Die Erfindung betrifft eine Packung für eine Stoff- und Wärmeaustausch kolonne, in welcher eine gasförmige und eine flüssige Phase miteinander i Kontakt gebracht werden, umfassend eine Vielzahl von gleichen Packungskör pern, die im wesentlichen von der Form eines kreisringförmigen Hohlzylinder sind, dessen Wandung umlaufend nach außen hin konkav und nach innen hin konve unter Ausbildung von zwei äußeren umlaufenden Rändern ist und bei dem da Verhältnis von Außendurchmesser zur Höhe groß ist.

In Stoff- unnd Wärmeaustauschkolonnen, in denen eine gasförmige Phas mit einer flüssigen Phase in Kontakt gebracht wird, findet ein Stoff- un Wärmeübergang statt, etwa eine Absorption bei Übergang einer Komponente vo das gasförmigen in die flüssige Phase, eine Desorption beim Übergang eine Komponente in umgekehrter Richtung oder eine Rektifikation, bei der ein Über gang von Komponenten in beiden Richtungen stattfindet. Da gewöhnlich Tempera turunterschiede herrschen, findet gleichzeitig auch ein Wärmeübergang statt, weshalb die Stoffaustauschkolonnen immer gleichzeitig auch Wärmeaustauschko lonnen sind. Gewöhnlich läßt man die gasförmige Phase im Gegenstrom zur flüs sigen Phase durch die Kolonne strömen, nur in seltenen Fällen wird das Gleichstromprinzip angewendet (während Kreuzstrom nur bei dem Wärmeaustausc dienenden Kühltürmen infrage kommt). Die Kolonnen sind mit Einbauelementen versehen, deren Aufgabe es ist, eine hohe Austauschleistung zwischen gasför-

miger und flüssiger Phase (Wirksamkeit), einen hohen Durchsatz (Kapazität) fü die beiden Phasen und einen möglichst geringen Druckverlust zu erzielen.

Einbauelemente für Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen können sowohl i Form von ungeordneten, als auch geordneten Packungen realisiert werden. Ge ordnete Packungen bestehen vorzugsweise aus grobgefalteten Lamellen, die mi ihren Kämmen sich kreuzend im Winkel zueinander und zur Kolonnenachse ange ordnet werden sowie mit einer Feinstruktur in Form von Rillen und Löcher o.dgl. versehen sind. Ihre Herstellung und ihre Anordnung in der Kolonne sin relativ aufwendig.

Ungeordnete Packungen bestehen aus einzelnen Packungskörpern, die ein fach in die Kolonne geschüttet werden. Gegenüber geordneten Packungen ist da her die Anordnung in der Kolonne wesentlich vereinfacht. Zu derartigen Pak kungskörpern gehören die seit langem bekannten Raschig-Ringe, die ein Verhält nis zwischen Durchmesser und Höhe von etwa 1:1 besitzen. Eine Weiterentwick lung hiervon sind sogenannte Pall-Ringe, die sich einwärts erstreckende un entsprechende Löcher belassende kleine Zungen aufweisen, die die Kapazitä erheblich verbessert haben. Durch Reduzierung der Relation zwischen Durchmes ser und Höhe auf 3:1 unter Weglassung einer Zungenreihe konnten bei de Pall-Ringen Totbereiche reduziert werden.

Ähnlich war die Entwicklung bei dachförmigen, halbzylindrischen, sa telförmigen oder ähnlich gestalteten Packungskörpern, die ebenfalls regell in die Kolonne geschüttet werden und mit immer komplizierteren Oberflächeng staltungen in Form von Löchern, Rippen, Rillen, Vorsprüngen, Eindrückunge Zungen u.dgl. versehen wurden.

Ungeordnete Packungen zeigen strukturell bedingt einen relativ hoh Druckverlust in Axialrichtung der Kolonne, der die Kapazität der Packung u die Effektivität des Stoffaustauschs beeinträchtigt.

