DE10008983A1 - Process for the manufacture of a packing for mass and heat exchange - Google Patents
Process for the manufacture of a packing for mass and heat exchangeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geordneten Packung aus Packungsblechen, welche schräg verlaufende Wellen aufweisen, wobei die Packungsbleche so zusammengefügt werden, daß sich die Wellen benachbarter Packungsbleche kreuzen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Packung zum Stoff- und Wärmeaustausch, welche aus mehreren parallel zueinander angeordneten, im wesentlichen senkrechten Packungsblechen besteht, die schräg verlaufende Kanäle aufweisen, wobei sich zumindest bei einem Teil der Packungsbleche die Kanäle nicht bis in einen Randbereich entlang der Unterkanten der Packungsbleche erstrecken.The invention relates to a method for producing an orderly pack Packing sheets, which have oblique waves, the Packing sheets are put together so that the waves are adjacent Cross packing sheets. Furthermore, the invention relates to a pack for Mass and heat exchange, which consists of several arranged parallel to each other, consists essentially of vertical packing sheets, the oblique channels have, the channels not at least in some of the packing sheets extend to an edge area along the lower edges of the packing sheets.
Die EP-A-0 707 885 betrifft eine geordnete Packung, die in ihrem unteren Bereich einen kleineren Strömungswiderstand für das Gas aufweist als in dem restlichen Packungsbereich. Dies wird in einer Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Packungsbleche der Packung in dem unteren Bereich keine Wellung aufweisen. Die Erniedrigung des Gasströmwiderstandes ermöglicht einen höheren Gasdurchsatz durch die Packung bevor der Flutpunkt erreicht wird, d. h. bevor das nach oben strömende Gas das Hinunterfließen der Flüssigkeit verhindert.EP-A-0 707 885 relates to an orderly pack in its lower area has a smaller flow resistance for the gas than in the rest Packing area. In one embodiment, this is achieved in that the Packing sheets of the pack have no corrugation in the lower area. The Lowering the gas flow resistance enables a higher gas throughput by the pack before the flood point is reached, d. H. before that up flowing gas prevents the liquid from flowing down.
Neben den gasseitigen Druckverlusten und der Höhe des Flutpunktes ist der Wirkungsgrad einer geordneten Packung bei der Destillation und Rektifikation oder allgemein beim Wärme- und Stoffaustausch abhängig von der Gas- und Flüssigkeitsströmung, der Gas- und Flüssigkeitsverteilung und der Flüssigkeitsdurchmischung. Diese Parameter werden insbesondere durch die Verhältnisse an den Übergängen zwischen einzelnen Packungsschichten beeinflußt. Die aus der oben genannten EP 707 885 bekannte Packung besitzt zwar einen niedrigeren Gasströmwiderstand als übliche Packungen und damit bessere Fluteigenschaften, die Verteilung der aus der Packung austretenden Flüssigkeit wird jedoch nicht verbessert.In addition to the gas-side pressure losses and the height of the flood point, the Efficiency of an orderly packing in the distillation and rectification or generally in the heat and mass transfer depending on the gas and Liquid flow, gas and liquid distribution and Liquid mixing. These parameters are particularly affected by the Relationships at the transitions between individual packing layers are influenced. The package known from the above-mentioned EP 707 885 does indeed have one lower gas flow resistance than conventional packings and therefore better Flooding properties, the distribution of the liquid emerging from the pack however not improved.
