CS275664B6

CS275664B6 - Column oriented filling

Info

Publication number: CS275664B6
Application number: CS6490A
Authority: CS
Inventors: Vlastimil Ing Braun
Original assignee: Vyzk Ustav Chem Zarizeni
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-01-05
Publication date: 1992-03-18
Also published as: CS9000064A2

Abstract

The oriented filling for a column, wherein matter or heat are exchanged between liq. and a counterflowing gaseous phase, consists of superimposed horizontal layers each filling the entire column cross-section, with the lowermost layer resting on an apertured support. Each layer is twisted relative to adjacent layers, and is formed with vertical walls formed of flexible non-metallic capillary-active material reinforced by a mesh of rigid material, esp. metal. The non-metallic material, made e.g., from spun-glass fibres may be coated on to or with the metal reinforcement. - The walls may be of stiffened fabric, with warp threads of one material woven with weft threads of the companion material. When made of corrugated material, the corrugations in adjacent surfaces are offset from each other and contact only at their peeks.

Description

Předmětem vynálezu je orientovaná výplň kolon pro difuzní pochody, jako jsou rektifikace či absorpce, anebo pochody výměny tepla přímým stykem kapalné fáze s plynnou.The subject of the invention is an oriented packing of columns for diffusion processes such as rectification or absorption, or heat exchange processes by direct contact of the liquid phase with the gas.

Pro výše uvedené pochody se dříve užívaly převážně tzv. neuspořádané výplně, vytvořené z volně sypaných tělísek různého tvaru, zhotovených z různého materiálu. Tyto výplně jsou nyní stále více nahrazovány výplněmi uspořádanými nebo také orientovanými, které jsou sice nákladnější než výplně sypané, umožňují však vyšší výkony kolon, a to při zvýšené účinnosti dělení, větším pracovním rozsahu a nižších tlakových ztrátách.Previously, the above-mentioned processes used predominantly so-called disordered fillings made of loose bulk bodies of various shapes made of different materials. These packings are now increasingly being replaced by packed or oriented packings, which are more expensive than packed packings, but allow higher column performance with increased separation efficiency, greater working range and lower pressure losses.

Nejčastěji užívané orientované výplně sestávají z bloků tvořených svislými pásky varhánkovitě zprohýbanými šikmo ke svislici. Pásky se kladou v blocích vedle sebe tak, aby se jejich zvlnění křížilo, tj. aby se dotýkaly jen bodově. Bloky jsou uspořádány vedle sebe do vrstev, které vyplňují celý průřez kolony, a v plášti kolony se ukládají nad sebe se vzájemným pootočením. Pásky jsou zhotoveny převážně z kovového materiálu a jsou různým způsobem strukturovány a perforovány, aby kapalina mohla přestupovat z jedné strany pásku na druhou a smáčela tak v co největší míře obě strany pásků.The most commonly used oriented fillers consist of blocks formed by vertical strips of organically folded obliquely to the vertical. The strips are laid side by side in blocks so that their curl crosses, that is, they touch only the points. The blocks are arranged side-by-side into layers that fill the entire cross-section of the column and are stacked in the column jacket with relative rotation. The tapes are predominantly made of metallic material and are structured and perforated in various ways so that the liquid can transfer from one side of the tape to the other and soak both sides of the tapes as much as possible.

Skupina uspořádaných či orientovaných výplní se neustále rozrůstá o další varianty, jako základní materiál však stále převládá materiál kovový, obvykle vysoce legovaný.The group of arranged or oriented fillings is constantly growing with other variants, but as the base material, the material is still predominantly metal, usually highly alloyed.

S tím souvisejí i hlavní nevýhody většiny známých orientovaných výplní. Legované kovové materiály jsou totiž nejen nákladné, ale vykazuji kromě toho i velká povrchová napětí vůči kapalinám. Důsledkem toho je, že se kov nikdy zcela nesmočí a vytvářejí se na něm suchá místa, která snižují přestupný povrch pro obě fáze.This is associated with the main disadvantages of most known oriented fillers. Alloyed metal materials are not only expensive but also exhibit high surface stresses to liquids. As a result, the metal is never completely wetted, creating dry spots that reduce the transition surface for both phases.

