DE3140640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rieselkörper für Stoff- und Wärmeaustausch zwischen flüssigen und gasförmigen Medien mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.The invention relates to a trickle for fabric and Heat exchange between liquid and gaseous media with the note specified in the preamble of claim 1 to paint.

Rieselkörper dieser Art sind aus der DE-OS 23 27 373 oder der FR-PS 23 66 052 bekannt. Sie werden als Einbauten oder Packungen für Befeuchtungsgeräte, Kühltürme, Rektifizier­ kolonnen, Absorptionsanlagen etc. in industriellem Maßstab hergestellt. Hierbei werden Folien oder Gewebe aus diversen faltbaren Werkstoffen, wie imprägniertem Papier, Asbest, Kunststoff, Metallgewebe, Blech etc. benutzt. Zickzackförmig gefaltete oder gewellte Lagen werden kreusweise angeordnet, wobei entweder senkrechte Faltungen mit waagerechten ab­ wechseln oder benachbarte Faltungen jeweils entgegengesetzt diagonal verlaufen. Von oben zugeführte Flüssigkeit verteilt sich großflächig über die einzelnen Falten oder Wellen­ schichten und tritt mit quer zugeführtem Gas in Wechselwir­ kung. Gegenüber angeordneten Schüttungen oder Füllungen aus verschiedenen Arten von Rippen, Spiralen usw., führt die räumliche Regelmäßigkeit der Faltungen oder Wellungen zu einer hohen Trennleistung bei der Umsetzung mit niedrigem Druckab­ fall.Trickle bodies of this type are from DE-OS 23 27 373 or the FR-PS 23 66 052 known. They are called internals or Packs for humidifiers, cooling towers, rectifiers columns, absorption systems etc. on an industrial scale produced. Here, foils or fabrics are made of diverse foldable materials, such as impregnated paper, asbestos, Plastic, metal mesh, sheet metal etc. used. Zigzag folded or corrugated layers are arranged in a circle, being either vertical folds with horizontal ones switch or neighboring folds opposite each other run diagonally. Distributed liquid from above spread out over the individual folds or waves stratify and interacts with cross-fed gas kung. Filling or fillings arranged opposite different types of ribs, spirals, etc., leads the spatial regularity of the folds or corrugations to one  high separation performance in the implementation with low pressure case.

Diese bekannten Rieselkörper funktionieren jedoch nur dann relativ gut, wenn für den jeweiligen Prozeß die Bewegung in der Gasphase eine primäre Bedeutung hat, wenn die Benetzung der gefalteten oder gewellten Schichten mit der flüssigen Phase sehr gut ist und wenn die Belastung des Rieselkörpers durch die Flüssigkeit klein ist. Entspricht ein Prozeß diesen Anforderungen nicht, dann zeigen Rieselkörper aus gefalteten Schichten relativ schlechte Leistungen. Der Grund liegt darin, daß die Flüssigkeit am Rieselkörper nicht als ein gleich­ mäßiger Film, sondern vielmehr in Form von Adern, Rinnsalen oder Bächen fließt. Bekannterweise entspricht die Größe der Leistung aber direkt der Größe des Vermischungsgrades, und mit steigendem Vermischungsgrad werden Rinnsale vermieden oder verkürzt. Die bei bekannten Rieselkörpern durch ver­ schiedene Maßnahmen erreichten Verbesserungen in dieser Hin­ sicht sind jedoch nur unwesentlich: So werden z. B. die Ein­ bauten in Abständen gelegt und dazwischen aufwendige Flüs­ sigkeitsverteiler installiert, um die Flüssigkeit zu vermischen und wieder gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Kolonne zu verteilen. Um die Bildung von Rinnsalen zu ver­ ringern, wird die Oberfläche durch Aufkleben von körnigen Pulvern oder durch Prägen aufgerauht. Derartige Maßnahmen sind jedoch mit ungünstigen Nebenwirkungen, wie Verzögerung des Fließens oder Erhöhung des Druckabfalls, verbunden. Um die gebildeten Rinnsale zu zerstreuen, werden Rieselkörper auch mit gestanzten Löchern versehen.However, these known trickle bodies only work relatively good if the movement in the gas phase has a primary meaning when wetting of the folded or corrugated layers with the liquid Phase is very good and when the load on the trickle through the liquid is small. A process corresponds to this Requirements do not, then show trickles from folded Layers of relatively poor performance. The reason is that the liquid on the trickle is not the same as one moderate film, but rather in the form of veins, rivulets or streams flows. As is known, the size corresponds to the Performance but directly the size of the degree of mixing, and as the degree of mixing increases, rivulets are avoided or shortened. The well-known trickles by ver Various measures have achieved improvements in this way However, visibility is only insignificant. B. the one built at intervals and in between elaborate rivers liquid distributor installed to mix the liquid and again evenly over the entire cross section of the Distribute column. To prevent the formation of rivulets wrestle, the surface is glued on by granular Powders or roughened by embossing. Such measures however, have adverse side effects, such as delay of flow or increase in pressure drop. Around Scattering the rivulets that have formed become trickling particles also provided with punched holes.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfache Maßnahmen die Verteilung der Flüs­ sigkeit über den gesamten Rieselkörper wesentlich zu ver­ bessern. The invention specified in claim 1 is the object based on simple measures the distribution of the rivers liquid over the entire trickle body improve.  

