DK153368B - Udfyldning eller fyldlegeme til en kolonne, et koeletaarn eller en lignende enhed. - Google Patents

Description

DK 153368B

o

Den foreliggende opfindelse angår en udfyldning eller et fyldlegeme til en kolonne, et køletårn eller en lignende enhed, i hvilken et i det væsentlige gasformigt medium bringes i kontakt med et i det væsentlige flydende 5 medium eller dets dampe.

Enheder af denne art er eksempelvis de kolonner, der anvendes i den farmaceutiske og kemiske industri til operationer som destillation, absorption, kemisk reaktion, overbrusningsfraskillelse, rensning af fugtig gas, gasvask-10 ning osv.. Adskillige industriområder anvender køletårne, varmevekslere, dråbefraskillere, støvkontrolenheder såvel som f.eks. enheder til indledning af oxygen i spildevand ved spildevandsrensning. Alle disse opgaver kan løses ved at bringe flydende og gasformige medier i kontakt med hin-15 anden.

Kolonner til at bringe gasformige og flydende medier i kontakt har været kendt i årtier. I visse tilfælde har der været anvendt tomme, lodrette kolonner, i hvilke væsken strømmede ned som en hinde på den indvendi-20 ge kappeoverflade eller blev sprøjtet ind i kolonnen og således tilvejebragte kontakten med den opadstrømmende gas. Naturligvis er effektiviteten af denne metode meget ringe.

På nuværende tidspunkt anvendes pladekolonner 25 eller pakkede kolonner til kemiske industrielle destil lations formål.

Pladetypeløsningerne kan opdeles i to hovedgrupper, nemlig modstrøms- overbrusningspladekolonner og tværstrøms- overløbspladekolonner.

30 Fordelen ved pladekolonnerne er, at der praktisk talt ikke er nogen vanskeligheder i forbindelse med væske-og gasfordelingen. På den anden side er deres ulempe det specifikt større tryktab, som medfører et større energiforbrug. I tilføjelse hertil er deres belastelighed og 35 fleksibiliteten med hensyn til tilpasning til varierende driftsbetingelser begrænset.

0 2

DK 153368B

Små individuelle paklegeme anvendes i almindelighed som udfyldning til de pakkede tårne, eller indsatse fremstillet af trådvæv, som fornylig er taget i brug.

5 Udfyldningerne af trådvæv består af kanaler med ringe tværsnit, som er fremstillet af dette materiale, og som anbringes lodret i tårnet, eller af en kontaktanordning, der er fremstillet af trådvævspaneler, som krydser hinanden under en vinkel og udfylder det indven-10 dige af tårnet.

En kolonneudfyldning af sådanne paklegemer udgøres for det meste af en løs, irregulær pakning af disse legemer, men der kendes også udfyldninger med regulære paklegemer, hvor paklegemerne befinder sig i et regu-15 lært geometrisk arrangement i kolonnen.

De hidtil kendte og anvendte paklegemer adskiller sig hovedsagelig fra hinanden med hensyn til deres facon, og formålet for alle pakningsvarieteterne er det samme, nemlig at der ved anbringelse af i hovedsagen li-20 ge store legemer i kolonnen skal kunne opnås en mest mulig ensartet hulrumsdanneIse, som sikrer et stort frit volumen og en tilstrækkelig stor specifik kontaktoverflade ved brug af billige paklegemer, hvilket giver en kompakt enhed, som samtidig har små dimensioner og stor virk- 25 ningsgrad.

Eftersom en ensartet væske- og gasfordeling for det meste ikke kan eller kun ufuldstændigt kan opnås i de hidtil kendte, pakkede kolonner, udvikles der uvirksomme dødrum, dvs. zoner, der knapt deltager i den nødvendige 30 fasekontakt, inden i pakningsaggregatet. Pakningerne er meget følsomme overfor faste, svømmende urenheder, tilstoppes let, og rensning er meget indviklet. Disse faktorer begrænser i et vist omfang anvendeligheden af pakkede søjler. Udfyldninger, der er opbygget i en regulær facon af 35 paklegemer, kan i almindelighed kun anvendes på visse, specielle tekniske områder, f.eks. ved vakuumdestillation.

DK 153368B

O

3

Effektiviteten i forhold til volumenet af det gittervæg, der anvendes i køletårne, er forholdsvis lille, og det volumen, som skal indbygges, er specifikt meget stort.

5 Indledning af oxygen i vand indenfor området spildevandsrensning eller i almindelighed indenfor området vandbehandling er en vigtig opgave. Til dette formål bobles oxygenet i almindelighed gennem vandet, og/eller vandets overfladelag blandingsforstøves med en mekanisk omrørerrotor, hvorved vandets overfladeareal forøges og oxygenoptagelse fra luften lettes. Virkningsgraden af disse metoder er meget ringe, og metoderne er kostbare, men deres anvendelse ved løsning af visse opgaver i forbindelse med vandbehandling er uomgængelig.

15 Sammenfattende kan det konstateres, at der hid til ikke har været kendt noget kontakttilvejebringende udstyr, som vil være i stand til effektivt at sikre kontakten mellem de to faser: gas eller damp og væske i tilfælde af ekstrem, specifik fasestrømning, f.eks. meget 20 ringe eller meget omfattende overbrusning, med acceptable produktions- og driftsomkostninger.

Formålet for den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en udfyldning eller et fyldlegeme til en anlægsenhed til tilvejebringelse af kontakt mellem fly-25 dende og gasformige medier, hvis konstruktion og produktionsteknologi er enkel, som let kan installeres i en kolonne eller i en anden f.eks. tværstrømsenhed, hvis pladsbehov er ringe samtidig med, at den sikrer maksimal, effektiv kontakt, som har stor materiale- og varmeover-30 føringshastighed ved optimal energiforvaltning, og som med held kan bringes i anvendelse på de mest forskellige tekniske områder til løsning af de mest forskellige problemer selv under varierende driftsbetingelser, f.eks. meget ringe eller meget omfattende overbrusning.

