HU184852B

HU184852B - Method and apparatus for previous determining the efficiency of plates of distilling absorptive columns for fixing the real number of plates of columns

Info

Publication number: HU184852B
Application number: HU811329A
Authority: HU
Inventors: Laszlo Gyoekhegyi
Original assignee: Laszlo Gyoekhegyi
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1984-10-29
Also published as: JPH0150444B2; DE3269042D1; DD205617A1; IT8221026A0; EP0078268A4; US4702801A; EP0078268B1; EP0078268A1; JPS58500696A; WO1982003992A1; IT1151390B

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák tányérjai hatásfokának előzetes meghatározására a kolonnák tényleges tányérszámának megállapításához, tárgya továbbá minden kolonna, amelynek tényleges tányérszámát ennek az eljárásnak és berendezésnek segítségével határoztak meg.

Tányéros desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnáknak a kitűzött elválasztáshoz szükséges, tényleges tányérszámát az ipar napjainkig úgy állapítja meg, hogy előbb meghatározza a feladat megoldásához szükséges úgynevezett elméleti tányérszámot, majd az elméleti számításokból kiadódó gőz- vagy gáz-, valamint folyadékáram ismeretében megkonstruálja az egyes tányérokat. Ezután az úgynevezett hatásfokot megbecsüli, a kapott számértékkel a már ismert elméleti tányérszámot osztva megkapja a kolonna tényleges tányérszámát.

A hatásfok-becslés megbízhatóságának növelése érdekében minden különböző átmérőjű vagy különböző terhelésű kolonnaszakaszra (például a kiforraló és a rektifikáló szakaszra) tervezett tányérból általában háromhárom darabot legyártanak. A tányérokon az erre a célra épített berendezésben alulról levegőt fújnak át, míg felülről vizet áramoltatnak keresztül.

A vizsgált három tányér közül a legfelső a víz-, a legalsó a levegőáram valósághű elosztására szolgál. Főként nagy átmérőjű tányérok esetében olcsóbb a mindenkori alsó tányér helyett olyan levegőelosztó alkalmazása, amely nem gátolja a víznek a felfelé szálló levegővel szemben való lefolyását. Ez esetben tehát a levegőelosztón kívül kolonna-szakaszonként csak két tányért kell megépíteni és vizsgálni.

E hidraulikai vizsgálatok során egyrészt a tányérokon átvezethető levegő- és vízáram minimális és maximális értékét, másrészt a tányérok áramlási ellenállását (a levegőáramban fellépő úgynevezett nyomásesést) mérik.

A hatásfok-becslés alátámasztására ezen kívül vizuálisan is figyelik a tányérok működését. E vizuális megfigyelések szubjektív értékelése egyik vagy másik konstrukciós méret korrekcióját eredményezheti, a megfelelőnek ítélt működés pedig nagyobb hatásfokot enged feltételezni. A hatásfok becsült jellege mindezzel természetesen nem változik, s ezért az még a nagy tapasztalatokkal rendelkező cégek esetében is a kolonnák tányérszámának jelentős túlméretezéséhez vezet. Utóbbi nagy beruházási költségtöbblet forrása.

Valamely desztillatív elválasztás és/vagy abszorpció céljaira szolgáló tányéros kolonna építése tehát a feladat speciális megfogalmazásával kezdődik és az alábbi fokozatokon megy keresztül:

a) az elválasztás elméleti alapjainak kimunkálása, az elméleti tányérszám meghatározásával végződően,

b) laboratóriumi és félüzemi ellenőrzés,

c) tervezés a kolonna átmérőjének, a tányértávolságnak és az egyes tányérok konstrukciós méreteinek meghatározásáig bezárólag; esetleg hasonló feladatra bevált tányérok terveinek felülvizsgálata,

d) valamennyi, egymástól különböző átmérőjű és egyegy kolonnaszakaszra jellemző tányérból három-három darab, vagy két-két darab és egy-egy elosztó gyártása,

e) a d) pontbeli tányérok hidraulikai vizsgálata,

f) a vizsgált tányérok átlagos hatásfokának becslése, esetleg a tányérok konstrukciójának módosítása,

g) a kolonna tényleges tányérszámának meghatározása,

h) a kolonna szilárdsági stb. számításainak elvégzése,

j) a kolonna gyártása,

k) a kolonna tartó- valamint kisegítő berendezéseinek felállítása, szerelése, festése, mázolása, szigetelése, burkolása stb.,

l) nyomáspróbák, próbaüzem, üzembehelyezés.

A találmány tárgya — amint azt már definiáltuk — az e)—g) pontokban foglalt eljárásra és berendezésre vonatkozik.

A hidraulikai vizsgálatok célja kettős :

1. a tervezett gőz-, vagy gáz- és folyadékáramok okozta nyomáscsés és kapacitáshatárok mérése levegő—víz rendszerrel,

2. ugyanezen áramok alkalmazása esetén a tányér működésének vizuális figyelése.

A nyomásesés mérése különösebb problémát nem vet fel. A levegő—víz rendszerrel végzett mérések eredményei részben megbízhatóan tájékoztatnak, részben azokat más elegyek esetére át is lehet számítani. Ugyanez vonatkozik a levegő—víz rendszerrel meghatározott kapacitás határokra is (F. J. Zuiderweg—D. van dér Meer: Chemische Technik 24, 1. 1972. 10—14.).

