CS217814B1 - Rozdělovač kapaliny - Google Patents

Abstract

Vynález se týká rozdělovače kapaliny na výplň kolon pro sdílení tepla a hmoty ve dvoufázových systémech plyn-kapalina a kapalina-kapalina. Použitelnost vynálezu přichází v úvahu především v chemickém průmyslu při rektifikaci a absorpci plynu do kapalin, ale i při všech procesech prováděných ve výplňových kolonách s dvoufázovými systémy tekutin. Rozdělovač kapaliny s rozváděcím zařízením zajištujícím navedení kapaliny do výtokových žlábků s výřezy, jimiž kapalina vytéká na vnější povrch bočních stěn těchto žlábků,je proveden tak, že výtokové žlábky jsou opatřeny na spodním okraji po délce lištou a/nebo výstupky, vyčnívajícími svisle nebo šikmo dolů pod rovinu dna výtokových žlábků a/nebo jsou tato lišta a/nebo výstupky vytvořeny prodloužením jedné nebo obou bočních stěn výtokových žlábků.

Description

Vynález se týká rozdělovače kapaliny na výplň kolon pro sdílení tepla a hmoty ve dvoufázových systémech plyn-kapalina a kapalina-kapalina.

Rovnoměrné rozdělení kapaliny na kolonové výplně je podmínkou dobrého využití povrchu výplně pro vytvoření mezifázové plochy mezi dvěma nemísitelnými tekutými fázemi. V současné době se k tomu účelu používají různé rozdělovače kapaliny, které lze podle způsobu výtoku výtoku kapaliny dělit na rozstřikovací a nerozstřikovaoí (Golovačeskij J. A.: Orositeli 1 forsunki skruberov chlmičeskoj promyšlenosti, Mašinostroenie, Moskva 1974). Do skupiny rozstřikovacich rozdělovačů patří například rozstřikovací hvězdice, vícekonusové rozdělovače a rozprašovací trysky. Kapalina z rozdělovačů této skupiny vystupuje ve formě drobných kapek nebo ve formě proudů různého tvaru, které se rozpadají na kapky různé velikosti. Kapalině je udělována významná složka hybnosti ve vodorovném směru. Předností těchto rozdělovačů je, že zaujímají malý podíl průřezu kolony. Nevýhodou těchto rozdělovačů je, že vytvářejí značné množství drobných kapek, které jsou snadno unášeny protiproudně tekoucí druhou fází. Kromě toho tyto rozdělovače pracují uspokojivě pouze v úzkém rozsahu průtoků kapaliny, na který byly navrženy.

Do skupiny nerozstřikovacích rozdělovačů patří například děrované desky, žlábkové (korýtkové) rozdělovače a děrované vícetrubkové rozdělovače. Kapalina z rozdělovačů této skupiny vytéká bučí ve formě souvislých proudů,nebo ve formě větších kapek, které lépe odolávají únosu. Další jejich předností je, že mohou pracovat v uspokojivém rozsahu průtoků kapaliny.

Hlavní nevýhoda rozdělovačů této skupiny spočívá v tom, že při praktickém použití je počet výtokových míst vztažený na jednotku průřezu kolony poměrně malý, takže nevyhovuje potřebám nových výplní, které jsou bučí vysoce účinné, a/nebo na kterých se může dosáhnout vysokého prosazení obou fází. Tyto rozdělovače obvykle zaujímají větší podíl průřezu kolony a tím může vzniknout značný odpor proti toku druhé fáze (Olevskij V. M., Ručinekij V. R.: Rektifikacija termičeski nestojkioh produktov, Chimija, Moskva 1972). Zdánlivě by tyto nedostatky mohly být potlačeny u vícetrubkového děrovaného rozdělovače, kde je však omezení počtu výtokových míst způsobeno praktickými důvody. Minimální průměr výtokových otvorů je omezen s ohledem na odolnost otvorů proti ucpávání a počet výtokových míst je omezen minimální potřebnou výtokovou rychlostí kapaliny z otvorů rozdělovače, která zaručuje odtržení proudu kapaliny od vnějšího povrchu trubky. Pro některé z vysoce účinných výplní byly vyvinuty zvláštní rozdělovače zeložené například na využití kapilárních sil (Nygren P. G., Connolly G. K. S.: Chem. Engng. Progrese 67. No. 3, 49 /1971/). Jedná se však obvykle o nákladná zařízení s vysokými požadavky na čistotu rozdělované kapaliny vhodné pouze pro určitý typ kolonové výplně. Přehled o rozdělovačích kapaliny podává například Golovačevskij J. A.: Orositeli i forsunki skrubenov chimičeskoj promyšlennosti, Mašinostroenie, Moskva 1974.

