CS208997B1 - Co-current plate of columns - Google Patents

Description

(54) Souproudé patro kolon

Souproudé patro podle vynálezu je určeno pro difuzní pochody, jako destilaci, rektifikaci a absorbci, popřípadě obecně pro všechny pochody, při nichž se užívá kolonových aparátů a patrovými vestavbami, jako je tomu u přímého chlazení, ohřevu, praní átp.

Patro je určeno pro velká kapalná a plynná zatížení a je založeno na využití principu vícenásobných korytových přepadů v souproudém zařízení. Je charakterizováno tím, že souběžné korytové přepady jsou uspořádány do dvou navzájem kolmých soustav, mezi nimiž jsou vymezeny čtvercové či obdélníkové aktivní plochy, na nichž jsou umístěny souproudé elementy. Okraje přepadových hran korytových přepadů mohou být opatřeny rozrážkami, které se střídají se sníženou přepadovou hranou, přičemž rozrážky na jedné straně přepadu jsou v přesazeném uspořádání vůči rozrážkám na protilehlé straně přepadu. V podélné ose přepadu může být dále umístěna odrážecí stěna, jejíž spodní hrana sahá pod úroveň horního okraje přepadového jízku, zatímco horní okraj ... končí pod úrovní nejbližŠího vyššího patra.

rs

v

208997 ........ ....... ..... ........ .

I Vynález · - - se · · 'týká souproudého patra kolon pro difuzní pochody, jako jsou destilace, · rektifikace i a absorbce, popřípadě obecně pro všechny pochody, při nichž se užívá kolonových aparátů ' s patroj vými vestavbami, jako je tomu u přímého chlazení, ^ohřevu, praní, atp. ' Patro ' je založeno na využití [ principu vícenásobných přepadů· v souproudém ΐ zařízení.

' - Kromě klasických pater jedno-, dvou-, tří| a čt-yřtokých jsou v současné době známa a zejméI na pro velká kapalinová zatížení používána patra, i která jsou označována jako patra s vícenásobnými přepady. Tato patra užívají buď klasických sifonových či dynamických přepadů. Patra s dynamickými vícenásobnými přepady byla poprvé popsána v r. 1956 v patentu NSR č. 1 051 805. Předmětem tohoto patentu je patro s vícenásobnými korytovými přepady· uspořádanými na · patře v ' relativně malých odstupech, rovnoběžně vedle sebe. Otvory i pro průtok kapaliny jsou u tohoto patra provedeny I v bočních stěnách koryt. Později došla rozšíření obdobná konstrukce pater, využívající rovněž sou- j běžných korytových přepadů, u této verze však j otvory pro kapalinu byly provedeny ve dně přepa- • dových · koryt. Tato konstrukce byla předmětem · i patentu USA č. 3 410 540.

Obě popsaná uspořádání se podílela na zvýšení = aktivní plochy patra, neboť se zde využívalo i ploi chy pod přepadem. Dlouhá přepadová hrana i dovolovala · · nadto při tomto uspořádání a při ί použití sítových pater udržet malou dynamickou

j. · výšku kapaliny a tím i pěny, což dovolilo snížit I vzdálenosti mezi · jednotlivými patry. Další výho- j dou tohoto uspořádáni bylo to, že · patro samo ; o sobě · bylo díky korytovým přepadům značně i ΐ tuhé, takže odpadla nutnost použití podpůrné ·| ί konstrukce a koryta přepadů sloužila současně i jako podpory patra. Další podstatnou výhodou těchto · pater · byla okolnost, že při zvětšování průměru kolony neklesalo měrné kapalné zatížení přepadového jízku, což u klasických patrových přepadů mělo vždy za následek omezení zvyšování i průměru kolon. I

Popsané uspořádání pater má · však naopak !

i i stinné stránky, k nimž patří především snížení pracovního rozsahu patra, tj. poměru maximálního a minimálního plynného zatížení patra, který se i pohybuje v rozmezí od 60 do 100 %. Dále se ’ u popsaného uspořádání zkrátila délka toku a tím klesla současně i účinnost dělení, takže pro zabezpečení stejného dělícího účinku bylo třeba užít ve ' srovnání s klasickými patry · většího počtu pater. i Jiná nevýhoda spočívala v tom, že v místech, kde i natékala na patro kapalina, se objevoval prokap.

