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Technisches Gebiet
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Allgemein
bezieht sich diese Erfindung auf strukturierte Packung, die sich
bei der Durchführung
einer Rektifikation und insbesondere einer Tieftemperaturrektifikation
als besonders nützlich
erweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Quergewellte
strukturierte Blechpackungen machen inzwischen einen beträchtlichen
Anteil an dem Geschäft
mit Destillationskolonneneinbauten aus, seit sie vor ungefähr 15 Jahren
in weit verbreitetem Umfang kommerziell eingesetzt wurden. Es ist
allgemein anerkannt, dass diese strukturierten Packungen aufgrund
ihres geringeren Druckabfalls pro theoretischer Trennstufe effizienter
als Zufallspackungen sind. In einigen Anwendungen haben sie zumindest
bei niedrigen bis mittleren Flüssigkeitsraten
ebenfalls Böden
ersetzt, und zwar hauptsächlich
aufgrund ihrer höheren
Kapazität
bei einem gegebenen Kolonnendurchmesser.
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Ein
Industriezweig, auf den strukturierte Packungen große Auswirkungen
haben, ist die Tieftemperatur-Luftzerlegungsindustrie.
Der Hauptvorteil von strukturierten Packungen bei der Tieftemperatur-Luftzerlegung
besteht darin, dass der Druckabfall über die Kolonnen im Vergleich
zu der Verwendung der vorgängigen Kolonneneinbauten
in Tieftemperatur-Luftzerlegungskolonnen der Wahl, die Böden waren,
um eine Größenordnung
niedriger sein kann. Dieser Umstand verringert den Betriebsdruck
der Kolonnen, wodurch wiederum der Druck reduziert wird, auf den
Luft verdichtet werden muss, und somit wird auch der Energiebedarf
der Anlage verringert.
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In
Meier (
US 4 296 050 )
sind die bis dorthin hauptsächlichen
kommerziell vertriebenen strukturierten Packungen beschrieben, welche
quergewellte Lagen sind, die sowohl Öffnungen wie Kannelierungen
(eine Form einer Oberflächentextur)
aufweisen. In den nahezu 20 Jahren seit Erscheinen dieses Patentes
sind zahlreiche Beiträge
zur Verbesserung der grundlegenden Struktur der strukturierten Packung
veröffentlicht
worden. Bis zu der Publikation von Billingham et al. (
US 5 632 934 ) schien jedoch keinem
dieser Beiträge
ein nennenswerter kommerzieller Erfolg beschieden zu sein. In diesem
Patent wurde festgestellt, dass eine Flutung von strukturierten
Packungen an der Grenzfläche
zwischen Lagen ausgelöst
wurde, wobei dieser Engpass durch eine Reduzierung des Druckabfalls
des Gases in der Basis jedes Blocks beseitigt werden konnte. Seit dem
Erscheinen dieses Patents sind zwei Produkte kommerzialisiert worden,
die die in diesem Patent angeführten
Ideen ausgeführt
haben.
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Darüber hinaus
sind strukturierte Packungen in
WO
97/44 128 ,
DE 1 035
624 und in
DE 846 092 beschrieben
worden.
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Es
wäre eine
strukturierte Packung erwünscht,
die den bei einem gegebenen Druckabfall erreichten Stoffaustausch
durch eine Minimierung von Druckverlusten, die bei der Unterstützung des
Stoffaus tauschs ineffizient sind, verbessert, wodurch kleinere Destillationskolonnen
verwendet werden könnten.
