FI85818B - Anordning foer jaemn foerdelning av en vaetska oever vaexlingsavsnittet i en aemnes- och vaermevaexlingskolonn. - Google Patents

Description

1 85818

Laite nesteen tasaiseksi jakamiseksi aineen- ja lämmön-vaihtokolonnin vaihtoalueille

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdan-5 non mukainen laite nesteen tasaiseksi jakamiseksi aineen-ja lämmönvaihtokolonnin vaihtoalueille.

Nesteenjakajien tarkoituksena on nesteen tasainen jakaminen tällaisten kolonnien poikkileikkaukselle.

Sellaisten kolonnien tavalliset tyypit, joissa kek-10 sintöä edullisesti voidaan käyttää, ovat erityisesti kolonne ja, joiden yhteydessä vaihtoalueet muodostuvat järjestetyistä pakkauksista, esim. uritetuista, lamellimaisista elementeistä. Kuitenkin keksintöä voidaan käyttää myös sellaisten kolonnien yhteydessä, joissa vaihtoalueet muo-15 dostuvat täytekappaleiden säännöttömästä massasta, esimerkiksi Raschigin renkaista tai pystysuuntaisista, yhdensuuntaisesti sovitetuista kanavistakoostuvasta nipusta, jolloin joko yksittäisten kanavien suurehkon halkaisijan yhteydessä nämä on täytetty täyteaineilla tai kanavien halkaisijan ol-20 lessapieni kolonnit on tehty niin kutsutuiksi kalvokolon-neiksi.

Sellaisissa kolonneissa voidaan suorittaa esim. tislausta, väkevöintitislausta, uuttamista, imeytystä, iso-• tooppisten elementtien erotusta aineesta kemiallisen vaihto- . .·. 25 reaktion pohjalta kuten myös lämmönvaihtoa nesteen ja höyry- ;·. ta kaasumaisen väliaineen välillä.

... Nesteen jakaj ien suuresta lukumäärästä mainitaan seu- !" raavassa muutamia tunnettuja usein käytettyjä tyyppejä.

; Esimerkiksi eräs tunnettu suoritusmuoto on sellainen, 30 että nesteenjakajat on tehty reikä- tai seulapohjiksi, jotka on varustettu suurella lukumäärällä tasaisesti sovitettuja rei'ityksiä tai reikäputkia ylijuoksutusjärjestelmineen.

: : : Tämän suoritusmuodon epäkohtana on kolonnin poikki- leikkauksen suuri peittävyys jossain määrin tasainen neste-35 jakautuman aikaan saamiseksi kolonnin koko poikkileikkaukselle. Höyrytorvista ja jakajan ja kolonninseinän välisestä 2 85818 mahdollisesta raosta huolimatta höyryn läpipääsemiseksi tarjolla oleva vapaa poikkileikkaus on voimakkaasti kavennettu, mikä johtaa suureen paineenlaskuun. Myös on jo ehdotettu pienen sivuputkien sovittamista. Tämä toimenpide tosin li-5 sää nestejakautuman tasaisuutta, mutta kykenee kuitenkin ainoastaan vähäisessä määrin vähentämään kaasusivulla tapahtuvaa suurta paineenlaskua.

Edelleen eräs tunnettu suoritusmuoto on sellainen, että nesteenjakajat on tehty niin kutsutuiksi laatikko- tai 10 putkijakajiksi, joiden alasivulla on rei'ityksia nesteen-poistoa varten.

Näillä jakojärjestelmillä on kuitenkin se oleellinen epäkohta, että neste voi virrata pois ainoastaan laatikoiden tai vast, putkien alapuolella. Tästä on seurauksena, 15 että tarvitaan suuri määrä laatikoita tai putkia nesteen hienoksi jakamiseksi, mikä toisaalta saa aikaan suuren pai-neenlaskun kaasunpuolella ja toisaalta on rakenteellisesti monimutkainen.

Tunnetusti riippuu teho, ensiksi mainituissa tapauk-20 sissa erotusteho ja viimeksi mainitussa tapauksessa lämmönsiirto oleellisesti nesteen tasaisesta ja hienosta jakautumisesta vaihtoalueen pinnalle.