I I přes vytčené · nevýhody značné ekonomické před- • nosti těchto typů pater nicméně způsobily, že patra s korytovými vícenásobnými přepady doznala velmi širokého · použití. =

V poslední době se vyskytují nicméně nové j problémy v souvislosti s použitím souproudých ’ zařízení, která jsou vůči klasickým typům pater 3 až ; 5kráte · výkonnější , vzhledem k zatížení plynem. To j | s sebou nese i odpovídající snížení aktivní plochy · , i patra a · relativní nárůst přepadů, které činí ·í. I 25—40 % z celkové plochy průřezu kolony. Tyto · problémy vylučují proto možnost použití klasic- | kých pater s klasickými přepady pro souproudá . zařízení. V úvahu tedy přichází použití pater i s vícenásobnými přepady, buď sifonovými nebo dynamickými. Zde však opět vyvstává · znovu již dříve popsaný problém, že Vzhhledem ke značným J plochám přepadů, které v případě použití vícená- ! sobných korytových přepadů mohou zabírat až ·’.

| 40 % plochy patra, musí se nezbytně · snížit délka í I i toku kapaliny, resp. vzdálenost mezi sousedními I ! přepady, což povede ke snížení dělící účinnosti · !

| patra, ke zhoršení podmínek nátoku kapaliny · do I přepadů a také k tomu, ’ že se zhorší podmínky pro · umístění souproudých elementů na úzké aktivní části patra. Při použití známých vícenásobných korytových přepadů na souproudém patře hrozí nadto · nebezpečí, že při velkých měrných kapalných zatíženích se překročí dovolené meze zatíže- , ní, což povede k tomu, že se paprsky kapaliny, přepadající přes přepadové jízky jednoho přepadu, · navzájem spojí a tím se zvýší náchylnost patra k zahlcování . přepadů.

j Úlohou vynálezu je umožnit využití vícenásobί ných korytových přepadů v souproudých zařízei ních a potlačit přitom v co největší míře popsané I nevýhody. Podstata patra podle vynálezu, které I tvoří souproudé elementy uspořádané mezi navzá! jem rovnoběžnými vícenásobnými korytovými I __ _ přepady, spočívá v tom, že souproudé elementy jsou umístěny na · čtyřúhelníkových aktivních plochách vymezených dvěma navzájem kolmými soustavami rovnoběžných korytových přepadů. j

Použitím dvou navzájem' · kolmých soustav korytových přepadů se dosáhne toho, že ve· srovnání ;

j s dříve popsanými patry s vícenásobnými souběžI nými kprytovými přepady se zvýší délka toku | kapaliny a rozšíří se aktivní plocha patra, resp. při i · stejné délce toku kapaliny se dosáhne mnohem I I větší délky přepadových jízků a sníží se délka dráhy I I kapalinového paprsku. To má za následek, že je · ί j možno zúžit šířku přepadů ve prospěch aktivní I plochy patra, takže na jednotlivých čtvercových či obdélníkových úsecích aktivní plochy · patra je možno snadněji umístit souproudé elementy. Uspořádání souproudého patra podle vynálezu dovoluje tedy větší zatížení kolony při zvýšené délce toku kapaliny a v souvislosti s tím · i vyšší účinnost dělení. Snižuje dále riziko zahlcení přepadových koryt a dovoluje extrémní měrná kapalná zatížení, která · nemohla být zpracována při použití dříve popsaných vícenásobných přepadů.

Zejména výhodné je přitom uspořádání, kdy počet korytových přepadů v jedné soustavě převy| šuje o jeden přepad počet korytových přepadů ve druhé soustavě. Toto uspořádání umožňuje, aby

I všechna patra byla zhotovena ve stejném provedei ní, přičemž pootočením sousedních pater o 90° se ' dosáhne toho, · že přepady jednoho patra ústí do středu čtyřúhelníkové aktivní plochy nejbližšího patra nižšího.

Při zpracování velkých kapalných nátoků je výhodné, jestliže horní okraje přepadových jízků po obou stranách korytových přepadů jsou opatřeny rozrážkami, které se střídají se sníženou přepadovou hranou přepadového jízku. Délka rozrážek se přitom volí menší než délka snížených přepadových hran a rozrážky ná jedné straně korytového přepadu jsou vytvořeny v přesazeném uspořádání k rozrážkám na protilehlé straně přepadu. Obecně jest třeba dodržet . zásadu, aby celková délka rozrážek nepřesáhla j ednu třetinu délky přepadové hrany. Rozrážky slouží k tomu, aby rozrážely j proud kapaliny nad přepadovým jízkem a umožni- l ly plynu, který se nachází nad patrem, aby vnikl do j vzdušného · či plynného prostoru, který se vytváří I pod paprskem kapaliny tekoucím přes přepadový jízek. Ze vzdušného prostoru, který je ve spodní | části omezen hladinou kapaliny v přepadu, je plyn I odsáván tekoucím kapalinovým paprskem a pokud ! by tento prostor nebyl spojen s plynným prostorem ; nad patrem, docházelo by k předčasnému zahlcení ; přepadu. V případech, kdy délka toku vychází malá, je toto opatření zbytečné, neboť k podobnému jevu dochází samovolně v každém rohu čtyřú- i helníkové aktivní plochy, v místě, kde se navzájem protínají korytové přepady obou soustav. <