Dies trifft auch für Packungen zu, die aus Packungskörpern hergestell werden, wie sie in der DE-A-2 164 144 beschrieben sind. Diese Packungskörp können kreiszylindrisch mit gegebenenfalls konkaver Außenfläche sowie m einwärts gerichteten Rippen sein, die auch in axialer Richtung bezüglich d zylindrischen Teils vorstehen können. Die Rippen sollen ein Verkeilen d Packungskörper ineinander beim Einschütten verhindern, wodurch der Druckabfa aufgrund der hierdurch bewirkten teilweisen Ausrichtung der Packungskörp aneinander verringert wird. Zumindest bei Packungskörpern, die aus Meta durch Kaltverformung hergestellt werden, ist die Anbringung der Rippen au wendig und beim Einschütten der Packungskörper in eine Kolonne ergibt si

keine wohlgeordnete Struktur, sondern eine zufällige, ungeordnete Packung, i der es sowohl flach, als auch schräg liegende und vertikal gestellte Pak kungskörper gibt, die immer noch einen relativ hohen Druckverlust bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Packung der eingangs genannten Art z schaffen, die zu einem verminderten Druckverlust und zu einer erhöhten Kapa zität und Effektivität des Stoffaustauschs führt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Packung aus einer Vielzah von übereinander angeordneten Lagen von flachliegenden, in jeder Lage zufälli verteilten, innen einen freien Durchtrittsquerschnitt aufweisenden Packungs körpern besteht, die ein Verhältnis von Außendurchmesser zur Höhe von etwa 6: bis etwa 10:1 besitzen.

Die verwendeten Packungskörper bestehen aus einem Ring ähnlich eine Fahrradfelge mit einem relativ hohen Verhältnis von Durchmesser zu Höhe, s daß im freien Fall auf einen flachen Untergrund fallende Packungskörper ein flachliegende Position einnehmen, in der sie auf einem umlaufenden Rand auf liegen. Die Wahrscheinlichkeit, daß sie hierbei eine vertikale Position ein nehmen, ist denkbar gering, da diese Position den labilen Gleichgewichtszu stand darstellt, der bereits durch geringste Erschütterungen o.dgl., etwa da Auftreffen weiterer herabfallender Packungskörper, beseitigt würde. Hierdurc ist es möglich, durch allmähliches Einfüllen und Verteilen von Packungskörper in eine Kolonne eine aus übereinander angeordneten Lagen von flachliegende Packungskörpern gebildete Packung aufzubauen, die somit in Axialrichtung de Kolonne sozusagen geordnet ist, während die Packungskörper einer Lage zufälli und ungeordnet verteilt und praktisch immer gegenüber den ober- und unterhal benachbarten versetzt sind. Bei einer derartigen Packung wird der Druckverlus gegenüber einer vollständig ungeordneten Packung wesentlich verringert, wo durch die Kapazität und die Effektivität des Stoffaustausches wesentlich ver bessert werden können. Bei gleichbleibender Kapazität und Effektivität wir dadurch das Packungsvolumen und damit auch das Gewicht der Packung verringert

Die Packung wird zudem mittels sehr einfach herstellbarer Packungskörpe und mit relativ geringem Arbeitsaufwand während der Füllphase der Kolonne re alisiert.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgen den Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildunge beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ausschnittweise eine Packung in einer Stoff- und Wärmeaus tauschkolonne, in der in der Zeichenebene versetzte Ringe dargestellt sind während geschnittene Ringe aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen sind.

Fig.2 zeigt ausschnittweise eine Draufsicht auf die Packung von Fig. 1

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsfoπn eines Packungskörpers für die Packu von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 befindet sich in einer Kolonne 1 eine von einem entspr chenden Boden (nicht dargestellt) getragene Packung 2, die aus schichtwei übereinander angeordneten Lagen 3 von Packungskörpern 4 besteht. Oberhalb d Packung 2 befindet sich ein Flüssigkeitsverteiler 5.