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe dieser Erfindung in der Bereitstellung gewellter
strukturierter Packung, die gegenüber konventioneller gewellter
strukturierter Packung verbessert ist, wodurch die Durchführung einer
Trennung wie z. B. einer Tieftemperaturrektifikation über einer
verringerten Kolonnenhöhe
durchgeführt
werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
obigen und weitere Aufgaben, die sich für den Fachmann anhand dieser
Beschreibung ergeben, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, deren
einer Aspekt in einer strukturierten Packung gemäß Anspruch 1 besteht.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Ausführen einer
Rektifikation gemäß Anspruch
4.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "Kolonne" eine Destillations- oder Fraktionierkolonne
oder -zone, d. h. eine Kontaktkolonne oder -zone, in der flüssige und
dampfförmige
Phasen im Gegenstrom in Kontakt gebracht werden, um eine Trennung
eines Fluidgemisches zu bewirken, z. B. indem die dampfförmige und die
flüssige
Phase an Packungselementen in Kontakt gebracht werden. Für eine weitere
Diskussion von Destillationskolonnen sei verwiesen auf das "Chemical Engineers' Handbook", fünfte Ausgabe,
herausgegeben von R.H. Perry und C.H. Chilton, McGraw-Hill Book
Company, New York, Abschnitt 13, "Destillation", B.D. Smith et. al., Seite 13–3, The
Continuous Distillation Process. Trennverfahren mit Dampf-/Flüssigkeitskontakt sind
abhängig
von den Dampfdrücken
der Komponenten. Die Komponente mit dem hohen Dampfdruck (oder die
flüchtigere
oder niedrigsiedende Komponente) wird dazu neigen, sich in der Dampfphase
zu konzentrieren, wohingegen die Komponente mit dem niedrigeren
Dampfdruck (oder die weniger flüchtige
oder hochsiedende Komponente) dazu neigen wird, sich in der flüssigen Phase
zu konzentrieren. Destillation ist das Trennverfahren, bei dem eine
Erwärmung
eines Flüssigkeitsgemisches
benutzt werden kann, um die flüchtigere(n)
Komponente(n) in der Dampfphase und somit die weniger flüchtige(n)
Komponente(n) in der flüssigen
Phase zu konzentrieren. Partielle Kondensation ist das Trennverfahren,
bei dem die Kühlung
eines Dampfgemisches benutzt werden kann, um die flüchtigere(n)
Komponente(n) in der Dampfphase und dadurch die weniger flüchtige(n)
Komponente(n) in der flüssigen
Phase zu konzentrieren. Rektifikation oder kontinuierliche Destillation
ist das Trennverfahren, das aufeinander folgende partielle Verdampfungen
und Kondensationen kombiniert, wie sie durch eine Gegenstrombehandlung
der dampfförmigen
und flüssigen
Phasen erzielt werden. Das Inkontaktbringen der dampfförmigen und
flüssigen
Phasen im Gegenstrom kann adiabatisch oder nicht adiabatisch sein
und kann einen integralen (stufenweisen) oder differentiellen (kontinuierlichen)
Kontakt zwischen den Phasen beinhalten. Trennverfahrensanordnungen,
die die Prinzipien der Rektifikation zum Trennen von Gemischen benutzen,
werden oft als Rektifikationskolonnen, Destillationskolonnen oder
Fraktionierkolonnen bezeichnet, wobei diese Begriffe untereinander
ausgetauscht werden können.
Tieftemperatur-Rektifikation ist ein Rektifikationsverfahren, das
zumindest teilweise bei Temperaturen bei oder unterhalb 150°K (–123,15°C) ausgeführt wird.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "Packung" jeden ausgefüllten oder hohlen Körper mit
vorbestimmter Anordnung, Größe und Form,
der im Innern von Säulen
benutzt wird, um Oberfläche
für die Flüssigkeit
zu schaffen, um einen Stoffübergang
an der Grenzfläche
von Flüssigkeit
und Dampf während
eines Gegenstromes der beiden Phasen zu ermöglichen.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "strukturierte Packung" diagonal quergewellte
Packung, in der einzelne Bauteile eine spezifische Ausrichtung relativ
zueinander und zu der Kolonnenachse aufweisen.