Die Erfindung hat den Vorteil, daß Rinnsale durch eine be­ sondere geometrische Anordnung der Faltung ständig unter­ brochen und neu aufgeteilt werden, indem nämlich die Fall­ linien, längs deren die Flüssigkeit herunterfließt, jeweils zwischen Berührungsflächen benachbarter Faltungsschichten liegen, so daß sich bildende Rinnsale am nächst tieferge­ legenen Berührungspunkt wieder aufgeteilt werden, anstatt sich zunehmend konzentrieren zu können. Bei der erfindungs­ gemäßen Ausbildung des Rieselkörpers haben alle Fall­ linien die gleiche Neigung gegenüber der Horizontalen, und die Berührungspunkte der benachbarten Schichten spannen kongruente Netze vom Fallinien auf, die mit gegenseitiger Verschiebung ineinandergeschachtelt sind. Innerhalb jedes solchen Netzes sind die Fallinien zwischen den Berührungs­ punkten relativ kurz, so daß sich keine längeren Rinnsale bilden können.The invention has the advantage that rivulets by a be special geometric arrangement of the folding constantly under broken and redistributed by namely the case lines along which the liquid flows down, each between contact surfaces of adjacent folding layers lie, so that rivulets that form the next lower instead of being placed again to be able to concentrate increasingly. In the invention proper formation of the trickle has all cases lines have the same inclination to the horizontal, and span the points of contact of the adjacent layers congruent networks from falllines to that of mutual Displacement are nested. Within each such network are the fall lines between the touch score relatively short, so that there are no longer rivulets can form.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on the following in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rieselkörpers und mehrere Zuschnitte; Figure 1 is a view of a trickle body designed according to the invention and several blanks.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Rieselkörpers nach Fig. 1 und Fig. 2 is a perspective view of the trickle body according to Fig. 1 and

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rieselkörpers. Fig. 3 is a perspective view of a modified embodiment of the trickle body according to the invention.