Die Packungskörper 4 sind in Form eines kreisringförmigen Hohlzylinde ausgebildet, wobei die Wandung 6 des Hohlzylinders, die eine im wesentlich gleichmäßige Wandstärke aufweist, umlaufend mit einer konkaven Außenseite und einer konvexen Innenseite 8 versehen ist. Ferner ist das Verhältnis v Außendurchmesser D zur Höhe H des Hohlzylinders so groß, daß der Packungskö per 4 beim Einschütten in eine Kolonne 1 auf deren Kolonnenboden oder ein Schicht aus gleichartigen Packungskörpern 4 eine flachliegende Position, w sie.in Fig. 1 dargestellt ist, einnimmt. Das Verhältnis von Außendurchmesser zur Höhe H des Hohlzylinders liegt vorzugsweise etwa zwischen 6:1 und 10:1.

Indem derartige Packungskörper 4 behutsam in eine Kolonne 1 eingefül und ausgebreitet werden, ergibt sich eine Packung 2 von übereinander angeor neten Lagen 3 von flachliegenden Packungskörpern 4. Eine derartige Packung zeigt zwar eine regellose Anordnung der Packungskörper 4 in jeder Lage 3, w bei zwischen den einzelnen Packungskörpern 4 mehr oder weniger große Abstän vorhanden sind, einzelne Packungskörper 4 aber auch punktweise aneinand liegen werden, jedoch ist in Richtung der Kolonnenachse die Packung 2 geor net.

Hierdurch wird erreicht, daß der aerodynamische Widerstand gegenüb einer vollständig ungeordneten Packung verringert und damit der Druckabfa innerhalb der Kolonne 1 vermindert wird. Durch die mit den Packungskörpern erzielbare teilgeordnete Packung nehmen die Packungskörper 4 bei gleich spezifischen Oberfläche zudem einen geringeren Raumanteil ein, d.h. der Pa kungsfaktor wird verringert bzw. die Kapazität der Packung 2 kann bei gleic bleibendem Packungsvolumen wesentlich gesteigert werden.

Die einwärts gekrümmte Wandung 6 des Packungskörpers 4 verleiht dies eine ausreichende Festigkeit und dient außerdem dazu, daß sich ein Packung körper 4 praktisch nicht schräg oder senkrecht in einem horizontalen Pa

kungskörper 4 festklemmen und damit zumindest abschnittweise die Ausbildun von Lagen 3 verhindern kann, sondern sich in einer solchen Stellung im labile Gleichgewicht befände und daher beim Ausbreiten oder Herabfallen weitere Packungskörper 4 in die horizontale Lage entsprechend dem stabilen Gleichge wicht umkippt.

Zweckmäßigerweise ist die Wandung 6 im Schnitt kreisringausschnittförmi und insbesondere halbkreisringförmig, jedoch sind auch beispielsweise teil ovale Konkavitäten möglich.

Die einwärts gekrümmte Wandung 6 bewirkt auch eine entsprechende Ober flächenvergrößerung, die sich auf den Druckverlust reduzierend und auf di Effektivität und die Kapazität vergrößernd auswirkt.

Die einwärts gekrümmte Wandung 6 führt ferner dazu, daß die flüssig Phase ohne Ausbildung von Flüssigkeitsansammlungen abfließt, so daß die Ver weilzeit der flüssigen Phase in der Packung 2 entsprechend gering ist. Hier durch können bei zur Polymerisation neigenden Substanzen Polymerisationen i der Kolonne 1 vermieden werden. Außerdem werden durch die flüssige Phase i Suspension oder in anderer Weise eingetragene Feststoffe nicht zurückgehalten

