CH673963A5

CH673963A5 -

Info

Publication number: CH673963A5
Application number: CH112487A
Authority: CH
Inventors: Gert Dr-Ing Grabbert; Lothar Dr-Ing Strassberger; Heinz Dipl-Ing Mai; Ralf Dipl-Ing Ziegesar
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1990-04-30
Also published as: DD259737A3; DE3705476A1

Description

BESCHREIBUNG so DESCRIPTION like this

Die Erfindung betrifft eine nichtmetallische Packung und ihre Herstellung. Derartige Packungen werden zur intensiven Gestaltung von Stoff- und/oder Wärmeübertragungsprozessen, wobei erstere von einer chemischen Reaktion begleitet sein können, eingesetzt. Die effektive Gestaltung derartiger Prozesse ist in 65 zahlreichen Zweigen der Volkswirtschaft (chemische Industrie, Energiewirtschaft, Leicht- und Lebensmittelindustrie) von Bedeutung. The invention relates to a non-metallic packing and its production. Packs of this type are used for the intensive design of material and / or heat transfer processes, the former being able to be accompanied by a chemical reaction. The effective design of such processes is important in 65 numerous branches of the national economy (chemical industry, energy industry, light and food industry).

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Bei Stoff- und Wärmeübertragungsprozessen kommt es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auf einen möglichst intensiven Kontakt zwischen den beteiligten Phasen an. Zu diesem Zwecke sind eine Vielzahl von Einbauten entwickelt worden, von denen die Packungen als die modernsten anzusehen sind. In the case of mass and heat transfer processes, the most intensive contact between the phases involved is important for reasons of economy. A large number of internals have been developed for this purpose, of which the packs can be regarded as the most modern.

Bekannt ist beispielsweise eine keramische Packung aus rohrförmigen, mit Aussenrippen versehenen Einzelkörpern (DD-PS 211284). For example, a ceramic packing made of tubular individual bodies provided with outer ribs is known (DD-PS 211284).

Um aus diesen Einzelelementen mit vertretbarem Aufwand eine Packung in technischen Dimensionen herstellen zu können, müssen die Einzelkörper grössere Abmessungen in Durchmesser und Länge aufweisen (Durchmesser ca. 35 mm, Länge 100 mm). Das fuhrt insgesamt zu einer grobstrukturierten Packung, die wegen der geringen spezifischen Oberfläche und der unzureichenden Turbulenzerzeugung in der Gasphase nur eine mässige Stoffübertragungsintensität bewirkt. In order to be able to produce a pack in technical dimensions from these individual elements with reasonable effort, the individual bodies must have larger dimensions in diameter and length (diameter approx. 35 mm, length 100 mm). Overall, this leads to a coarsely structured packing which, due to the small specific surface area and the insufficient turbulence generation in the gas phase, causes only a moderate mass transfer intensity.

Eine weitere keramische Rieselkolonne (DD-PS 198786) lässt aufgrund ihrer geradlinigen Strömungskanäle ebenfalls für die in der Technik am häufigsten anzutreffenden Übertragungsprozesse mit gas- und dampfseitigem Hauptwiderstand nur eine unzureichende Wirksamkeit erwarten, da auch hier für die Gasbzw. Dampfphase keinerlei Störungen oder Umlenkungen der Strömung vorgesehen sind. Another ceramic trickle column (DD-PS 198786), due to its rectilinear flow channels, can only be expected to be insufficiently effective for the transmission processes most commonly encountered in technology with gas and steam-side main resistance, since here too the gas or Vapor phase no disturbances or redirections of the flow are provided.

Zwar werden bei der Erfindung nach der DE-OS 2 919 463 die zur Turbulenzerzeugung in der Gas- bzw. Dampfphase erforderlichen Störungen in Form starker Querschnittseinschnürungen erzielt, doch haben die den Packungskörper bildenden prismatischen Einzelelemente noch geringere Abmessungen als die bereits erwähnten rohrförmigen Einzelkörper, so dass der Aufwand zur Herstellung der Packung sehr hoch erscheint. Although in the invention according to DE-OS 2 919 463 the disturbances required for turbulence generation in the gas or vapor phase are achieved in the form of strong cross-sectional constrictions, the prismatic individual elements forming the packing body have even smaller dimensions than the already mentioned tubular individual bodies, so that the effort to manufacture the pack appears very high.

