DE1262230B

DE1262230B - Filler layer

Info

Publication number: DE1262230B
Application number: DEW30930A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Macura
Original assignee: Westfalia Dinnendahl Groeppel AG
Current assignee: Westfalia Dinnendahl Groeppel AG
Priority date: 1961-10-24
Filing date: 1961-10-24
Publication date: 1968-03-07

Description

Füllkörperschicht Die Erfindung betrifft eine Füllkörperschicht zur Destillation, Absorption, Nebelabscheidung und Filtration feiner Feststoffe aus gasförmigen oder flüssigen Medien, deren Füllkörper aus je einer Drahtwindung bestehen. Es ist bekannt, aus relativ dicht verfilzten Fasergerüsten Filterschichten aufzubauen, deren Kapillarzwischenräume und deren Faserdicke im allgemeinen kleiner sind als die Feststoffteilchen, welche sie aus gasförmigen oder flüssigen Medien entfernen sollen. Die Feststoffteilchen dringen bei diesen Filtern kaum in das Fasergerüst ein; sie bilden vielmehr einen Filterkuchen, der auf dem dichten Fasergerüst aufsitzt.Packing layer The invention relates to a packing layer for Distillation, absorption, mist removal and filtration of fine solids gaseous or liquid media, the fillers of which each consist of a wire turn. It is known to build up filter layers from relatively densely felted fiber structures, whose capillary spaces and whose fiber thickness are generally smaller than the solid particles that they remove from gaseous or liquid media should. With these filters, the solid particles hardly penetrate the fiber structure a; rather, they form a filter cake that rests on the dense fiber structure.

Es ist auch bekannt, daß locker verfilzte Fasergerüste, wie z. B. Watteschichten, deren Faserdicke im allgemeinen kleiner ist als die Feststoffteilchen, und deren Kapillarzwischenräume im allgemeinen größer sind als die Feststoffteilchen, ebenfalls als Filterschichten wirken, wobei die Feststoffteilchen vollständig in das lockere Fasergerüst eindringen und sich darin absetzen. Auch locker verfilzte Fasergerüste, deren Faserdicke und Kapillarzwischenräume im allgemeinen größer sind als die der Feststoffteilchen, wie z. B. Stahldrahtwolle, Metalldrahtwolle, wirken als Filterschicht. It is also known that loosely matted fiber structures such. B. Wadding layers, the fiber thickness of which is generally smaller than the solid particles, and the spaces between the capillaries are generally larger than the solid particles, also act as filter layers, with the solid particles completely in penetrate the loose fiber structure and settle in it. Also loosely matted Fiber structures whose fiber thickness and capillary gaps are generally greater than that of the solid particles, such as. B. steel wire wool, metal wire wool, act as a filter layer.

Die Reinigung solcher locker verfilzten Fasergerüste durch Rückströmen des Mediums gegen die Filterstromrichtung oder durch mechanische Bewegung im Medium, z. B. Vibrieren, Klopfen, Rütteln, von den Feststoffteilchen ist um so schwieriger, je feiner die Faserdicke ist, und je lockerer das Fasergerüst aufgebaut ist, weil entweder die Geschwindigkeiten des Mediums in den großen Kapillarzwischenräumen nicht ausreichen, um die Haftfestigkeit der Feststoffteilchen zu überwinden oder die mechanische Bewegung des Fasergerüstes durch Klopfen, Rütteln oder Vibrieren eben durch den lockeren Aufbau so stark gedämpft wird, daß diese Wirkung unzureichend ist. The cleaning of such loosely matted fiber structures by backflow of the medium against the direction of the filter flow or through mechanical movement in the medium, z. B. Vibrating, knocking, shaking, from the solid particles is all the more difficult the finer the fiber thickness and the looser the fiber structure is because either the velocities of the medium in the large spaces between the capillaries insufficient to overcome the adhesive strength of the solid particles or the mechanical movement of the fiber structure by knocking, shaking or vibrating is dampened so much by the loose structure that this effect is insufficient is.