A tányér működésének ellenőrzésére azért van szükség, mert a tányér hatásfokának egzakt meghatározására ma még nincs mód. Tudományos alap hiányában ezért a tányérhatásfokot csak becsléssel állapítják meg (J. H. Perry: Chemical Engineer,s Handbook, McGraw-Hill Book Company, New-York, Toronto, London, 1963. 4. Edition, 18—16.). E becslés pontosságának lehető növelését célozza a tányérok működésének levegő—víz rendszerrel való ellenőrzése. Ilyen ellenőrző berendezést szinte minden ismert szakcég fenntart. Részletes leírásuk az Arbeitsgemeinschaft Chemische Verfahrensteehnik: lm Dienste dér chemischen Industrie, Köln 28. oldalán található. ·

A levegő—víz rendszerrel működtetett tányérokat az ellenőrző berendezésben egzakt mérési gyakorlat hiányában csak vizuálisan figyelik és a megfigyeléseket is csak empirikusan értékelik.

Hasonló ellenőrző berendezést ismertet R. Biliét (Industrielle Destil lation, Verlag Chemie GmbH, Weinheim) (Bergstr. 1973. 178—181. o.), azzal a különbséggel, hogy ezen ellenőrző berendezés tányérja csak 1,67 m átmérőjű, míg az előbb ismertetett ennél lényegesen nagyobb átmérőjű tányérok megfigyelésére is alkalmas. R. Biliét könyvében leírt berendezés azonban nem csak levegő—víz rendszerrel, hanem egyéb, nem korrodeáló gázokkal és szénhidrogén-folyadékokkal is működtethető. Ezen ellenőrző berendezésben kapott vizuális megfigyeléseknek nagyobb átmérőjű tányérokra való érvényesítése további, ugyancsak empirikus feladatot jelent.

Ismeretes az is, hogy az 1950-es években átfogó kutató munkával kétkomponensű elegyek desztillációjára szolgáló harangtányérok, illetve harangtányéros kolonnák hatásfokának előre való kiszámítására szolgáló összefüggéseket fejlesztettek ki. E kutatómunka eredményét az American Institutc of Chemical Engineers: Bubbls — Tray Design Manual-ban (The Science Press. Inc. NewYork, 1958) tették közzé. Az azóta eltelt idő azonban ezen összefüggések általánosíthatóságát egyrészt kérdésessé tette, másrészt ismeretessé váltak azok a túlméretezések is, amelyek a módszer következményei (P. K. Lashmet—S. Z. Szczepanski: Ind. Eng. Chem. Proc. Design and Dev. 13, 2. 1974. 103—106.). E túlméretezettség foka viszonylag kis tányérszámú kolonna esetén átlagban 28%, sok tányérból álló kolonna esetén átlagosan 7%.

A levegő—víz rendszerrel végzett vizuális megfigyelések módot nyújtanak a feltűnő konstrukciós hibák (például holt terek, kis statikus folyadékzár, illetve gátmagasság) kiküszöbölésére, s ezzel új konstrukciójú tányér kialakítására. Utóbbit természetesen szintén alávetik a szokásos, levegő—víz rendszerrel való ellenőrzésnek.

Ha a tervezett kolonna nem minden geometriai méretében azonos tányérokból áll, a levegő—víz rendszerrel való nyomásesés- és kapacitásmérést, valamint a vizuális megfigyelést minden kolonnaszakaszra jellemző tányérra elvégzik, s amennyiben szükséges, végrehajtják az említett konstrukciós módosításokat.

Az előzőekben az f) és g) pontokban említett levegő—vfz rendszerrel végzett vizuális megfigyelések értékelésének az az alapja, hogy ha valamely tányéron elhelyezett elemek (például harangok vagy szelepek vagy furatok stb.) egyenletesen működnek és a lefolyó gátat is egyenletes folyadékmagasság borítja, valamint a tányéron nem láthatók jelentős holt terek, akkor a tányér hatásfoka a vegyi- és petrolkémiai iparokban (R. Biliét: Industrielle Destillation, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstr. 1973. 319. o,), az alábbi értékek között ingadozhat:

etilalkohol—víz 0,6—0,8, egyéb szerves elegy 0,5—0,6.

Ezekkel az értékekkel azután az előre meghatározott elméleti tányérszámot osztva a kolonna tényleges tányérszámát kapják.

A találmány feladata, hogy eljárást és berendezést szolgáltasson a desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák biztonsági tényező nélküli tényleges tányérszámának egzakt meghatározására, amellyel -a kolonnák tányérszámának felesleges túlméretezése elkerülhető és ily módon a teljes desztilláló és/vagy abszorpciós egységek (Aggregate) összes beruházási, valamint üzemeltetési költsége változatlan, biztonságos működtetés mellett csökkenthető.

A találmány elsődlegesen azon a felismerésen alapszik, hogy bármely tányérköteg egymással sorba kapcsolt keverős készülékekből álló úgynevezett keverős kaszkádnak tekinthető, amelynek folyadék-tartalmát az alulról felfelé vezetett gőz vagy gáz, esetünkben levegő keveri. Ebből következik, hogy ha desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák tényleges tányérszámának meghatározására alkalmazott tányérköteg legfelső vagy adott esetben középső tányérjába vezetett vízbe adagolt egy nem illékony vízoldható anyagnak (tracer) a tányérokon való tartózkodási időspektrumát megmérjük, majd ennek alapján a levegő—víz rendszerre érvényes hatásfokát kiszámítjuk (P. Grassmann: Physikalische Grundlagen dér Chemie-Ingenieur Technik. 494— 499. o. Verlag H. R. Sauerlander and Co. Aarau und Frankfurt/M. 1961. és M. Zogg: Technische Rundschau 44, 1977. Nov. 1. 3—-5. oldal), a desztilláló és/vagy abszorpciós kolonna az elválasztandó elegyre érvényes tényleges tányérszáma bármely ismert módon (Bakowski: Chem. Eng. Sci. l 1957. 266. o. és J. F. Walter and Τ. K. Sherwood: Ind. Eng. Chem. 33 1941. 493. o.), az ezideig alkalmazott becslés helyett pontosan kiszámítható, amelynek eredményeként a teljes desztilláló és/ vagy abszorpciós egységeket (Aggregate) nem szükséges — most már feleslegessé vált módon — túlméretezni.