Die für die Durchführung derartiger Stoff- und/oder Wärmeübertragungsprozesse sehr wichtigen Grösse der spezifischen Oberfläche ist mit a = 102 m2/m3 bei der kleinsten verfügbaren Abmessung sehr niedrig. The size of the specific surface, which is very important for the implementation of such mass and / or heat transfer processes, is very low at a = 102 m2 / m3 with the smallest available dimension.

Wünschenswert ist deshalb eine korrosionsbeständige Pak-kung aus nichtmetallischen Werkstoffen, die aufgrund ihrer Feinstrukturierung eine gute Trennleistung bei mässigem Druckverlust gewährleistet und deren grossvolumiger homogener Pak-kungskörper zu einer wesentlichen Senkung des Aufwandes für die Bestückung von Kolonnen mit industriellen Abmessungen führt. It is therefore desirable to have a corrosion-resistant package made of non-metallic materials, which, thanks to its fine structure, ensures good separation performance with moderate pressure loss and whose large-volume, homogeneous package body leads to a substantial reduction in the effort required to load columns with industrial dimensions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch das ökonomische Fertigungsverfahren der Strangformgebung aus keramischen Massen herstellbare grossvolumige Packungskörper zu entwickeln und diese für Kolonnen mit industriellen Abmessungen zu einem Packungsverband mit günstigen verfahrenstechnischen Parametern anzuordnen. The invention is therefore based on the object of developing large-volume packing bodies which can be produced from ceramic materials by the economic production process of strand shaping and arranging them for columns with industrial dimensions to form a packing structure with favorable process engineering parameters.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge die im Anspruch 1 definierte Packung. Die eine einteilige Baueinheit bildenden Packungskörper, aus welchen die erfindungsgemässe Packung zusammengesetzt ist, besteht aus mehreren gitterrostförmigen Grundelementen mit einer Höhe von 10 bis 250 mm. Diese nichtmetallischen Grundelemente sind horizontal zueinander passend zu einer Schicht mit einer Fläche bis zu 0,2 m2 und vertikal in 4 bis 8 derartigen Schichten angeordnet. Dabei können keramische Grundelemente unterschiedlicher Höhe enthalten sein. Bei der Herstellung der Packung werden vorzugsweise zunächst Packungskörper aus ungebrannten keramischen Grundelementen zusammengefügt. The invention accordingly relates to the pack defined in claim 1. The packing body forming a one-piece structural unit, from which the packing according to the invention is composed, consists of several grid-shaped basic elements with a height of 10 to 250 mm. These non-metallic basic elements are arranged horizontally to match a layer with an area of up to 0.2 m2 and vertically in 4 to 8 such layers. Basic ceramic elements of different heights can be included. In the production of the package, package bodies composed of unfired ceramic basic elements are preferably first assembled.

Danach wird der Packungskörper der Packung gegebenenfalls der Kolonnenform angepasst und anschliessend dem Brennprozess unterworfen. Der auf diese Weise erhaltene kompakte feste Packungskörper mit einem Volumen von beispielsweise ca. 0,05 m3 und einer Masse von beispielsweise ca. 30 kg dient sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zum Packungsaufbau. Die Abmessungen des festen Packungskörpers sind jeweils so gewählt, dass sich für Montagezwecke noch handhabbare Grössen und Massen ergeben. Erfindungsgemäss besitzen die Then the packing body of the packing is adapted to the shape of the column, if necessary, and then subjected to the firing process. The compact, solid package body obtained in this way, with a volume of, for example, approximately 0.05 m3 and a mass of, for example, approximately 30 kg, is used both in the vertical and in the horizontal direction for the package structure. The dimensions of the solid packing body are chosen so that sizes and dimensions that can still be handled are obtained for assembly purposes. According to the invention

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keramischen Grundelemente in der Regel Gitteröffnungen mit einem viereckigen, vorzugsweise quadratischen oder rechteckigen, oder sechseckigen, vorzugsweise gleichseitig sechseckigen, Querschnitt. Dabei schliesst die Achse der Gitteröffnung und die Schichtebenen jeweils einen spitzen Winkel, d.h. einen Winkel von kleiner als 90°, insbesondere einen Winkel von 45 bis 75°, ein. basic ceramic elements usually grid openings with a square, preferably square or rectangular, or hexagonal, preferably equilateral hexagonal, cross section. The axis of the grating opening and the layer planes each close an acute angle, i.e. an angle of less than 90 °, in particular an angle of 45 to 75 °.