DE-patenttijulkaisusta 2 752 391 on tunnettu jako-• laite, joka muodostuu yhdensuuntaisesti keskenään sovite- . 25 tuista U-muotoisista ylhäältä avonaisista kouruista, jois sa on korkealla olevien haarojen yläreunassa lovimaisia V-muotoisia nesteen ulostuloaukko ja. Nesteen ulostuloaukko-jen edessä sijaitsee pienellä etäisyydellä näistä yhtenäisiä ohjausseiniä.

30 Haarojen ja ohjausseinien väliset raot on mitoitettu siten, että ulos tuleva nestemäärä täyttää sen. Neste ikään kuin litistyy raossa, niin että syntyy leveämpi nestevirta. V Ohjausseinien tulee ulottua kourujen laitojen yli ja samoin niiden tulee olla ylijuoksulovilla varustettuja, niin että ... 35 suurin kuormitusten yhteydessä rakoon patoutuva neste voi virrata pois näiden lovien kautta. Myös pienten nestemää- li 3 85818 rien yhteydessä nesteen pois virtauksen aikaansaamiseksi halutulla tavalla on rakoihin sovitettu lankaverkkoja tai ristikko, niin että esiintyvien kapillaarivoimien johdosta ulostuloaukoilla vaikuttavan padotuspaineen yhteydessä 5 välittömästi näiden takana tapahtuu nesteen poikittaisjakautumista .

Tunnetulla jakajalla on joukko oleellisia epäkohtia.

Ohjausseinien etäisyys kourujen laidoista täytyy säätää tarkasti nestekuormitusta vastaavasti, jolloin käyt-10 töolojen muuttuessa käytön keskeytys on välttämätöntä.

' Koska rakoväli on kooltaan pienempi kuin ulostuloau- kot ja raot voivat lisäksi sisältää vielä lankakudoksia tai ristikolta, likaantumis- ja siten tukkeutumisvaara on suuri. Edelleen tunnetut laitteet ovat pääasiassa ylijuoksutusjär-15 jestelmiä, joten ne ovat hyvin herkät vinoasennoille.

Rakoon tulevalla nesteellä on lisäksi suhteellisen pieni ulostulonopeus, koska padotuskorkeus kourujen laitojen ylijuoksulovissa on suhteellisen vähäinen, ja ulostulonopeus riippuu tästä padotuskorkeudesta.

20 Keksinnön päämääränä on saada aikaan laite nesteen tasaiseksi jakamiseksi vaihtokolonneissa, jonka laitteen jakokyky on hyvä ja joka on suuressa määrin riippumaton nestekuormituksesta ja rakenteellisesti yksinkertainen.

• Tämä tehtävä suoritetaan patenttivaatimuksen 1 tun- . 25 nusmerkkiosassa annettujen tunnusmerkkien avulla.

:\ Keksinnön edullisia lisäsuoritusmuotoja on selitet- ty patenttivaatimuksissa 2-6.

'! Keksinnön yhteydessä käytetään hyväksi nestesuihkun kineettistä energiaa nesteen jakamiseksi.

30 Keksinnön avulla saadaan siten aikaan hyvä toiminta tapa, koska nesteen leviäminen kimmahdusseinälle ei yllättäen muutu kuin ainoastaan epäoleellisesta hyvin suurella-: kaan alueella tulokorkeuden ollessa esim. 50 - 200 mm, ku- ____: ten seuraavista mittaustiedoista käy ilmi.

.···, 35 Ulostuloreiän halkaisija = 6 mm

Kimmahdusseinän etäisyys = 12 mm 4 85818

Kimmahdusseinän korkeus = nesteen putoamiskorkeus reiästä pakkauksen pinnalle = 120 nuti

Nestekalvon leveys = nestekaistaleen pituus = b (mm) Padotuskorkeus haarakanavassa = h (mm) 5 Testiaine = 98 % etanoli h (mm) b (mm) 50 132 80 152 10 120 160 160 166 200 180

Edellä olevista mittaustiedoista käy ilmi, että tu-15 lokorkeuden pienetessä neljänteen osaan, leviämispinta-ala pienenee ainoastaan 27 %.