Při velkých kapalných a plynných zátěžích, | v případech, kdy pěna z jedné části patra by mohla přesahovat přes přepad do druhé části patra a kdy i by opět hrozilo nebezpečí zahlcení přepadů, je dále ; výhodné použít odrážecích stěn, které jsou umístěny v podélné ose ' korytqyých přepadů a spodní | hranou zasahují pod úroveň horního okraje přepadového jízku, zatímco horním . okrajem končí pod ; Úrovní nejbližšího •vyššího patra. ΐ

Příkladné provedení souproudého patra podle ! vynálezu je dále · schematicky znázorněné na připo- [ jeném výkrese, kde obr. · 1 · · představuje svislý . řez částí kolony se třemi · patry, opatřenými vícenásob- ; nými dynamickými korytovými přepady, tvořícími | dvě navzájem kolmé soustavy, kde sousední patra jsou vždy o 90° pootočena a souproudé elementy nejsou na patře pro větší přehlednost znázorněny, óbr. 2 představuje odpovídající vodorovný řez rovinou C-C kolony podle obr. 1, obr. 3 axonometrický pohled na patro v provedení podle obr. · 1 a 2, obr. 4 svislý řez vedený rovinou A-A částí patra i podle obr. 6 se znázorněním detailního provedení i jednoho korytového přepadu, · . jehož · . přepadové ! hrany jsou opatřeny střídavě rozrážkami a sníže- i nou přepadovou hranou, obr. 5 obdobný svislý řez · vedený rovinou B-B části patra podle obr. 6, obr. | 6 · axonometrický pohled na část patra s jedním j korytovým přepadem, v jehož přepadových jízcích i jsou vytvořeny rozrážeče, á obr. 7· svislý řez částí patra s jedním korytovým · přepadem provedeným jako přepad sifonový. |

V · plášti 1 kolony podle obr. Ia2 jsou v pravidel- . ných vzdálenostech nad sebou ve vodorovných | rovinách umístěna .patra ·.2, .která jsou vytvořena ;

. .....

................. 208997 kupř. jako patra sítová nebo' patra z perforovaných .. plechů a jsou opatřena dvěma navzájem kolmými soustavami . korytových přepadů 3. · Ve · znázorněném provedení jsou obě soustavy korytových přepadů 3 navzájem propojeny, z hlediska tuhosti je však výhodné provedení, kdy korytové přepady jedné soustavy probíhají · · průběžně a přepady druhé soustavy jsou k · nim napojeny. Korytové [ přepady 3 obou soustav vytvářejí přitom navzájem čtvercové · aktivní plochy 5, ve kterých jsou umístěi ny nenaznačené souproudé elementy. Ve · dnech korytových přepadů 3 nebo v jejich · bocích jsou pod úrovní patra 2 vytvořeny otvory 4. Rozmístění otvorů 4 je provedeno tak, aby byly zachovány co nejdélší délky · toku · kapaliny na jednotlivých patrech. V podstatě jsou tedy otvory 4 v přepadových korytech 3 soustřeďovány do míst blízko středu čtvercové aktivní plochy 5 níže ležícího patra 2.

Prostorové . rozložení · obou navzájem kolmých [ soustaV korytových přepadů 3 je nejlépe patrno z axonometrického . pohledu znázorněného v obr.

3. Přepadové· jzzky. 6 jednotlivých korytových přepadů · 3 jsou v · místech křížení přerušeny, z hlediska pevnosti a· tuhosti konstrukce mohou však ! být ve spodních, bočních částech přepadů 3 vytvořeny ’ pouze otvory, . které · dovolí kapalině · průtok z jedné soustaYyjpřepadň 3 . do . druhé . soustavy.

J Na obr. . 4 a 5' je v částečném svislém řézu části ' ' patra podle obr. ⁵6 znázorněn tok kapaliny v korytovém přepadu. . Paprsek . kapaliny, . tekoucí přes ; přepadový' jízek 6, vymezuje oproti hladině kapaliny vzdušný prďstor 7, vyplněný plynnou fází. Plyn nebo páry plynné . fáze . ' jsou z tohoto prostoru kapalným paprskem odsávány a pohlcovány, takže | pokud . není . vzdušný . prostor . 7 spojen s plynným í prostorem nad patrem . 2, může docházet k zahlcení ' i přepadu. K . tomuto účelu slouží rozrážky 9, znázorněné na obr. ' 4 . nebo .6. Rozrážky 9 rozráží proud kapaliny nad . ' přepadovým .jízkem 6 . a dovolují plynu nacházejícímu se nad patrem 2, aby pronikl do prostoru 7.