Podle tohoto vynálezu se podařilo překvapivým způsobem odstranit do značné míry nevýhody dosavadníoh konstrukcí rozdělovačů kapaliny. Vynález představuje úpravu žlábkového rozdělovače, které ponechává výhody a odstraňuje nevýhody žlábkového rozdělovače kapaliny.

Pro základní rozdělení kapaliny do výtokových žlábkú se použije některý ze známých způsobů prvotního rozdělení kapaliny. Vynález vychází z poznatku, že kapalina stékající po tuhém povrohu není náchylná k odtrhávání od tohoto povrchu a odolává únosu protiproudně tekoucí fáze lépe než volně padající kapky. Toho se využívá při konstrukci výtokových žlábků. Výřezy výtokových žlábků jsou provedeny tak, aby kapalina vytékala z výřezů na vnější boční stěny výtokových žlábků. Výtokové žlábky se ve spodní části zužují a jsou na spodním okraji po délce opatřeny lištou a/nebo výstupky, směrujícími svisle nebo šikmo dolů. Kapalina stéká po bocích výtokového žlábků na lištu a/nebo výstupky, které odvedou kapalinu do dostatečné vzdálenosti pod dno žlábků, kde se kapalina odtrhává ze spodních okrajů výstupků. Kapalina vytéká z rozdělovače kapaliny buč ve formě souvislých proudů,nebo ve formě velkých kapek v prostoru pod úrovní výtokových žlábků, kde je část průřezu kolony, kterou zaujímá konstrukce rozdělovače velmi malá. V tomto prostoru je rychlost protiproudně tekoucí druhé fáze nejmenšl a tím je i možnost únosu kapaliny druhou fází nejnižší. Kromě toho popisované řešení umožňuje umístěni výtokových žlábků ve dvou nebo vice vodorovných rovinách, přičemž lištou a/nebo výstupky se z výše umístěných žlábků odvede kapalina do prostoru pod nejníže uloženými žlábky. Toto řešeni jednak zmenši podlí průřezu kolony, který zaujímá konstrukce rozdělovače a jednak umožňuje použiti většího počtu výtokových žlábků a tedy řad výstupků, ze kterých kapalina odkapává. Výtokových žlábků potom může být v koloně dokonce vlče, než kolik by se jich mohlo do kolony v jedná rovině umístit. Tim lze dosáhnout mimořádně vysokého počtu výtokových míst rozdělovače tvořených jednotlivými výstupky. Rozsah průtoků kapaliny, při nichž rozdělovač kapaliny pracuje uspokojivě, je stejně velký jako u obvyklých žlábkových rozdělovačů.

Vynález se týká rozdělovače kapaliny s rozváděcim zařízením zajišlujicim rozvedení kapaliny do výtokových žlábků. Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že výtokové žlábky jsou opatřeny výřezy provedenými tak, aby kapalina vytékala na vnější povrch jedné nebo obou bočních stěn výtokových žlábků. Výtokové žlábky jsou na spodním okraji po délce opatřeny lištou a/nebo výstupky vyčnívajícími svisle nebo šikmo dolů pod rovinu dna výtokových žlábků. Výstupky nebo lišta a výstupky mohou být vytvořeny prodloužením jedné nebo obou bočních stěn výtokových žlábků. Výtokové žlábky mohou být umístěny ve dvou nebo více vodorovných rovinách. Rozměr lišty s výstupky nebo výstupků z výše položených výtokových žlábků je potom takový, aby spodní okraj výstupků byl pod úrovni dna nejníže položených výtokových žlábků.

Hlavní výhody rozdělovače kapaliny podle vynálezu spočívají v tom, že umožňuje zmenšeni podílu průřezu kolony, který zaujímá konstrukce rozdělovače a kromě toho lze použít větší počet výtokových žlábků a tedy řad výstupků, z nichž kapalina odkapává. Rozsah průtoků kapaliny, při nichž rozdělovač kapaliny pracuje uspokojivě, je stejně velký, jako u obvyklých žlábkových rozdělovačů.