Wie ein Vergleich der Seitenansicht bzw. des Aufrisses gemäß Fig. 1 mit dem Schnitt D-D zeigt, verläuft die Faltung gegen­ über der Vertikalen unter demselben Winkel α, der hier gleich 30° gewählt ist, wie die Schnittlinie der Faltung im Schnitt D-D gegenüber der Vertikalen, der mit γ bezeichnet ist und ebenfalls 30° beträgt. Im Schnitt D-D sind ferner zwei Ab­ weichungsfälle eingezeichnet, in denen der Winkel q jeweils um 1°30′ größer bzw. kleiner ist. Gegenüber der Faltenhöhe h für γ = 30° beträgt die Faltenhöhe h ₁ für γ = 28,5° bzw. h ₂ für γ = 31,5°. Die Basislänge b ₀ zwischen gleichsinnigen Falten ist jeweils gleich.As shown by a comparison of the side view or the elevation according to FIG. 1 with the section DD , the folding runs across the vertical at the same angle α , which is chosen here equal to 30 °, as the cutting line of the folding in the section DD against the vertical , which is designated γ and is also 30 °. In section DD two deviation cases are also shown, in which the angle q is larger or smaller by 1 ° 30 '. Compared to the fold height h for γ = 30 °, the fold height is h ₁ for γ = 28.5 ° or h ₂ for γ = 31.5 °. The base length b ₀ between folds in the same direction is the same in each case.

In den Schnitten I-I _ABC sind nun jeweils Fallinien von der Mitte 0 eingezeichnet, die zickzackförmig verlaufende Linien mit Pfeilen bilden. Wie man sieht, führt die Abweichung der Faltenhöhen h ₁ bzw. h ₂ vom Wert h zu einer Störung der Periodizität der Fallinien gegenüber der Periodizität der Struktur des Rieselkörpers. Die Übereinstimmung der Periodizi­ tät von Fallinien und Rieselkörperstruktur ist also nur gegeben, wenn aufgrund der obigen Winkel-Gleichheit α = γ - dieser Winkel kann im übrigen größer oder kleiner als 30° sein - die Struktur im horizontalen Schnitt durch die Be­ rührungspunkte einen quadratischen Linienraster darstellt, der gegen die Faltenebenen unter 45° geneigt ist. Das beson­ dere Merkmal dieser Struktur ist also, daß alle Verbindungen benachbarter Berührungspunkte von Falten Fallinien sind, die ein lückenloses symmetrisches Netz bilden. Die angegebenen Winkel­ abweichungen von 1°30′ der Strukturen A und C von der erfin­ dungsgemäß optimalen Struktur B ergibt einen Fehler, der jeden­ falls so groß ist, daß die erzielte Durchmischung weit weg vom Optimum liegt.Fall lines from center 0 are now drawn in sections II _ABC , which form zigzag lines with arrows. As can be seen, the deviation of the fold heights h ₁ and h ₂ from the value h leads to a disturbance of the periodicity of the falling lines compared to the periodicity of the structure of the trickle. The correspondence of the periodicity of falling lines and trickle structure is only given if, due to the above angle equality α = γ - this angle can be larger or smaller than 30 ° - the structure in a horizontal section through the points of contact a square grid of lines represents, which is inclined at 45 ° against the fold planes. The special feature of this structure is that all connections of adjacent points of contact of folds are fall lines, which form a complete symmetrical network. The specified angular deviations of 1 ° 30 'of the structures A and C from the optimal structure B according to the invention results in an error which is in each case so large that the mixing achieved is far from the optimum.

Untersuchungen handelsüblicher Rieselkörper ergaben keine kleineren Abweichungen von der erfindungsgemäßen Winkelgleich­ heit als 1°30′. Dies ist verständlich, weil es ohne Kenntnis der maßgebenden Zusammenhänge wahrscheinlich ist, rein zufällig näher an die optimale Konfiguration heranzukommen.Investigations of commercial trickle bodies did not show any smaller deviations from the same angle according to the invention unit as 1 ° 30 ′. This is understandable because it is without knowledge the relevant context is likely to be pure randomly get closer to the optimal configuration.