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Wie
hier verwendet bezeichnet die Begriffe "oberer Teil" und "unterer Teil" einer Kolonne diejenigen Abschnitte
der Kolonne, die über
bzw. unter dem Mittelpunkt der Kolonne liegen.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "Wellung" eine Faltung, entweder in Form eines
Gipfels oder eines Tals, an einer Packungslage.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "Mittellinie" diejenige Linie, die ausgebildet werden
würde, wenn
eine gewellte strukturierte Packungslage derart abgeflacht wird,
um sämtliche
Wellungen zu entfernen.
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Wie
hier verwendet bezeichnet der Begriff "Scheitel" denjenigen Punkt einer Wellung, der
von der Mittellinie der Packungslage in senkrechter Richtung am
weitesten entfernt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1, 2 und 3 sind
Ansichten in einer Ebene, die senkrecht zu der Wellungsrichtung
von bekannten strukturierten Packungslagen verläuft.
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4 ist
eine Ansicht in einer Ebene senkrecht zu der Wellungsrichtung einer
Ausführungsform
einer Lage aus strukturierter Packung gemäß dieser Erfindung.
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5 ist
eine Ansicht in einer Ebene senkrecht zu der Wellungsrichtung einer
weiteren Ausführungsform
einer Lage aus strukturierter Packung gemäß dieser Erfindung.
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6 ist
eine vereinfachte Darstellung einer Kolonnenanordnung, bei der das
Verfahren dieser Erfindung durchführbar ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
Erfindung wird nun ausführlich
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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Quergewellte
strukturierte Packungslagen sind als Blöcke oder Module ausgebildet.
Jeder Block weist eine Mehrzahl von vertikal ausgerichteten, diagonal
quergewellten Packungslagen auf. Die Lagen sind Seite an Seite gestapelt,
sodass die Wellungsrichtung in benachbarten Lagen umgekehrt wird.
Mit dieser Anordnung bilden die Lagen eine Mehrzahl von Querdurchlässen aus,
durch die aufsteigendes Gas strömen
kann. Die Packungsblöcke
werden in eine Kolonne als Lagen eingebaut, welche die Querschnittsfläche der
Kolonne auffüllen.
Jede Lage kann aus einem einzelnen Block oder in größeren Kolonnen
aus mehreren Blöcken
bestehen, die einen kreisförmigen
Querschnitt ausbilden, wenn sie Seite an Seite angeordnet werden.
Diese Lagen werden jeweils aufeinander gestapelt, um die erforderliche
gepackte Höhe
zu ergeben. Benachbarte Lagen werden so gedreht, dass die Lagen
in den die Lagen ausmachenden Blöcken
nicht parallel zueinander angeordnet sind. Das Ausmaß an Drehung
liegt zwischen 45 und 90 Grad, und typischer bei 90 Grad.
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Quergewellte
strukturierte Packungen werden bei der Gegenströmung von zwei Fluiden verwendet, um
einen Wärme-
und Stoffaustausch zu bewirken. Die Fluidströme sind typischerweise Gase
und Flüssigkeiten,
jedoch könnten
sie auch aus zwei flüssigen
Phasen bestehen. Eine ähnliche
Geometrie wird auch in Plattenwärmetauschern
verwendet. In diesen Anwendungen besteht der Fluidstrom typischerweise
aus einer einzelnen Phase. Es sind zwei Typen von Strömungsmustern
bestimmt worden, die für
eine einzelphasige Strömung
existieren: Eine sich kreuzende Strömung, bei der sich Gasströme in entgegen
gesetzten Ausrichtungen zu der Nutzströmungsrichtung entlang den Wellungen
der ersten und zweiten Lage bewegen; und eine Zickzackströmung, bei
der das Gas bei seinem Aufsteigen durch die Packung quer von Lage
zu Lage strömt.
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Das
erste Muster herrscht bei kleinen Wellungswinkeln vor (zur Senkrechten
hin gemessen), das zweite bei großen Wellungswinkeln. In der
Praxis ist das tatsächliche
Strömungsmuster
für Zwischenwellungswinkel
(30° < θ < 60°) eine Mischung
aus den beiden Strömungstypen.