35 Opfindelsen er baseret på den erkendelse, at intensiteten af kontakten mellem gas/damp og væske og

O

DK 153368 B

4 dermed hastigheden af materiale- og/eller varmeoverfø-ring kan forøges betydeligt,såfremt udfyldningen består af celler, der er omgivet af vægge, som indeholder elementer, der vibrerer under strømningen af mediet eller 5 medierne, eller består af plader, som indeholder vibrerende elementer, der er anbragt i nærheden af hinanden, og at anlægsenheden kan bygges økonomisk, hvis disse elementer bringes i vibrationer som en følge af mediets eller mediernes strømning gennem udfyldningen, og forbli-10 ver i vibration, indtil strømningen ophører. Eftersom de vibrerende elementer intensivt forstøver væsken ved overfladen af cellevæggene eller pladerne, støder væskepartikler, som afkastes fra naboplader, ind i hinanden, således at der finder en sekundær forstøvning sted. På den 15 anden side vil de forbipasserende medier komme i en hvirvlende, turbulent bevægelse inden cellerne, hvorfor kontakt mellem gas og væske finder sted med maksimal virkningsgrad over en meget stor overflade, mens de er i kraftig bevægelse.

20 På grundlag af denne erkendelse blev det anførte formål ifølge opfindelsen opnået ved hjælp af en udfyldning eller et fyldlegeme, der er ejendommelig ved, at den eller det består af én celle eller flere celler, som er gennemstrømmelig eller gennemstrømmelige for medierne, og 25 som er begrænset af vægge, der forløber på tværs af strømningsretningen for mindst ét af medierne, idet mindst to vægge i hver celle har aflangt udformede elementer af konsoltypen, der er indrettet til at kunne sættes i svingninger af strømningen af det gasformige og/eller flydende 30 medium, og som er adskilt fra hinanden af spalter, der er gennemstrømmelige for mediet eller medierne, eller består af cellerum, begrænset af vægge og forbindelsesstykker, som danner et antal over hinanden og/eller ved siden af hinanden anbragte åbne kanaler, der tjener til strømnings-35 kontakt, idet mindst to af væggene i de cellerummene begrænsende kanaler har et antal aflangt udformede elemen-

DK 153368 B

5

O

ter af konsoltypen, som er indrettet til at kunne sættes i svingninger af strømningen af det gasformige og/eller flydende medium, og som er adskilt fra hinanden af af mediet eller medierne gennemstrømmelige spalter, idet 5 de med kanalernes vægge parallelle kanalakselinier fortrinsvis forløber i ret vinkel for hinanden.

Elementerne af konsoltypen kan være udformede med tænder lavet af elastisk deformerbar plade og/eller af strenge lavet af stang-, tråd- eller lignende materi-10 aler.

Ved en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen består udfyldningen af celler, som er forenet i en bikagestruktur. Det er muligt, hvis cellerne i bikagestrukturen er indvendigt hule, prismeformede strukturer med 15 sekskantet tværsnit, hvori de fire vægge indeholder elementer af konsoltypen, at anbringe en sådan udfyldning i det indvendige af en rektangulær kolonne.

Hvis fyldlegemer anvendes til en overfladevarmeveksler, placeres et rør i cellerne til transport af 20 et strømmende medium.

Hvis udfyldningen på den anden side anvendes til en fotokemisk reaktor, anbringes der brændere omgivet af glas- eller kvartsrør i cellerne.

Udfyldningen ifølge opfindelsen kan være dannet 25 af udfyldningsenheder, der indeholder et antal åbne forbindelseskanaler, som er anbragt over og/eller ved siden af hinanden, idet der er elementer af konsoltypen af den nævnte art med mellemliggende spalter i mindst to af kanalernes vægge, og hvor akserne, der er parallelle 30 med væggene i kanalerne i naboudfyldningsenheder, for løber på tværs af hinanden. Elementerne af konsoltypen er også ved denne udførelsesform udformet som elastisk deformerbare tænder af plade eller strenge af stænger, tråd eller lignende materiale. Udfyldningsenehderne kan være 35 dannet af en kontinuerlig plade, der indeholder kanaler af trapezformet tværsnit, som i tværsnit går kontinuerligt over i hinanden, og som skiftevis er åbnet ved bunden og ved toppen, og udfyldningsenheder, der er anbragt oven 6

O

DK 153368 B

over hinanden, er i udfyldningen i hovedsagen lejret med deres vandrette dele i anlæg mod hinanden, og elementerne af konsoltypen består af kanalernes skrå side-paneler.

5 Opfindelsen medfører fordelagtige, nye yder ligere virkninger, som ikke står til rådighed ved de hidtil kendte løsninger til tilsvarende formål som f.eks. de pakkede kolonner, der anvendes i den farmaceutiske og kemiske industri, luftningsenheder til brug ved spil-10 devandsrensning osv.

Den fundamentale fordel ved udfyldningen eller fyldlegemet ifølge opfindelsen er, at de sikrer maksimal berøringseffektivitet ved optimal energiforvaltning og forstøvning fremkaldt ved vibration af konsolelementerne 15 og en hvirvlende, turbulent bevægelse inden i cellerne, der betydeligt intensiverer materiale- og/eller varme-overføringsprocesserne mellem medierne. Vibrationen af elementerne af konsoltypen opnås uden yderligere ekstern energitilførsel, idet den eneste energi der anven-20 des, er den som er absolut nødvendig for at transportere mediet eller medierne gennem udfyldningen, og de to faser, væske- og gasformig, i strømning frembringer de impulser i konsoltypeelementerne, ved hvilke deres vibration tilvejebringes, uden nogen anden indblanding, f.eks.

25 en mekanisk vibration.

En yderligere fordel er det, at den konstruktive udformning af udfyldningen eller fyldlegemet i sammenligning med den produktionsteknologi, som hidtil har været anvendt til fremstilling af udfyldninger af mere og 30 mere kompliceret form og struktur, er meget enkel, og udfyldningen har ringe vægt, således at ved siden af de lave driftsomkostninger i forhold til det opnåede resultat for en anlægsenhed, der indeholder en udfyldning eller et fyldlegeme ifølge opfindelsen, er investeringsom-35 kostningerne ligeledes lave. Yderligere kan som en følge af den høje virkningsgrad udfyldninger med et mindre plads- 7

DK 153368B

O

behov end sædvanligt og derfor anlægsenheder med mindre størrelse være tilstrækkelige til løsning af en given opgave.

