Willekeurige pakking wordt gebruikt in scheidingskolommen, zoals destillatiekolommen, om het oppervlak voor damp/vloeistofcontact te vergroten, waardoor chemische scheidingen efficiënter worden. De kleine stukjes willekeurige pakking in een destillatiekolom zijn ontworpen om een groot oppervlak te creëren waar reactanten kunnen interageren, terwijl de complexiteit binnen de kolom wordt geminimaliseerd. Willekeurige pakking is ontworpen om de verhouding tussen oppervlak en volume te maximaliseren en de drukval te minimaliseren.
De effectiviteit van willekeurige pakking hangt af van verschillende factoren: efficiëntie, drukval en capaciteit. Over het algemeen geldt dat wanneer de willekeurige pakking groter is, de capaciteit toeneemt, maar de efficiëntie afneemt. Omgekeerd, wanneer de willekeurige verpakking kleiner is, neemt de efficiëntie toe, maar neemt de capaciteit af. Een lage drukval is wenselijk, omdat een hoge drukval de prestaties en efficiëntie vermindert.
Oorspronkelijk was de willekeurige verpakking gemaakt van keramiek. Omdat keramiek bros is, is het gebruik ervan afgenomen, maar ze worden nog steeds gebruikt in sommige toepassingen die een sterke corrosieweerstand vereisen. Tegenwoordig zijn veel willekeurige verpakkingen gemaakt van metalen en kunststoffen, terwijl een paar andere materialen worden gebruikt voor speciale toepassingen.
Hoe werkt willekeurig verpakken?
Wanneer willekeurige pakking is geïnstalleerd, wordt het materiaal in de kolom gegoten en bezinkt. Het materiaal wordt willekeurig verzameld in een pakkingbed in een verzamelvat. De te scheiden vloeistof stroomt vervolgens door het materiaal.
Willekeurige pakkingen zijn er in verschillende configuraties:
1. Raschig-ringen
Raschig-ringpakkingen maken gebruik van kleine buisstukken om het pakkingbed te creëren. Deze kleine buizen zijn meestal ongeveer even lang als breed. Raschig-ringen behoren tot de oudere, minder volwassen verpakkingsmaterialen. Ze zijn glad en hebben geen gaten, groeven, ribben of andere textuurelementen. Ze hebben een lagere capaciteit en efficiëntie en kosten doorgaans meer dan andere soorten willekeurige verpakkingen. Toepassingen voor dit type verpakking zijn beperkt omdat de kosten van Raschig-ringen te hoog zijn in vergelijking met hun effectiviteit. Bij het scheiden van corrosieve materialen zijn keramische Raschig-ringen echter effectief vanwege hun hoge corrosieweerstand.
2. Pall-ringen
Pall-ringen lijken op Raschig-ringen, maar zijn complexer. Pall-ringen bevatten extra interne steunstructuren en een extern oppervlak. De textuur binnen de ringwand maakt interne druppelpunten mogelijk, wat de capaciteit en efficiëntie van de verpakking aanzienlijk vergroot. Pall-ringen zijn bijzonder nuttig bij destillatie- en absorptietoepassingen.
3. Zadelringen
Er zijn twee hoofdtypen zadelringen: Berl-zadelringen en Intalox®-zadelringen. Zoals de naam al aangeeft, hebben zadelringen de vorm van kleine zadels. Zadelringen verschillen van Raschig- en Ball-ringen doordat ze langer zijn dan hun diameter. Gladde Berl-zadelringen zijn doorgaans korter en hebben een meer traditionele zadelvorm. Intalox ® zadelringen zijn aanzienlijk langer en hebben de vorm van een macaroni die in de lengte doormidden is gesneden, waardoor een lang, open gebogen gedeelte ontstaat. Zadelringen hebben ook kleine gaatjes en groeven die het oppervlak en de contactmogelijkheden vergroten. Zadelringen hebben een groter oppervlak voor vloeistof- en dampcontact, wat resulteert in een hogere capaciteit en efficiëntie. Zadelringen zijn ideaal voor chemische destillatie, strippen en absorptie.
4. Lessing-ringen
Lesing-ringen zijn gemaakt van keramiek. Ze hebben interne schotten om het oppervlak te vergroten en de efficiëntie te verhogen. Zoals alle keramische pakkingstukken zijn ze zeer goed bestand tegen hitte en corrosie. Deze eigenschappen maken ze ideaal voor toepassingen zoals regeneratieve oxidesystemen.
5. Tri-packs
Tri-Packs werden eind jaren '70 voor het eerst ontwikkeld en worden nu veel gebruikt. Tri-Packs bieden veel voordelen ten opzichte van oudere verpakkingen. Door hun bolvorm zijn ze minder gevoelig voor nestelen en vestigen. Interne ribben maximaliseren ook het oppervlak en de bevochtigde massa. Voor een lage drukval en hoge massaoverdrachtsnelheden zijn Tri-Packs een goede keuze. Tri-Packs worden doorgaans gemaakt van een verscheidenheid aan kunststoffen die corrosie- en temperatuurbestendig zijn.
Voordelen van willekeurige verpakkingen
Voor de meeste scheidingen zijn willekeurige pakkingen nodig. Het belangrijkste voordeel van willekeurige pakkingen is dat ze veel goedkoper te implementeren zijn dan gestructureerde pakkingen. Andere voordelen van willekeurige verpakkingen zijn onder meer een groter contactoppervlak, massaoverdracht en efficiëntie ten opzichte van oudere technologieën zoals traytechnologie, allemaal zonder de hoge kosten.
Naast de hierboven besproken toepassingen omvatten toepassingen voor willekeurige pakkingen strippen, destillatie, CO2-wassing en vloeistof-vloeistofextractie.