Der Wellungswinkel ist derjenige Winkel, den die in den Packungslagen
ausgebildeten Diagonalen mit der Senkrechten bilden.
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Es
ist wichtig, zwischen der Oberflächentextur
und dem Wellungsmuster zu unterscheiden. Oberflächentexturen werden auf sämtliche
kommerziell verfügbare
strukturierte Blechpackungen aufgetragen. Der Zweck dieser Textur
besteht darin, die Ausbreitung der Flüssigkeit zu unterstützen, wodurch
die gesamte verfügbare
Packungsfläche
für den
Stoffaustausch verwendet wird. Es liegen unterschiedliche Typen
von Oberflächentexturen
vor. Der häufigste
Typ ist die Kannelierung, bei der die Materialien der Lage Wellen
aufweisen, die generell sinusförmig
sind. Die Textur wird mittels Walzen oder Pressen auf das Basismaterial
aufgetragen, bevor die Wellung aufgetragen wird, welche die grundlegende
Struktur der Packung ausformt. Da der Zweck der Textur in dem Verteilen
von Flüssigkeit
besteht, liegt der Texturmaßstab
in der Größenordnung
der Dicke des flüssigen
Films. Insofern sind die Abmessungen der Textur signifikant kleiner
als die Abmessungen des Wellungsmusters. Man kann sich vorstellen,
dass die Textur das tatsächliche
Wellungsmuster überlagert,
wobei Letzteres die makroskopische Geometrie der strukturierten
Packung und der Durchlässe
für die
Gasströmung
festlegt.
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Die 1, 2 und 3 zeigen
Beispiele konventioneller Wellungsmuster für strukturierte Packung. Die
Ansicht erfolgt in einer Ebene, die senkrecht zu der Richtung der
Wellungen verläuft. 1 illustriert eine
Dreieckswellung, 2 eine sinusförmige Form,
und 3 stellt eine Form mit einem Sägezahnmuster dar. Untersuchungen
an gewelltem Blech haben Ergebnisse erbracht, die eine Variation
des lokalen Stoffaustauschkoeffizienten und entsprechend des Wärmeübertragungskoeffizienten über die
Packungsoberfläche
anzeigen. Im Einzelnen sind die Wärmeübertragungs- und Stoffaustauschkoeffizienten
an der Luvseite des Gipfels größer als
an der Leeseite. Die Luvseite des Gipfels ist als diejenige Seite
des Wellungsgipfels definiert, die der kreuzenden Gasströmung zugewandt
ist. Die Leeseite ist die gegenüberliegende
geschützte
Seite des Gipfels.
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Zwei
der Komponenten des aus der Strömung
durch Packung resultierenden Druckabfalls sind der Viskositätswiderstand
und der Formwiderstand. Der Viskositätswiderstand ergibt sich aus
einer Oberflächenreibung
zwischen dem Fluid und der Oberfläche der Packung bzw. des flüssigen Films.
Der Formwiderstand kommt durch zirkulierende Wirbel zustande, die
sich in einem Fluid bei dessen Auftreffen auf eine feste Oberfläche ergeben.
Die Größenordnung
dieses Formwiderstands hängt
stark von der Form des Hindernisses und von der Strömungsrichtung
ab. Bei dem Entwurf einer Wärme-
und Stoffaustauschaus rüstung
wird der Formwiderstand normalerweise als ein Ineffizienzfaktor
betrachtet, da sich aus Formwiderstand resultierende Druckverluste
weniger effizient in gesteigerte Wärmeübertragungs- und Stoffaustauschkoeffizienten übersetzen
als Druckverluste, die durch den Viskositätswiderstand bewirkt werden.
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Auf
die in 3 dargestellte strukturierte Packung Bezug nehmend
ist die Richtung der kreuzenden Strömungen von Lagen wiederum durch
Pfeile dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich die Form der Oberfläche für die beiden
Strömungen
unterscheidet. Eine Seite (gemäß Darstellung
die Oberseite) ist eine steile schräge Fläche, die auf der Luvseite liegt,
und eine sanfter abfallende Seite liegt an der Leeseite. Die kreuzende
Strömung
an der anderen Seite trifft auf eine genau entgegengesetzte Anordnung.