Im einzelnen kann man die Auswirkung solcher Abweichungen auf das Fließen etwa so beschreiben: In detail, one can see the impact of such deviations to describe the flow like this:  

Wenn der Schnittwinkel γ der Faltung im vertikalen Quer­ schnitt zur Vertikalen kleiner ist als der Neigungswinkel α der Falten zur Vertikalen, wie z. B. 28,5° im Schnitt I-IA in Fig. 1, dann kommt die Fallinie aus dem Mittelpunkt 0 vor die nächsten Berührungspunkte O ₁′, O ₂′′ mit den nächsten benachbarten Schichten. Dementsprechende Verminderung der Faltenhöhe h gegenüber der erfindungsgemäßen Faltenhöhe h bedeutet eine Vergrößerung des Winkels der Fallrichtung zur Horizontalen und damit eine Vergrößerung der Geschwindig­ keit der Strömung nach unten. Erhöhung der Frequenz der Um­ lenkungen an den Falten in Seitenrichtung und Verlangsamung der Seitenströmung. Der Vermischungseffekt sowie die Leistung wird dadurch vermindert. Weiterhin wird die Leistung durch kaskadenartiges Fließen durch Bildung von Schaum und unge­ ordneten Bächen beeinträchtigt.If the cutting angle γ of the fold in the vertical cross-section to the vertical is smaller than the angle of inclination α of the folds to the vertical, such as. B. 28.5 ° in section I-IA in Fig. 1, then the fall line comes from the center 0 before the next points of contact O ₁ ', O ₂ ''with the next adjacent layers. Corresponding reduction in the pleat height h compared to the pleat height h according to the invention means an increase in the angle of the falling direction to the horizontal and thus an increase in the speed of the flow downward. Increasing the frequency of the deflections around the folds in the lateral direction and slowing the lateral flow. This reduces the mixing effect and the performance. Furthermore, the performance is affected by cascading flow through the formation of foam and disorderly streams.

Eine Vergrößerung der Faltenhöhe h ₂ gegenüber h bedeutet, daß die Richtung der Strömung zur Richtung der Schichten kleiner wird als 45°, die Strömung nach unten also verlangsamt und die Seitenströmung beschleunigt wird. In Fig. 1 (I-IC) kommt somit die Strömung aus der Mitte 0 schneller an die Wände der Kolonne als bei der optimalen Anordnung (I-IB):
die Möglichkeiten zur Bildung von Schaum, Kaskaden und unge­ ordneten Bächen sind dadurch wesentlich geringer als beim Beispiel I-IA, und das Fließen verläuft hier in ganz anderer Art. Durch Verminderung des Winkels der Strömungsrichtung gegenüber den 45°, d. h. durch Vergrößerung der Höhe h, wirken die Falten selbst als Rinnen. Es ist günstiger, wenn die Flüssigkeit in geordneten Rinnen in Seitenrichtung strömt als wenn sie in ungeordneten Bächen fällt. Wenn die Flüs­ sigkeit als gleichmäßiger Film fließt und die Schichten durchlässig sind, ist der Vermischungseffekt quer durch die Schichten bei I-IC schlechter als bei I-IA, da die Umlenkungs­ frequenz der Strömung an den Falten niedriger ist und der Druck der Flüssigkeit an den Kontaktstellen gegen die benach­ barten Schichten kleiner ist. An increase in the pleat height h ₂ compared to h means that the direction of the flow to the direction of the layers becomes less than 45 °, that is to say the flow is slowed down and the side flow is accelerated. In Fig. 1 (I-IC) , the flow from the center 0 reaches the walls of the column faster than with the optimal arrangement (I-IB) :
the possibilities for the formation of foam, cascades and unordered streams are therefore much less than in the example I-IA , and the flow here takes place in a completely different way. By reducing the angle of the flow direction compared to the 45 °, ie by increasing the height h , the folds themselves act as channels. It is more convenient if the liquid flows sideways in orderly channels than if it falls in unordered streams. If the liquid flows as a uniform film and the layers are permeable, the mixing effect across the layers is worse with I-IC than with I-IA because the deflection frequency of the flow is lower at the folds and the pressure of the liquid at the Contact points against the neighboring layers is smaller.

