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Hohler Füllkörper mit ei- oder kugelförmiger Gestalt für Reaktionsräume
Zylindrisch geformte hohle Füllkörper, darunter die allgemein bekannten Raschig-Ringe,
haben als Füllkörper für Reaktionsräume zur Durchführung von physikalischen bzw.
chemischen Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten und zwischen nicht mischbaren
Flüssigkeiten große Verbreitung gefunden. Dies beruht darauf, daß die Massenherstellung
derartiger Füllkörper verhältnismäßig einfach auf maschinellem Wege möglich ist
und man durch die Einbringung derartiger Füllkörper in Reaktionsräume die wirksame
Oberfläche pro Kubikmeter Füllraum des Reaktionsraumes sehr groß machen kann.
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Bei der praktischen Verwendung derartiger Füllkörper ergeben sich
allerdings einige Probleme. Beispielsweise hat man festgestellt, daß zylindrische
Hohlringe sich nicht so regelmäßig und dicht lagern, wie es an sich erwünscht wäre,
weil sich die äußeren Zylinderflächen derartiger Füllkörper in gewissem Grade gegenseitig
ausrichten. Außerdem ist festgestellt worden, daß bei den üblichen hohlen Füllkörpern
die Benetzung der inneren Zylinderflächen verhältnismäßig gering ist und somit die
innenliegende Oberfläche der Füllkörper nicht in vollem Maße ausgenutzt wird. Infolge
der gegenseitigen Ausrichtung dieser zylindrischen Füllkörper, die insbesondere
an der zylindrischen Innenwandung eines Reaktionsraumes besonders stark auftritt,
ergibt sich eine sogenannte Bachbildung, bei der die Flüssigkeit in einem mehr oder
weniger kompakten Strahl von oben nach unten durch den Reaktionsraum hindurchfließen
kann, ohne durch intensive Zerteilung mit dem anderen, im Reaktionsraum enthaltenen
Reagenz in eine intensive Berührung zu kommen.
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Andererseits sind auch kugelförmige oder der Kugelform angenäherte
Füllkörper bekannt, bei denen keine oder nur eine geringfügige Ausrichtwirkung vorhanden
ist. Man kann derartige Füllkörper in größerer Zahl in den Reaktionsraum einbringen.
Die am einfachsten herzustellenden massiven oder aber hohlen, jedoch vollständig
geschlossenen Füllkörper setzen aber dem Gasdurchgang einen verhältnismäßig großen
Widerstand entgegen.
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Bei den hohlzylindrischen Füllkörpern hat man versucht, die geschilderten
Verhältnisse dadurch zu verbessern, daß man aus den Zylinderwandungen unter Beibehaltung
der Zylinderform Ausschnitte ausgestanzt und in das Innere des Zylinders gebogen
hat; derartige Füllkörper sind unter dem Namen »Pall-Ringe« bekannt. Hierdurch wird
aber die Oberfläche lediglich um die Schnittflächen vergrößert und die Benetzung
der Zylinderinnentlächen verbessert.
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Da aber die Zylinderform der Ringe erhalten bleibt, bleibt die Schüttmenge
pro Raumeinheit des Reaktionsraumes gegenüber normalen, glatten, hohlzylindrischen
Füllkörpern unverändert, ebenso auch die Ausrichtwirkung an den Wandflächen des
Reaktionsraumes und untereinander.
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Etwa das gleiche gilt auch für bekannte Füllkörper, die die Form
zweier mit der größeren Kreisfläche aneinanderliegender Kegelstümpfe haben. Solche
Füllkörper sind nicht gerade einfach herzustellen; sie haben zudem den Nachteil,
daß ihr Raumbedarf praktisch der gleiche ist wie der eines Hohlzylinders, daß ihre
Innenflächen, wie auch bei Hohlzylindern, nur unvollständig für die Reaktion ausgenutzt
werden und nach wie vor eine verhältnismäßig starke Ausrichtungswirkung vorhanden
ist infolge der Tatsache, daß auch diese Füllkörper die Ausrichtung bewirkende geradlinige
Mantellinien, nämlich die Erzeugenden der beiden Kegel, haben, deren Länge immerhin
noch gleich der halben Höhe der Füllkörper ist.
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Auch bei kugelförmigen oder der Kugelgestalt angenäherten Füllkörpern
hat man versucht, die weiter oben geschilderten Nachteile massiver oder allseitig
geschlossener Körper durch Durchbrechungen in den Füllkörperwandungen zu beheben.
Allen auf diesem Gebiet liegenden Vorschlägen ist aber der Nachteil gemeinsam, daß
die kugelförmige oder der kugelförmigen Gestalt angenäherte Form der Füllkörper
verhältnismäßig schwierig zu erzeugen und diese Füllkörper deshalb nicht in Massen
billig hergestellt werden können, was aber Voraussetzung für ihre praktische Anwendung
wäre. Auch wird bei solchen hohlkugeligen Füllkörpern, bei denen naturgemäß die
Durchbrechungen nur einen Bruchteil der Gesamtfläche ausmachen können, der Innenraum
der Füllkörper bzw. ihre Innenfläche nur ungenügend ausgenutzt.