Weiterhin ist bekannt, daß eine Schüttung von im Vergleich zur Teilchengröße der Feststoffe groben Körnern, die insbesondere eine rauhe grobporige Oberfläche aufweisen, wie z. B. Koks, Sand oder keramisches Material, ebenfalls eine Filterwirkung zeigt, die meist jedoch sehr erheblich nachläßt, wenn es bei der Abreinigung nicht gelingt, aus den groben Poren der Oberfläche die feinen Feststoffteilchen jeweils zu entfernen. It is also known that a bed of compared to the particle size of solids coarse grains, which in particular have a rough, coarse-pored surface have such. B. coke, sand or ceramic material, also have a filter effect shows, which usually diminishes very considerably if it is not during cleaning succeeds in removing the fine solid particles from the coarse pores of the surface to remove.

Zur Destillation von Flüssigkeiten, zur Absorption und zur Nebelabscheidung aus Gasen sind auch verschiedene rieselfähige Füllkörper mit relativ großer Oberfläche, wie z. B. Raschigringe, Sattelkörper, sowie nichtrieselfähige Füllkörper, wie z. B. Drahtwollepackungen und wenig ausgezogene Drahtspiralen, bekannt, die sowohl trocken als auch befeuchtet auch zu Filterschichten für Gase verwendet werden. For the distillation of liquids, for absorption and for mist separation gases are also made up of various free-flowing fillers with a relatively large surface area, such as B. Raschig rings, saddle bodies, as well as non-free-flowing packing such. B. wire wool packs and little drawn wire spirals, known that both dry as well as humidified can also be used to filter sheets for gases.

Sowohl bei der Destillation wie bei der Verwendung als Filterschicht tritt im Betrieb eine Verkrustung oder ein Festhaften von Feststoffen an diesen Füllkörpern auf, wobei die Abreinigung schwer zugänglicher Oberflächenstellen sehr schwierig ist.Both during distillation and when used as a filter sheet encrustation occurs during operation or solids adhere to them Packing on, with the cleaning of difficult to access surface areas very is difficult.

Es ist auch versucht worden, aus geraden Draht-oder Faserstücken Filterschichten aufzubauen, welche rieselfähige Einzelkörper enthalten, die unter gegenseitiger Bewegung bei der Umlagerung der Schüttung gereinigt werden können. Hierbei zeigte es sich, daß nur relativ kurze Drahtstücke, deren Länge nur ein geringes Vielfaches ihres Durchmessers beträgt, sich einigermaßen regellos lagerten und ein den Kugelpackungen ähnliches Verhältnis von Füllkörperraum zu Zwischenraum aufwiesen, während längere gerade oder gekrümmte Drahtstücke sich, soweit sie überhaupt rieselfähig waren, in Bündeln aneinander lagerten und die verschiedenen, in der Schüttung möglichen Lagen in Bündeln einnahmen. Diese Bündel haben wenige große Kapillarzwischenräume, verhalten sich also wie dem Bündel entsprechende Drahtstücke, die im Vergleich zum Bündeldurchmesser eine geringe Länge haben, und weisen ein den Kugel-bzw. Kornhaufwerken vergleichbares Verhältnis von Körpervolumen zu Zwischenkörpervolumen auf. Attempts have also been made from straight pieces of wire or fiber Build up filter layers, which contain free-flowing individual bodies that are below mutual movement during the rearrangement of the bed can be cleaned. It was found that only relatively short pieces of wire, the length of which is only a short one Is multiple of their diameter, stored and a somewhat randomly the packing space to intermediate space had a similar ratio to the spherical packings, while longer straight or curved pieces of wire are, insofar as they are free-flowing at all were stored together in bundles and the various possible ones in the bulk Occupied layers in bundles. These bundles have few large spaces between capillaries, behave like pieces of wire corresponding to the bundle, which compared to the Bundle diameter have a short length, and have a ball or. Heaps of grain comparable ratio of body volume to interbody volume.

Es sind auch in einer Ebene gebogene Drahtwindungen bekannt, die z. B. die Form eines Z oder U oder eines offenen Ringes haben können. Auch diese Füllkörper verhaken sich ineinander und sind dadurch nicht selbstreinigend, wenn sie umgewälzt werden. There are also known wire windings that are bent in one plane z. B. can have the shape of a Z or U or an open ring. These too Packing bodies get caught in one another and are therefore not self-cleaning if they are circulated.