Entscheidend für eine optimal arbeitende Packung ist aber auch eine gleichmäßige Flüssigkeits- und Gasverteilung über den Packungsquerschnitt. Bei der Strömungsumlenkung zwischen zwei Packungsschichten, und insbesondere zwischen zwei Packungsschichten mit um einen bestimmten Winkel verdrehten Strömungskanälen, muß daher das Zusammenlaufen von Flüssigkeit entlang von Spalten bzw. der erhöhte Gasdurchsatz entlang von Spalten oder Stößen möglichst vermieden werden. Auch aus leichten Schrägstellungen der Packungsschichten können Rinnsale bzw. Flüssigkeitsfehlverteilungen resultieren. Aufgrund der Dichte und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ziehen schon geringe Flüssigkeitsanhäufungen weitere Flüssigkeit mit, wodurch sich Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung zusätzlich verstärken.An even pack is also crucial for an optimally working pack Liquid and gas distribution over the cross section of the pack. In the Flow diversion between two packing layers, and in particular between two packing layers with a certain angle twisted Flow channels, therefore, the confluence of liquid along Fissures or the increased gas throughput along fissures or bumps if possible be avoided. Also from slight inclinations of the packing layers rivulets or fluid misdistribution can result. Because of the density and the surface tension of the liquid are already low Accumulations of fluid with more fluid, causing irregularities in reinforce the distribution.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Packung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Packung zu entwickeln, mit der auf wirtschaftliche Weise die Leistungsfähigkeit von Packungen erhöht wird und die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik möglichst vermieden werden. Insbesondere sollen der Flutpunkt erhöht, die Gasströmung verbessert und Flüssigkeitsfehlverteilungen verhindert werden. Zudem soll die Packung fertigungstechnisch einfach zu realisieren sein.The present invention is therefore based on the object of a pack and a Process for producing such a package to develop on economic way the performance of packs is increased and the described disadvantages of the prior art are avoided as far as possible. In particular, the flood point should be increased, the gas flow should be improved and Liquid misdistribution can be prevented. The pack should also be technically easy to implement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem vor dem Zusammenfügen der Packungsbleche bei zumindest einem Teil der Packungsbleche in einem Randbereich entlang einer Kante jedes dieser Packungsbleche mindestens eine Flanke jeder Welle so auf das jeweils benachbarte Wellental gefaltet wird, daß die Kante einen sägezahnartigen Verlauf erhält. Bei einer erfindungsgemäßen Packung besitzen die Unterkanten der Packungsbleche, die in dem Randbereich keine Kanäle aufweisen, einen sägezahnartigen Verlauf.This object is achieved by a method of the type mentioned solved, in the case of at least one before joining the packing sheets Part of the packing sheets in an edge area along an edge of each Packing sheets at least one flank of each shaft so on the neighboring one The wave is folded so that the edge has a sawtooth-like course. At a Pack according to the invention have the lower edges of the packing sheets, which in have no channels in the edge region, a sawtooth-like course.
Durch die erfindungsgemäße Faltung der Wellenberge auf die Wellentäler wird in dem Randbereich der Packung zum einen der Strömungswiderstand für das Gas verringert, zum anderen stellt der sägezahnartige Verlauf der Blechunterkanten eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung sicher. Die Sägezahnspitzen der Blechunterkanten wirken als definierte Abtropfstellen für die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit fließt in dem Randbereich nicht undefiniert entlang der Bleche, sondern sammelt sich gezielt an den Spitzen, um von dort gleichmäßig auf die darunterliegende Packungsschicht abzutropfen.By folding the wave crests according to the invention on the wave valleys in the Edge area of the pack on the one hand reduces the flow resistance for the gas, on the other hand, the sawtooth-like course of the lower edge of the sheet provides a uniform one Liquid distribution safely. The sawtooth tips of the lower edge of the sheet act as defined draining points for the liquid. The liquid flows in the edge area not undefined along the sheets, but collects specifically at the tips from there drip evenly onto the underlying packing layer.
Unter Wellen werden im Rahmen dieser Anmeldung auf den Packungsblechen vorhandene Strukturen verstanden, die Strömungskanäle für die auf den Packungsblechen ablaufende Flüssigkeit bilden. Die Wellen können beispielsweise durch Faltung, Biegung oder Prägung des Bleches erzeugt werden.As part of this application, waves will appear on the packing sheets existing structures understood the flow channels for those on the Form packing sheets of draining liquid. The waves can, for example generated by folding, bending or embossing the sheet.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch dadurch gelöst werden, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor dem Zusammenfügen zumindest ein Teil der Packungsbleche von einer Kante jedes dieser Packungsbleche ausgehend eingeschnitten wird und in einem Randbereich entlang der Kante mindestens eine Flanke jeder Welle auf das jeweils benachbarte Wellental gefaltet wird.The object underlying the invention can also be achieved in that in a method of the type mentioned at least before joining part of the packing sheets starting from an edge of each of these packing sheets is cut and in an edge area along the edge at least one Flank of each wave is folded onto the adjacent wave valley.
Durch das Einschneiden der Bleche wird in dem Randbereich ebenfalls eine definierte Struktur geschaffen, die eine gezielte Flüssigkeitsführung und damit ein gleichmäßiges Abtropfen der Flüssigkeit zur Folge hat.By cutting the sheets, a defined one is also created in the edge area Structure created that a targeted fluid flow and thus an even Dripping the liquid.
