CS275665B6

CS275665B6 - Column oriented filling

Info

Publication number: CS275665B6
Application number: CS6590A
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: CS9000065A2

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 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.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 the 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 in layers which fill the entire cross-section of the column and are stacked one above the other 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 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.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, 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.The described disadvantages have been largely eliminated with a group of fillers in which a substantial part of the metallic material has been replaced by a non-metallic material with good capillary properties, for example glass fiber. In one solution, the horizontal filler layers are made up of, for example, vertical sheet-like elements in the form of a woven structure, wherein the warp structure is formed by closely adjacent strips of non-metallic capillary material, while . 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 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.The oriented filler according to the invention, however, is based on a solution in which the undivided fabric of a pliable non-metallic material with capillary properties is reinforced with a mesh of a rigid material and together with it formed into waves running obliquely to the vertical. The reinforced capillary walls are then laid side by side so that their waves cross each other. However, experience has shown that in undivided capillary fabrics one portion of the 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. Mixing of the two liquid portions occurs only when the liquid is transferred from one layer of filler to the nearest lower layer. The proportion of liquid passing through the internal fabric of the fabric creates such an undesirable by-pass that reduces the efficiency of the separation process.

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.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 formed of a non-woven mat made of inorganic fibers, for example glass or basalt, bonded with an inorganic binder. In this case, the mat is reinforced on at least one side over the entire surface with a mesh of a rigid material, for example metal, and together with it is formed into waves running obliquely to the vertical.

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.In this arrangement, unwanted by-pass liquids are removed along the height of the layer, since the fiber mats, which are composed of either short strands or continuous filaments, do not form a capillary structure such as a fabric in the vertical direction. The liquid therefore proceeds through the inner structure of the mat only in small sections, whereupon it is forced out of the structure and mixed with the proportions of liquid advancing along the surface of the mat. The entire volume of the liquid thus practically contributes to the transfer of heat or mass between the liquid and the gas flowing around the mat.

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.An exemplary embodiment of an oriented column packet according to the invention is further illustrated in the drawing, wherein Fig. 1 is a vertical axial section of a portion of a column with three horizontal layers of oriented padding one above the other. 3 is a detail view of a portion of a straight reinforced wall; and FIG. 4 is a perspective view of a portion of a reinforced capillary wall formed by oblique undulation.

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.In the column jacket 2 according to FIGS. 1 and 2, the support grid 2 is fixedly fixed, on which the horizontal layers 2 of the packing are arranged one above the other so that the adjacent layers are always rotated 90 °. Each of the layers 2 consists of reinforced vertical capillary walls 4, shaped obliquely to the vertical into waves and arranged side by side so that the waves of adjacent walls 4 cross each other. The walls ^2, thus only touching each other corrugation crests and between them an inclined flow passages 2 for the passage of the gaseous phase.

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.FIG. 3 shows in detail a portion of a reinforced capillary wall 4 formed from a nonwoven mat 5 reinforced with a mesh 6, the meshes of which in the embodiment shown are regular hexagonal. FIG. 4 shows the shaping of the reinforced capillary wall 6 in the embodiment of FIG.

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.In principle, it is also possible to use meshes of a different configuration and of a different mesh shape, and in a similar manner, the reinforced capillary wall can be shaped into a meander or sinusoid shape, for example, so that the gas channels 2 can have a different shape. even during operation.

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.When the packing is installed in the column housing 2, the individual reinforced and shaped capillary walls 4 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

An oriented column filler consisting of horizontal, mutually rotatable layers filling the entire cross-section of the column, each layer being formed from vertical walls of pliable capillary material reinforced on at least one side over the entire surface with a mesh of a rigid material, such as metal, and together with it formed into waves running obliquely to the vertical, characterized in that the yielding material with capillary properties is a nonwoven mat made of inorganic fibers, for example glass or basalt, connected by an inorganic binder.