En yderst fordelagtig egenskab hos fyldlegemet 5 eller udfyldningen ifølge opfindelsen er fraværet af døde rum som følge af den konstante vibration, og at de faste, svømmende urenheder ikke frembyder nogen risiko for tilstopning. Udfyldningen eller fyldlegemet er egnet til anvendelse overfor praktisk talt enhver art opgave så-10 som varmeveksling, absorption, dråbeopfangning, gasrensning, kondensation, evaporation, destillation, tilvejebringelse af kemiske reaktioner, indledning af oxygen i spildevand osv., og disse opgaver kan på den anden side også løses under varierende driftsbetingelser, f.eks.

15 meget ringe og meget omfattende overbrusning.

Yderligere udføreIsesformer for og foretrukne træk hos udfyldningen eller fyldlegemet ifølge opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nær-20 mere, idet der henvises til tegningen, der viser udførelsesformer for udfyldningen og fyldlegemet ifølge opfindelsen såvel som deres anvendelse i anlægsenheder til tilvejebringelse af berøring mellem gas og væske, og på hvilken 25 fig. 1 viser i perspektiv et fyldlegeme ifølge opfindelsen dannet af en enkelt celle, fig. 2 i lodret tværsnit enkeltheder af en bikageformet pakning opbygget af et antal celler, fig. 3 i større målestok den med A mærkede detal-30 je i fig. 2, fig. 4 et delbillede set i retning B i fig. 3, fig. 5 viser skematisk et lodret tværsnit gennem en kolonne til i modstrøm at bringe væske og gas i berøring samt dråbefraskillelse, og som indeholder et 35 fyldlegeme som det i fig. 1-4 viste, fig. 6 viser enkeltheder i en celle, hvis vibrerende elementer er dannet af tunger, der består af ela-

DK 153368 B

8

O

stiske strenge af konsoltypen, fig. 7 i større målestok den med C mærkede enkelthed i fig. 6, fig. 8 enkeltheder af et bikageformet fyldlege-5 me i lodret tværsnit, som indeholder varmevekslerrør, fig. 9 viser enkeltheder af et bikageformet fyldlegeme i lodret tværsnit, som indeholder rør, der er egnet til frembringelse af fotokemisk reaktion, fig. 10 skematisk et lodret tværsnit gennem en 10 enhed til tilvejebringelse af kontakt mellem tværstrømmende væske- gas og indeholdende et fyldlegeme som det i fig. 1-4 viste, og fig. 11 i perspektiv en udfyldning ifølge opfindelsen med udfyldningsenheder i form af i trapez form 15 foldede plader, der er anbragt på tværs af hinanden, og som indeholder vibrerende elementer.

Som vist i fig. 1 kan fyldlegeme ifølge opfindelsen være dannet af en enkelt celle, der i almindelighed er betegnet med 1, og som ved den viste udførel- 20 sesform er dannet af et indvendigt hult, prismatisk legeme med sekskantet tværsnit. De fire vægge 2, 3, 4 og 5 i cellen 1 indeholder tænder 6 lavet af elastisk deformerbart materiale, som er adskilt fra hinanden af spalter 7, som i dette tilfælde danner en kontinuerlig, 25 savtandformet spalte. Disse tænder 6, som i dette tilfælde er udskåret i savtandform af det elastisk deformerbare materiale af pladerne, som danner cellevæggene, udgør de konsolelementer, som kan sættes i og holdes i vibration ved strømningen af mediet. De savtandformede 30 rækker af tænder ligger overfor hinanden, idet tandspidserne rager ind i mellemrummene mellem tænderne i den overfor liggende tandrække. Cellevæggene 2, 3, 4 og 5, der indeholder konsoltypeelementerne, dvs. tænderne 6, er fastgjort til profilholdeplader f.eks. af skruer, mens holdepladerne er fastgjort til en af væggene i en destillationskolonne, som samtidig låser cellen 1 ved 35

O

9

DK 153368B

dens to ender. I dette tilfælde er den geometriske midterlinie x i cellen 1 vandret/ og hvad enten der er tale om én enhed med modstrømning eller tværstrømning, ligger væggene 2, 3, 4 og 5 på tværs af de strømmende medier.

5 En udfyldning bestående af en enkelt celle anvendes imidlertid meget sjældent og kun i særlige tilfælde; sædvanligvis er udfyldningen opbygget på en sådan måde, at der tilvejebringes en cellestruktur i form af et bikagesystem som vist i fig. 1 eller ifølgeet andet system ved 10 at placere et antal celler ved siden af hinanden. Et tværsnit, dvs. et snit vinkelret på den geometriske, langsgående akse x af den prismatiske celle visende enkeltheder af en sådan udfyldning med bikagestruktur bestående af adskillige celler er visti fig. 2.' Eftersom strukturen 15 er opbygget af celler svarende til den i fig. 1 viste, er de der anvendte henvisningsbetegnelser ligeledes anvendelige i fig. 2-4. En fastgørelses- og afstandsanordning i cellen 1 er i fig. 2 vist ved en stiplet streg og angivet ved henvisningen 9. Cellevæggene 2-5 er forbundet til 20 holdeplader 8 med spændeplader 10 og skruer 11.

Et forbindelsespunkt A i fig. 2 er i større målestok vist i fig. 3. Pastgørelses-afstandsanordninger 9 består af afstandsrør 12 inden i hver celle 1 og af holdestænger 13 inden i afstandsrørene, som på ikke vist 25 måde er fastgjort til væggene i kolonnen, og på hver af dem er en række celler ophængt. Længden af hvert af afstandsrørene ér identisk med den maksimale vandrette bredde af hver celle 1, dvs. med afstanden mellem hver af de to holdeplader 8, som vender mod hinanden. Holde-30 pladerne 8 er lavet af udadbøjede, U-formede strimler med ringe, som er drejet bort fra hinanden og med ringe 14 anbragt.imellem dem, hvor holdestængerne 13 er ført gennem holdepladerne. Fastgørelsespladerne 10 er dannet af pladestrimler. Vinklen α mellem planerne for væggene 35 2, 3, 4 og 5 og lodret kan ligge mellem -91° og 179° af hængigt af foreliggende tekniske opgaver. I almindelighed

10 DK 153368 B

O

er det tilrådeligt at vælge en vinkel omkring 135°.

