Füllkörperturm mit Flüssigkeitsverteilern

Die Trennleistung einer strukturierten Füllkörperkolonne hängt von den internen Komponenten wie Füllkörpern, Verteilern und Sammlern ab. Sie wird außerdem von zahlreichen Parametern beeinflusst, darunter Gas- und Flüssigkeitsbelastung, Materialeigenschaften, Betriebsdruck, Benetzbarkeit der Füllkörper und ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung. Bislang ist es nicht möglich, die Trennleistung der Kolonne allein anhand der geometrischen Form der Füllkörper exakt zu berechnen. Genaue Daten müssen daher mithilfe der Theorie von Füllkörperkolonnen und experimentellen Untersuchungen unter verschiedenen Bedingungen ermittelt werden. Anhand dieser Daten können Anwender die Größe der Kolonne und die erforderliche Füllhöhe näherungsweise bestimmen.

Mit der kontinuierlichen Entwicklung und Anwendung neuer Füllstoffe für Destillationskolonnen treten die Vorteile von Füllkörperkolonnen immer deutlicher hervor und ihr Anwendungsbereich erweitert sich. Die Anwendungen in der Raffinerie-, Petrochemie-, Feinchemie-, Düngemittel-, Pharma- und Atomindustrie sowie im Umweltschutz sind ausgereifter geworden. Füllkörperkolonnen eignen sich besonders für die Vakuumdestillation, die Destillation bei atmosphärischem und mittlerem Druck sowie für Zweiphasen-Kontaktprozesse mit atmosphärischem Volumen (wie Gasabsorption, Kühlung usw.). Bei der Anwendung in Hochdruckdestillationskolonnen ist jedoch besondere Vorsicht geboten. Die Forschung an Hochdruckdestillations-Füllkörperkolonnen zielt darauf ab, Probleme durch die Optimierung der Struktur und der Betriebsmethoden von Füllkörperkolonnen zu lösen, beispielsweise durch die segmentierte Emulgierung der Packungsschichten oder die Trennung mittels hoher Schwerkraftfelder. Es wurden bereits Fortschritte bei der Überwindung der Grenzen des Füllstoffeinsatzes in Hochdruckdestillationskolonnen erzielt. Der Schlüssel liegt im umfassenden Verständnis des Einflusses von hohem Druck (hoher Flüssigphasenbeladung) auf die Verarbeitungskapazität und Effizienz der Kolonne. Es können Komponenten für Flachbett- und Hochleistungskolonnen (wie Gasverteiler, Flüssigkeitsverteiler und Rückverteiler) eingesetzt werden. Manche schlagen auch die Entwicklung von Verbundfüllstoffen vor, die für die Hochdruckdestillation geeignet sind.

Ein weiteres neues Anwendungsgebiet für Füllkörperkolonnen sind Luftzerlegungsanlagen. Vor den 1930er Jahren wurden Luftzerlegungsanlagen hauptsächlich für Schweiß- und Schneidprozesse mit Sauerstoff und chemischem Stickstoff eingesetzt. Durch die Entwicklung moderner Technologien wie Stahl, Stickstoffdünger, Chemikalien und Raketen hat der Verbrauch von Sauerstoff, Stickstoff und Edelgasen rasant zugenommen. Einige große ausländische Unternehmen, wie Linde in Deutschland, APCI (Air Products and Chemicals) in den USA, BOC (Oxygen) in Großbritannien und Air Liquefaction in Frankreich, haben begonnen, Füllkörperkolonnen in der Luftzerlegungsforschung einzusetzen. Sulzer in der Schweiz, ein Hersteller von Füllkörpern, kooperiert aktiv mit diesen Unternehmen und hat dabei vielversprechende Ergebnisse erzielt.

Eine weitere Anwendung von Standardfüllstoffen in Luftzerlegungsanlagen findet sich in Rohargonkolonnen. Die bisherige Rohargonkolonne war eine Siebbodenkolonne, die kein reines Argon mit einem Sauerstoffgehalt unter 2 × 10⁻⁶ gewinnen konnte. Durch den Wechsel zu einer Füllkörperkolonne können die bisher zur Herstellung von reinem Argon verwendeten nachgelagerten Prozesse entfallen.