在一个喷淋柱中进行物质－能量交换的装置.pdf

与目前对于物质交换和/或能量交换的最大分离级数的研究相反，提出了一种用于最大蒸汽或气体流量的装置，其中提供大的垂直通流空间。蒸汽或气体无撞击损失地通流并由此在与液体的对流中具有最小的应力损失/米，蒸汽或气体沿着以常见的编织或针织网制成的粗网眼的织物带或格栅带的垂直相邻设置的弯曲的金属线或纤维并与液体进行交换。同时，通过优化金属线或纤维直径和其数量和织物带或格栅带的布置，在考虑到大的垂直通流空间和均匀地浸润大量的在粗网眼的织物带或格栅带的波峰上垂直相邻设置的弯曲的金属线或纤维的情况下对于蒸汽流或气体流通过排流液体的分级分布实现最小的单位体积。

1.  一种在一个喷淋柱中进行物质交换和/或能量交换的装置，具有以并联设置的织物或格栅形式的三维金属线或纤维充填物，其特征在于，粗网眼的织物或格栅(6)在立柱(1)中的装入状态包括相互垂直且间隔延伸的弯曲的金属线或纤维(19)或金属线组或纤维组并且所述织物或纤维(6)这样设置，使相邻的织物或格栅在弯曲的金属线或纤维(19)的波峰上相互接触并由于相互间隔延伸的金属线或纤维(19)或金属线组或纤维组的网眼尺寸构成基本上连续的垂直的通流通道。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述各织物带(6)或格栅带通过其上端的金属线端头或纤维端头(21)悬挂在分布器槽(21)里面或组合在位于这些分布器槽上的管或套里面。

3.  如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述垂直的金属线或纤维(19)具有小于3毫米的粗度。

4.  如权利要求1-3中至少一项所述的装置，其特征在于，所述织物或格栅的网眼尺寸、即垂直金属线或纤维(19)之间的距离为3-20毫米。

5.  如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述相邻拼接的织物带(6)或格栅带分布在具有对应的分布器槽(5)的界定的充填组里面。

6.  如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，每个充填组具有一个液体分布头(3)，它对其分布器槽(5)供液体。

7.  如权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，在液体的分布器槽(5)里面设置水平的固定面(16)。

8.  如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述各充填组的分布头(3)由上置的分布头供液体。

9.  如权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述分布头(3)的排流孔(17)相互间通过分隔板(12)或管段分开并从下面对排流孔(17)供液体。

10.  如权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述织物带(6)或格栅带的金属线端头或纤维端头在敞开的槽(9)中导引。

11.  如权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述敞开的槽(9)与位于其下面的排流槽连通或在一个环形通道里导引。

12.  如权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于，在所述装置的内壁上或围绕反应充填物安置一个织物面。

13.  如权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述充填物的金属线或纤维(19)是导电或导热和/或催化活性的。

14.  如权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述充填物的金属线或纤维(19)由一种金属的或非金属的材料、尤其是塑料、玻璃纤维或碳素纤维制成。

15.  如权利要求1-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述单个或相互并联设置的金属线或纤维(19)单丝或多丝地构成、由溶纺的纤维(单丝)制成、扭绞或展开或具有一定的结构，其中也包括网筛链。