Eine Packung besteht aus einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Packungsblechen, wobei sich die kreuzenden Wellen benachbarter Packungsbleche für einen optimalen Stoff- und Wärmeaustausch an möglichst jedem Kreuzungspunkt berühren sollen. Es ist daher wichtig, daß sich die Packungsbleche an der Übergangsstelle von dem mit Wellen versehenen Teil zum Randbereich nicht aufwerfen, d. h. daß die Wellenhöhe in dem Übergangsbereich die Wellenhöhe in dem mit Kanälen versehenen Bereich nicht übersteigt. Durch das erfindungsgemäße Einschneiden der Bleche vor dem Falten werden Stauchungen, die zu solchen unzulässigen Maßtoleranzen führen könnten, verhindert.A pack consists of a large number of contiguous ones Packing sheets, where the intersecting waves of adjacent packing sheets for an optimal material and heat exchange at every possible crossing point should touch. It is therefore important that the packing sheets on the No transition point from the corrugated part to the edge area raise, d. H. that the wave height in the transition area the wave height in the channeled area. By the invention Cutting the sheets before folding them will cause upsets impermissible dimensional tolerances prevented.
Vorteilhaft ist es, einen Teil der Bleche oder alle Bleche in dem Randbereich einzuschneiden und zusätzlich so zu falten, daß die Kante einen sägezahnartigen Verlauf erhält. Beide Maßnahmen verbessern die Flüssigkeitsverteilung und liefern eine optimierte Packung.It is advantageous for some of the sheets or all of the sheets in the edge region cut and additionally fold so that the edge is a sawtooth Receives history. Both measures improve the fluid distribution and deliver an optimized pack.
Vorzugsweise wird jedes Blech weiter als die Breite des Randbereichs, der anschließend gefaltet wird, eingeschnitten. Besonders bevorzugt erfolgen die Einschnitte 1 bis 3 mm über den Randbereich hinaus.Preferably, each sheet is wider than the width of the edge area is then folded, cut. This is particularly preferred Incisions 1 to 3 mm beyond the edge area.
Von Vorteil besitzt der Randbereich eine Breite senkrecht zur Kante des Packungsblechs von 1 bis 20 mm, bevorzugt 5 bis 10 mm. Diese Breite gewährleistet eine gute Verteilung der Flüssigkeit in dem Randbereich sowie eine ausreichende Verringerung des Gaswiderstandes, so daß die Flutgefahr minimiert wird.The edge region advantageously has a width perpendicular to the edge of the Packing sheet from 1 to 20 mm, preferably 5 to 10 mm. This width ensures a good distribution of the liquid in the edge area and sufficient Reduction of gas resistance so that the risk of flooding is minimized.
Die Einschnitte erfolgen vorzugsweise entlang eines Wellenberges und/oder entlang eines Wellentales.The incisions are preferably made along a wave crest and / or along a wave trough.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention and further details of the invention are described below of exemplary embodiments illustrated in the drawings. Here demonstrate:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Packungsblech in der Draufsicht, Fig. 1 shows an inventive packing sheet in the top view,
Fig. 2 die Ansicht der Unterkante einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 is a view of the lower edge of a first embodiment and
Fig. 3 die Ansicht der Unterkante einer zweiten Ausführungsform. Fig. 3 shows the view of the lower edge of a second embodiment.
In einer Rektifiziersäule einer kryogenen Luftzerlegungsanlage werden häufig geordnete Packungen zum Stoff- und Wärmeaustausch eingesetzt. Üblicherweise sind hierbei mehrere Packungen in Schichten übereinander angeordnet. Jede Packung ist aus einer Vielzahl von gefalteten oder gewellten Packungsblechen zusammengesetzt, die Strömungskanäle bilden, welche schräg zur Vertikalen verlaufen. Die einzelnen Packungsschichten sind so übereinander angeordnet, daß die Strömung beim Übergang zwischen den Packungsschichten in eine um 90° gedrehte Richtung umgelenkt wird.In a rectification column of a cryogenic air separation plant are common orderly packings used for mass and heat exchange. Usually are several packs arranged in layers one above the other. Each pack is composed of a large number of folded or corrugated packing sheets, form the flow channels, which run obliquely to the vertical. The single ones Packing layers are arranged one above the other so that the flow when Transition between the packing layers in a direction rotated by 90 ° is redirected.