A találmány alapját továbbá az a felismerés képezi, hogy a desztilláló és/vagy abszorpciós egységek kolonnái tényleges tányérszámának meghatározásához szükséges berendezés önmagában ismert, de a célnak megfelelően megválasztott olyan részegységekből — készülékek, szerkezetek, mérőműszerek, tartályok, szivattyúk, kívánt esetben a kiértékeléshez szükséges számítógép stb. — építhető fel, amelyek a tényleges tányérszám meghatározása területén külön-külön már használatosak ugyan, de meghatározott módon való összekapcsolásuk és együttes alkalmazásuk eredményeként a kolonnák tényleges, biztonsági tényező nélküli tányérszámának exakt meghatározásához egyetlen technológia sorba foglalva még nem voltak (például a tartózkodási időspektrum meghatározásához szükséges, vízoldható anyagot tartalmazó adagoló-, gyűjtőtartály, mérőműszer, mérő elektródák és tányérkötegek stb.).

Fentiekben ismertetett felismerések alapján a kitűzött feladatot a desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák tényleges tányérszámának exakt meghatározására szolgáló eljárás és berendezés segítségével oldottuk meg.

A találmány eljárás desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák azonos geometriájú és/vagy azonos terhelésű tányérjai hatásfokának előzetes meghatározására valamely, meghatározott elméleti tányérszámú kolonna tényleges tányérszámának megállapításához, amelynek során legalább három azonos geometriájú tányérból, vagy legalább két azonos geometriájú tányérból és egy gáz- vagy gőzelosztóból álló tányérkötegbe, amely egy vizsgáló berendezésbe van építve, felülről folyadékot, alulról gőzt vagy gázt vezetünk be, és egy vagy több tányér hatásfokát a vizsgáló berendezés üzemeltetése útján határozzuk meg, úgy, hogy az előzetes hatásfokmeghatározást a bevezetett folyadék tartózkodási időspektrumának a tányérköteg legalább egy tányérján való mérésével végezzük.

A bevezetett folyadék tartózkodási időspektrumának méréséhez abba impulzusszerűen nyomjelző anyagot (tracer) adagolunk, amely vagy a folyadékban oldható, nem illékony radioaktív anyag, vagy elektrolit, vagy festék lehet és ezután a nyomjelző anyag koncentrációját, vagy valamely, a koncentrációval lineárisan arányos fiziko-kémiai jellemző értékét legalább az elfolyó folyadékban meghatározott időközökben megmérjük. A bevezetett folyadékba adagolt nyomjelző anyag helyett a tartózkodási időspektrum mérésére nyomjelző anyag oldata is szolgálhat, amely vagy nem illékony radioaktív anyag, vagy elektrolit, vagy festék oldata lehet, amikor is a tányérkötegbe vezetett folyadékáramot nyomjelző anyag oldatra váltjuk át, aminek következtében a tányérkötegbe az előzetesen vezetett folyadék helyett nyomjelző anyag oldatot vezetünk és ezután a nyomjelző anyag oldatában levő nyomjelző anyag koncentrációját, vagy a koncentrációtól függő fiziko-kémiai jellemző értéket az elfolyó folyadékban meghatározott időközökben megmérjük. A mindkét eljárásmód szerinti tartózkodási időspektrum a mért koncentrációérték, vagy a koncentrációtól függő jellemző érték idő szerinti függvénye.

A folyadékot, ill. a nyomjelző anyag oldatot az eljárás szerint a legalább három azonos geometriájú tányérból, vagy legalább két tányérból és egy gáz- vagy gőzelosztóból álló tányérköteg legfelső, vagy adott esetben középső tányérjára vezetjük, majd a vizsgált tányéroknak az alkalmazott gáz—folyadék vagy gőz—folyadék rendszerre érvényes hatásfokát a mért tartózkodási időspektrumokból kiszámítjuk és az azonos geometriájú vagy azonos terhelésű tányérokból álló desztilláló és/ vagy abszorpciós kolonna tényleges tányérszámát ismert módon meghatározzuk. Olyan desztilláló és/vagy abszorpciós kolonna esetében, amely különböző geometriájú vagy különböző terhelési részekből áll, ezt az eljárást minden egyes részre megismételjük és azután az egyes kolonnarészekre kiszámított tényleges tányérszámokat összegezzük.

Az eljárás megvalósítására előnyösen a levegő—víz rendszert alkalmazzuk.

A találmány másrészt berendezés, amelynek lényege, hogy legalább három azonos geometriájú tányérból, vagy legalább két tányérból és egy levegőelosztóból álló tányér kötege, amelyhez mennyiségmérővel ellátott vízbevezető csővezeték csatlakozik, valamint a tányérköteget befogadó tartálya van, amely mennyiségmérőn keresztül levegőforrással van összekötve és amely leürítő csonkkal, valamint nyomáskülönbség mérő műszerrel van ellátva, míg a vízbevezető csonk a nyomjelző anyag, vagy a nyomjelző anyag oldatának vezetékével van összekötve, és hogy a tányérköteg mérőműszerhez csatlakozó elektródákkal vagy mintavevőkkel is el van látva.