Die meisten bisher hergestellten Rieselkörper entsprechen der Variante C. Die rinnsalartige Seitenströmung wird dabei da­ durch gemildert, daß die Rieselkörper als niedrige Einbauele­ mente zusammengestellt und mit abwechselnd gerichteten Schich­ ten, jeweil um 90° gedreht, aufeinandergelegt werden. Auf diese Weise werden die Rinnsale unterbrochen, zerschlagen, umgelenkt, wieder formiert usw. Man kann aber das Fließen nicht wesent­ lich verbessern und die Leistung kann nicht nennenswert erhöht werden.Most previously produced trickle bodies correspond to variant C. The trickle-like side flow is mitigated by the fact that the trickle elements are put together as low installation elements and are arranged with alternating layers, each rotated by 90 °. In this way, the rivulets are interrupted, smashed, redirected, reformed etc. However, the flow cannot be improved significantly and the performance cannot be significantly increased.

Die Anordnung nach dem Schnitt I-IB stellt nicht einen Über­ gang zwischen den zwei betrachteten unterschiedlich schlechten Arten des Fließens dar, vielmehr ermöglicht nur diese spezielle Struktur das perfekt gleichmäßige Fließen an der gesamten Ober­ fläche des Rieselkörpers und ist deshalb erheblich besser als jede Abweichung davon. Durch die vollkommene Übereinstimmung des Netzes der Fallinien mit der Struktur des Rieselkörpers, wie in Fig. 1, I-IB dargestellt, wird nicht nur der maximal mögliche Vermischungseffekt erzielt, sondern diese Struktur bietet auch den minimal möglichen Raum für das Entstehen von Fluktuationen, wie Rinnsalen und Wellen, bzw. reduziert deren Lebensdauer bzw. Länge auf ein Minimum und ermöglicht deshalb eine maximale Belastung mit der Flüssigkeit.The arrangement according to section I-IB does not represent a transition between the two different types of flow considered, but rather this special structure enables perfectly uniform flow over the entire surface of the trickle and is therefore considerably better than any deviation from it . Due to the perfect match of the network of fall lines with the structure of the trickle, as shown in Fig. 1, I-IB , not only is the maximum possible mixing effect achieved, but this structure also offers the minimum possible space for fluctuations, such as Trickles and waves, or reduce their lifespan or length to a minimum and therefore allow a maximum exposure to the liquid.

Diese besondere Anordnung erfordert herstellungsmäßig eine präzise Ausführung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweils verwendeten Werkstoffes. Da die Falten je nach Werkstoff unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen können, muß man, um die korrekte Neigung der Faltungen zu erzielen, die Faltenhöhe dem jeweiligen Krümmungsradius anpassen.This special arrangement requires a manufacturing precise execution taking into account the properties of the material used in each case. Because the folds vary Material can have different radii of curvature, in order to achieve the correct inclination of the folds, adjust the fold height to the respective radius of curvature.

Während Fig. 2 den oben betrachteten Typ des Rieselkörpers in einem perspektivischen Schnitt zeigt, veranschaulicht Fig. 3 eine Abwandlung durch Hinzufügung von längsgefalteten Schichten F _h zwischen die schräggefalteten Schichten F _s , eben­ falls in einem perspektivischen Schnitt. While FIG. 2 shows the type of trickle body considered above in a perspective section, FIG. 3 illustrates a modification by adding longitudinally folded layers F _h between the obliquely folded layers F _s , even if in a perspective section.

Die Zeichnungen zeigen deutlich, daß nach der erfindungsgemäßen Ausführung die Faltungen keine als Rinnen funktionierende oder eine wellenartige Bewegung der Flüssigkeit verursachende Wel­ lungen sind. Die Schichten sollen als ebene Flächen mit mini­ malem Krümmungsradius in der Falte ausgebildet sein, um Gleich­ mäßigkeit des Fließens zu erreichen.The drawings clearly show that according to the invention Execution of the folds none or functioning as gutters a wave-like movement of the liquid causing the wel are lungs. The layers should be flat with mini times the radius of curvature in the fold to be equal to achieve moderate flow.