在一个喷淋柱中进行物质-能量交换的装置
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于进行物质和/或能量交换的装置。
为了最佳地使用对于这种装置进入交换的相态必需在对流中以尽可能大的相态界面和最小的能耗(Δp/米)进行导引。一个大的相态界面可以通过大量的垂直穿过装置导引的金属线或纤维实现，其中在这些金属线或纤维上顺流的液体总是被更新并与上升的相态位于直接对流。
为此液体均匀的通流需要一个同样均匀的分配到所有金属线或纤维的端头上。每个偏差量都意味着分配不均匀，其中对于相互间±50％的单个顺流偏差已经使所需交换面积倍增而对于较大的偏差交换面积实际上不再对分离效率产生影响。
除了液体均匀顺流以外必需为上升的第二相态提供垂直的流动空间，以便以最快的速度无撞击损失地到达顺流液体层的拦截坝。
对于按照专利申请PCT/EP00/07756和专利文献WO 01/87448的装置研究指出，在那里所描述的金属线或纤维充填结构也可以由粗网眼织物带或焊接的格栅组装而成并可以形成一定尺寸的网眼尺寸，如果在结构和在装置中考虑某些措施，它们可以通过常见的编织或针织机完成加工。
按照本发明所述织物带或格栅带相互接触。而且使用粗网眼织物，它们在柱体中的安装状态具有垂直延伸的弯曲的金属线或纤维或金属线组或纤维组，它们相互间具有形成网眼的距离，最好约3-20毫米。
所述金属线和纤维不仅在经向而且在纬向都可以单丝或多丝地构成。为了简化在下面的描述中仍只称为金属线。
上述垂直的金属线通常是经线。在优选的实施例中对于所使用的织物经线不是直线地延伸而是在平面中垂直于织物面弯曲地、波纹地或其它弯曲形状地延伸。与此相反对于这种优选的实施例水平的金属线、通常为纬线直线地或也弯曲地延伸。这将使往复围绕纬线导引的经线非常剧烈地偏移，使得织物对于相同粗细的经线和纬线具有三倍的线粗，即两倍的经线粗和一倍的纬线粗。但是本发明不限定在所述织物或格栅的这种特殊实施例。
对于上述结构所述经线交替地向织物的一面和另一面拱起。按照本发明使两个或多个织物带这样相互接触，使相邻织物带或格栅带的相互面对的经线拱起接触。由此使织物带的中心平面、尤其是其经线相互保持间距。上述接触可以由此实现，使织物带或格栅带分别成镜像地处于接触或者以一个网眼尺寸相对于相邻的织物带或格栅带错开地设置。不要求带的所有经线拱起相互接触。如果这种位置占到相当的份额就足够了。
在一个特殊的实施例中接触位置的稳定性由此继续得到改善：两个或多个垂直成波纹状的金属线紧挨着相邻地设置。然后可以使相邻织物带或格栅的经线通过其拱起位于相邻织物带或格栅带的双金属线拱起之间，由此实现稳定的位置。如果相互顶靠的拱起从其面对的峰点滑移倾斜，则对于各金属线位置可能是不稳定的。用于提高稳定性的另一方法是，织物带或格栅带通过紧邻的经线结构交替地通过带呈现在其经线旁边。在此各经线分别位于相邻带的直接紧邻的经线拱起之间，由此同样实现一个稳定的位置。
相邻织物带或格栅带在其接触位置固定是适宜的。这一点可以通过不同的方法实现。例如使带在大量的点上相互打结，例如通过纤维。但是根据材料也可以是点状的焊接或卡接。通过这种方式能够产生两个或多个带的捆束。通过设置在带网眼间距中的总是在垂直延伸中接触的经线实际上在相邻纵向金属线之间构成连续地垂直的通流通道，它们构成上升的反应相态的一个路径。
现在不需要一个纬线位于一个经线的每个拱起后面。尤其是对于刚性的线材经线可以成波纹状并且只在多个波纹的间距中通过一个纬线连接。在优选的实施例中相邻带相互间以较大间距存在的纬线这样设置，使它们在垂直方向相互错开。通过这种有间隙的布置也有利于上升介质的横流穿过带。构成垂直通流通道的横截面一方面取决于网眼尺寸、经线相互间的垂直间距而另一方面取决于线粗。线粗最好为0.5-3毫米。
也可以选择这样实现流体分布，使织物带或格栅带的上部金属线以确定的组组合在管或套里面并与排流孔直接处于连接或者由悬挂在这些排流孔中的金属线供液体。
金属线也可以在管或套中组合成单个的捆束，例如4个或6个并相邻地设置在管或套里面。
为了均匀地导流液体按照公开的专利申请DE 100 51 523 A1所述捆束也可以通过与捆束相协调的孔体导引并通过中心设置的杆固定。
代替通过输送管输送液体的是，这一点也可以通过位于排流槽上的输送槽实现。
对于一个尽可能大的金属线表面对于金属线数量和其尺寸和相互间距起决定性作用的是保留的垂直通流空间。为了对于上升的轻微的相态实现微小的压力损失(Δp/米)在装置中的金属线或纤维的数量与其尺寸和结构之间找到一个最佳值。交换面积本身通过金属线的浸润周边给出并因此随着其直径和数量而增加。另一方面通过其布置确定自由的通流空间，其中随着金属线的数量且特别是随着其直径自由的通流空间变得更小并增加材料需求。
为了通过人孔(检查孔)也可以实现充填，将一般以约2-3米宽的成品织物带分成最好200-300毫米宽的条带并相互拼接成对于相邻充填所期望的长度。
对于均匀利用所有金属线起决定性作用的是，要分配在装置中的液体这样分布，为每根金属线均匀地提供液体。这一点可以优选地对应于具体地要被分布的液体量只以分级的方式实现。