Fig. 1 zeigt ein Packungsblech 1, wie es erfindungsgemäß in einer derartigen Packung Verwendung findet. Das Packungsblech 1 kann in einen Hauptbereich 2 und einen Randbereich 3 unterteilt werden. Im Hauptbereich 2 ist das Packungsblech 1 so gefaltet oder gewellt, daß sich im wesentlichen unter 45° verlaufende Strömungskanäle 5 ergeben. Der Hauptbereich 2 leistet im Betrieb den wesentlichen Beitrag zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen dem in der Rektifiziersäule nach oben strömenden Gas und der durch die Strömungskanäle 5 nach unten abfließenden Flüssigkeit. Fig. 1 shows a packing sheet 1 , as used according to the invention in such a package. The packing sheet 1 can be divided into a main area 2 and an edge area 3 . In the main area 2 , the packing plate 1 is folded or corrugated in such a way that flow channels 5 which run essentially at 45 ° result. The main area 2 makes the essential contribution to the mass and heat exchange between the gas flowing upwards in the rectification column and the liquid flowing down through the flow channels 5 during operation.
Am Stoß zwischen zwei Packungsschichten werden sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas um 90° umgelenkt. An dieser Stelle beginnt die Flüssigkeit bei hohen Belastungen erfahrungsgemäß als erstes zu stauen. Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle 5 daher nicht bis in den Randbereich 3 des Packungsblechs 1 fortgeführt. Der Randbereich 3 ist im wesentlichen eben und weist höchstens eine leichte Wellung auf, deren Wellenhöhe deutlich unter der im Hauptbereich 2 liegt. Beim Einsatz zeigt eine solche Packung im Randbereich 3, d. h. am unteren Packungsende bzw. zwischen zwei Packungsschichten, einen geringeren Strömungswiderstand für das nach oben strömende Gas, wodurch die Gefahr des Flutens der Packung deutlich herabgesetzt wird.At the joint between two packing layers, both the liquid and the gas are deflected by 90 °. At this point, experience has shown that the liquid begins to jam first under high loads. According to the invention, the flow channels 5 are therefore not continued into the edge area 3 of the packing plate 1 . The edge area 3 is essentially flat and at most has a slight corrugation, the wave height of which is clearly below that in the main area 2 . When used, such a packing shows a lower flow resistance for the gas flowing upwards in the edge area 3 , ie at the lower packing end or between two packing layers, whereby the risk of flooding of the packing is significantly reduced.
Wesentlich für den Wirkungsgrad einer Packung ist ferner die Flüssigkeitsverteilung über den Packungsquerschnitt. Der Stoß zwischen zwei Packungsschichten ist bisher eine Schwachstelle hinsichtlich der Flüssigkeitsverteilung. Erfindungsgemäß besitzt daher die untere Kante 6 des Packungsblechs 1 ein sägezahnförmiges Aussehen. Dadurch sammelt sich die aus den Strömungskanälen 5 des Hauptbereichs 2 austretende und im ebenen Randbereich 3 weitgehend undefiniert fließende Flüssigkeit an den Spitzen 7 der sägezahnartig verlaufenden Kante 6. Diese Spitzen 7 dienen als Abtropfstellen für die Flüssigkeit, wodurch ein regelmäßiges und fest verteiltes Abtropfen der Flüssigkeit erzielt wird.The liquid distribution over the cross-section of the pack is also essential for the efficiency of a pack. The joint between two packing layers has so far been a weak point in terms of liquid distribution. According to the invention, therefore, the lower edge 6 of the packing sheet 1 has a sawtooth shape. As a result, the liquid emerging from the flow channels 5 of the main area 2 and largely undefined flowing in the flat edge area 3 collects at the tips 7 of the sawtooth-like edge 6 . These tips 7 serve as draining points for the liquid, as a result of which a regular and firmly distributed dripping of the liquid is achieved.