Die äusseren Konturen der Grundelemente sind bevorzugt mit Rippen und Nuten versehen, die so angeordnet sind, dass beim horizontalen Aneinanderfügen der Grundelemente die freien Durchströmöffnungen zwischen den Grundelementen etwa denen einer Gitteröffnung entsprechen und gleichzeitig einen stabilen Aufbau der Grundeinheit der Packung gewährleisten. Der vertikale Aufbau der Grundeinheit der Packung ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass zwei aufeinanderfolgende Grundelemente alternierend angeordnet sind und eine Versetzung von 1 bis 2 Wandstärken aufweisen. The outer contours of the basic elements are preferably provided with ribs and grooves, which are arranged such that when the basic elements are joined horizontally, the free flow openings between the basic elements correspond approximately to those of a grille opening and at the same time ensure a stable structure of the basic unit of the pack. The vertical structure of the basic unit of the pack is advantageously designed such that two successive basic elements are arranged alternately and have an offset of 1 to 2 wall thicknesses.

Durch die Vorfertigung der Packungskörper, z. B. durch Strangformen, bleibt der Aufwand beim eigentlichen Packungsbau gering. Die erfindungsgemässe Packung gewährleistet einen intensiven Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Dies wird durch die aufgezwungene zick-zack-förmige Bewegung der Gasphase, die Verteilung der Gasphase von der Gitteröffnung einer Schicht auf mehrere Gitteröffnungen der darüberliegenden Schicht, durch geschaffene Störstellen und Abtropfkanten für die flüssige Phase und eine gute Flüssigkeitsselbstverteilung erreicht. By prefabricating the package, e.g. B. by strand forms, the effort in the actual packaging construction remains low. The packing according to the invention ensures an intensive mass and / or heat exchange between the liquid and gaseous phases. This is achieved through the forced zigzag movement of the gas phase, the distribution of the gas phase from the lattice opening of one layer to several lattice openings of the layer above, through impurities and drip edges created for the liquid phase and a good liquid self-distribution.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 3 im einzelnen: The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. 1 to 3 show in detail:

Fig. 1 Anordnung zweier Grundelemente in horizontaler Richtung; Fig. 1 arrangement of two basic elements in the horizontal direction;

Fig. la eine Seitenansicht eines Grundelementes, worin die Rippen sichtbar sind; Fig. La is a side view of a base element, in which the ribs are visible;

Fig. lb eine Seitenansicht eines Grundelementes, worin die Nuten sichtbar sind; Fig. Lb is a side view of a base element, in which the grooves are visible;

Fig. 2 Schnittdarstellung des vertikalen Packungsaufbaus; Fig. 2 sectional view of the vertical package structure;

Fig. 3 Anpassung der Packung an den Kolonnendurchmesser. Fig. 3 adjustment of the packing to the column diameter.

Die dargestellten Grundelemente 1 besitzen am äusseren Umfang Rippen 2 und die durch die Rippen 11 gebildeten Nuten 5 3, die der Herstellung eines stabilen Packungsverbandes in horizontaler Richtung dienen. Zusätzlich wird durch diese Rippen und Nuten erreicht, dass auch die äussere Fläche als Austauschfläche zur Verfügung steht und insgesamt die spezifische Oberfläche vergrössert wird. Die Achsen 8 der Gitteröffnungen io 4, in den Fig. 1 und 2 mit quadratischem Querschnitt, bilden mit der Schichtebene 9 einen Winkel <90°. Dadurch, dass aufeinanderfolgende Grundelemente gegenüber dem vorhergehenden Grundelement bezüglich der Normalen zur Schichtebene um 180° gedreht wird, wobei sich die Öffnungsachsen 8 der benach 15 barten Schichten jeweils kreuzen, entsteht, wie aus Fig. 2 hervorgeht, eine Zick-Zack-Strömung für die Gas- bzw. Dampfphase, die sich für die durchzuführenden Stoff- und/oder Wärmeübertragungsprozesse vorteilhaft auswirkt. Die Versetzung aufeinanderfolgender Schichten 5 um ein bis zwei Wandstärken unter-20 stützt ebenfalls die Turbulenzausbildung in der Gas- bzw. Dampfphase und erzwingt eine ständige Neudispergierung der flüssigen Phase nach jeder Schicht. Diese Versetzung führt ausserdem zu einer gewissen Selbstverteilung der Flüssigkeit über den Querschnitt. The basic elements 1 shown have ribs 2 on the outer circumference and the grooves 5 3 formed by the ribs 11, which serve for the production of a stable packing structure in the horizontal direction. In addition, these ribs and grooves ensure that the outer surface is also available as an exchange surface and that the specific surface is increased overall. The axes 8 of the grid openings io 4, in FIGS. 1 and 2 with a square cross section, form an angle <90 ° with the layer plane 9. As a result of the fact that successive basic elements are rotated by 180 ° relative to the previous basic element with respect to the normal to the layer plane, the opening axes 8 of the adjacent 15 layers crossing each other, as is apparent from FIG. 2, a zigzag flow for the Gas or vapor phase, which has an advantageous effect on the mass and / or heat transfer processes to be carried out. The displacement of successive layers 5 by one to two wall thicknesses below-20 also supports the formation of turbulence in the gas or vapor phase and forces a constant redispersion of the liquid phase after each layer. This dislocation also leads to a certain self-distribution of the liquid over the cross section.