由于每根金属线非常小的液体量需要一个特殊的液体分布。因此每个带通过其上部的金属线端头悬挂在分布槽上。将分布槽这样分割成区段是优选的，使输送管可以可靠地为一个充填组的槽段提供液体。
一个充填组的输送管被组合在一个分布头里面，分布头通过上置的分布器星形轮根据装置的大小提供液体。
在排流槽中设置具有侧面延伸的缝隙或织物的水平孔板，它们将通过输送管流入的液体从下面输送到带的各个金属线。由此保证均匀的液体分布。所述孔板可以同时用来夹紧悬挂到排流槽上的金属线。
不仅分布器头的排流孔而且分布器槽都是校准的并且围绕每个排流孔通过一个格栅板或管道构成一个输送通道，由此使每个排流孔本身从下面供液体。
带的下金属线端头导入敞开的槽，槽使排流的液体汇集并排出到另一排出槽或一个环形通道。
对于萃取或其它工艺，其中液相态要从下面向上通过装置导引，根据使用目的将上述分布头装置反过来安置在装置的下端。
现在借助于下面附图的实施例描述本装置。
图1为将完整的装置装入一个圆柱形容器里面，
图2以截面图示出分布器头，
图3示出带在分布器槽中的悬挂，
图4以侧视图示出一个分布器槽，它具有织物带和分布器头，
图5示出具有分布器头和输送管的各充填组，
图6示出多个充填组在一个大圆柱形容器中的布置，
图7a示出在一个排流槽的管和套中的金属线，
图7b示出一个充填组的相邻设置的排流槽，
图7c示出在两个平面中的排流槽结构，为了使液体密集地输入到一个充填组的上金属线端头。
图1作为示例示出将本装置装入一个圆柱形容器1(立柱)里面。液体通过输送管2进入装置并通过管导入分布器头3。这个分布器头将液体通过在图3所示的系统均匀地分配到输送管4，它们终结在分布器槽5。在这个分布器槽上悬挂由相邻设置的织物带6构成的充填物。液体从槽5均匀地给到织物带并在这些织物上向下导引。各织物带这样相邻地设置，使它们在垂直金属线的波峰上接触并因此使液体可以从带过渡到带。带的长度可以适配于各种使用目的。在下端织物带组竖立在一个固定型材7上，它固定在多个水平延伸的排流槽8上。在垂直金属线上排流的液体汇集到这个槽里面并排流到一个下置的较大槽9里面。从那里使液体例如通过一个管10离开装置。
在装置运行中气体或蒸汽从下面与液体逆流地通流装置。在圆柱形容器1的壁板上安置一种细网眼的金属线织物11，它完全平面地顶靠在容器壁板上。所述分布器头3、分布器槽5以及排流槽8通过固定体12固定。根据使用情况可以上下地布置多个这种装置，以便能够在各装置之间实现液体的局部排流或完全输送。
图2从上面并以一个截面图示出分布器头3。该分布器头通过薄板12被分成单个的腔室13。液体通流分布器头的外室14并通过薄板下端上的缺口15分配到头的底面上。通过孔板或织物16液体上升进入腔室13并通过精整的排流孔17分派到各输送管4。每个精整的排流孔具有一个侧向槽18，它以小的体积流改进流动特性。对于每个输送管4的腔室13配有精整的排流孔17。
图3示出织物带在分布器槽中的悬挂。各织物带这样相邻地设置，使相邻的带与波纹状的垂直金属线19接触并且各带的横金属线20在不同的平面里延伸，这加大了对于蒸汽或气体的自由横截面。
一些织物带较长。这些带的垂直金属线21向上从装置中引出来。这些金属线在端部弯曲并悬挂在对应的分布器槽5里面并可以通过孔板或织物条带22夹紧固定。孔板或织物条带将分布器槽水平地分成两个腔室。液体通过输送管4进入下腔室。由于孔板或织物条带的压力损失使液体在下腔室中分配到槽上面并均匀地通流上腔室。当在分布器槽中达到一定的坝高时液体排流到悬挂的金属线上。液体分布在各突出的织物带的接触点上并因此均匀地分布在充填组相邻的悬挂纵向金属线上。
图4以侧视图和分布器头的对应腔室和悬挂的粗网眼织物带的截面图示出一个分布器槽。在右侧未示出垂直的金属线21部分，以便更清楚地表示分布器槽5。该分布器槽在其顶部具有矩形的缝隙23，在缝隙中悬挂金属线21。底面向着各金属线副的中心尖端地延伸并因此防止液体在悬挂的金属线21之间成滴状。所述分布器槽在内部分成多个区段，每个区段由一个输送管4供液体。
图5从上部示出一个具有分布器头13的矩形充填组。各织物带的水平金属线20用黑线表示，垂直延伸的金属线19由白圆圈表示。如上所述，织物带的一部分通过其弯曲的金属线端部21悬挂在分布器槽5里面并可以通过孔板或织物条带22固定。分隔壁24将分布器槽分成单个的区段，其中的每个区段由一个单独的输送管4供液体。对每个输送管并由此对分布器槽的各区段在分布器头3中附设一个腔室13。
为了对大直径的圆柱形容器配备所述的装置，将多个在图5中所示的充填组相邻地装入。图6示出九个独立充填组的布置。每个充填组具有一个本身的分布器头3。这个分布器头的供液体以上述方式通过一个上置的分布器头25通过相应更大的精整排出孔26和输送管27实现。
如同在图1中对于一个小的容器直径所示的那样，在容器壁板28上全平面地装入一个细网眼的金属线织物6，它分配在容器壁板上排流的液体。
图7a示出在一个排流槽72的管或套71里面的上部金属线70，它们由悬挂在排流孔中的金属线73供液体。
图7b示出一个充填组的相邻设置的排流槽72，它们由一个输入槽74共同供液体。
图7c示出排流槽72在两个平面的布置方法，用于使液体密集地输入到一个充填组的上端金属线端。