A találmány tárgya továbbá olyan desztilláló és/vagy abszorpciós kolonna, amelynek tényleges tányérszáma —Átm/Át)n_eff, ahol

N_th a kolonna elméleti tányérszáma, n_eff adott tányérköteg tényleges tányérszáma,

Át a tányérköteg legalsó tányérjáról lefolyó és a legfelső tányérjára vezetett vízben mért tartózkodási időspektrumok középértékének különbsége,

Átm a tányérköteg legalsó tányérjáról lefolyó és a legfelső tányérjára vezetett vízben mért tartózkodási időspektrumok maximum helyeinek különbsége.

A tartózkodási időspektrum középértékén azt az időtartamot értjük, amely a nyomjelző anyagnak a legfelső tányérra vezetett vízbe való impulzus szerű beadagolása és a nyomjelző anyagnak a mérés helyén értendő tartózkodási ideje feléig eltelik, vagyis annak az időnek a feléig, amely a nyomjelző anyagnak á mérés helyén való első megjelenése és a nyomjelző anyagnak a mérés helyén való eltűnése között múlik el. Ennek megfelelő a „tartózkodási időspektrum maximumának helyé”-n azt az időtartamot értjük, amely a nyomjelző anyagnak a legfelső tányérra vezetett vízbe való impulzusszerű beadagolása és azon időpont között telik el, amelyben a mérési helyen a nyomjelző anyag koncentrációjának, ill. az attól függő jellemző értéknek maximumát mérjük.

A találmányhoz fűződő előnyös hatások a következők:

1. A találmány segítségével első ízben sikerült a desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnáknak az elméleti tányérszámon alapuló tényleges, biztonsági tényező nélküli tányérszámát hatásfok becslés helyett egzakt módon meghatározni. Ennek eredményeként tudományos alapokra helyezett értékeléssel az eddigi hatásfok ingadozások megszüntethetők, ami azt jelenti, hogy etilalkohol—víz esetben 33%-os, egyéb szerves elegy esetében 20/j-os, középértékben tehát

25%-os hatásfoknövelés és emiatt egyetlen alkalommal ugyancsak

25%-os tányérszám-megtakarítás érhető el.

2. Ha a 25%-os tányérszám-megtakarításhoz viszonylag kis tányérszámú (pl. 40) kolonnát veszünk alapul, amelynél a vegyi- és petrolkémiai ipar sokkal többel is dolgozik, akkor a találmány szerint kimérhető hatásfok 10 tányért tesz feleslegessé.

3. Nagy tányérszámú kolonna esetében a desztilláló egység egészére vonatkozó megtakarítás 7%.

4. Az elérhető átlagos megtakarítás, amelyet a találmány értelmében a mai állapottal szemben, a tányérok hatásfokának egzakt meghatározása révén lehet elérni, minden egyes kolonna rendszerre vonatkozik.

5. Az egyes kolonna rendszerekre kimutatott megtakarítás kihat az egész desztilláló egység (Aggregát) teljes beruházási költségének csökkenésére. A teljes beruházási megtakarítás természetesen elsődlegesen a tányérszám csökkenéstől, a kolonna átmérőjétől és szerkezeti anyagától függ [R. F. Sommerville: Chem. Eng. 71— 76 (1972)]. A csökkent energiaráfordítás következtében az üzemköltségek is kisebbek lesznek.

6. A találmány szerinti berendezéshez meg lehet tartani az eddig ismert berendezés(eke)t, amely(ek) eddig is szükségesek) volt(ak) a levegő—víz rendszerrel végzett vizuális megfigyelésekhez és nyomásesés mérésekhez, azt (azokat) csupán nyomjelző-technika kellékeivel kell kiegészíteni.

7. A tányérok desztillatív hatásfokának meghatározására most már az olcsó, könnyen hozzáférhető, veszélytelen levegő—víz rendszert, s nem a desztillálandó elegyet lehet alkalmazni.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük részletesen. Az 1. ábra az a) eljárásváltozat foganatosítására szolgáló impulzus technika, a 2. ábra a b) eljárásváltozat foganatosítására szolgáló kiszorításos technika kivitelére szolgáló berendezés egy-egy előnyös kiviteli példájának vázlatos folyamatábráját mutatja be.

Az 1. és 2. ábrán az egyes rész-berendezéseket összekötő, illetve azokba ki- vagy betorkolló vezetékekre bejelöltük az anyagáramlást jelző nyilakat is, ily módon a berendezésben lejátszódó folyamat is jól szemlélhető.

Mielőtt a berendezés(eke)t részletesen ismertetnénk, leszögezzük, hogy azokhoz értelemszerűen a szükséges helyeken és számban, önmagukban ismert szelepek, légzővezetékek vagy egyéb szerelvények stb. tartozhatnak, amelyeket a jobb áttekinthetőség kedvéért a rajzokon nem tüntettünk fel, helyük és rendeltetésük a szakember számára nyilvánvalóak. A rajzokon az egyes részelemek és tartozékok, csövek stb., valamint azok egymáshoz viszonyított helyzete nem méretarányos, szakemberek számára azonban a találmány szerinti berendezésiek) megvalósításához teljes körű információval szolgál.