Ifølge den i fig. 4 viste udførelsesform er væggen 2 samlet af to pladeafsnit 2a, 2b, idet pladeafsnittene er fastgjort til profilholdepladerne 8 med fast-5 holdelsesplader 10 og skruer 11 på en sådan måde, at tænderne 6 i pladeafsnittet 2a rager ind i tandmellemrummene i pladeafsnittet 2b og omvendt. Der er spalter 7 mellem de tilgrænsende tænder 6. Ved denne udførelsesform ligger pladeafsnittene 2a og 2b i det samme plan, og føl-10 gelig ligger alle tænderne 6 i det samme plan. Imidlertid ville en sådan konstruktiv løsning også være mulig, hvor pladeafsnittene 2a og 2b, dvs. rækkerne af tænderne, som vender imod hinanden, ligger i planer parallelt med hinanden i en stationær position, hvor afstanden mellem 15 planerne ikke overstiger 10 mm, eller hvor pladesektio-' nerne 2a, 2b, dvs. planerne for tandrækkerne, som vender imod hinanden, ligger under en vinkel, som ikke oversti-ger 10 .

Tænderne 6 kan f.eks. være fremstillet af stål-, 20 bronce- eller plastplade.

Afsnit I af den som eksempel i form af en modstrømskolonne viste enhed i fig. 5 overbruses med væske, mens dens afsnit II ikke modtager ekstra væske, det har kun en dråbefraskillende rolle. Afsnittene I og II er 25 placeret i den sædvanlige rektangulære kolonne 15. Både i kolonneafsnittet I og i afsnittet II er indbygget de allerede beskrevne celler 1 med hovedsagelig sekskantet tværsnit, og langs de modstående vægge af kolonnen 15 er indbygget hovedsagelig åbne celler la med trapezformet 30 tværsnit. Cellerne er ved midterlinierne fastgjort til væggene af søjlen 15 med de allerede beskrevne fastgørelses^- afstandsanordninger. Fordelingshoveder eller brusere 16 i enheden til tilførsel af væske til afsnittet I befinder sig over dette og under afsnittet II og står 35 i forbindelse med en væskekilde 18 gennem en rørledning 17 og en pumpe 19, der er monteret i rørledningen. Det 11

DK 153368B

o gasformige medium, i dette tilfælde luften, indsuges gennem en rørledning 20 toed en ventilator 21 og tilføres gennem en studs 22 til den nedre del af kolonneafsnittet I. I tilfælde af behov kan supplerende vand tilføres 5 gennem en rørledning 23 til tanken 18. En rørledning 24 er afgrenet fra rørledningen 17 over pumpen 19 til afstrømning gennem et birør 24b. En ventil 24a er indbygget i rørledningen 24. En ventil 17a er indbygget over af-greningen af 24b i røret 17, mens en ventil 23a er ind-10 bygget i rørledningen 23. Formålet med rørledningen 24 er at afdræne overskydende væske og at muliggøre fluidumudtømning ved nedlukning.

Der er udskåret åbninger 25 i væggen af kolonnen 15 over kolonneafsnittet II, gennem hvilke den gas, som 15 trykkes opad i kolonneafsnittene I og II kan undvige.

Den i fig. 5 viste enhed virker på følgende måde: Væskepumpen 19 og ventilatoren 21 startes, hvorved der tilføres væske gennem røret 17 til fordelerhovederne 16 i den ved en pil a angivne retning, hvilken 20 væske rammer det øverste af cellerne 1 og forlader kolonnen ved bunden af afsnittet I i retning af pile g.

Samtidig indblæses gasformigt medium i den ved pile c og d angivne retning og derpå opad i den ved pile f angivne retning gennem cellerne 1 i afsnit I. Passagen 25 af medierne gennem cellerne 1 med deres vægge 2-5 (fig. 1) forløbende på tværs af strømningsretningen f, b, d for begge medier'sikres ved den blotte nærværelse af spalterne 7 mellem tænderne 6 (jf. fig. 1 og 4). På den anden side forøges spalterne 7 mere eller mindre ved tændernes 30 vibration, således at strømningen af medierne sikres.

Strømning nedad af væsken og strømning opad af det gasformige medium i retning af pilen f bringer de elastisk deformerbare tænder 6, der er lavet af tyndt plademateriale, i og holder dem i intensiv vibration i 35 væggene af cellerne 1, eftersom det strømmende medium eller de strømmende medier afgiver impulser til disse 12

DK 153368B

O

tænder (jf. fig. 1 og 4). Under vibrationen afbøjes tænderne 6 alternativt i to retninger bort fra deres plan, således at det oprindelige, stationære spaltetværsnit periodisk forøges. Cellerne 1 i fig. 5 viser stillingen 5 af tænderne 6 forsat fra deres eget plan. Når tænderne 6 er i vibration, virker dette tilbage på selve den strømmende væske og/eller også på gassen, idet tænderne 6 intensivt forstøver væsken og sprøjter den på cellevæggene 2-5 (fig. 1) i enhver retning, og på den anden side 10 holder de i tilfælde af en passende massestrømning mediet i cellerne 1 i turbulent, hvirvlende bevægelse, som angives ved pile e. Under disse processer er væske og gas-formige medier i meget effektiv kontakt med hinanden, idet hurtigt bevægede væskedråber hvirvler i den gas, 15 som strømmer gennem cellerne, eller hurtigtbevægede gasbobler hvirvler i den væske, som strømmer gennem cellerne. Den hvirvlende bevægelse af gas- væskeblandingen inden i cellerne og dens hurtige strømning gennem spalterne gør fasekontakten meget effektiv, fasens grænse-20 flade forøges til maksimum og nærmere bestemt ved det mest gunstige energiforbrug, idet den i øvrigt absolut nødvendige kinetiske energi til kontaktprocessen for de strømmende medier sætter tænderne 6 i vibration, og denne vibration, der er frembragt uden anvendelse af ekstern 25 energi, medfører en turbulent, hvirvlende bevægelse inden i cellerne og forøger betragteligt effektiviteten af kontakten melleiii medierne og den kraftige sprøjtende forstøvning af væskefasen. Det er let at se, at hastigheden af materiale- og/eller varmeoverføringen i kolonneaf-30 snittet I som følge af disse fænomener er maksimal. Det skal bemærkes, at hver gaspartikel passerer i retning opad i cellerne 1 som langs en bane af "hvirvelløkketypen", dvs. i en hvirvlende bevægelse inden i cellerne, derpå strømmer den igennem til en yderligere celle, kommer igen 35 i en hvirvlende bevægelse og fortsaétter således, indtil den forlader afsnittet ved toppen af afsnit I.

