei-

2. Packungseinheit nach Anspruch 1, dadurch stungstrennkolonnen liegt in der gleichmäßigen Vergekennzeichnet, daß das Band zickzackförmig ge- 15 teilung von flüssiger und gasförmiger Phase über faltet ist. dem gesamten Kolonnenquerschnitt und über die

ganze Kplonnenhöhe. Bei parallel und im Abstand voneinander angeordneten Blechen, Sieben oder Netzen ist jedoch in radialer Richtung keine gleichmä-20 ßige Flüssigkeitsverteilung zu erwarten, da diese par-

allel zu den Blechen anders sein wird wie" senkrecht

zu den Blechen.

Bei einer anderen bekannten Kolonnenfüllung

handelt es sich um Packungselemente, die ohne Befe-

25 stigung in das ganze Kolonnenvolumen geschichtet

Die Erfindung betrifft Packungseinheiten zur werden und aus Zylinderstücken aufgebaut sind. Verwendung in Kolonnen, in denen Umsetzungs- Diese Zylinderstücke werden hergestellt, indem man oder Stoffaustauschprozesse stattfinden, bestehend aus aus einem Fadenmaterial ein schlauchartiges Geein- oder mehrfädigem, schlauchartig gewirktem und wirke herstellt, diesen Schlauch zusammenpreßt und gewelltem Band-in vertikaler Anordnung, wobei sich 30 gegebenenfalls mit parallelen Wellen versieht, und die Richtungen dieser Wellen von zwei benachbarten zwei dieser doppelten Bänder derart aufeinanderlegt, Lagen kreuzen. daß sich die Linien der Eindrückungen an benach-

Nach der deutschen Auslegeschrift 1 067 783 wer- barten Flächen kreuzen, und das doppelschichtige den in Kolonnen Einsätze aufeinandergestapelt, Material spiralig aufrollt.

welche aus mit einem Haltering befestigten, vertikal, 35 Die Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser parallel zueinander und im Abstand voneinander an- bekannten Kolonnenfüllung, die deren Nachteile, die geordneten, schichtenförmigen Elementen aufgebaut im folgenden noch in Gegenüberstellung zu den ersind. Diese schichtförmigen Elemente können ein- findungsgemäßen Vorteilen näher ausgeführt werden, fache Bleche, die eben oder gewellt sein können, wie nicht aufweisen.

auch Lochplatten und Siebmaterial sein. Diese Ein- 40 Die Erfindung betrifft somit eine Packungseinheit sätze sind nicht direkt aufeinander aufsitzend in die zur Verwendung in Kolonnen, in denen Umsetzungs-Kolonne gefüllt, sondern in einem horizontalen Ab- oder Stoffaustauschprozesse stattfinden, bestehend stand. Mit diesen Einbauten ist der Zusammenbau aus mehrfädigem, schlauchartig gewirktem und und auch der Ausbau für Reinigung und Neufüllung gewelltem Band in vertikaler Anordnung, wobei sich der Kolonne kompliziert und aufwendig. 45 die Richtungen dieser Wellen von zwei benachbarten

Die parallelen Bleche, wobei hier im folgenden Lagen kreuzen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Blechen auch die Lochplatten und Siebe, so- das schlauchartig gewirkte Band in ebenen Lagen anwohl ebener als gewellter Ausführung verstanden einandergelegt ist. Vorzugsweise ist das Band zickwerden sollen, sind in ihrer Hauptausdehnung paral- zackförmig gefaltet. .

IeI zu dem Flüssigkeitsstrom und dem Gasstrom an- 50 Bei der erfindungsgemäßen Kolonnenfüllung hangeordnet, d. h., es wird bei unterer Gaseinführung delt es sich also um Zylinderstücke, die. hergestellt und oberer Flüssigkeitszufuhr die Flüssigkeit über sind, indem gedoppelte Bänder aus schlauchartigen die Oberfläche dieser Bleche abwärts rinnen und nur Gewirken aus Fadenmaterial schichtförmig aufeinanentlang dieser Flächen mit der Gasphase in Beruh- dergelegt sind, und zwar derart, daß bei Einsatz des rung kommen. Das Verhältnis von wirksamer Ober- 55 Zylinderstückes in die Kolonne die Richtung der fläche zu dem Volumen ist für Kolonneneinsätze bei Schichten vertikal zu der Kolonnenachse zu liegen dieser Art von Füllungen nicht sehr groß. kommen. Diese aneinanderliegenden Schichten aus

Da das Verhältnis von wirksamer Oberfläche zu dem gedoppelten gewirkten Band können zur Befedem Kolonnenvolumen nicht die hohen Werte er- stigung in der Lage mit einer Hülle in Form eines reicht, wie sie für Hochleistungstrennkolonnen ver- 60 lockeren Gewirkes umgeben sein. Die lagenweise langt werden, eignen sich derartige Destillations- und Anordnung der Schichten kann entweder aus einem Extraktionskolonnen im wesentlichen nur zu groben endlosen Band zickzackförmig erfolgen oder aber in Trennungen. parallelgelegten Teilstücken. Die bevorzugte Aus-

Eine Abwandlung dieser Kolonnenfüllung ist aus ' führungsweise ist die Zickzack-Anordnung aus endder deutschen Auslegeschrift 1 088 026 bekannt. 65 losem, gedoppeltem, gewirktem Band.
Diese bestehen aus geschichteten Geflechten, Gewe- Eine Befestigung der Zylinderstücke der erfin-

ben oder Gewirken, die quer zur Durchflußrichtung dungsgemäßen Packungseinheit innerhalb der Kowechselweise ein dichtes und ein lockeres Gefüge be- lonne ist nicht erforderlich. Diese können ohne we-