Es wurde nun gefunden, daß sich gut zu reinigende, rieselfähige Füllkörperschichten zur Destillation, Absorption, Nebelabscheidung und Filtration feiner Feststoffe aus gasförmigen oder flüssigen Medien, deren Füllkörper aus je einer Drahtwindung bestehen, aufbauen lassen, wenn erfindungsgemäß die Drahtwindung durch Aufwickeln eines Drahtstückes von einer Länge entsprechend dem 8- bis 24fachen Durchmesser auf einen gedachten Zylinder mit einem Durchmesser, der dem 0,5- bis Sfachen des Drahtdurchmessers entspricht, hergestellt worden ist. It has now been found that easy-to-clean, pourable packing layers for distillation, absorption, mist separation and filtration finer Solids from gaseous or liquid media, each of which has a filler body Wire winding exist, build up if the wire winding according to the invention Winding up a piece of wire with a length corresponding to 8 to 24 times the diameter on an imaginary cylinder with a diameter that is 0.5 to 5 times the Wire diameter corresponds, has been produced.

Eine Schüttung solcher Körper vereinigt eine Reihe besonderer Vorteile: Obwohl theoretisch eine bündelförmige Parallellagerung von solchen gleichgeformten Körpern gleichen Windungssinnes unter Berührung längs der gesamten Länge zweier oder mehrerer Körper möglich ist, tritt diese beim Schüttvorgang oder Rüttelvorgang weitestgehend nicht ein. Es kann beobachtet werden, daß sich die Körper während des Aufeinanderfallens gegenseitig von der Parallellagerung ablenken. A pouring of such bodies combines a number of special advantages: Although theoretically a bundle-shaped parallel bearing of those of the same shape Bodies of the same sense of coiling under contact along the entire length of two or multiple bodies is possible, this occurs during the pouring or shaking process largely not one. The body can be observed during of clashing distract each other from the parallel positioning.

Trotz der Krümmungen und der vergleichsweisen Länge ist die Schüttung solcher Körper gut rieselfähig. Mit der Rieselfähigkeit verbindet sich der Vorteil der Deformatiorisfestigkeit und der allseitigen Zugänglichkeit der Oberfläche der Körper bei gegen seitig berührender Bewegung. Bei der Verwendung einer solchen Schüttung als Kolonnenfüllkörper oder als Filterschicht können die anhaftenden Feststoffe durch Umschütten oder Rieseln unter gegenseitigem Abputzen der Füllkörper während der Bewegung von der Oberfläche abfallen oder leicht entfernt werden. Despite the curvatures and the comparative length, the fill is such a body free-flowing. The advantage is associated with the flowability the deformation resistance and the all-round accessibility of the surface of the Body with reciprocal touching movement. When using such a bed The adhering solids can be used as column packing or as a filter layer by pouring over or trickling down with mutual cleaning of the packing during fall off the surface or be easily removed with movement.

Weiterhin weist die Schüttung solcher Füllkörper eine Vielzahl von Spaltöffnungen von relativer Gleichförmigkeit auf. Im Vergleich zu einer-Schüttung von Kugeln, welche mit dem Einzelfüllkörper volumengleich sind, hat eine solche Drahtfüllkörperschüttung bei annähernd gleicher Oberfläche je Raumeinheit der Schüttung und geringerem Durchgangswiderstand eine wesentlich größere Anzahl von Spaltöffnungen je Oberflächeneinheit, welche sowohl bei der Verwendung als Kolonnenfüllkörper als auch zu Filterschichten von großer Bedeutung ist. Furthermore, the bed of such packing elements has a large number of Stomata of relative uniformity. Compared to a bulk of balls, which have the same volume as the individual packing, has such a Wire filler bed with approximately the same surface area per unit of space of the bed and lower volume resistance a significantly larger number of stomata per surface unit, which both when used as a column packing as is also of great importance to filter layers.

Im Vergleich zur lockersten Kugelpackung mit einem Zwischenraum-von 47,64°/o ist das Verhältnis von Füllkörperraum zu Zwischenraum wesentlich günstiger. Eine Schüttung solcher Drahtfüllkörper hat etwa 70 bis 80a/o Zwischenraum, im eingerüttelten Zustand etwa 60 bis 70 O/o. Damit ist der Durch gangswiderstand solcher Schüttungen gegen gasförmige und flüssige Medien außerordentlich gering. Compared to the loosest spherical packing with a gap of 47.64% the ratio of the packing space to the interspace is considerably more favorable. A bed of such wire fillers has about 70 to 80 a / o space in between, in the shaken Condition about 60 to 70%. This is the volume resistance of such beds extremely low against gaseous and liquid media.