13 DK 153368B

O

Formålet med kolonneafsnittet II er alene dråbe-fraskillelse. Her strømmer gassen, som indeholder væsken, opad i retning af pilene f, idet den bringer tænderne 6 i cellevæggene 2-5 (fig. 1-4) i vibration. Væsken adskil-6 les fra gassen under den turbulente, hvirvlende bevægelse og passerer i retning nedad gennem cellerne 1 i modsat retning af gasstrømmen og vender derpå tilbage til afsnit I. Derefter passerer gassen med formindsket fugtig-hedsindhold gennem åbningerne 25 ved toppen af kolonnen 10 i den med pile h angivne retning ud i den fri luft.

Den i fig. 5 viste enhed kan udmærket anvendes f.eks. som vandkøletårn, når den virker som en blandevar-meveksler. I så fald er kraftværkets varmtvandsbassin væskekilden 18, mens omgivelsesluft ledes gennem kanalen 15 20 ind i afsnittet I af tårnet 15. Den intensive blan ding, der er beskrevet i enkeltheder, medfører meget store varmeoverføringshastigheder mellem de to faser, hvorved tårnet, som indeholder udfyldningen ifølge opfindelsen, giver mere gunstige resultater end de hidtil 20 kendte, pakkede tårne, f.eks. er vandbelasteligheden større .og behovet for byggeareal er mindre.

Den i fig. 5 viste enhed kan med fordel anvendes som vasketårn med henblik på støvkontrol. Tårnet, som indeholder udfyldningen ifølge opfindelsen, kan drives 25 med lavt trykfald selv ved stor gashastighed, idet den støvindeholdende gas-væskekontakt er intensiv som følge af den hvirvlende bevægelse inden i cellerne 1, hvorfor støvet eller mekaniske urenheder udvaskes af gassen indenfor en kort afstand. Dette betyder, at støvkontrol af 30 gas (luft) kan løses med små dimensioner af enheden og med gunstige driftsforhold. I dette tilfælde tilføres den støvindeholdende gas, fortrinsvis luft, gennem kanalen 20 til afsnittet I i tårnet 15, mens vaskevandet eller en anden art vaskevæske tilføres gennem røret 17 og for-35 delerhovederne 16 til kolonneafsnittet I. Anvendelse af dråbefraskillelsesafsnittet er fakultativt, dvs. den er

14 DK 153368B

O

ikke absolut nødvendig ved køling eller støvfraskillelse såvel som i tilfælde, hvor udfyldningen ifølge opfindelsen anvendes til andre formål.

Det i fig. 5 viste tårn kan anvendes med fordel 5 også i tilfælde af adsorption eller kemisorption, der medfører stor varmeudvikling, fordi tårnkonstruktionen med en udfyldning indeholdende celler 1 virker gunstigt selv ved stor væskebelastning. Naturligvis er tårnet udover de forannævnte anvendelsestilfælde egnet til løs-10 ning af enhver slags kontaktopgave, f.eks. til indføring af oxygen i spildevand. I dette tilfælde er det gasfor-mige medium, som indledes fra neden, oxygen eller eventuelt luft, mens den væske, som tilføres til udfyldningen i afsnit I, er spildevand.

15 Pig. 6 viser en cellevæg og er en detalje af et sidebillede svarende til den i fig. 4 viste og til dels i snit, hvor elementerne af konsoltypen, som skal bringes i og holdes i vibrationer ved strømningen af mediet, består ikke af tænder 6 som vist for den i fig. 1-4 viste 20 udføreisesform, men af elastisk deformerbare strenge, f.eks. ståltrådsstrenge, som danner strengtunger 28, der forløber i to rækker og er anbragt i tandlignende formation. Strengtungerne 28 i den ene række rager ind i tandmellemrummene mellem strengtungerne 28 i den overfor 25 liggende række. Der er spalter 29 mellem de tilgrænsende strengtunger 28 eller langs omkredsen af hver strengtunge 28. Bortset herfra kan selve cellen, hvis vægge indeholder sådanne strengtunger 28, være identisk med de i fig. 1-4 viste celler. Rækkerne af strengtunger kan i 30 området ved enderne af de lige afsnit 28a være fastgjort eksempelvis ved svejsning til en fastgørelsesplade 10, som kan være fastgjort til profilholdeplader 8 med skruer 11 på tilsvarende måde, som det var tilfældet ved den i fig. 2-4 viste udførelsesform. Cellerne kan forbindes 35 med eksempelvis væggen i en kolonne med fastgørelses--afstandsanordninger bestående af afstandsrør 12 og Ο 1ζ DK 153368 Β

Id holdestænger 13 eller som helhed betegnet ved 9, som det var tilfældet med cellerne 1 i den i fig. 1-4 viste udførelsesform. Således kan strengtunger 28 ligeledes anvendes selv indenfor hver væg i stedet for eller skifte-5 vis med tænder 6 i de vægge af cellerne, som udgør udfyldningen i den i fig. 5 viste enhed.

Fig. 7 viser i større målestok det ved c betegnede udsnit i fig. 6. Figuren viser klart, at strengtungerne 28 er adskilt fra hinanden med spalter 29, ligesom 10 de lige afsnit 28a består af trådstrenge 26, som er adskilt fra hinanden af mellemrum 27. Strømmen af mediet eller medierne gennem cellevæggene sikres således, og som en følge af mediestrømningen vibrerer trådstrengene 26 ligesom det var tilfældet for tænderne 6 i cellevæggene 15 i fig. 1. Følgelig sikres den intensive blanding af væske- og gasfase med den i fig. 6 og 7 viste, konstruktive løsning.