Příklady provedeni rozdělovače kapaliny podle vynálezu jsou znázorněny na přiložených obrázcích 1 až 10, kde představují obrázky 1, 2 a 3 rozdělovač kapaliny jako celek v nárysu, bokorysu a půdorysu, obrázky 4, 5 a 6 detail výtokového žlábků s výřezy pouze na jednom boku v nárysu, půdorysu a bokorysu, obrázky 7, 8 a 9 detail výtokového žlábků s výřezy na obou bocích v nárysu, půdorysu a bokorysu a obrázek 10 detail nárysu výtokového žlábků s jiným provedením lišty s výstupky.

Rozdělovač na obrázcích 1, 2 a 3 je určen pro kolonu s kruhovým průřezem. Rozváděči část rozdělovače tvoří rozváděči žlab £ opatřený výřezy 2 a naváděcími deskami J. Rozdělovači část rozdělovače tvoří výtokové žlábky £ opatřené lištou s výstupky 5· Výtokové žlábky í jsou umístěny pod rozváděcim žlabem kolmo na rozváděči žlab. Každému výtokověrnu žlábků odpovídá v rozváděcim žlabu dvojice výřezů 2 na obou bocích rozváděcího žlabu. Dvojice výřezů je umístěna tak, aby svislá osová rovina výtokového žlábků byla i osovou rovinou výřezů. U výřezů obdélníkového tvaru lze volit šířku výřezu úměrnou délce výtokového žlábků umístěného pod výřezem. Tím se dosáhne rovnoměrného nátoku kapaliny na jednotku délky u všech výtokových žlábků. Ve svislé osové rovině výtokových žlábků £ jsou upevněny k bokům rozváděcího žlabu naváděcí desky £. Horní hrana naváděcí desky dosahuje nejméně ke spodnímu okraji výřezu 2 a spodní hrána dosahuje k úrovni horního okraje výtokového žlábků. Naváděcími deskami se zabezpečí navedení kapaliny i do úzkých výtokových žlábků. Výtokové žlábky £ s lištou a výstupky 5 jsou umístěny ve dvou vodorovných úrovních. Největší příčný průřez rozdělovače kapaliny se tak sníží téměř na polovinu. Pro dolní řadu výtokových žlábků jsou naváděcí desky 2 delší a výtokové žlábky jsou opatřeny kratší lištou s výstupky 5· D horní řady výtokových žlábků je tomu opačně. Rozdělovač kapaliny na obrázku 1 je opatřen výtokový3 mi žlábky s lištou s výstupky, jejichž detail je znázorněn na obrázcích 7, 8 a 9. Rozváděči část rozdělovače kapaliny může být, zvláště u kolon o větším průřezu, provedena i dvounebo vícestupňové. Potom horní rozváděči žlab je umístěn nad několika menšími rozváděcími žlaby, pod nimiž je teprve umístěna rozdělovači část tvořená výtokovými žlábky s lištou a/nebo výstupky. Rozváděči část rozdělovače kapaliny může být provedena i jinak, například pomocí víeetrubkového rozváděcího systému, který rozvede kapalinu do rozdělovači části rozdělovače kapaliny.

Na obrázcích 4, 5 a 6 je znázorněn detail výtokového žlábku 4 ^s výřezy 6 pouze na jednom boku výtokového žlábku. Výřezy 6 jsou provedeny nastřižením boku výtokového žlábku a vyhnutím trojúhelníkové části boku směrem dovnitř výtokového žlábku. Každý výřez zabezpečuje nátok kapaliny na jeden výstupek 2 umístěný na spodním okraji výtokového žlábku.

Na obrázcích 7, 8 a 9 je znázorněn detail výtokového žlábku 4 s výřezy 6 na obou bocích výtokového žlábku. Horní část boků je po stejných roztečích nastřižena a výřezy 6 jsou provedeny vyhnutím obdélníkové horní části boku směrem dovnitř výtokového žlábku. Mezi dvěma vyhnutými částmi je část nevyhnutá. Přitom vyhnuté části na jednom boku odpovídá nevyhnutá část na protilehlém boku. Na spodním okraji je výtokový žlábek podélně opatřen lištou s výstupky 2 tvořenou pásem tahokovu (plechové sítoviny) orientovaného tak, že delší úhlopříčka ok je svislá. Hroty na spodním okraji pásu tahokovu tvoří výstupky pro odkapávání kapaliny.

