DD259737A3

DD259737A3 - NON-METALLIC COLUMN PACK FOR CONTACTING FLUIDER PHASES

Info

Publication number: DD259737A3
Application number: DD28826186A
Authority: DD
Inventors: Gert Grabbert; Lothar Strassberger; Heinz Mai; Ralf Ziegesar
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1988-09-07
Also published as: CH673963A5; DE3705476A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nichtmetallische Kolonnenpackung zur Kontaktierung fluider Phasen, die bei Stoff- und/oder Waermeuebertragungsprozessen in der chemischen Industrie, Energiewirtschaft, Leicht- und Lebensmittelindustrie und anderen Zweigen der Volkswirtschaft Anwendung findet. Ziel der Erfindung ist eine korrosionsbestaendige Packung aus nichtmetallischen Werkstoffen, die eine gute Trennleistung bei maessigem Druckverlust gewaehrleistet und deren grossvolumiger homogener Packungskoerper zu einer wesentlichen Senkung des Aufwandes fuer die Bestueckung von Kolonnen mit industriellen Abmessungen fuehrt. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, durch das oekonomische Fertigungsverfahren der Strangformgebung aus keramischen Massen herstellbare grossvolumige Packungskoerper zu entwickeln und diese zu einem Packungsverband mit guenstigen verfahrenstechnischen Parametern anzuordnen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mehrere stranggeformte 10-50 mm hohe keramische Grundelemente, die die Form eines Gitterrostes aufweisen, wobei die Achse der Gitteroeffnungen und die Grundflaechen einen Winkel von kleiner als 90 und 45 einschliessen, horizontal zueinander passend und vertikal in alternierenden Schichten zu einem homogenen festen Packungskoerper zusammengefuegt sind und diese homogenen festen Packungskoerper die Grundeinheit der Packung, die sich sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung wiederholt, bilden.The invention relates to a non-metallic column packing for contacting fluid phases, which is used in material and / or heat transfer processes in the chemical industry, energy industry, light and food industry and other branches of the economy. The aim of the invention is a corrosion-resistant packing made of non-metallic materials, which ensures a good separation efficiency at moderate pressure loss and their large volume homogeneous packing body leads to a significant reduction in the cost of the loading of columns with industrial dimensions. The invention is based on the technical object to develop by the economic production method of strand molding of ceramic masses producible large-volume packing and arrange them to a packing association with favorable procedural parameters. According to the invention, the object is achieved in that several extruded 10-50 mm high ceramic base elements, which have the shape of a grid, wherein the axis of the Gitteroeffnungen and the Grundflächaee include an angle of less than 90 and 45, horizontally matching and vertically in alternating Layers are combined to form a homogeneous solid packing body and these homogeneous solid packing bodies form the basic unit of the packing which repeats both horizontally and vertically.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen .For this 1 page drawings.

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine nichtmetallische Kolonnenpackung zur intensiven Gestaltung von Stoff- und/oder Wärmeübertragungsprozessen, wobei erstere von einer chemischen Reaktion begleitet sein können. Die effektive Gestaltung derartiger Prozesse ist in zahlreichen Zweigen der Volkswirtschaft (chemische Industrie, Energiewirtschaft, Leicht- und Lebensmittelindustrie) von Bedeutung.The invention relates to a non-metallic column packing for the intensive design of material and / or heat transfer processes, the former may be accompanied by a chemical reaction. The effective design of such processes is important in many branches of the economy (chemical, energy, light and food industries).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ·Characteristic of the known technical solutions

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

Bekannt ist beispielsweise eine keramische Packung aus rohrförmigen mit Außenrippen versehenen Einzelkörpern (DD PS 211 284). 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.For example, a ceramic packing of tubular outer bodies provided with outer ribs is known (DD PS 211 284). In order to produce from these individual elements with reasonable effort a pack in technical dimensions, the individual body must have larger dimensions in diameter and length (diameter approx.

35 mm, Länge 100 mm). Das führt insgesamt zu einer grobstrukturierten Packung, die wegen der geringen spezifischen Oberfläche und der unzureichenden Turbulenzerzeugung in der Gasphase nur eine mäßige Stoffübertragungsintensität35 mm, length 100 mm). Overall, this leads to a coarsely structured packing, which due to the low specific surface area and the insufficient turbulence generation in the gas phase, only a moderate mass transfer intensity

bewirkt. .,causes. .,

Eine weitere keramische Rieselkolonne (DE 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 Gas- bzw. Dampfphase keinerlei Störungen oder Umlenkungen der Strömung vorgesehen sind.Another ceramic Riesel column (DE PS 198786) can be expected due to their straight flow channels also for the most common in the art transmission processes with gas and steam-side main resistance only insufficient efficiency, as well as here for the gas or vapor phase no interference or deflections the flow are provided.