Es wurde weiterhin gefunden, daß mit besonderem Vorteil Drahtfüllkörper verwendet werden, von denen ein Anteil nach rechts gewunden und ein Anteil nach links gewunden ist. Zwei solche gleich großen und gleichgekrümmten Körper verschiedenen Richtungssinnes können sich im günstigsten Fall nur in drei Punkten berühren, nicht aber parallel nebeneinander lagern. Damit wird die Gleichförmigkeit der Verteilung der Spaltöffnungen in der Schüttung außerordentlich gefördert. It has also been found that wire filler bodies are particularly advantageous are used, of which one part is wound to the right and one part after is twisted to the left. Two bodies of the same size and with the same curvature are different In the best case, the sense of direction can only touch in three points, not but store them side by side in parallel. This will make the distribution uniform the stomata in the bed exceptionally promoted.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, in der Schüttung zwei oder mehrere Sorten von Drahtfüllkörpern zu verwenden, welche im Rahmen der angegebenen Dimensionen voneinander etwa abweichende Krümmungsradien aufweisen. Hierbei zeigt sich ferner überraschend, daß, wenn die Hauptmenge aus Drahtfüllkörpern der erfindungsgemäßen Form besteht, der Zusatz von geraden Drahtstücken von etwa einer Länge entsprechend dem 5- bis 20fachen Durchmesser bis zu einer Höchstmenge von etwa einem Drittel, keineswegs zu deren bündelweiser Parallellagerung führt, noch die übrigen Vorteile in bezug auf Zwischenraum, Gleichförmigkeit und Rieselfähigkeit wesentlich beeinträchtigt. Furthermore, it has been shown to be advantageous to have two in the bed or several types of wire fillers to be used, which are within the scope of the specified Dimensions have radii of curvature that differ approximately from one another. Here shows It is also surprising that when the main amount of wire fillers of the invention Shape consists of the addition of straight pieces of wire approximately corresponding to a length 5 to 20 times the diameter up to a maximum of about a third, in no way leads to their parallel storage in bundles, nor the other advantages significantly impaired in terms of clearance, uniformity and flowability.

Die vergleichsweise einfache, an der Oberfläche allseitig leicht zugängliche Form der Füllkörper erleichtert außerordentlich die Herstellung und Verwendung. Während die erfindungsgemäßen Drahtfüllkörper mit einem Drahtdurchmesser von über 1 bis 2 mm sich vorzugsweise als Füllkörper für Destillationskolonnen, Absorptionstürme, Wärmeaustauscher u. dgl. eignen, sind für die Filterung feiner, flüssiger oder fester Stoffe aus gasförmigen und flüssigen Medien besonders Drahtdurchmesser unter 1 mm geeignet. Die einfache Form macht es dabei möglich, mit der absoluten Größe der Füllkörper sehr weit herunterzugehen, so daß Filterschichten mit sehr engen Spalten bei hoher Durchlässigkeit entstehen. The comparatively simple one, light on all sides on the surface accessible shape of the packing greatly facilitates the production and Use. While the wire filler according to the invention with a wire diameter of more than 1 to 2 mm is preferably used as a packing for distillation columns, Absorption towers, heat exchangers and the like are suitable for filtering, liquid or solid substances from gaseous and liquid media, especially wire diameter suitable under 1 mm. The simple form makes it possible to use the absolute Size of the packing go down very far, so that filter sheets with very narrow gaps with high permeability arise.