Die erfindungsgemäße Packung ermöglicht so zum einen eine Verminderung des Druckverlustes zwischen zwei Packungsschichten bzw. am Packungsende und damit eine Verschiebung des Flutpunktes, zum anderen wird die Flüssigkeit am Übergang zwischen zwei Packungsschichten definiert verteilt. Beide Faktoren bewirken eine bessere Flüssigkeits- und Gasströmung in der Packung, welche den Packungswirkungsgrad deutlich erhöhen.The pack according to the invention thus on the one hand enables a reduction in the Pressure loss between two pack layers or at the end of the pack and thus a shift in the flood point, on the other hand, the liquid at the transition distributed between two pack layers. Both factors cause one better liquid and gas flow in the package, which the Increase packing efficiency significantly.
Zur Herstellung derartiger Packungsbleche 1 werden dünne Metallbleche zunächst gefaltet oder gewellt, so daß die beschriebenen Strömungskanäle 5 entstehen. Diese erstrecken sich in diesem Herstellungsstadium über das gesamte Blech 1. Anschließend wird das Blech 1 im Randbereich 3 so gefaltet, daß die Wellenberge 4 und die Wellentäler 5 eingeebnet werden und sich das überschüssige Blechmaterial jeweils im Bereich der Wellenflanken 8 z-förmig zusammenfaltet. Dies ist in Fig. 2 zu erkennen, die die Sicht auf die untere Blechkante 6 zeigt. Zur Verdeutlichung ist das Blech des Randbereichs 3 als durchgezogene Linie dargestellt, während die dahinterliegende Faltung des Hauptbereichs 2 gestrichelt gezeichnet ist. Diese Faltung ergibt in der Packungsblechebene, d. h. in Fig. 1 in der Zeichenebene, einen im Vergleich mit dem Hauptbereich 2 im wesentlichen ebenen Randbereich 3. Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird die ursprünglich gerade verlaufende untere Packungsblechkante 6 sägezahnartig umgeformt.To produce packing sheets 1 of this type , thin metal sheets are first folded or corrugated, so that the flow channels 5 described arise. In this production stage, these extend over the entire sheet metal 1 . Subsequently, the sheet 1 is folded in the edge area 3 so that the wave crests 4 and the wave troughs 5 are leveled and the excess sheet material folds in a z-shape in the area of the wave flanks 8 . This can be seen in FIG. 2, which shows the view of the lower sheet edge 6 . For clarification, the sheet metal of the edge area 3 is shown as a solid line, while the folding of the main area 2 behind it is shown in dashed lines. This folding results in a plane of the packing sheet, ie in the drawing plane in FIG. 1, in comparison with the main region 2 an essentially flat edge region 3 . Through the manufacturing method according to the invention, the bottom packing sheet edge 6 , which originally runs straight, is reshaped like a saw tooth.
In einem alternativen Herstellverfahren werden die Wellen 4, 5 nach dem ersten Verfahrensschritt, d. h. nachdem das Blech 1 über seine gesamte Fläche mit Strömungskanälen versehen worden ist, in dem Randbereich 3 jeweils entlang des Wellenberges 4 eingeschnitten. Anschließend werden die Wellenberge 4 und Wellentäler 5 im Randbereich 3 zusammengedrückt. Die Einschnitte in die Wellenberge 4 sind etwa 1 bis 3 mm tiefer als die Breite des zusammengedrückten Randbereichs 3. Als Resultat erhält man wiederum einen im wesentlichen ebenen Randbereich 3 mit einer sägezahnartigen Kante 6, wobei das Blech in der Seitenansicht nicht mehr z-förmig gefaltet ist, sondern, wie in Fig. 3 gezeigt, jeweils die zwischen zwei ursprünglichen Wellenbergen 4 liegenden Blechstücke überlappen 9.In an alternative manufacturing process, the shafts 4 , 5 are cut in the edge region 3 along the wave crest 4 after the first process step, ie after the sheet 1 has been provided with flow channels over its entire surface. The wave crests 4 and wave troughs 5 are then pressed together in the edge region 3 . The incisions in the wave crests 4 are approximately 1 to 3 mm deeper than the width of the compressed edge region 3 . The result is again an essentially flat edge region 3 with a sawtooth-like edge 6 , the sheet metal in the side view no longer being folded in a z-shape, but rather, as shown in FIG. 3, overlapping the sheet metal pieces lying between two original wave crests 4 9.
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2001
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1506822A1 (en) * | 2003-08-12 | 2005-02-16 | Linde Aktiengesellschaft | Method and apparatus for making an ordered packing |
| US7210324B2 (en) | 2003-08-12 | 2007-05-01 | Linde Aktiengesellschaft | Process and apparatus for producing an ordered packing |
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