Fig. 8 viser et eksempel på anvendelsen af fyldlegemer ifølge opfindelsen til overfladevarmevekslere.

20 Rør 30 forløber i celler 1 i udfyldningen, som er indbygget i en ikke vist kolonne, og som er udformet med en bikagestruktur på samme måde som den i fig. 2 viste, og hvis vægge 2-5 kan indeholde tænder 6 som vist i fig. 4 eller trådstrenge 26 som vist i fig. 7 som vibrerende 25 elementer af konsoltypen.

Det ene af medierne, f.eks. varmt vand, som skal afkøles, eller damp, som skal kondenseres, strømmer i rørene 30, mens det yderligere medium eller de yderligere medier, f.eks. koldt vand og modstrømmende opadledet 30 omgivelsesluft, strømmer gennem cellerne 1, som er monteret i kolonnen. I det sidstnævnte tilfælde er der tale om en overfladevarmeveksler for tre medier. Fordelen ved denne konstruktive løsning er, at varmeoverføringen fra den udvendige side af rørene 30 som en følge af den alle-35 rede detaljeret beskrevne, intensive kontakttilvejebringelse kan have en meget gunstig værdi, dvs. virkningsgraden 16

DK 153368B

O

af varmevekslingen kan forøges betydeligt, hvorved der opnås energibesparelse.

Strømning af alene koldt vand eller alene omgivelsesluft gennem cellerne, som indeholder rørene 30, er 5 ligeledes mulig. I dette tilfælde er der tale om en overfladevarmeveksler for to medier.

Naturligvis er den i fig. 8 viste løsning ikke begrænset til de beskrevne anvendelsesmuligheder, men er egnet til dannelse af de følgende økonomiske overflade-10 varmevekslere: væskekøler med lukket system, væskevarmer med lukket system, gaskøler og gasvarmer, kondensator og evaporator.

Den i fig. 9 viste løsning adskiller sig fra den i fig. 8 viste for så vidt som der i stedet for rør 15 30 i cellerne 1, som tjener til at lede det medium, som skal køles, er anbragt brændere 32 i form af lysafgivere for ultraviolet, naturligt eller infrarødt lys omgivet med glas eller kvartsrør 31 i cellerne. På denne måde er en kolonne, der indeholder en sådan udfyldning, ud-20 viklet som en reaktor, der er egnet til at udføre fotokemiske reaktioner. Belysning af reaktionsblandingen, som i cellerne 1 er i intensiv turbulensstrømning udenfor rørene, med brænderne 32 i rørene 31 muliggør frembringelse af industrielt vigtige fotoreaktioner. Således 25 kan f.eks. frembringes sidekædehalogenering af aromatiske sammensætninger og chlorincarbonsyre, og med fotosulfo-oxidation og.fotosulfochlorinering kan der frembringes vaske- og befugtningsmidler og garvningsmaterialer.

Fig. 10 viser en tværstrømningskolonne 33, der 30 indeholder en udfyldning eller fyldlegemer bestående af celler 1 ifølge opfindelsen. Den konstruktive opbygning af kolonnen 33 er i mange henseender den samme som for den i fig. 5 viste kolonne. Henvisningsbetegnelser som angiver identiske konstruktionselementer og strømnings- gc retninger er derfor de samme som tidligere anvendt.

Forskellen er, at kolonnen 33 ikke har noget dråbefra-skillelsesafsnit, og at gasfasetilgangsstudsen 22a går

O

17

DK 153368B

ind i det kolonneafsnit, som indeholder cellerne 1, fra siden, og at der.til afgang af den gas, som har været i berøring med væsken, som er tilført gennem fordelerhoveder 16, er tilvejebragt en afgangsstuds 34 på siden 5 af kolonnen 33 overfor studsen 22. Retningen af gastilstrømningen er angivet ved en'pil d^, og gasafgangen er angivet ved en pil h^, mens den tværgående strømnings-retning af gassen i det indvendige af udfyldningen er angivet ved pile f^. Det er klart, at medierne er i in-10 tensiv turbulent-hvirvlende bevægelse som antydet ved pilene e i cellerne 1 i kolonnen, eftersom strømningen af mediet holder tænderne 6 i cellevæggene og/eller trådstrengene 26 i vibration som nærmere beskrevet i det foranstående. Således kan udfyldningen eller fyldlege-15 merne ifølge opfindelsen også anvendes i en tværstrømningsenhed til tilvejebringelse af kontakt mellem væske og gas.

Enkeltheder af en anden udfyldning ifølge opfindelsen til tilvejebringelse af kontakt mellem gas og 20 væske er vist i perspektiv i fig. 11. Denne udfyldning består af udfyldningsenheder 37 og 38, som indeholder tæt ved hinanden liggende og parallelle kanaler 36 af trapezformet tværsnit, som set i tværsnit går kontinuerligt over i hinanden og er åbne skiftevis ved bunden 25 og ved toppen og er dannede af en kontinuerlig plade 35. Kontakten mellem de væskeformige og gasformige medier finder hovedsagelig sted i disse kanaler. Rummene i kanalerne 36, der forløber oven over hinanden, er skiftevis åbne i retning opad og retning nedad og går over · 30 i hinanden. Længdeakserne og Y2 af kanalerne 36 i fyldlegemerne 37, 38, dvs. akserne, der er parallelle med kana1væggene, forløber på tværs af hinanden og ved den foreliggende udførelsesform vinkelret på hinanden.