A találmány szerinti eljárás a) és b) változatát az 1. és

2. ábrán feltüntetett berendezésben valósítjuk meg.

A berendezés lényegét a 12 tányérköteg képezi, amelynek vagy legalább három 13, 13/a tányérja, vagy legalább két 13 és 13/a tányérja és egy 14 levegőelosztója van. A 12 tányérköteg 13 legfelső tányérjához 7 folyadékbeadagoló csonk kapcsolódik. A 12 tányérköteg 17 tartályban van elhelyezve, amely 18 levegőszállító berendezéssel áll összeköttetésben a 19 vezetéken és 20 levegőmennyiségmérőn keresztül. A 17 tartálynak 24 leürítő csonkja és az a) eljárásváltozat esetén 22 leürítő 5

-5vezetéke van. A 12 tányérköteg 13 legfelső és 13/a legalsó tányérjában 15 és 15/a koncentráció, adott esetben a koncentrációtól függő fizikai-kémiai állandók mérésére szolgáló érzékelők, vagy mintavevők és 21/a—21/b nyomásmérő csonkok vannak elhelyezve; ez utóbbiak a 21 nyomáskülönbség mérő műszerrel állnak kapcsolatban.

A 7 csonk a 9 nyomjelző anyag adagolóhoz a 11 vezetéken át csatlakozik. A 9 nyomjelző anyag-adagolónak a 8 nyomjelző anyag töltő és 10 sűrített levegő vagy inertgáz csonkja van. Az 1. ábrán feltüntetett impulzustechnikára szolgáló berendezés 2 folyadéktároló tartályához az 1/a víztöltő vezeték csatlakozik, a 3 szívóvezeték a 4 szállítószivattyú az 5 nyomóvezetéken keresztül a 6 folyadékmennyiségmérőn át a már említett 7 csonkhoz csatlakozik. Az 5 nyomóvezetékbe az 1/b vízvezeték torkollik.

Az említett 22 leürítő vezeték a 3 szívóvezetékbe csatlakozik. A 4 szállítószivattyú 5 nyomóvezetékét a 23 cirkulációs vezeték köti össze a 2 tartállyal.

A 2. ábrán feltüntetett kiszorításos technikára szolgáló berendezés 1—7 és 12—21, valamint 24elemei megegyeznek az impulzustechnika megvalósítására szolgáló, fentebb ismertetett megfelelő elemeivel. A kiszorításos technika megvalósítására ezen felül még az alábbi elemek szolgálnak:

Á 31 tartályt, amelynek 30 nyomjelző anyag és 1/c víztöltő csonkja van, a 32 szívóvezeték köti össze a 33 szivattyúval. Ennek 34 cirkulációs vezetéke van, míg 35 nyomóvezetéke a 6/a folyadékmennyiség-mérőn keresztül csatlakozik a már említett 7 beadagoló csonkhoz.

Az 1. ábra szerinti berendezéssel az impulzustechnikával való tartózkodási időspektrum meghatározás a következőképpen történik.

Az 1/a víztöltő vezetéken át megtöltjük a 2 tartályt vízzel. A vizet a 3 szívóvezetéken át 4 szivattyú, 5 nyomóvezetéken és 7 beadagoló csonkon keresztül a 12 tányérkötegbe szállítja, miközben a víz mennyiségét 6 mennyiségmérő méri. A vizet a 12 tányérköteg legfelső 13 tányérjába vezetjük, ahonnan az, az alatta elhelyezett 13/a tányérra, majd innen a 12 tányérköteg legalsó tányérjára, esetünkben 14 levegőelosztón át 17 tartályba folyik.

Kis folyadék terhelésű tányérok vizsgálata esetén a 12 tányérkötegbe vezetendő víz az 1/a és 1/b víztöltő vezetéken át közvetlenül, tehát a 2 folyadéktároló tartály, a 3 szívóvezeték és a 4 szivattyú kiiktatásával jut a 12 tányérkötegbe. A 18 levegőszállító megindításával a levegőt 19 vezetéken át ugyancsak a 17 tartályba nyomjuk, ahonnan a 14 levegőelosztón át a 13/a és 13 tányérokon keresztül haladva elhagyja 12 tányérköteget és a szabadba távozik. A 17 tartályon át a 12 tányérkötegbe vezetett levegő mennyiségét a 19 vezetékbe épített 20 mennyiségmérő méri. Miután előbb a kézzel beállított, a 6 vízmennyiségmérőn átfolyó víz, majd ugyancsak a kézzel beállított, a 20 mennyiségmérőn átáramló levegő mennyiségét a leírt módon a 12 tányérkötegbe vezetjük, egymásután legalább háromszor megmérjük a 12 tányérköteg középső, esetünkben 13/a tányérján a levegőáramban bekövetkező nyomásesést a 21 nyomáskülönbségmérő műszerrel, amely a 21/a és 21/b csonkokkal kapcsolódik a 12 tányérköteghez. Ha az egymásután legalább három alkalommal mért nyomásesés — változatlan víz- és levegőmennyiség esetén — állandó értéket mutat, sűrített levegő vagy nyomás alatt levő bármely inertgáznak a 9 adagolóba való hirtelen bevezetésével all csonkon keresztül impulzusszerűen adott mennyiségű nyomjelző anyagot, amelyet előzőleg 8 csonkon át töltöttünk 9 adagolóba, adagolunk a 7 csonkon át a 12 tányérköteg 13 legfelső tányérjába.

