CS275665B6 - Column oriented filling - Google Patents

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.

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 nyni 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.

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.

Skupina uspořádaných či orientovaných výplní se neustále rozrůstá o další varianty, jako základní materiál však stále převládá materiál kovový, obvykle vysoce legovaný.

S tím souvisejí i hlavní nevýhody většiny známých orientovaných výplní. Legované kovové materiály jsou totiž nejen nákladné, ale vykazují 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.

Popsané nevýhody byly z velké části odstraněny u skupiny výplní, u nichž byla podstatná část kovového materiálu nahrazena materiálem nekovovým, s dobrými kapilárními vlastnostmi, kupříkladu sklotextilem. U jednoho řešení jsou vodorovné vrstvy výplně sestaveny kupříkladu ze svislých tabulovitých prvků ve tvaru tkané struktury, kde osnovu struktury tvoří těsně vedle sebe uložené pásky z nekovového materiálu s kapilárními vlastnostmi, zatímco útek klikatě zprohýbané 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.

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.

Orientovaná výplň podle vynálezu vychází však z 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 kladou vedle sebe tak, že se jejich vlny navzájem kříží. Zkušenosti nicméně prokázaly, že 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. K promíseni obou kapalinových podílů dochází pak pouze při přestupu kapaliny z jedné vrstvy výplně do nejbližší vrstvy nižší. Podíl kapaliny, který postupuje vnitřní strukturou tkaniny, vytváří takto nežádoucí by-pass, který snižuje účinnost dělicího procesu.

Tyto nedostatky jsou naproti tomu odstraněny u orientované výplně kolon podle vynálezu, která je charakterizována tím, že svislé stěny jsou místo z tkaniny vytvořeny z netkané rohože, zhotovené z anorganických vláken, například skelných nebo čedičových, spojeCS 275665 B6 ných anorganickým pojivém. Rohož je přitom po alespoň jedné straně po celé ploše vyztužena pletivem z tuhého materiálu, kupříkladu kovu, a spolu s ním je tvarována do vln probíhajících šikmo ke svislici.

V tomto uspořádání se odstraní nežádoucí by-pass kapaliny po výšce vrstvy, neboř vlákna rohože, která je složena bu3 z krátkých, úseků pramenců nebo z nekonečných monofilních vláken, nevytvářejí ve svislém směru takovou kapilární strukturu jako tkanina. Kapalina postupuje proto vnitřní strukturou rohože jen po malých úsecích, načež je nucena ze struktury vystoupit a smísit se s podíly kapaliny postupujícími po povrchu rohože. Celý objem kapaliny se takto prakticky podílí na přestupu tepla nebo hmoty mezi kapalinou a plynem proudícím kolem rohože.

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 vrstvami orientované výplně nad sebou, obr. 2 vodorovný řez kolonou podle obr. 1, vedený rovinou A-A, obr. 3 v detailu pohled na část rovné vyztužené stěny a obr. 4 v axonometrickém pohledu a v detailu část vyztužené kapilární stěny tvarované šikmým zvlněním.

V plášti 2 kolony podle obr. 1 a 2 je pevně uchycen nosný rošt 2, na němž jsou nad sebou uloženy vodorovné vrstvy 2 výplně tak, že sousední vrstvy jsou vždy pootočeny o 90*. Každá z vrstev 2 se skládá z vyztužených svislých kapilárních stěn £, tvarovaných šikmo ke svislici do vln a uložených vedle sebe tak, že se vlny sousedních stěn 4_ navzájem kříží. Stěny 2 ^se takto navzájem dotýkají jen vrcholem vln a mezi sebou vytvářejí šikmé průtočné kanálky 2 pro prostup plynné fáze.

Na obr. 3 je v detailním pohledu znázorněna část vyztužené kapilární stěny 4_, vytvořené z netkané rohože 5, vyztužené pletivem 6^, jehož oka mají ve znázorněném provedení tvar pravidelného šestiúhelníku. Na obr. 4 je pak znázorněno tvarování vyztužené kapilární stěny £ v provedení podle obr. 3 do šikmých vln lomeného profilu.

V zásadě je možno použít i pletiva jiného uspořádání a jiného tvaru ok a podobně také odlišným způsobem může být provedeno i tvarování vyztužené kapilární stěny kupříkladu do tvaru meandru či sinusoidy, takže kanálky 2 pro plyn mohou mít rozdílný tvar, který si díky armování kapilární stěny udrží i během provozu.

Při· montáži výplně v plášti 2 kolony jsou jednotlivé vyztužené a tvarované kapilární stěny 4_ 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.

Claims (1)

1. Orientovaná výplň kolon, sestávající z vodorovných, navzájem pootočených vrstev, vyplňujících celý průřez kolony, kde každá z vrstev je vytvořena ze svislých stěn z poddajného materiálu s kapilárními vlastnostmi, vyztuženého po alespoň jedné straně po celé ploše pletivem z tuhého materiálu, napříkladu kovu, a spolu s ním tvarovaného do vln probíhajících šikmo ke svislici, vyznačená tím, že poddajným materiálem s kapilárními vlastnostmi je netkaná rohož, zhotovená z anorganických vláken, například skelných či čedičových, spojených anorganickým pojivém.