Keksinnön mukaisesti tehdyllä laitteella voidaan nes-tejakautuman tasainen hienous saada aikaan pienemmällä lukumäärällä nesteen ulostuloaukkoja tavanomaisiin nesteenjaka-20 jiin verrattuna, esimerkiksi laatikko- tai putkijakajiin verrattuna. Nesteen ulostuloaukot voidaan vastaavasti mitoittaa suuremmiksi, niin että keksinnön mukaisesti tehty laite on oleellisesti vähemmän altis likaantumiselle.

Jos jakajaa käytetään yhdessä järjestetyn pakkauksen . 25 kanssa, niin jakaja suunnataan edullisesti siten, että jako- varret on suunnattu kohtisuoraan jakajan alapuolella olevien - pakkauksen kerrosten päälevistyssuuntaa kohti.

Jakovarsien tai -kanavien lukumäärää, jotka voivat olla tehdyt putki- tai kourumaisiksi, voidaan oleellisesti 30 vähentää tavanomaisiin nesteenjakajiin verrattuna. Täten suurenee kaasun vapaa läpikulkupoikkileikkaus, niin että kaasuvaiheessa tapahtuvat painehäviöt alenevat.

• ' Edelleen voivat keksinnön mukaiset laitteet olla ____: valmistetut yksinkertaisella tavalla normitetuista osista --- 35 kutakin käyttöä varten.

5 85818

Edelleen voivat keksinnön mukaiset laitteet olla valmistetut yksinkertaisella tavalla normitetuista osista kutakin käyttöä varten.

Patenttivaatimusten 3-6 tunnusmerkit koskevat kek-5 sinnön edullisia lisäsuoritusmuotoja, erityisesti suurien kaasun nopeuksien yhteydessä nesteen tempautumisen estämiseksi kaasun mukaan.

Keksintöä selitetään seuraavissa piirustuksissa kaavamaisesti esitettyjen suoritusmuotoesimerkkien yhteydessä. 10 Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisesti tehdyllä jako- laitteella varustettua vaihtokolonnia pitkittäisleikkauksena .

Kuviot 2a - 2c esittävät keksinnön erästä suoritusmuotoa perspektiivisenä esityksenä ja sivu- ja etukuvantona. 15 Kuviot 3a - 3c - 5a - 5c muunnettuja suoritusmuotoja ja kuviot 6a ja 6b ja 7 ja 8 kimmahdusseinien erikoisia suoritusmuotoja.

Vaihtokolonnissa/ esim. rektifikaatiokolonnissa 1, on aineenvaihto-osaan sovitettu järjestetyn rakenteen omaa-20 via pakkauksia 2, jollaiset ovat tunnettuja esim. julkaisusta CH 398 503. Kolonniin on liitetty nesteensyöttö- ja -poistojohdot tai vast, kaasunsyöttö- ja -poistojohdot 3 -6.

Syöttöjohdon 3 kautta syötetään nestettä jakajaan, . .·. 25 joka käsittää ylöspäin avonaisen pääkanavan 7. Tästä pääkanavasta syötetään alapuolelle sovitettuja, ylöspäin avonaisia sivukanavia 8, jolloin nämä on varustettu keksinnön mukaisilla ja jäljessä seuraavien piirustusten yhteydessä lähemmin selitetyillä kimmahdusseinillä 9.

30 Kuten kuvioista 2a - 2c käy ilmi, on sivukanava 8, joka suoritusesimerkissä on tehty U-muotoiseksi kouruksi, mutta joka voisi muodostua myös putkesta, varustettu kim-: mahdusseinällä 9. Tämä kimmahdusseinä on ylhäältä taivu tettu kulmaan ja yhdistetty kiinteästi sivukanavan toiseen 35 laitaan. Tästä on se etu, ettei ylös nouseva kaasu voi temmata nestettä mukanaan ylöspäin.

6 85818

Periaatteessa voivat myös raon vastakkaiset sivut olla seinillä suljetut nesteen ylöspäin mukana tempautumisen estämiseksi. Sivukanavan laidan alaosa on varustettu nesteen poistoaukolla 10.