De skrå sidepaneler 39 af kanalerne 36 indeholder ele-35 menter af konsoltypen lavet af elastisk deformerbart materiale, som kan bringes i og holdes i vibration af det

O

18 DK 153368B

væskeformige og/eller gasformige medium, som strømmer gennem fyldlegemerne, og de er mellem sig forsynet med spalter. Disse vibrerende elementer af konsoltypen er ved kanalerne 36 i fyldlegemet 37 dannet af savtand-5 formede tænder 41, som er placeret på række overfor hinanden med mellemliggende spalter 42. Tænderne i den ene række rager ind i tandmellemrummene i den overfor liggende række. Tænderne 41 er udskåret af pladematerialet i væggen 34. De vibrerende elementer af konsoltypen 10 i kanalerne 36 i fyldlegemet 38 er dannet af trådstrenge 43, som er lavet af et lignende elastisk deformerbart materiale med mellemliggende spalter 44. Disse trådstrenge er placeret i lighed med kamtænder i åbninger 45, som er dannede i væggene 39, med deres øvre ender fast-15 gjort til holdestrimler 46, mens de nedre ender når den nedre kant af åbningen 45. Stopstrimler 47 og 48 er fastgjort ved bunden på begge sider af den strenglinie, som består af trådstrengene 43, og deres opgave er at forhindre overdrevent udsving af trådstrengene 43. En 20 del af trådstrengene 43 er i fig. 11 fjernet fra en af kanalvæggene 39 med henblik på bedre overskuelighed, og kun en del af stopstrimlerne 47 og 48 er vist. Stopstrimlerne 47 og 48 kan f.eks. fastgøres til de ikke viste kolonnevægge.

25 PyIdlegemerne 37, 38 er lejret på hinanden eller på understøtningskonstruktionen for den ikke viste, ne-derste forekommende udfyldningsenhed på de vandrette paneler 40 af de med trapezformet tværsnit udformede kanaler. Lejringen kan være direkte, men der kan eksempelvis li~ 30 geledes indskydes underplader mellem fyldlegemerne.

Den i fig. 11 viste udfyldning adskiller sig fra de i fig. 1-4 og 6-7 viste, for så vidt som den er dannet af kanaler i stedet for af en celle eller celler, den er imidlertid den samme med hensyn til, at kanalvæggene 35 er af elastisk deformerbart materiale og indeholder elementer af konsoltypen, der bringes i og holdes i vibration med et strømmende medium eller strømmende medier.

O

19 DK 153 36 8 B

Tænderne 41 i fig. 11 svarer til tænderne 6 i fig. 1, og trådstrengene 43 svarer til trådstrengene i fig. 6 og 7. Vibration af elementerne af konsoltypen i den i fig. 11 viste udfyldning medfører en kraftig dynamisk 5 virkning ved kontakten mellem gas og damp, væskedråberne, som slynges af de vibrerende elementer, støder kraftigt imod hinanden, og en sekundær forstøvningsvirkning fremkommer som et resultat af de bevægede dråbers sammenstød mod hinanden, væskens opholdstid i udfyldningen 10 forøges, således at passagen af gassen gennem det meget effektivt forstøvede væskemedium tager forholdsvis lang tid, hvorfor effektiviteten af kontakten og hastigheden af varme- og/eller materialeoverførslen er stor. Naturligvis kan en udfyldning af kanaltupen som den i fig. 11 15 viste indbygges i en hvilken som helst enhed til tilvejebringelse af kontakt mellem gas og væske, således i stedet for cellerne 1 i de i fig. 5 og 10 viste kolonner, endvidere kan den ligeledes anvendes skiftevis med disse.

20 Naturligvis er kanaltypeudfyldningen ikke be grænset til den i fig. 11 viste løsning, men den kan indenfor det i kravene angivne realiseres på adskillige alternative måder. De elastisk deformerbare konsoltype-elementer i fyldlegemerne 37, 38 er indenfor samme ud-25 fyldning praktisk taget identiske. Den i fig. 11 viste løsning med to typer af vibrerende elementer må, skønt dens anvendelse ikke kan udelukkes, antages kun sjældent at ville forekomme.

Fyldlegemernes tværsnitsfacon kan realiseres 30 på adskillige måder, der er forskellige fra det i fig. 11 viste. F.eks. kan tværsnittet af kanalerne være trekantet, i hvilket tilfælde tværsnittet af den samlede udfyldningsenhed er siksakformet. Brugen af kanaler med buede vægge er heller ikke udelukket, i hvilket tilfælde 35 tværsnittet af det samlede fyldlegeme er af bølgeliniet facon. Det er muligt at danne fyldlegemerne, som inde- • / 20

DK 153368B

O

holder kanalerne, af en enkelt plade, som er bøjet til en passende profil, men hvert fyldlegeme kan imidlertid være samlet af adskillige dele, som indgår i kolonnen enten ved, at de er fastgjort til hinanden eller i et 5 uafhængigt arrangement.

Det skal bemærkes, at den i fig. 11 viste udfyldning ligeledes kan anvendes til overfladevarmevekslere eller til fotokemiske reaktorer. I dette tilfælde anbringes i lighed med de i fig. 8 og 9 viste løsninger 10 rør, som leder det strømmende medium såsom varm eller kold gas, damp, varm eller kold væske, og brændere i kvarts- eller glasrør inden i kanalerne 36.

Det skal ydermere bemærkes, at akserne Y1 og Y2 for fyldlegemerne ikke blot kan anbringes i vandret po-15 sition, men også under en vinkel med lodret, dvs. at kanalerne forløber side om side i rækker under en vinkel.

Imens de i fig. 1-4 viste udfyldninger eller fyldlegemer først og fremmest synes egnede til at udføre kemiske reaktioner, vil den i fig. 11 viste udfyldning 20 hhv. fyldlegemer give det bedste resultat ved indbygning i køletårne, dråbefraskillere, støvfraskillere osv.

Det er imidlertid nødvendigt at understrege, at både de i fig. 1-4 viste udfyldninger hhv. fyldlegemer og det i fig. 11 viste er eminent egnede til 'enhver art tilveje-25 bringelse af kontakt mellem væske og gas, og at den konkrete opgave og betingelserne altid vil afgøre, hvilken af løsningerne eller muligvis en kombination af de to løsninger, vil være anvendelig. 1 35

Claims (18)

1. Udfyldning eller fyldlegeme, især til en kolonne, et køletårn eller en lignende enhed, i hvilken et i det væsentlige gasformigt medium bringes i kontakt med 5 et i det væsentlige flydende medium eller dets dampe, kendetegnet ved, at den eller det består af én celle eller flere celler (1), som er gennemstrømmelig eller gennemstrømmelige for medierne, og som er begrænset af vægge (2,3,4,5), der forløber på tværs af strøm-10 ningsretningen for mindst ét af medierne, idet mindst to vægge (2,3,4,5) i hver celle (1) har aflangt udformede elementer (6,26) af konsoltypen, der er indrettet til at kunne sættes i svingninger af strømningen af det gasformige og/eller flydende medium, og som er adskilt fra 15 hinanden af spalter (7,29,27), der er gennemstrømmelige for mediet eller medierne, eller består af cellerum, begrænset af vægge (39) og forbindelsesstykker (35), som danner et antal over hinanden og/eller ved siden af hinanden anbragte åbne kanaler (36), der tjener til strøm-20 ningskontakt, idet mindst to af væggene (39) i de cellerummene begrænsende kanaler (36) har et antal aflangt udformede elementer (41,43) af konsoltypen, som er indrettet til at kunne sættes i svingninger af strømningen af det gasformige og/eller flydende medium, og som er adskilt 25 fra hinanden af af mediet eller medierne gennemstrømme-lige spalter (42,44), idet de med kanalernes (36) vægge (39) parallelle kanalakselinier (y^ ^2^ fortrinsvis forløber i ret vinkel for hinanden.

2. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 1, 30 kendetegnet ved, at de aflangt udformede elementer af.konsoltypen er dannet af tænder (6,41) bestående af elastisk deformerbar plade.

3. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 1, kendetegnet ved, at elementerne af konsolty- 35 pen er dannet af elastisk deformerbare tråde og/eller stænger (26,43). DK 153368B O

4. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 2, kendetegnet ved, at tænderne (6,41) er udstanset i savtandslignende form af cellevæggens (2,3,4,5) eller kanalvæggens (39) materiale, at pr. cellevæg eller 5 kanalvæg to savtandslignende udformede rækker af tænder er anbragt således overfor hinanden, at tænderne i den ene tandrække rager ind i tandmellemrummene i den overfor liggende tandrække under dannelse af en i det væsentlige savtandformet forløbende spalte (7,42) mellem de 10 overfor hinanden liggende rækker af tænder (6,41), idet i cellevægge de pladesektioner (2a,2b) som indeholder rækkerne af tænder (6), er fastgjort til en holdeplade med deres overfor tænderne (6) liggende kanter.

5. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af 15 kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at elementerne (6,41,26,43) af konsoltypen indenfor de enkelte cellevægge (2,3,4,5) eller cellerumsvægge (39) er anbragt i forskellige planer.

6. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 5, 20 kendetegnet ved, at elementerne af konsoltypen indenfor de enkelte cellevægge (2,3,4,5) eller cellerumsvægge (39) er anbragt i planer, der med hinanden indeslut-ter en vinkel på mindre end 10°.

7. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 5, 25 kendetegnet ved, at elementerne af konsoltypen er anbragt i to med hinanden parallelle planer.

8. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at de af elastisk deformerbare tråde og/eller stænger dannede ele- 30 menter består af strengtunger (28), som forløber i to overfor hinanden forløbende rækker, er anbragt i en for-tandingslignende udformning, og hver omfatter et antal tråde, at strengtungerne (28) i den ene række rager ind i tandmellemrummene i den overfor liggende række, idet 35 der er anbragt spalter (27) mellem de strengtungerne (28) dannende tråde (26). O

23 DK 153368B

9. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af kravene 1 til 8, kendetegnet ved, at de består af celler (1), der slutter sig til hinanden på en sådan måde, at der dannes en bikagelignende struktur.

10. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af kravene 1 til 9, kendetegnet ved, at cellerne (1) danner en konstruktion med i det væsentlige sekskantet tværsnit, som kan anbringes i et tårn eller en kolonne med hul prismeform eller rektangulært tvær-10 snit, idet fire vægge (2,3,4,5) i hver celle indeholder de aflangt udformede elementer af konsoltypen.

11. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at cellerne er forbundet med hinanden og med væggen i en kolon-15 ne eller et tårn eller en lignende enhed med vinkelret på deres midterakselinie (x) anbragte afstands- og fastgørelsesanordninger (9) .

12 Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 11, kendetegnet ved, at afstands- og fastgørelses-20 anordningerne består af afstandsrør (12), som forløber mellem tilgrænsende celler (1), samt af holdestænger (13), der er ført gennem disse rør (12) og fastgjort til de vægge i anlægsenheden, på hvilke cellerne (1) er ophængt.

13. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert 25 af kravene 1 til 12, kendetegnet ved, at cellevæggene (2,3,4,5) fortrinsvis med skruer er befæstet til profilhoIdeplader (8), der ved celler med sekskantet tværsnit er udadvendende U-profiler.

14. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 13, 30 kendetegnet ved, at cellevæggene (2,3,4,5) består af med tænder (6) eller strenge (26) forsynede pladeafsnit (2a,2b), som ved hjælp af befæstelsesplader (10) er fastgjort til profilholdepladerne (8).

15. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert 35 af kravene 1 til 14, kendetegnet ved, at væggene (2,3,4,5), der indeholder de aflangt udformede ele-

24 DK 153368 B O menter af konsoltypen, i cellerne (1) med sekskantet tværsnit danner vinkler på fra 91 til 179°, fortrinsvis en vinkel (a) på ca. 135° med lodret.

16. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert 5 af kravene 1,3 og 5 til 7, kendetegnet ved, at strengene (43) er anbragt kamtandlignende i en i cellerummets kanalvæg (39) tilvejebragt åbning (45) , i-det de med deres ene ende er befæstet til vægafsnittet over åbningen (45), og deres anden ende strækker sig til 10 området ved åbningens (45) nedre ende.

17. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge krav 16, kendetegnet ved, at der er anbragt stop-lister (47,48) på begge sider af strengrækken (43) i området for deres ender.

18. Udfyldning eller fyldlegeme ifølge ethvert af kravene 1, 3, 5 til 7 samt 16 og 17, kendetegnet ved, at de er dannet af fortrinsvis sammenhængende plader (35) med mod hinanden vendende trapeztværsnit, som skiftevis danner nedad og opad åbne kanaler (36), idet 20 de over hinanden anbragte fyldlegemer (37,38) ligger direkte eller indirekte på hinanden med deres i det væsentlige vandrette, til trapeztværsnittes korte parallelside svarende flader (40), og at de aflangt udformede elementer af konsoltypen er anbragt i de til trapeztvær-25 snittets skrå sider svarende vægge (39) af kanalerne (36). 1 35