Popsané nevýhody byly z velké části odstraněny u skupiny výplní, u nichž byla podstatná část kovového materiálu nahrazena materiálem nekovovým, s dobrými kapilárními vlastnostmi, ku příkladu sklotextilem. U jednoho řešení jsou vodorovné vrstvy například sestaveny ze svislých tabulovitých prvků ve tvaru tkané struktury, kde osnovu struktury tvoři těsně vedle sebe uložené pásky z nekovového materiálu s kapilárními vlastnostmi, zatímco útek klikatě zpřohýbané rozpěrky z tuhého materiálu, například kovu, umělé hmoty či keramiky. V takto uspořádané struktuře se nejen vytvářejí příznivé podmínky pro tok obou médií, takže se podstatně sníží tlakové ztráty a výplň vykazuje dobrou dělicí účinnost, ale současně se docílí i dobré smočitelnosti celého povrchu výplně, nebot pásky dovedou rozvést kapalinu i ve vodorovném směru. Předností je i nízká cena výplně, vyplývající z nízké ceny základního materiálu.The disadvantages described have been largely eliminated for a group of fillers in which a substantial part of the metal material has been replaced by a non-metallic material with good capillary properties, for example glass fiber. For example, in one solution, the horizontal layers are composed of vertical sheet-like elements in the shape of a woven structure, wherein the warp of the structure is formed by adjacent strips of non-metallic capillary material while the zigzag folded spacers of solid material such as metal, plastic or ceramics. This arrangement not only creates favorable conditions for the flow of both media, so that pressure losses are substantially reduced and the filler exhibits good separating efficiency, but at the same time good wettability of the entire filler surface is achieved, since the tapes are able to distribute the liquid horizontally. Another advantage is the low price of the filler resulting from the low price of the base material.

Podobné vlastnosti se projevily i u dalšího typu orientované výplně, kde se ve vodorovných vrstvách střídají svislé stěny z textilní tkaniny s dobrými kapilárními vlastnostmi se soustavou svislých, klikatě zprohýbaných rozpěrek z tuhého materiálu, kupříkladu kovu. Alternativně může být použita jedna řada souhlasně zprohýbaných rozpěrek anebo dvě řady rozpěrek vyhnutých střídavě na jednu a druhou stranu, takže navzájem vytvářejí kosočtverečnou strukturu.Similar properties have been seen in another type of oriented filler, where vertical layers of textile fabric with good capillary properties alternate in horizontal layers with a set of vertical, zigzag-bent spacers of a rigid material, such as metal. Alternatively, one row of consecutively bent spacers or two rows of spacers bent alternately to one side and the other may be used to form a rhombic structure with each other.

Orientovaná výplň podle vynálezu navazuje však na řešení, při němž je nedělená tkanina z poddajného nekovového materiálu s kapilárními vlastnostmi vyztužena pletivem z tuhého materiálu a spolu s ním tvarovaná do vln, probíhajících šikmo ke svislici. Vyztužené kapilární stěny se pak ve vrstvách kladou vedle sebe tak, že se jejich vlny navzájem kříží. Zkušenosti nicméně prokázaly, žé u nedělených kapilárních tkanin stéká jedna část kapaliny po povrchu tkaniny, kde je vystavena styku s plynem proudícím podél tkaniny, zatímco druhá část teče vnitřkem tkaniny, aniž by se dostala do styku s plynem. Tento druhý podíl kapaliny takto vytváří nežádoucí by-pass, který snižuje účinnost dělicího procesu. K promísení obou kapalinových podílů dochází pak pouze při přestupu kapaliny z jedné vrstvy do druhé.The oriented filler according to the invention, however, follows a solution in which the undivided fabric of a pliable non-metallic material with capillary properties is reinforced by a mesh of a rigid material and, together with it, shaped into waves running obliquely to the vertical. The reinforced capillary walls are then stacked side by side so that their waves cross each other. However, experience has shown that in undivided capillary fabrics one portion of fluid flows down the fabric surface where it is exposed to the gas flowing along the fabric while the other portion flows through the interior of the fabric without coming into contact with the gas. This second liquid fraction thus creates an undesirable by-pass that reduces the efficiency of the separation process. The mixing of the two liquid fractions occurs only when the liquid is transferred from one layer to the other.