In einer Packung 2 gemäß Fig. 1 strömt die gasförmige Phase immer i Axialrichtung der Kolonne 1 von unten nach oben und damit in wesentlichen i Axialrichtung der einzelnen Packungskörper 4, wobei diese eine Druckdifferen zwischen dem Bereich benachbart zur Außenseite 7 und dem Bereich benachbar zur Innenseite 8 hervorrrufen, wobei der statische Druck p. an der Außenseit 7 größer als der statische Druck p ₂ an der Innenseite 8 ist (ähnlich wie bei Flügel eines Flugzeugs). Hierdurch ergibt sich im Inneren jedes einzelne Packungskörpers 4, der innen einen freien Durchtrittsquerschnitt, d.h. kein einwärts gerichtete Rippen o.dgl. Einbauten aufweist, ein Unterdruck. Die führt zu verstärkten Gasturbulenzen und damit zu einer entsprechenden Quer vermischung der gasförmigen Phase, zumal jeder einzelne Packungskörper 4 ge genüber dem benachbarten der darüber und darunter befindlichen Lage etwa versetzt ist.

Da die flüssige Phase zumindest teilweise am Unterrand der Packungskör per 4 entlang läuft, bis sie auf den Oberrand eines darunter befindliche Packungskörpers 4 trifft, bewirkt dies eine Mischung der abwärts strömende flüssigen Phase in Richtung quer zur Kolonnenachse. Hierdurch wird eine i wesentlichen gleichmäßige Zusammensetzung der flüssigen Phase über den Kolon nenquerschnitt erzielt.

Die Quervermischung von gasförmiger und flüssiger Phase bewirkt, daß da

treibende Gefälle von Temperatur und/oder Konzentration optimal ausgenut werden kann.

Eine genaue horizontale Justierung der Packung 2 bzw. der Packungskörp 4 ist nicht notwendig, eine geringfügige Neigung führt zu einem entsprechend Abfließen der flüssigen Phase.

Die Wandstärke der Wandung 6 kann beispielsweise etwa zwischen 0,2 u 5,0 mm liegen, während Außendurchmesser D gewöhnlich im Bereich zwischen und 300 mm gewählt werden. Hierbei kann das Minimum des Verhältnisses zwisch Kolonnen- und Packungskörperdurchmesser ohne Effektivitätsverlust etwa 4,6 im Vergleich zu minimal 8 bis 12:1 bei üblichen ungeordneten Packungen betr gen, so daß insbesondere bei Laborgeräten Packungskörper 4 mit relativ groß Durchmesser D ohne Nachteile verwendet werden können.

Bei Packungskörpern 4 mit kleinerem Durchmesser D wird beobachtet, d sich diese teilweise an den Kolonneπwänden in vertikaler oder schräger Ste lung abstützen. Dies kann bei Kolonnen 1 mit kleinerem Kolonnendurchmesse bei denen normalerweise viel Flüssigkeit an der Kolonnenwand herabströmt, vo teilhaft genutzt werden, indem diese die Flüssigkeit von der Kolonnenwand das Kolonneninnere lenken. Auch kann man zu diesem Zweck Packungskörper antsprechend entlang der Kolonnenwand aufstellen, wie in Fig. 1 dargestel ist.

Die Packungskörper 4 können aus verschiedenen Materialien hergestel sein, so aus Metall wie Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, Titan, Kupfe Messing, Aluminium o.dgl., das zweckmäßigerweise kaltverformt wird, oder a thermoplastischem Material wie Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyethyl o.dgl. oder aus Keramik, Gummi oder Glas. Das zur Herstellung verwendete Au gangsmaterial kann vor, während oder nach der Formgebung mit einer Grobstru tur, beispielsweise unter Ausbildung normalerweise nicht von der flüss gen Phase überfluteten Gasdurchtrittsöffnungen 9 (Fig.3) o.dgl., und/oder m einer Feinstruktur in Form von Rillen, Erhebungen, Vertiefungen, kleinen L chern o.dgl. versehen sein, wobei die Anbringung dieser Strukturen von der der verwendeten Formgebung für die Packungskörper 4 abhängt. Auch kann d Packungskörper 4 aus einem Gewebematerial, etwa einem Drahtgewebe hergestel werden.