5 Aukon 10 läpi neste tulee ulos suhteellisen suurella nopeudella, kimmahtaa seinälle 9 ja jakautuu paraabelimai-sesti. Jakautumiseen käytetään tällöin ulostulevan nesteen kineettistä energiaa.

Luonnollisesti voi sivukanavan molemmille sivuille 10 olla sovitettu kimmahdusseinät.

Kuviot 3a - 3c ovat yhdenmukaiset kuvioiden 2a - 2c kanssa paitsi, että kanavaseinän alaosalle on lisäksi sovitettu suojaseinä 11. Tämän toimenpiteen johdosta estetään erityisesti suurien kaasun nopeuksien yhteydessä vielä pa-15 remmin nesteen tempautuminen kaasun mukaan.

Kuvioissa 4a - 4c esitetty suoritusmuotoesimerkki vastaa kuvioissa 2a - 2c esitettyä muuten, paitsi kahden päällekkäin sovitetun ulostuloaukon 10a ja 10b osalta.

Täten laite voi hallita kuormitustilojen laajaa aluetta.

20 Kaksivaiheisten jakajien yhteydessä voi olla edullis ta, että neste tulee ulos ulostuloaukkojen ylemmästä ja alemmasta rivistä erillisille, vierekkäin sovitetuille kim-mahdusseinille ja leviää niille.

• Sama pätee kuvioissa 5a - 5c esitetyn suoritusmuodon . . . 25 osalta, jolloin kuvioita 3a - 3c vastaavasti kanavanseinäl-:·. le 8 on sovitettu suojaseinä 11.

Kuvioissa 6a ja 6b sekä kuvioissa 7 ja 8 on esitetty kimmahdusseinien erilaisia suoritusmuotoja, jolloin ensimmäisessä tapauksessa (kuviot 6a ja 6b) kimmahdusseinä käsit-30 tää urituksen ja toisessa tapauksessa (kuvio 7) ala-alueella on reikiä 13 nesteen vielä paremmaksi jakamiseksi.

Kuvion 8 mukainen kimmahdusseinä 9 on alapäästään va-. : rustettu hammastuksella 14 nesteen pois tippumisen edistämi- —: seksi.

li

Claims (6)

1. Laite nesteen tasaiseksi jakamiseksi aineen- ja lämmönvaihtokolonnin vaihtoalueille jakokanavista, joka 5 laite jakaa syöttölaitteesta tulevan nesteen sivuseiniin sovitettujen ulostuloaukkojen (10) läpi vaihtoalueen muodostamalle, ylemmälle poikkileikkauspinnalle, jolloin ainakin yhdelle sivuseinälle (8) jakokanavaa kohti on sovitettu ohjausseinä, tunnettu siitä, että ulostulo-10 aukot (10) on järjestetty kanavien sivuseinien (8) ala-alueelle, että ohjausseinät on muodostettu vastapäätä ulostuloaukkoja (10) oleviksi kimmahdusseiniksi (9), jolloin neste imeytyy voimakkaalla impulssilla suihkumaisesti kimmahdusseinille, jolloin kimmahdusseinien (9) etäisyys 15 kanavan sivuseinistä (8) on suurempi kuin kimmahdusseinil le muodostuvan kalvon paksuus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kimmahdusseinän (9) etäisyys kanavan sivunseinämästä (8) on suurempi kuin ulostuloaukkojen 20 (10) halkaisija.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kimmahdusseinä (9) on ylhäällä taitettu kulmaan kohti kanavan sivuseinää (8) ja yhdistetty .· - tähän. • : : 25

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että kanavan sivuseinän (8) alareunaan on yhdistetty kimmahdusseinän (9) suuntaisesti oleva ja kimmahdusseinän alareunaan saakka ulottuva suojaseinä (11).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että kimmahdusseinän (9) ala-alueelle on sovitettu ainakin yksi rivi reikiä (13).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisiaan vastapäätä olevat sivupin--*·. 35 nat on suoja- ja kimmahdusseinän välistä yhdistetty toisiinsa yhtenäisillä seinillä. 8 85818