Tyto nevýhody jsou naproti tomu odstraněny u orientované výplně kolon podle vynálezu, která je charakterizována tim, že svislé stěny jsou místo z tkaniny vytvořeny z jednotlivých pásků z poddajného nekovového materiálu s kapilárními vlastnostmi, uložených těsně vedle sebe ve směru kolmém ke svislé ose stěny a oboustranně vyztužených pletivem z tuhého materiálu, spolu s nímž jsou tvarovány do vln.These drawbacks, on the other hand, are eliminated with the oriented column packing according to the invention, which is characterized in that the vertical walls are instead of fabric formed of individual strips of flexible non-metallic material with capillary properties, placed side by side in a direction perpendicular to the vertical axis of the wall and reinforced with a mesh of rigid material, with which they are formed into waves.

Předností tohoto uspořádání je několikrát po výšce vrstvy opakované promísení a přerozdělení obou kapalinových podílů. V zásadě přitom platí, že čím užší budou pásky a čím častěji se promísení a přerozdělení obou podílů kapaliny opakuje, tím vyšší dělicí účinnosti se ve výplni dosahuje.The advantage of this arrangement is repeated mixing and redistribution of both liquid parts several times after the layer height. In principle, the narrower the tapes and the more frequently the mixing and redistribution of the two liquid components are repeated, the higher the separation efficiency is achieved in the filler.

Počet pásků je dán výškou vrstvy, pro dosažení potřebného účinku by však měly být použity nejméně tři pásky nad sebou. Zejména výhodné je provedení, při němž je šířka pásků po výšce vrstvy odstupňována od nejužších pásků v horní části vrstvy k nejširším páskům ve spodní části vrstvy. V tomto uspořádání horní úzké pásky působí jako přirozený přerozdělovač kapaliny. Velikost ok výztužného pletiva se pak volí tak, aby byla stejná anebo menší než šířka nejužšího pásku.The number of strips is determined by the layer height, but at least three strips above each other should be used to achieve the desired effect. Particularly preferred is an embodiment in which the width of the strips is graduated from the narrowest strips at the top of the layer to the widest strips at the bottom of the layer over the height of the layer. In this arrangement, the upper narrow strips act as a natural redistributable liquid. The mesh size of the reinforcing mesh is then selected to be equal to or smaller than the width of the narrowest strip.

Příkladné provedení orientované výplně kolon podle vynálezu je dále blíže znázorněno na výkrese, kde obr. 1 představuje svislý osový řez částí kolony se třemi vodorovnými vrst vámi orientované výplně nad sebou, obr. 2 vodorovný řez kolonou podle obr. 1, vedený rovinou A-A, obr. 3 v detailu pohled na část vyztužené kapilární stěny s odstupňovanou šířkou pásků a obr. 4 v axonometrickém pohledu a v detailu část vyztužené kapilární stěny v provedení podle obr. 3, tvarované šikmým zvlněním.An exemplary embodiment of an oriented column filler according to the invention is further illustrated in the drawing, wherein Fig. 1 is a vertical axial section of a column section with three horizontal layers of oriented filler one above the other. 3 is a detail view of a portion of the reinforced capillary wall with graded band widths; and FIG. 4 is a perspective view of a portion of the reinforced capillary wall of FIG.

V plášti £ kolony podle obr. 1 a 2 je pevně uchycen nosný rošt £, na němž jsou nad sebou uloženy vodorovné vrstvy £ výplně tak, že sousední vrstvy jsou vždy pootočeny o 90'. Každá z vrstev £ se skládá z vyztužených svislých kapilárních stěn £, tvarovaných šikmo ke svislici do vln a uložených vedle sebe tak, že se vlny sousedních stěn £ navzájem kříží. Stěny £ se takto navzájem dotýkají jen vrcholem vln a mezi sebou vytvářejí šikmé průtočné kanálky £ pro prostup plynné fáze.1 and 2, there is a fixed support grid 4 on which the horizontal layers 6 of the packing are arranged one above the other so that the adjacent layers are always rotated 90 '. Each of the layers 6 consists of reinforced vertical capillary walls 4 shaped obliquely to the vertical into waves and arranged side by side such that the waves of adjacent walls 4 cross each other. Thus, the walls 6 only contact each other at the top of the waves and form oblique flow channels 8 for the passage of the gas phase therebetween.