Damit werden die zu einem befriedigenden Filter; wirkungsgrad notwendigen Schichthöhen der Füll; körperschüttung vergleichsweise außerordentlich niedrig, sie liegen je nach den Ausgangsgegebenheiten in der Größenordnung von Dezimetern bis Zentimetern. Es entspricht den Voraussetzungen einer Filtration -mit einem Füllkörperhaufwerk, dessen Spaltquerschnitte größer sind als der Korndurchmesser des zu filtrierenden Feststoffes, daß die Schichthöhe in erster Linie durch den notwendigen Filterwirkungsgrad gegeben ist und nicht allein durch das räumliche Aufnahmevermögen für Feststoffe. Es ist daher zweckmäßig, zur Filtration eines Gemisches von feinen und feinsten Feststoffen im Medium die Filtration feiner Feststoffe mit feinen Füllkörperdurchmessern vorzunehmen, welche noch feinste Feststoffe durchlassen, und den Restanteil an feinsten Feststoffen mit feinsten Füllkörpern abzufiltern, weil der Durchflußwiderstand gleich hoher Schichten feiner Füllkörper gegenüber feinsten Füllkörpern naturgemäß geringer ist. Damit können die allgemeinen Vorteile des hohen Zwischenraumvolumens am besten ausgenutzt werden. This makes them a satisfactory filter; efficiency necessary Layer heights of the filling; body discharge comparatively extremely low, depending on the initial circumstances, they are in the order of magnitude of decimeters to centimeters. It meets the requirements of a filtration - with a pile of random packings, whose gap cross-sections are larger than the grain diameter of the one to be filtered Solid that the layer height primarily through the necessary filter efficiency is given and not only through the spatial absorption capacity for solids. It is therefore useful to filter a mixture of fine and very fine Solids in the medium the filtration of fine solids with fine packing diameters to make, which still let the finest solids through, and the remainder of the finest To filter off solids with the finest packing, because the flow resistance is the same high layers of fine packing compared to the finest packing naturally lower is. This can best take advantage of the general advantages of the high clearance volume be exploited.

Die erfindungsgemäßen Füllkörper werden nach ihrem Verwendungszweck aus entsprechendem anorganischem oder organischem Material hergestellt. The packing according to the invention are according to their intended use made of appropriate inorganic or organic material.

Die Verwendung hitzebeständiger Metalle oder hitzebeständigen keramischen Materials ermöglicht ihre Anwendung zur Destillation, Nebelabscheidung oder Filtration bei hohen Temperaturen. Weiterhin können die Drahtfüllkörper auch mit katalytisch wirkenden Stoffen oder Trägerstoffen für Katalysatoren hergestellt oder beschichtet werden. Damit werden Katalysatorschüttungen von geringem Durchgangswiderstand, hoher Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und damit geringer Verweilzeit erzielt, welche Eigenschaften in vielen Fällen von Vorteil sind. Es hat sich ferner von Vorteil erwiesen, die Drahtfüllkörper mit geeigneten festen oder flüssigen, Stoffen zu beschichten, welche gegenüber dem abzufilternden festen oder flüssigen Stoffen eine erhöhte Haftwirkung ausüben können, wie z. B. Kohlenwasserstoffschichten gegenüber Ruß. Hierbei ist sowohl der geringe Durchgangswiderstand der Schüttung, wie insbesondere die Rieselfähigkeit, bei der Abreinigung unter Verwendung von Lösemitteln von großer Bedeutung.The use of heat-resistant metals or heat-resistant ceramics Materials can be used for distillation, mist separation or filtration at high temperatures. Furthermore, the wire filler can also be catalytically active substances or carriers for catalysts manufactured or coated will. This makes catalyst beds of low volume resistance, higher Flow velocity of the medium and thus achieved a short residence time, which Properties are beneficial in many cases. It has also been found to be beneficial proven to coat the wire fillers with suitable solid or liquid substances, which has an increased adhesive effect compared to the solid or liquid substances to be filtered off can exercise such. B. Hydrocarbon layers versus soot. Here is both the low volume resistance of the bed and, in particular, the pourability, of great importance when cleaning using solvents.