A nyomjelző anyag beadagolásától számított megfelelő, esetenként egyenlő időközökben a tányérköteg legfelső tányérjára vezetett, valamint a tányérköteg legalsó tányérjáról lefolyó vagy a tányérköteg egy tányérjára vezetett és ugyanarról a tányérról lefolyó folyadékba nyúló 15 és 15/a érzékelőkkel összekötött 16 műszerrel megmérjük a folyadéknak a nyomjelző anyag adott időpontbeli koncentrációjával arányos jellemző fizikaikémiai értékét (például pH-értékét, vezetőképességét stb.).

Az 1. ábrán a 15 érzékelő a 12 tányérköteg legfelső, 13 tányérjába folyó, míg a 15/a érzékelő a 13/a tányérról lefolyó folyadékba nyúlik.

Adott esetben a 15 és 15/a érzékelők helyett ugyanilyen jelű mintavevő csonkokon át például a 13 és 13/a tányérok folyadékából kivett minták fizikai-kémiai jellemzője egyéb módon (például titrálással) is vizsgálható

Nyomjelző anyagként valamely radioaktív anyag, vagy elektrolit, vagy festék alkalmazható. A 15 és 15/a érzékelők, valamint a 16 mérőműszer mérési elvükben az alkalmazott nyomjelző anyaghoz igazodnak.

A 7 csonkon keresztül adagolt víz és nyomjelző anyag a 17 tartályba gyűlik össze. Ezt a felhígult nyomjelző anyag oldatot egy-egy méréssorozat befejeztével a 22 leürítő vezetéken át a 4 szivattyúval a 23 cirkulációs vezetéken keresztül a 2 tartályba vezethetjük, ahol az a további mérésekhez rendelkezésre áll. Az 5 nyomóvezetékből leágazó és a 2 folyadéktároló tartályba viszszavezető cirkulációs vezeték segítségével ezt a folyadékot átforgathatjuk és homogenizálhatjuk. Ha hosszabb időn keresztül nem végzünk újabb méréseket, a 17 tartályban összegyűlt, esetenként visszamaradt folyadékot a 24 leürítőcsonkon át megfelelő szennyvízkezelésnek vetjük alá.

A következő mérést úgy végezzük, hogy a 6 vízmenynyiségmérőn és a 20 levegőmennyiségmérőn mérve az előző mérésben alkalmazottnál nagyobb víz, adott esetben felhígult nyomjelző-oldat és levegő-mennyiséget állítunk be azzal, hogy a levegő és víz térfogatáramainak (m³/h) hányadosa az első méréssorozatban beállítottál egyenlő legyen. A továbbiak során ugyanolyan módon járunk el, mint a fentebb leírtak. Egy-egy méréssorozat célszerűen 5—5 különböző levegő- és vízmennyiséggel végzendő.

A 15 és 15/a érzékelőkkel, valamint 16 műszerrel, esetenként a 15 és 15/a mintavevő csonkokból vett mintákkal mért értékek azonos időpontbeli különbségét a mért időintervallumok függvényében grafikusan ábrázoljuk. Ezen az úton a tartózkodási időspektrumot állítottuk elő.

A 2. ábra szerinti berendezéssel a kiszorításos technikával való tartózkodási időspektrum meghatározás a következőképpen történik.

Az 1/a víztöltő vezetéken át megtöltjük a 2 tartályt vízzel. A vizet 3 szivóvezetéken át 4 szivattyú 5 nyomóvezetéken és 7 beadagoló csonkon keresztül a 12 tányérkötegbe szállítja, miközben a víz mennyiségét 6 menynyiségmérő méri. A vizet a 12 tányérköteg legfelső, 13 tányérjába vezetjük, ahonnan az az alatta elhelyezett tányérból álló tányérköteget hidraulikusan vizsgáltunk egy vizsgáló berendezésben.

A tányérokat a rektifikáló szakaszhoz szükséges tényleges tányérszám meghatározása céljából

1,317· 10³m³/h levegőárammal, valamint

2,195 m³/h vízárammal vizsgáltuk.

A tányérkötegbe vezetett vízáramba lökésszerűen

NaCl vizes oldatot (20%) adagoltunk. A vízben oldott konyhasó elektromos vezetőképességét meghatározott időközökben mértük. A mért adatokból a vezetőképesség vs idő koordináta-rendszerben ábrázolt tartózkodási időspektrum adódik ki. Azokból a tartózkodási időspektrumokból, amelyeket a legalsó tányérról lefolyó folyadékban, valamint a legfelső tányérra vezetett vízben vettünk fel, a (At)j = 169s és (At_m)j=94s értékeket lehetett leolvasni. Itt

At a tartózkodási időspektrumok középértékeinek különbsége a legalsó tányérról lefolyó és a legfelső tányérra vezetett vízben mérve,

At_m a tartózkodási időspektrumok maximumjai helyének különbsége, ugyanúgy mérve, mint fentebb.

A rektifikáló szakasz tényleges tányérszáma levegő— víz rendszerre az alábbiak szerint számítható a kiforraló szakaszban

0?)2=jf=°>⁷⁰⁶ lenne. A levegő—víz rendszerre érvényes hatásfokokat 5 Bakowski módszerével (Chem. Eng. Sci. 1,1957. 266. o.) tudtuk az elválasztandó elegyre átszámítani. Az átszámításhoz még a következő adatokra van szükség: a levegő móltömege 29 kg/mol, a levegő átlagos hőmérséklete 93 K.