Na obrázku 10 je schematicky znázorněn nárys výtokového žlábku 4 stejné konstrukce jako na obrázcích 7, 8 a 9, u nichž lištu s výstupky 2 tvoří pás kovové tkaniny, jejíž spodní okraj je tvarován do výstupků.

Výřezy 6 výtokových žlábků 4 mohou mít i jiný tvar než znázorněný na obrázcích 4 až 9.

U výtokových žlábků lze napříkled použít výřezy obdélníkového průřezu, proti nimž je upevněna deska tak, že mezi jejím spodním okrajem a boční stěnou žlábku je štěrbina. Jinou možností jsou výtokové žlábky 4 s výřezy 6 obdélníkového průřezu, u nichž proti jednotlivým výřezům jsou rovnoběžně s boky výtokového žlábku ve vhodné vzdálenosti umístěny jednotlivé destičky, které jsou ve své spodní části ohnuté a připevněné k bokům výtokového žlábku pod výřezy.

Rozdělovač kapaliny podle vynálezu může být zhotoven jak z kovu, tak z nekovových materiálů.

Rozdělovač kapaliny podle vynálezu lze použít zejména při rektifikaci a absorpci plynů do kapalin, ale i při všech procesech prováděných ve výplňových kolonách s dvoufázovými systémy tekutin. Podle nátoku kapaliny v koloně je třeba volit vhodné provedení lišty a/nebo výstupků 2 ^u výtokových žlábků 4· Rozteč výstupků sloužících k vytékání kapaliny z rozdělovače kapaliny je třeba volit tak, aby nedocházelo ke spojování proudů vytékajících z jednotlivých výstupků při co možno nejvyšším počtu výtokových míst. Například pro nátoky kapaliny v rozmezí 0,5 až 10.10~3 kapaliny za sekundu na 1 průřezu kolony a pro vodorovnou rozteč výtokových žlábků 20 až 50 mm je výhodné použít řešení výtokových žlábků 4 znázorněné na obrázcích 7, 8 a 9, kde lištu s výstupky 2 tvoří pás tahokovu. Oka tahokovu zajišlují další rozdělení kapaliny na více výstupků, než odpovídá počtu výřezů výtokových žlábků. Kapalina potom odkapává z hrotů tahokovu vzdálených 5 až ,0 mm podle rozměru ok tahokovu.

Větší oka je vhodné volit pro vyšší nátoky kapaliny, menší oka pro nižší nátoky kapaliny z výše uvedeného rozmezí nátoků.

Uvedené rozmezí nátoků kapaliny odpovídá v případě rektifikace činnosti za sníženého normálního nebo mírně zvýšeného tlaku. Pro nátoky kapaliny převyšující uvedené rozmezí je vhodnější volit jednotlivé výstupky 2 ^na větší rozteči, například v uspořádání znázorněném na obrázcích 4, 5 a 6. Pro nátoky kapaliny pod hranici výše uvedeného rozmezí je možno na vytvořené lišty s výstupky 2 použít například kovovou tkaninu nebo desku se smáčivým porézním povrchem. Tím se zajistí rozdělení kapaliny na výstupky působením kapilárních sil. Tyto nátoky kapaliny se vyskytují například při rektifikaci za velmi nízkého tlaku pod 0,5 až 1 kPa.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Rozdělovač kapaliny, který je tvořen rozváděcím zařízením pro navedení kapaliny do výtokových žlábků a výtokovými žlábky s výřezy pro výtok kapaliny na vnějěí povrch bočních stěn těchto žlábkd, vyznačený tím, že výtokové žlábky (4) jsou opatřeny na spodním okraji po délce lištou a/nebo výstupky (5) vyčnívajícími svisle nebo šikmo dolů pod rovinu dna výtokových žlábků (4) a/nebo jsou tato lišta a/nebo výstupky (5) vytvořeny prodloužením jedné nebo obou bočních stěn výtokových žlábků (4).
2. 2. Rozdělovač kapaliny podle bodu 1, vyznačený tím, že výtokové žlábky (4) jsou umístěny ve dvou nebo více vodorovných rovinách.