Weiterhin ermöglichen die Füllkörper beispielsweise einen äußerst einfachen konstruktiven Aufbau von diskontinuierlichen Filtern derart, daß die Schüttung in Ruhe vom Feststoffe tragenden Medium durchströmt wird und diese sich in der Vielzahl von Spalten und an der Oberfläche der Drahtfüllkörper festsetzen. Ist dadurch der Widerstand der Schüttung zu hoch angestiegen, so werden durch Umschütten oder Vibration die Drahtfüllkörper in gegenseitig berührende Bewegung gebracht. Hierbei fallen die Feststoffe entweder von selbst aus der Schüttung oder, soweit dies nicht der Fall ist und die Feststoffe im Zwischenraum im gasförmigen oder flüssigen Medium schweben, wird dieses Medium durch eine genügende Menge feststofffreien Mediums verdrängt. Furthermore, the fillers allow, for example, an extremely simple construction of discontinuous filters such that the bed the medium carrying solids flows through at rest and these are in multitude of crevices and to the surface of the wire filler. Is that the Resistance of the bed has risen too high, it will be caused by pouring or vibration brought the wire filling bodies in mutually touching motion. Fall here the solids either by themselves from the bed or, insofar as this is not the case Case is and the solids in the space in the gaseous or liquid medium float, this medium is replaced by a sufficient amount of solid-free medium repressed.

Der geringe Strömungswiederstand der erfindungsgemäßen Füllkörperschichten ermöglicht ferner die Anwendung in kontinuierlichen Filtern nach dem Prinzip der Trommel- und Scheibenfilter. Dabei tritt an die Stelle von deren Filterschicht eine zwischen geeignet durchlässigen Begrenzungsflächen gelagerte Füllkörperschicht.The low flow resistance of the packing layers according to the invention also enables use in continuous filters based on the principle of Drum and disc filters. The filter layer is replaced by a Packing layer stored between suitably permeable boundary surfaces.

Weiterhin hat sich aber insbesondere bei den feinsten Durchmessern der Drahtfüllkörper gezeigt, daß bei hohen Durchflußgeschwindigkeiten des flüssigen oder gasförmigen Mediums die Neigung besteht, daß diese Drahtfüllkörper feinsten Durchmessers bei Anströmung gegen die Schwerkraft im Medium aufschweben. Da die Filterwirkung solcher Schüttungen aber wegen der geringen Spaltdurchmesser gerade für feinste Feststoffe außerordentlich günstig ist, stört diese Erscheinung sehr erheblich bei der Filtration. However, it has also continued, especially with the finest diameters the wire filler showed that at high flow rates of the liquid or gaseous medium there is a tendency that these wire fillings are very fine Diameter float against the force of gravity in the medium when the flow approaches. Since the The filter effect of such beds is due to the small gap diameter is extremely favorable for the finest solids, this phenomenon is very annoying significant in terms of filtration.

Es wurde gefunden, daß auch mit Drahtfüllkörpern feinsten Drahtdurchmessers, auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten als sie der Sinkgeschwin- digkeit im betreffenden Medium entsprechen, filtriert werden kann, wenn die Drahtfüllkörper aus magnetisierbarem Material hergestellt sind, die Schüttung vor der Verwendung als Filterschicht in bekannter Weise magnetisiert wird und sie nach der Beladung mit den Feststoffen in bekannter Weise in einem magnetischen Wechselfeld wieder entmagnetisiert und dann durch Rieseln oder Umschütten abgereinigt wird. Die Schüttung magnetisierter Drahtfüllkörper verhält sich dann nach Bedarf entweder wie eine Packung verfilzter Drähte, welche hohe Geschwindigkeiten des durchströmenden Mediums ohne Aufschweben der Einzelkörper erlaubt oder wie eine rieselfähige Schüttung, welche Abreinigung durch gegenseitiges Abputzen der Körper gestattet. It has been found that even with wire fillers of the finest wire diameter, even at higher flow velocities than the sink rate age in relevant medium can be filtered if the wire filler are made of magnetizable material, the bulk before use is magnetized as a filter layer in a known manner and it after loading with the solids in a known manner in an alternating magnetic field demagnetized and then cleaned by trickling or pouring. The pour magnetized wire filler then behaves either like a packing as required matted wires, which high speeds of the medium flowing through without The individual bodies are allowed to float or like a pourable bed, which Cleaning permitted by brushing off each other's bodies.

Claims

Claim: Packing layer for distillation, absorption, mist separation and filtration of fine solids from gaseous or liquid media, their packing consist of one wire turn, characterized in that the wire turn by winding a piece of wire 8 to 24 times as long Wire diameter to an imaginary cylinder with a diameter of 0.5 to S times the wire diameter corresponds to has been manufactured.

Publications considered: Austrian patent specification No. 78 208; French Patent Nos. 582 972, 595494; U.S. Patents No. 2 037 317, 2332 110, 2376349.