A teljesen „nyitott” rések következtében az átszámítási módszert az alábbi alakban tudtuk alkalmazni:

a rektifikáló szakaszban:

lóg;

-=log:

1-(//)( 1—0,750 a kiforraló szakaszban:

1 /293)°.⁵ /41,6j°’⁵ lóg

1-07)2 =log

1-0,706

Az átszámítás végeredménye a rektifikáló szakaszban:

η (=0,777 és (N_rff)(=— ~20, a kiforraló szakaszban:

//2=0,59 és (N_eff)₂=— ~21.

Az elválasztandó elegy esetén vagy egész kolonnához szükséges tényleges tányérszám biztonsági tényező nélkül ezért ahol

N_eff valamely kolonna vagy kolonnaszakasz tényleges tányérszámát, n,_h a tányérköteg elméleti tányérszámát és η a tányérköteg hatásfokát (K. Pippel: Chemische Technik, 17, 1965. Nr. 12. 729— 738. old.) jelenti.

A kiforraló szakasz tényleges tányérszámának meghatározására a fentivel azonos tányérköteget tartottuk meg. Ebbe

1,493 · 10³ m³/h levegőt és

4,256 m³/h vizet vezettünk. A tányérköteg hatásfokát ezúttal tehát a rektifikáló szakaszban alkalmazottnál nagyobb terhelésre, de azonos módon határoztuk meg. A felvett tartózkodási időspektrumokból az alábbiakat lehetett leolvasni:

(At)₂=149s és (At_m)₂=79s.

Ezekből a kiforraló szakaszban levegő—víz rendszer esetén szükséges tényleges tányérszám (N_eff)₂= 12Í1 -~ j · 3=16,91 ~ 17-nek adódott.

Az egész kolonnában szükséges tényleges tányérszám (biztonsági tényező nélkül) tehát (N_eff)=(N_eff),+(N_eff)₂=20 + 17=37 lesz.

Fentiekből következően a levegő—viz rendszerre érvényes átlagos tányérhatásfok a rektifikáló szakaszban ⁽+>i=^0-⁷⁵⁰

N_eff=20+21=41.

A találmány, amint azt a bemutatott példa két kolonnaszakaszra is bizonyítja mérési alapokon nyugvó és egyszerű számítási munkát igénylő végeredményhez vezet.

A kiszorításos technika alkalmazása esetében a koncentráció, ill. az attól függő jellemző érték időbeli változása ún. átmeneti függvényt mutat. Mivel az átmeneti függvény és a tartózkodási időspektrum között, amint az ismeretes, összefüggés áll fenn, az átmeneti függvényt tartózkodási időspektrummá át lehet alakítani. Ezután a példa szerint kell eljárni.

Claims

45 Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák azonos geometriájú és/vagy azonos terhelésű tányérjai hatásfokának előzetes meghatározására adott elméleti

50 tányérszámú kolonna tényleges tányérszámának megállapításához, amelynek során legalább két azonos geometriájú tányérból és egy gőz- vagy gázelosztóból, vagy célszerűen legalább három azonos geometriájú tányérból álló tányérkötegbe, amely egy berendezésbe van be55 építve, felülről egy folyadékot, alulról egy gőzt vagy gázt vezetünk és egy vagy több tányér hatásfokát a vizsgáló berendezés üzemeltetése útján meghatározzuk, azzal jellemezve, hogy a hatásfok előzetes meghatározásához a bevezetett folyadék tartózkodási időspektrumát a tá60 nyérkötegnek legalább egy tányérján megmérjük. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzaljellemezve, hogy a bevezetett folyadékba impulzusszerűen egy, a folyadékban oldható, nem illékony

65 radioaktív anyagot vagy egy elektrolitot, vagy egy festé8

13/a tányérra, majd innen a 12 tányérköteg legalsó tányérjára, esetünkben 14 levegőelosztón át 17 tartályba folyik.

Kis folyadékterhelésű tányérok vizsgálata esetén a 12 tányérkötegbe vezetendő víz az 1/a és 1/b víztöltő vezetéken át közvetlenül, tehát a 2 tartály a 3 szívóvezeték és a 4 szivattyú kiiktatásával jut a 12 tányérkötegbe.

A 18 levegőszállító megindításával a levegőt 19 vezetéken át ugyancsak a 17 tartályba nyomjuk, ahonnan a 14 levegőelosztón át a 13/a és 13 tányérokon keresztül haladva elhagyja 12 tányérköteget és a szabadba távozik.

A 17 tartályon át a 12 tányérkötegbe vezetett levegő mennyiségét a 19 vezetékbe épített 20 mennyiségmérő méri.

A vizsgálandó tányér kimérése előtt a 31 tartályba a 30 vezetéken át adott mennyiségű nyomjelző anyagot töltünk, majd azt az 1/a és l/c vízvezetéken átfolyó vízzel felhígítjuk. Az így készített híg nyomjelzőanyagoldatot a 33 szivattyúval homogenizáljuk, amely az oldatot a 32 szívóvezetéken szívja és a 34 cirkulációs vezetéken át vezeti vissza a 31 tartályba.