Zwar werden bei der Erfindung DE OS 2919463 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 DE OS 2919463 required for turbulence generation in the gas or vapor phase disturbances in the form of strong Querschnittsseinschnürungen achieved, but the package forming prismatic individual elements have even smaller dimensions than the aforementioned tubular single body, so that the effort to produce the pack appears very high.

Die für die Durchführung derartiger Stoff- und/oder Wärmeübertragungsprozesse sehr wichtige Größe der spezifischen Oberfläche ist mit a = 102m²/m³ bei der kleinsten verfügbaren Abmessung sehr niedrig.The size of the specific surface, which is very important for carrying out such material and / or heat transfer processes, is very low at a = 102 m ² / m ³ with the smallest available dimension.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine korrosionsbeständige Packung aus nichtmetallischen Werkstoffen, die aufgrund ihrer Feinstrukturierung eine gute Trennleistung bei mäßigem Druckverlust gewährleistet und deren großvolumiger homogener Packungskörper zu einer wesentlichen Senkung des Aufwandes für die Bestückung von Kolonnen mit industriellen Abmessungen führt.The aim of the invention is a corrosion-resistant packing made of non-metallic materials, which ensures a good separation performance at moderate pressure loss due to their fine structure and their large-volume homogeneous packing body leads to a significant reduction in the cost of equipping columns with industrial dimensions.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische 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. Erfindungsgemäß wird die technische Aufgabe dadurch gelöst, daß homogene feste Packungskörper, die die Grundeinheit der Packung bilden, aus mehreren stranggeformten gitterrostförmigen Grundelementen mit einer Rosthöhe von 10-50mm zusammengesetzt sind. Diese keramischen Grundelemente sind horizontal zueinander passend zu einer Schicht mit einer Fläche bis zu 0,2m² und vertikal in 4-8 derartigen Schichten angeordnet. Dabei können keramische Grundelemente unterschiedlicher Höhe enthalten sein. Die Grundeinheit der Packung wird vorzugsweise zunächst aus ungebrannten keramischen Grundelementen zusammengefügt. Danach wird die Grundeinheit der Packung gegebenenfalls der Kolonnenform angepaßt und anschließend.dem Brennprozeß unterworfen. Der auf diese Weise erhaltene homogene feste Pätkungskörper mit einem* Volumen von ca. 0,05m³ und einer Masse von ca. 30kg dient sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zum Packungsaufbau. Die Abmessungen des festen Packungskörpers sind so gewählt, daß sich für Montagezwecke noch handhabbare Größen und Massen ergeben.The invention is based on the technical object to develop by the economical manufacturing process of the strand molding of ceramic mass producible large-volume packing body and to arrange them for columns with industrial dimensions to a packing association with favorable process parameters. According to the invention the technical object is achieved in that homogeneous solid packing body, which form the basic unit of the pack, are composed of several extruded lattice-shaped basic elements with a grate height of 10-50mm. These ceramic primitives are arranged horizontally with each other to match a layer having an area up to 0.2m ² and arranged vertically in 4-8 such layers. In this case, basic ceramic elements of different heights can be included. The basic unit of the package is preferably first assembled from unburned ceramic base elements. Thereafter, the unit base of the packing is optionally adapted to the column shape and subsequently subjected to the firing process. The homogenous solid body with a volume of approx. 0.05m ³ and a mass of approx. 30kg obtained in this way serves both for vertical and horizontal packing. The dimensions of the solid packing body are chosen so that there are still manageable sizes and masses for mounting purposes.

Erfindungsgemäß besitzen die keramischen Grundelemente Gitteröffnungen mit einem viereckigen, vorzugsweise quadratischen oder rechteckigen, oder sechseckigen, vorzugsweise gleichseitig sechseckigen,. Querschnitt. Dabei schließt die Achse der Gitteröffnung und die Grundfläche des Grundelements einen Winkel von kleiner 90° und §45°, insbesondere einen Winkel von 45°-75°, ein. Die äußeren Konturen der Grundelemente sind 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 ejne Versetzung von 1-2 Wandstärken aufweisen. Durch die Vorfertigung von homogenen festen Packungskörpern 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.According to the invention, the basic ceramic elements have grid openings with a quadrangular, preferably square or rectangular, or hexagonal, preferably equilateral hexagonal,. Cross-section. In this case, the axis of the grid opening and the base of the base element includes an angle of less than 90 ° and §45 °, in particular an angle of 45 ° -75 °, a. The outer contours of the basic elements are provided with ribs and grooves, which are arranged so that the horizontal joining together of the basic elements, the free flow openings between the basic elements approximately correspond to those of a grid opening and at the same time ensure a stable construction of the basic unit of the pack. The vertical structure of the base unit of the package is advantageously designed so that two successive basic elements are arranged alternately and have an offset of 1-2 wall thicknesses. Due to the prefabrication of homogeneous solid packing bodies, the cost of the actual packing construction remains low. The packing according to the invention ensures an intensive mass and / or heat exchange between liquid and gaseous phase. This is achieved by the forced zig-zag movement of the gas phase, the distribution of the gas phase from the lattice opening of one layer to several lattice openings of the overlying layer, by created impurities and drip edges for the liquid phase and a good liquid self-distribution.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 3 im einzelnen:The invention will be explained below with reference to an embodiment. The figures 1 to 3 in detail:

Figur 1: Anordnung zweier Grundelemente in horizontaler RichtungFigure 1: Arrangement of two basic elements in the horizontal direction

Figur 2: Schnittdarstellung des vertikalen PackungsaufbausFigure 2: sectional view of the vertical packing structure

Figur 3: Anpassung der Packung an den Kolonnendurchmesser. .FIG. 3: Adaptation of the packing to the column diameter. ,

Die dargestellten Grundelemente 1 besitzen am äußeren Umfang Rippen 2 und Nuten 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 Austauschfiäche zur Verfügung steht und insgesamt die spezifische Oberfläche vergrößert wird. Die Achsen der Gitteröffnungen 4, in den Figuren 1 und 2 mit quadratischem Querschnitt, bilden mit der Grundfläche einen Winkel von 80°. Dadurch, daß aufeinanderfolgende Schichten gegenüber der vorhergehenden Schicht eine Verdrehung um 180° aufweisen, entsteht, wie aus Figur 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 um ein bis zwei Wandstärken unterstützt 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 illustrated basic elements 1 have on the outer circumference ribs 2 and grooves 3, which serve to produce a stable packing association in the horizontal direction. In addition, it is achieved by these ribs and grooves that also the outer surface is available as Austauschfiäche and overall the specific surface area is increased. The axes of the grid openings 4, in the figures 1 and 2 with a square cross-section, form with the base an angle of 80 °. Characterized in that successive layers relative to the previous layer have a rotation of 180 °, arises, as is apparent from Figure 2, a zig-zag flow for the gas or vapor phase, which is advantageous for the material and / or heat transfer processes to be carried out effect. The displacement of successive layers by one to two wall thicknesses also promotes turbulence formation in the gas or vapor phase and forces a continuous redispersion of the liquid phase after each layer. This dislocation also leads to a certain self-distribution of the liquid over the cross section.

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 verfestigt. Die maximale Größe der Grundeinheit der Packung wird im allgemeinen durch die Kolonnenabmessungen in Verbindung mit der angewendeten Montagetechnologie begrenzt. Die Anpassung an den Kolonnendurchmesser erfolgt durch Verwendung der homogenen Packungskörper 6 und spezieller Randelemente, die bereits im Rohzustand einen entsprechenden Formschnitt erhalten und ansonsten den gleichen Aufbau aufweisen.By means of suitable binders, the basic unit of the packing is built up from the ceramic basic elements in the raw state in the described manner of horizontal and vertical arrangement and solidified by firing. The maximum size of the unit package is generally limited by the column dimensions associated with the mounting technology used. The adaptation to the column diameter is carried out by using the homogeneous packing body 6 and special edge elements, which receive a corresponding shape cut already in the raw state and otherwise have the same structure.

Claims

1. Non-metallic packing for contacting fluid phases, consisting of vertically arranged gratings, characterized in that a plurality of extruded 10-50 mm high ceramic GrundCl), which have the shape of a grid, wherein the axis of the grid opening (4) and the base an angle of less than 90 ° and> 45 °, are joined together horizontally and vertically in alternating layers to form a homogeneous solid packing body, and these homogeneous solid packing bodies form the basic unit of the packing which repeats both horizontally and vertically.

2. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that preferably 4-8 Schlehen form the homogeneous solid packing body.

3. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that two successive layers have an offset of 1-2 wall thicknesses.

4. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that basic elements of different heights are contained in the homogeneous solid packing body.

5. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that the grid openings are hexagonal.

6. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that the grid openings are square, in particular rectangular or square executed.

7. Non-metallic packing according to claim 1 and 6, characterized in that the Gr.undelemente are provided at the edge zones with ribs and grooves.

8. Non-metallic packing according to claim 1, characterized in that the homogeneous solid packing body are adapted in the column edge zone of the column form.