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Diese Nachteile hohler Füllkörper mit ei- oder kugelförmiger Gestalt
werden vermieden, wenn erfindungsgemäß der Füllkörper aus einem Hohlzylinder durch
Einbiegen der Ränder nach innen erhalten worden ist.
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Dadurch wird erreicht, daß sich der rechteckige Querschnitt der bekannten
hohlzylin,drischen Füllkörper in Achsrichtung einer Kreisform nähert so daß die
Höhe des Füllkörpers,--bei gleichblefbender Gesamtaußenfläche, geringer wird als
bei Xm ,ursprünglichen Hohlzylinder. Dadurch wird nicht nur die Anzahl der in der
Raumeinheit des Reaktionsraumes unterzubringenden Füllkörper erhöht, sondern auch
die Ausrichtwirkung bei den Füllkörpern herabgesetzt. Gegenüber den normalen hohlzylindrischen
Füllkörpern, deren Höhe gleich ihrem Durchmesser ist (sogenannte Raschig-Ringe),
wird die pro Raumeinheit des Reaktionsraumes einzubringende Reaktionsfläche um etwa
ein Viertel erhöht.
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Durch die dichtere Lagerung der Füllkörper wird diese Lagerung erschütterungsunempfindlicher
und fester, als man dies bisher erreichen konnte. Die Herstellung dieser neuen Füllkörper
ist mit bekannten Herstellungsverfahren in sehr einfacher Weise in Massenproduktion
möglich. Durch Veränderung des Ausmaßes der Verengung der Zylinderöffnungen durch
das Einbiegen läßt sich die Menge des jeden einzelnen Füllkörper durchströmenden
Gases bzw. der durchströmenden Flüssigkeit sehr leicht verändern und den gewünschten
Betriebsverhältnissen anpassen.
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Das Einbiegen der Ränder des Hohlzylinders kann man erleichtern und
gleichzeitig eine stärkere Aufspaltung der Gas- und/oder Flüssigkeitsströmungen
erreichen, indem man die Zylinderränder einschneidet und die entstehenden Lappen
nach innen abbiegt; gegebenenfalls kann man auch einige der Lappen nach außen derart
umbiegen, daß sie dann an der Außenwand anliegen. Man kann auch vor dem Abbiegen
der Lappen einen Teil derselben wegschneiden, und zwar besonders dann, wenn man
eine größere Anzahl von Einschnitten vorsieht; hierdurch wird die Drosselung des
Gasdurchganges durch das Innere der Füllkörper verringert. Das Einschneiden der
Ränder und das Abbiegen der dabei entstehenden Lappen kann an einem Ende oder auch
an beiden Enden des Hohlzylinders, von dem ausgegangen wird, erfolgen.
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Je nach dem Füllkörperdurehmesser wird man beispielsweise vier und
mehr Einschnitte ringsherum, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, vornehmen. Man kann
dann, z. B. bei vier Einschnitten, zunächst je zwei einander gegenüberliegende Lappen
nach innen biegen und über diese die anderen Lappen in gleicher Weise. Man kann
auch damit anfangen, einen der gebildeten Lappen etwas schräg im Bogen nach innen
zu biegen, sodann die Kante des nächstliegenden Lappens darüberlegen, was man ringsherum
fortsetzt, so daß schließlich die Lappen wendeltreppenartig übereinanderliegen,
ohne daß ihre Flächen sich berühren.
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Was die Tiefe der Einschnitte betrifft, so richtet sie sich nach
Länge und Durchmesser des verarbeiteten Rohrstückes. Wenn dieses Verhältnis beispielsweise
4: 3 beträgt und man die Einschnitte in einer Tiefe vornimmt, die dem halben Durchmesser
des Rohrstückes entspricht, so wird man bei widerstandsfähigem Material noch zu
einen mehr oder weniger kugelförmigen Hohlkörper von genügender Festigkeit kommen.
Bei zerbrechlichem Material wird man sich mit einer mehr eiförmigen Form begnügen
müssen.
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Die mit Einschnitten und abgebogenen Lappen versehenen Füllkörper
nach der Erfindung haben den Vorteil, daß die Füllkörper sich bei ihrer Lagerung
gewissermaßen verzahnen, so daß sie sich wesentlich erschütterungsunempfindlicher
lagern. Man kann die Verzahnung der Schüttung noch dadurch verstärken, daß man nicht
alle der durch die Einschnitte gebildeten Lappen nach innen biegt, sondern einen
Teil stehenläßt. Dadurch kann man erreichen, daß selbst bei plötzlichen Dampfstößen
in Destillationskolonnen die Füllung sich nicht leicht lockert bzw. anhebt wie bei
bekannten Füllkörpern, so daß die gleichmäßige Verteilung der Füllkörper hierdurch
nicht beeinträchtigt werden kann, und zwar insbesondere bei Vornahme gerichteter
Schüttungen.