Es ist zu erwarten, dass diese beiden Strömungswege einen unterschiedlichen
Strömungswiderstand
darbieten. Dies kommt dadurch zu Stande, dass der Formwiderstand
in großem
Ausmaß von
der Form des Hindernisses und der Strömungsrichtung abhängt. In
der Praxis ist der Druckabfall durch die Packung ungefähr gleich
groß und
unabhängig
davon, auf welcher Seite der Lage das Gas strömt. Ein unterschiedlicher Strömungswiderstand
führt daher
dazu, dass das Gas vorzugsweise mehr über eine Seite der Packung
als über
die andere strömt.
Jegliche Abweichung von einer gleichförmigen Strömung in der Wärme- und
Stoffaustauschausrüstung
ist als Fehlverteilung bekannt. Ebenfalls ist beim Stand der Technik
wohlbekannt, dass eine Strömungsfehlverteilung
die gesamte Wirksamkeit des Wärme-
und Stoffaustausches beeinträchtigt.
In der Praxis kann der Formwiderstand über eine Seite hinweg geringer
und über
die andere hinweg höher
sein.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 dargestellt. Diese besteht
aus einer einzelnen Lage Packung, die in einer Ebene verläuft, welche
senkrecht zu der Wellungsrichtung verläuft. Die Packungslage ist durch
eine Luvseite der Wellung gekennzeichnet, die eine andere Form als
die Leeseite der Wellung, sowie durch eine Form, die für die kreuzenden
Ströme
in einer vorgegebenen Richtung an beiden Seiten der Lage (im wesentlichen)
identisch ist.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Muster erfüllen keines
dieser Kriterien, und das in 3 gezeigte
Muster erfüllt
das erste, nicht aber das zweite Kriterium.
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Nun
auf die Wellungsmuster von 4 Bezug
nehmend ist ersichtlich, dass es asymmetrisch bezüglich einer
Linie ist, die senkrecht zu der Mittellinie der Packungslage und
durcheinen Scheitel eines Gipfels oder Tals der Lage verläuft. Weiterhin
ist der Abstand entlang der Mittellinie von dem Scheitel eines Wellungstals
zu dem Scheitel eines benachbarten Wellungsgipfels nicht gleichmäßig durch
die Stelle unterteilt, wo das Wellungsmuster die Mittellinie zwischen
einem derartigen Wellungstal und Wellungsgipfel kreuzt. Vorzugsweise und
wie in 4 dargestellt ist die Packungslage um die Mittellinie
der Packung herum im Wesentlichen symmetrisch, obgleich sie um 180
Grad verdreht ist. Somit bildet die Packung an beiden Seiten der
Lage den gleichen Widerstand gegenüber Querströmungen aus, weshalb die Strömung nicht
vorzugsweise an einer Seite entlang fließt.
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Ein
Merkmal dieser Packung besteht darin, dass obwohl die kreuzenden
Ströme
an beiden Seiten der Lage auf die gleiche Oberflächenform auftreffen, dann,
wenn die Richtung der Gasströmung
umgekehrt wird (indem die Packung beispielsweise in der entgegengesetzten
Ausrichtung installiert wird), eine unterschiedliche Leistungsfähigkeit
zu erwarten ist. Eine Gasströmung
in der entgegengesetzten Richtung ist in 5 dargestellt.