V obr. 5 je znázorněna ' odrážecí stěna 11, která je umístěna v podélné . ose korytového přepadu 3 a je upevněna k patru . 2 nebo k přepadu 3. Účelem odrážecí stěny 11 je usměrnit kapalinu do přepadu v . případě, kdy -se v aktivní části patra použije . souproudý ' -element, který usměrňuje část [ kapaliny směrem k přepadu. . Odrážecí stěna 11 tak napomáhá dopravovat část . kapaliny přímo do. přepadu. . Odrážecí stěna 11 je přitom zhotovena. [ buď z perforovaného anebo plného plechu, či [ z jedné nebo . více vrstev kovové pleteniny. i

Na obr. 7 je znázorněna, další alternativa v prove- [ dení souproudého patra podle vynálezu, při níž se užívá klasický . sifonový přepad, . resp. uzávěr 10. Sifonový uzávěr . 10 . je . umístěn na spodní části korytového . . přepadu 3 v takové výši, aby přepad 3 i se sifonovým uzávěrem 10 nedosahovaly k horní ploše nejbližšího níže ležícího patra ’ 2, ale zůstávaly od . ní dostatečně . vzdáleny. Kapalina vytéká z korytového- .. přepadu . ' 3 . štěrbinou . 12 v boční stěně přepadu. ..............

Patro ve znázorněném provedení pracuje následujícím způsobem: 'plyn prochází ve směru odzdola nahoru aktivními plochami 5 patra 2. Na každém patře 2 se mísí s kapalinou, která se v aktivní části patra 2, tj. v nenaznačených odlučovacích elementech, umístěných na aktivních plochách 5, opět I odloučí. Plyn, z něhož byla oddělena převážná část ; kapaliny, pokračuje ve vzestupném proudění smě- j rem к nejbližšímu vyššímu patru 2. Kapalina ; natéká buď dynamickým korytovým přepadem

Claims (8)

PŘEDMĚT

1. Souproudé patro kolon, tvořené souproudý- ! I mi elementy, uspořádanými medzi navzájem rovj neběžnými vícenásobnými korytovými přepady, ί vyznačené tím, že souproudé elementy jsou umístěny na čtyřúhelníkových aktivních plochách (5) i vymezených dvěma navzájem kolmými soustavami j rovnoběžných korytových přepadů (3).

i

2. Souproudé patro podle bodu 1, vyznačené i tím, že počet korytových přepadů (3) v jedné í soustavě převyšuje o jeden přepad počet korytových přepadů (3) ve druhé soustavě.

3 nebo přepadem se sifonovým uzávěrem 10 přibližně do středu jednotlivých čtyřúhelníkových aktivních ploch

3. Souproudé patro podle bodu 2, vyznačené * tím, že sousední patra (2) jsou v plášti kolony (1) umístěna v uspořádání navzájem pootočeném o 90°.

4. Souproudé patro podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že v podélné ose korytových přepadů (3) / jsou umístěny odrážecí stěny (11), které spodní hranou zasahují pod úroveň horního okraje přepa- i dového jízku (6) korytového přepadu (3) a horním okrajem končí pod úrovní nejbližšího vyššího patra (2)·

5 níže ležícího patra. Přitom se mísí ί se vzestupně proudícím plynem, opět se od něho ΐ odlučuje na nenaznačených souproudých elementech a teče směrem ke korytovým přepadům 3, kde přetéká přes přepadový jízek 6 a přepadem odtéká na níže ležící patro 2. Popsaný proces se po celé ‘ koloně, patro od patra opakuje.

VYNÁLEZU ’ 5. Souproudé patro podle bodu 4, vyznačené tím, že odrážecí stěny (11) jsou vytvořeny z plného materiálu.

6. Souproudé patro podle bodu 4, vyznačené tím, že odrážecí stěny (11) jsou vytvořeny z perforovaného materiálu.

7. Souproudé patro podle bodu 4, vyznačené ! tím, že odrážecí stěny (11) jsou vytvořeny z nejméi ně jedné yrstvy pleteniny či síťoviny.

8. Souproudé patro podle bodů 1 až 7, vyznačei né tím, že korytové přepady (3) obou soustav jsou ΐ opatřeny rozrážkami (9) vytvořenými v horních okrajích přepadových jízků (6) po obou stranách korytových přepadů (3), kde rožrážky (9)* se střídají se sníženou přepadovou hranou (8) přepadového jízku (6), jejíž délka 'přesahuje délku rožrážky {9), a kde rožrážky (9) na jedné straně korytového přepadu (3) jsou vytvořeny v přesazeném uspořádání к rozrážkám (9) na protilehlé strapě přepadu (3).