Der in Fig. 3 dargestellte Rieselkörper besteht aus denselben schräggefalteten Schichten F _s wie derjenige in Fig. 2, die aber durch längsgefaltete Zwischenschichten F _h getrennt sind. Dadurch wird die Oberfläche und somit die Leistung vergrößert. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Variante besteht darin, daß bei beschränkter Durchlässigkeit die Flüssigkeit in Quer­ richtung befördert wird. Um die Gleichmäßigkeit des Fließens zu erhalten, ist die Neigung der längsgerichteten Faltungen gleich der Neigung der Fallinien der schrägen Falten. Die Höhe h′ der längsgerichteten Faltungen ist kleiner; sie beträgt etwa ein Drittel der Höhe der schräggerichteten Faltungen und daher ist die Fläche der längsgerichteten Schichten F _h kleiner. Diese Maßnahmen dienen zur Erhaltung des geringen Druckabfalls in der Gasphase und zur Behinderung von Stauungen der viskosen Flüssigkeit.The trickle body shown in FIG. 3 consists of the same obliquely folded layers F _s as that in FIG. 2, but which are separated by longitudinally folded intermediate layers F _h . This increases the surface area and thus the performance. Another advantage of such a variant is that the liquid is transported in the transverse direction with limited permeability. In order to maintain the uniformity of the flow, the inclination of the longitudinal folds is equal to the inclination of the fall lines of the oblique folds. The height h 'of the longitudinal folds is smaller; it is about a third of the height of the oblique folds and therefore the area of the longitudinal layers F _{h is} smaller. These measures serve to maintain the low pressure drop in the gas phase and to prevent congestion of the viscous liquid.

Die Herstellung der beschriebenen Rieselkörper ist nicht auf eine bestimmte Art von Werkstoffen beschränkt. Vorzugsweise werden jedoch Werkstoffe angewendet, die sich zu dünnen durch­ lässigen Schichten genau falten lassen. Ferner empfiehlt es sich, die gefalteten Schichten zum Rieselkörper fest zu ver­ binden, etwa durch Kleben, Sintern usw. Die verwendeten Werkstoffe sollen die vorzüglichen Eigenschaften des be­ schriebenen Rieselkörpers nicht beeinträchtigen.The production of the trickle bodies described is not on limited a certain type of material. Preferably However, materials are used that become too thin let casual layers fold exactly. It also recommends to firmly ver the folded layers to the trickle body bind, such as by gluing, sintering, etc. The used Materials should be the excellent properties of the be do not affect the written trickle.

Claims (2)

1. Rieselkörper für Stoff- und Wärmetausch zwischen flüs­ sigen und gasförmigen Medien, der aus regelmäßig gefalteten, zickzackförmigen Schichten so zusammengefügt ist, daß sich die Faltungen benachbarter Schichten (Fs) in parallelen, vertikalen Ebenen (f, f′, f′′) kreuzen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Neigung α der Faltungen gegen eine rechtwinklig zu den Kreuzungsebenen verlaufende vertikale Schnittebene (D-D) gleich der Neigung γ der Schnitt­ linien der Schichten mit der Schnittebene (D-D) gegen die Kreuzungsebenen (f, f′, f′′) ist.1. Trickle body for mass and heat exchange between liquid and gaseous media, which is assembled from regularly folded, zigzag layers so that the folds of adjacent layers (Fs) in parallel, vertical planes (f, f ′, f ′ ′) cross, characterized in that the inclination α of the folds against a vertical cutting plane (DD) running at right angles to the crossing planes is equal to the inclination γ of the cutting lines of the layers with the cutting plane (DD) against the crossing planes (f, f ′, f ′ ') Is. 2. Rieselkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den benachbarten Schichten (Fs) zusätzlich Zwischenschichten (Fh) mit horizontal gerichteten Faltungen eingegliedert sind, deren Höhe (h′) kleiner ist als die Höhe (h) der Schichten (Fs) mit den geneigten Faltungen, und daß die Neigung der Fallinien aller Schichten gleich ist.2. Trickle body according to claim 1, characterized in that between the adjacent layers (Fs) additional intermediate layers ( Fh) with horizontally directed folds are incorporated, the height (h ') is less than the height (h) of the layers (Fs) with the inclined folds, and that the inclination of the falling lines of all layers is the same.