Im Vergleich zu der Packung aus 3 ist ersichtlich,
dass Querströmungen über beide
Seiten hinweg auf die gleiche Form treffen und somit dem gleichen
Druckabfall unterzogen werden. Weiterhin ist zu erwarten, dass eine
der Strömungsausrichtungen
einen niedrigeren Formwiderstand als konventionelle Packung bietet, wodurch
eine überlegene
Wirksamkeit zu Stande kommt. Potenziell könnte jede Ausrichtung in Abhängigkeit von
der jeweiligen Anwendung, der Gas- und Flüssigkeitsrate, den physikalischen
Eigenschaften des Gases bzw. der Flüssigkeit, θ, b/h, usw. eine überlegene
Leistung erbringen. In der Praxis kann die Packung in beiden Ausrichtungen
getestet werden (indem die Packung einfach "auf dem Kopf stehend" installiert wird), um die geeigneten
Ausrichtungen für
die jeweilige Anwendung zu ermitteln.
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Auf 5 Bezug
nehmend wird die Form mathematisch definiert, wobei die nachfolgenden
Positionen entlang der Mittellinie der Packung folgendermaßen bestimmt
werden:
- x1
- Position eines Scheitels
des Tals
- x2
- Position eines benachbarten
Scheitels des Gipfels
- x3
- Position des nachfolgenden
Scheitels des Tals
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Die
Basislänge
der Packung b ist definiert als der Abstand zwischen benachbarten
Tälern
(oder äquivalent
benachbarten Gipfeln). Somit gilt: b
= x3 – x1 (1)
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Obgleich
das Muster asymmetrisch ist, liegt die axiale Positionierung des
Gipfels zwischen den Tälern in
der Mitte zwischen den beiden Tälern:
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Nun
werden zwei weitere Punkte definiert:
- x4
- ist die Position zwischen
einem ersten Scheitel des Tals und einem benachbarten Scheitel des
Gipfels, wo das Wellungsmuster die Mittellinie der Packung überquert;
- x5
- ist die Position zwischen
dem Scheitel des Gipfels und einem zweiten Scheitel des Tals, wo
das Wellungsmuster die Mittellinie durchquert.
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In
der Erfindung gelten die folgenden Ungleichungen: x4 – x1 ≠ x2 – x4 (3) x5 – x2 ≠ x3 – x5 (4)
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Verglichen
mit dem Stand der Technik erfüllen
die konventionellen Wellungsmuster der 1 und 2 die
Gleichungen 1 und 2, jedoch nicht die Beziehungen 3 und 4 (in diesen
Fällen
sind die mathematischen Ausdrücke
auf beiden Seiten der Ungleichungen äquivalent). Im Vergleich zu
dem Sägezahnmuster
von 3 ist zwar die Gleichung 1, jedoch nicht die Gleichungen
2, 3 und 4 erfüllt.
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Es
ist zu erwarten dass eine gemäß der vorliegenden
Erfindung angefertigte Packung eine höhere Kapazität ohne einen
Verlust an Stoffaustauschwirksamkeit als eine anderweitig ähnliche
Packung aufweist, die ein symmetrisches Wellungsmuster hat, und
dass die Größenordnung
des Kapazitätszuwachses
in Abhängigkeit
von dem System in dem Bereich von 2–15% liegt.
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Die
Packung kann in Begriffen eines Verhältnisses R gekennzeichnet werden,
das wie folgt definiert ist;
wobei x
1 wie
oben definiert Abstände
entlang der Mittellinie sind, und wobei die positive Richtung für diese Messungen
so gewählt
wird, dass R gleich oder größer als
Eins ist (R ≥ 1).
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Für jedes
der in den 1, 2 und 3 dargestellten
konventionellen Muster hat R einen Wert von Eins. Für gemäß der Erfindung
angefertigte Packung liegt R in dem Bereich 6 > R > 1,05,
und bevorzugter in dem Bereich 3 > R > 1,2. Es ist zu vermuten,
dass der optimale Wert bei etwa 2 liegt. Allerdings ist zu erwarten,
dass dieser Wert in Abhängigkeit
von der Dichte der Packungsfläche
und dem Verhältnis
der Basislänge
der Packung zu der Wellungshöhe
b/h variiert. Wahrscheinlich liegt der Wellungswinkel in dem Bereich von
20–70
Grad und typischer in dem Bereich von 30–55 Grad.