Insbesondere bei Packungskörpern 4 aus Metall kann ein rinnenförmig Profil oder ein planer Streifen abschnittweise jeweils zu einem Kreisrin gegebenenfalls unter gleichzeitiger Ausbildung der Konkavität, gebogen werd wobei sich zwischen den gegenüberstehenden Enden ein schmaler Spalt 10 befi

den kann (Fig. 3), dessen Breite wesentlich geringer als die Höhe H des Pak kungskörpers 4 sein sollte, damit sich hierin kein weiterer Packungskörper beim Füllen der Kolonne 1 einklemmt oder verhakt.

Die Enden des zu einem Kreisring gebogenen Profilabschnitts können abe auch beispielsweise durch Nieten, Löten, Kleben etc. miteinander verbunde sein.

Durch die nach außen konkave Wandung 6 besitzt der Packungskörper 4 zwe umlaufende Ränder 11, von denen einer gegenüber dem anderen etwas zurückver setzt sein kann, d.h. daß die Durchmesser der beiden Ränder 11 etwas unter schiedlich sind, so daß ein Umfallen der Packungskörper 4 in die flachliegend Position zusätzlich begünstigt wird. Hierbei kann der Durchmesserunterschie so groß sein, daß die Projektion des Schwerpunktes des Packungskörpers 4 i seiner im wesentlichen vertikalen Position auf eine Unterlage außerhalb seine Standfläche liegt.

Der Flüssigkeitsverteiler 5 umfaßt in der dargestellten Ausführungsfor eine Zuführrinne 12 für die flüssige Phase, die hieraus in Verteilerrinnen 1 überlauft. Die Verteilerrinnen 13 besitzen eine Reihe von bodenseitig ange ordneten Austrittsleitungen 14 mit Austrittsöffnungen 15. Die Austrittslei tungen 14 sind hierbei gruppenweise so angeordnet, daß ihre Austrittsöffnunge 15 auf einem Kreis korrespondierend zu einem darunter befindlichen Packungs körper 4 der obersten Lage 3 der Packung 2 angeordnet sind. Hierdurch wird di aus den Austrittsöffnungen 15 austretende Flüssigkeit gezielt auf die Pak kungskörper 4 der obersten Lage 3 aufgegeben und kann nicht eine unbestimmt Strecke frei als Strahl durch die Packung 2 hindurch fallen. Um die Ausrich tung der Packungskörper 4 der obersten Lage 3 mit den Gruppen von Austritts leituπgen 14, deren AuslaufÖffnungen 15 im Kreis angeordnet sind, sicherzu stellen, können die Packungskörper 4 der obersten Lage 3 über Streben 1 o.dgl. verbunden sein, so daß die oberste Lage 3 der Packung 2 zusammen mi dem Flüssigkeitsverteiler 5 in die Kolonne 1 eingesetzt wird.

Stattdessen kann die oberste Lage 3 der Packung 2 auch aus untereinande verbundenen Packungskörpern 4 bestehen, wobei zweckmäßigerweise unter jede Austrittsöffnung 15 ein Packungskörper 4 der ersten Lage 3 angeordnet ist.

Die eine Einheit bildende ^' oberste Lage 3 kann gleichzeitig einen Nied erhalter für die Packung 2 gegen ein Anheben der Packung 2 bei übermäßige Gasbelastung bilden. Auch der Flüssigkeitsverteiler 5 als solcher oder zusam men mit der obersten Lage 3 kann den Niederhalter bilden, oder beide könne Bestandteil des Niederhalters sein.

Bei Packungskörpern 4 mit einem entsprechend kleinen Durchmesser könn die Austrittsöffnungen 15 bzw. die Austrittsleitungen 14 gewöhnlich nic gruppenweise zusammengefaßt werden, jedoch ist es zweckmäßig, wenn wenigste jedem Packungskörper 4 eine Austrittsöffnung 15 zugeordnet ist, die die v ihr abgegebene flüssige Phase auf diesen Packungskörper 4 der obersten Lage aufgibt.