25 Durch geeignete Bindemittel wird aus den keramischen Grundelementen im Rohzustand in der beschriebenen Art und Weise der horizontalen und vertikalen Anordnung die Grundeinheit der Packung aufgebaut und durch Brennen vorgefestigt. Die maximale Grösse der Grundeinheit der Packung wird im allge-30 meinen durch die Kolonnenabmessungen in Verbindung mit der angewendeten Montagetechnologie begrenzt. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der an die innere Form 10 der Kolonne angepassten Packungskörper 6. Ebenfalls sichtbar sind spezielle Randelemente 7, die bereits im Rohzustand einen entsprechen-35 den Formschnitt erhalten und ansonsten den gleichen Aufbau wie die oben beschriebenen Packungskörper aufweisen. 25 Using suitable binders, the basic unit of the pack is built up from the basic ceramic elements in the described manner in the horizontal and vertical arrangement and pre-consolidated by firing. The maximum size of the basic unit of the pack is generally limited by the column dimensions in conjunction with the assembly technology used. 3 is a schematic representation of the packing body 6 adapted to the inner shape 10 of the column. Also visible are special edge elements 7, which already receive a corresponding shape cut in the raw state and otherwise have the same structure as the packing bodies described above.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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io

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PATENT CLAIMS

1. Non-metallic packing for a contact column for contacting fluid phases, consisting of horizontally arranged basic elements, characterized in that several 10 to 250 mm high ceramic, grid-shaped basic elements (1) lie horizontally next to one another in layers to form a one-piece structural unit (6) are put together that the axes (8) of the lattice openings (4) with the layer planes (9) each form an acute angle (a) and the opening axes (8) of adjacent layers intersect each other and that the packing consists of both in the horizontal direction next to one another and also Packing bodies arranged one above the other in the vertical direction are formed.

2. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that the axes of the grid openings (4) form an angle of 45 to 75 ° with the layer planes.

3. Non-metallic packing according to claim 1 or 2,

characterized in that 4 to 8 layers form the packing body (6). 20th

4. Non-metallic packing according to one of claims 1 to

3, characterized in that two successive layers have an offset (5) of 1 to 2 wall thicknesses.

5. Non-metallic packing according to one of claims 1 to 25

4, characterized in that the packing body (6) contains basic elements (1) of different heights.

6. Non-metallic packing according to one of claims 1 to

5, characterized in that the grid openings (4) are hexagonal.

7. Non-metallic packing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the grid openings (4) are quadrangular, in particular rectangular and square.

8. Non-metallic packing according to claims 1 to 6, characterized in that the basic elements at the edge zones 35 are provided with ribs (2) and grooves (3).

9. Non-metallic packing according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ceramic basic elements (1) are extruded.

10. Contact column with a non-metallic packing 40 according to one of claims 1 to 9, characterized in that the packing body (6) are adapted to the column shape in the column edge zone.

11. A method for producing a non-metallic package according to one of claims 1 to 9, characterized in that initially extruded ceramic basic elements are combined to form a one-piece packing body and then subjected to a firing process.

12. The method according to claim 11, characterized in

that the packing body is adapted to the shape of the column before the burning process.

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