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Im
Unterschied zu den konventionellen Wellungsmustern reagiert die
Leistungsfähigkeit
der gemäß dieser
Erfindung angefertigten Packung empfindlich auf deren Ausrichtung
zu der Gas- und Flüssigkeitsströmung. Wie
oben erwähnt
könnte
sich potenziell jede Ausrichtung als überlegen erweisen, was von
der spezifischen Anwendung abhängt.
Die Packung könnte
in beiden Ausrichtungen überprüft werden
(indem die Packung einfach "auf
dem Kopf stehend" neu
installiert wird), um zu ermitteln, welche Ausrichtung für die jeweilige
spezifische Anwendung geeignet ist. Es ist zu erwarten, dass die
optimale Ausrichtung für
die meisten Anwendungen diejenige ist, die in 4 dargestellt
ist, wobei die Strömung
auf eine steile Fläche
trifft, wenn sie sich an den Gipfel annähert, woraufhin eine weniger
steile Neigung nach dem Gipfel folgt.
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6 illustriert
in vereinfachter Form eine Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage,
bei der Einsatzluft in eines oder mehrere Produkte zerlegt wird.
Die Einsatzluft weist unter anderem Sauerstoff, Stickstoff und Argon auf.
Stickstoff ist sowohl flüchtiger
als Argon wie als Sauerstoff, und Argon ist flüchtiger als Sauerstoff. In
der in 6 illustrierten Anordnung werden Stickstoff, Sauerstoff
und Rohargon unter Verwendung einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage
erzeugt, die eine bei höherem
Druck arbeitende Kolonne 50, eine bei niedrigerem Druck
arbeitende Kolonne 51 und eine Argonseitenarmkolonne 52 aufweist.
Eine oder mehrere der Kolonnen 50, 51 und 52 werden
mit vertikal gestapelten Modulen gemäß dieser Erfindung befüllt. Vorzugsweise werden
alle drei Kolonnen mit vertikal gestapelten Modulen dieser Erfindung
befüllt.
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Nun
auf 6 Bezug nehmend wird Einsatzluft 53 in
eine Kolonne 50 eingespeist, wo sie mittels Tieftemperaturrektifikation
in mit Stickstoff angereicherten Dampf und mit Sauerstoff angereicherte
Flüssigkeit
zerlegt wird. Der mit Stickstoff angereicherte Dampf wird als Strom 54 in
einen Hauptkondensator 55 eingeleitet, wo er durch indirekten
Wärmeaustausch
mit der Sumpfflüssigkeit
einer Kolonne 51 kondensiert wird. Sich ergebende, mit
Stickstoff angereicherte Flüssigkeit 56 wird
als Rücklaufflüssigkeit 57 in
die Kolonne 50 und als Rücklaufflüssigkeit 58 in die
Kolonne 51 eingeleitet. Die mit Sauerstoff angereicherte
Flüssigkeit
wird in einem Strom 59 in einen Argonkondensator 60 eingespeist,
wo sie mindestens teilweise verdampft und anschließend in
die Kolonne 51 eingespeist wird, wie dies durch einen Strom 61 dargestellt
wird. Innerhalb der Kolonne 51 werden die verschiedenen
Einsätze
mittels Tieftemperaturrektifikation in Produktstickstoff, der in
einem Strom 62 gewonnen wird, und in Produktsauerstoff
zerlegt, der in einem Strom 63 gewonnen wird. Ein Seitenstrom 64 wird
von der Kolonne 51 in eine Kolonne 52 eingeleitet,
wo er in argonreicheres Fluid und sauerstoffreicheres Fluid getrennt
wird. Das sauerstoffreichere Fluid wird in einem Strom 65 in
die Kolonne 51 eingeleitet, und das argonreichere Fluid
wird, nachdem es vollständig
oder teilweise in dem Kondensator 60 verarbeitet worden ist,
in einem Strom 66 als Rohargon gewonnen.