Na obr. 3 je v detailním pohledu znázorněna část vyztužené kapilární stěny £, sestavené z pěti pásků £ o odstupňované šířce, vyztužených pletivem £. Oka výztužného pletiva £ mají ve znázorněném provedení tvar pravidelného šestiúhelníku. Velikost ók odpovídá zhruba šířce nejužších pásků £. Na obr. 4 je pak znázorněno tvarování vyztužené kapilární stěny £ v provedení podle obr. 3 do šikmých vln lomeného profilu.FIG. 3 shows a detailed view of a portion of a reinforced capillary wall 8, composed of five strips of graded width 6 reinforced with a mesh 6. The meshes of the reinforcing mesh 6 have the shape of a regular hexagon in the illustrated embodiment. The mesh size corresponds approximately to the width of the narrowest strips. FIG. 4 shows the shaping of the reinforced capillary wall 6 in the embodiment of FIG.

Při vytváření vyztužených stěn £ se postupuje tak, že se jednotlivé pásky k sobě v několika místech přistěhují, vloží se mezi dvě vrstvy pletiva a spolu s ním se tvarují.In order to form the reinforced walls, the individual strips are moved together at several points, interposed between two layers of mesh and shaped together.

V zásadě je možno použít i pletiva jiného uspořádání a jiného tvaru ok, podmínkou však je, aby velikost ok byla stejná nebo menši než šířka nejužších pásků £. Jiným způsobem může být provedeno i tvarování vyztužené kapilární stěny £, kupříkladu do tvaru meandru či sinusoidy, takže kanálky pro plyn mohou mít rozdílný tvar, který si díky armování kapilární stěny £ udrží i během provozu kolony.In principle, it is also possible to use meshes of a different configuration and shape, provided that the mesh size is equal to or less than the width of the narrowest strips. Alternatively, the reinforced capillary wall 6 can be shaped, for example into a meander or sinusoid shape, so that the gas passages can have a different shape, which is retained by the capillary wall reinforcement during column operation.

Při montáži výplně v plášti £ kolony jsou jednotlivé vyztužené a tvarované kapilární stěny £ kladeny vedle sebe tak dlouho, až vyplní celý průřez kolony. U kolon větších průměrů se klade vedle sebe pouze omezený počet kapilárních stěn £, které se pak pomocí spojovacích šroubů či pásů stahují do segmentů nebo bloků. Segmenty či bloky se pak ukládají v koloně vedle sebe tak, aby zaplnily vnitřní průřez kolony.When the packing is installed in the column jacket 6, the individual reinforced and shaped capillary walls 6 are placed side by side until they fill the entire cross-section of the column. In the case of columns of larger diameters, only a limited number of capillary walls 6 are laid side by side, which are then tightened into segments or blocks by means of connecting screws or strips. The segments or blocks are then stacked side-by-side in the column to fill the internal cross-section of the column.

Claims

PATENT CLAIMS

An oriented column filler consisting of horizontal, mutually rotatable layers filling the entire cross-section of a column, each layer being formed from vertical walls of a pliable material having capillary properties, for example glass fiber reinforced on at least one side over the entire surface with a solid material mesh For example, a metal and a wave formed obliquely to the vertical, characterized in that the vertical walls (4) are formed from individual strips (5) of flexible material with capillary properties, placed side by side in a direction perpendicular to the vertical axis of the wall (4) and mesh reinforced on both sides (6).

Oriented filler according to Claim 1, characterized in that the width of the individual strips (5) is the same.

Oriented filler according to claim 1, characterized in that the width of the individual strips (5) is graduated from the narrowest strips (5) at the top of the layer (3) to the widest strips (5) at the bottom of the layer (3). 3).

Oriented filler according to Claims 1 to 3, characterized in that the mesh size of the reinforcing mesh (6) is equal to or smaller than the width of the narrowest strip (5).