Miután előbb a kézzel beállított, a 6 vízmennyiségmérőn átfolyó víz, majd az ugyancsak kézzel beállított, a 20 mennyiségmérőn átáramló levegő mennyiségét a fentiekben leírt módon a 12 tányérkötegbe vezetjük, egymásután legalább három alkalommal megmérjük a 12 tányérköteg középső, esetünkben 13/a tányérján a levegőáramban bekövetkező nyomásesést a 21 nyomáskülönbség mérő műszerrel, amely a 21/a és 2l/b csonkokkal kapcsolódik a 12 tányérköteghez. Ha az egymás után legalább háromszor mért nyomásesés változatlan víz- és levegőmennyiség esetén állandó értéket mutat, a 13/a tányérról lefolyó folyadékba merülő 15/a érzékelővel összekötött 16 műszerrel esetenként egyenlő időközökben megmérjük a bevezetett víz jellemző fizikokémiiii értékét (például pH-ját vagy vezetőképességét stb.). Adott esetben a 15/a érzékelő helyett ugyanilyen jelű mintavevő csonkon át a 13/a tányér folyadékából kivett fizikai-kémiai jellemzője egyéb módon (például titrálással) is vizsgálható. Ezt követően a 4 szivattyú leállításával — és a megfelelő szerelvények elzárásával — egyidejűleg megindítjuk a 33 szivattyút, amely — a megfelelő szerelvények egyidejű nyitásával — a már homogenizált nyomjelző anyag-oldatot a 35 nyomóvezetéken áramló folyadék mennyiségét úgy kell a megfelelő elzárószerelvényckkcl beállítani, hogy a 6/a folyadékmenynyiségmérő ugyanazt az értéket mutassa, mint a 6 vízmennyiségmérő a 12 tányérköteg vízzel való működése során.

Ezután a 15/a érzékelő, valamint a 16 műszer segítségével, illetve a 15/a mintavevő csonkon át vett minta elemzésével most már a nyomjelző anyag-oldat jellemző fizikai-kémiai értékét mérjük meg.

A 7 csonkon keresztül adagolt víz és nyomjelző anyag-oldat a 17 tartályban gyűlik össze. Ezt a felhígult nyomjelző anyag-oldatol egy-egy méréssorozat befejeztével a 24 leürítő csonkon át megfelelő szennyvízkezelésnek vetjük alá.

A következő mérést úgy végezzük, hogy a 6 vízmenynyiségmérőn és a 20 levegő mennyiségmérőn mérve az előzőknél nagyobb mennyiségeket állítunk be azzal, hogy a levegő és a víz térfogatáramainak (m³/h) hányadosa az első méréssorozatban beállítottál egyenlő legyen. Továbbiak során ugyanolyan módon járünk el, mint a fentebb leírtak. Egy-egy méréssorozat célszerűen 5—5 különböző levegő és vízmennyiséggel végzendő.

A kiszorításos technika jellegéből következően a 12 tányérkötegbe vezetett víz, majd ezt követően a nyom5 jelző anyag-oldat bevezetésekor a tányérköteg bármely tányérján elhelyezhető 15 érzékelő és a 16 műszer által mérhető, esetenként a 15 mintavevő csonkon át kivett folyadék elemzése révén meghatározható jellemző fizikai-kémiai érték csak kvalitatív módon jelzi a vízről 10 nyomjelző anyag oldatra való fentebb ismertetett átkapcsolást. A 2. ábrán a 15 érzékelő a 12 tányérköteg legfelső 13 tányérjára vezetett folyadékba nyúlik. Ezzel szemben a 12 tányérköteg legalsó tányérjáról, esetünkben a 13/a tányérról lefolyó folyadék jellemző fizikai15 kémiai értékét a vízzel való működtetés során és a nyomjelző anyag-oldatra való, már ismertetett átkapcsolás után egyaránt a 15/a érzékelő, valamint a 16 műszer folytatólagosan, egyenlő időközökben méri. Adott esetben a 15/a mintavevő csonkon át kivett víz, majd az át20 kapcsolás után nyomjelző anyag-oldat elemzésével lehet a víz, majd a nyomjelző anyag-oldat jellemző fizikaikémiai értékét megmérni. A 15/a érzékelő és a 16 mérőműszer által mért, illetve a 15/a mintavevő csonkon át vett víz és nyomjelző-oldat minták elemzéséből adódó

25 értékeket a mért időintervallumok függvényében grafikusan ábrázoljuk. Ezen az úton ismét a tartózkodási időspektrumot állítottuk elő.

30 Példa

Atmoszferikus desztilláció céljára kolonnát építettünk. A kolonna elméleti tányérszáma a rektifikáló szakaszban (N_th)[ = 15,

35 a kiforraló szakaszban (N_th)₂= 12, összesen tehát (N_th)=(N_Ih)₁+(N,_h)₂=15 + 12=27 volt.

A kolonnaszakaszok gőz- és folyadékáramai az elméleti számításokból adódóan az alábbiak

40 a rektifikáló szakaszban (V_D), = 1,317 · 10³ m³/h (V_f)₁₌2,2195 m³/h a kiforraló szakaszban (V_D)₂= 1,493· 10³ m³/h (V_F)₂=4,256 m³/h

További, az egyes kolonnaszakaszokra alapulvett ada45 tok a következők a rektifikáló szakaszban: hőmérséklet Tj = 359 K, móltömeg M!=41,6 kg/mol a kiforraló szakaszban:

50 hőmérséklet T₂=379 Kj móltömeg M₂= 19,5 kg/mol

Előzetes számítások alapján mindkét kolonnaszakaszra azonos harangtányért választottunk, amelynek átmérője 750 mm. Valamennyi tányéron 18—18 harangot

55 helyeztünk el (a harangok átmérője 90 mm). A választott harangtányér részletei az irodalomban (E. Kirschbaum: Chemie Ing. Techn. 26, 1954. Nr. 8/9. 461. old.) megtalálhatók.

A számítások szerint valamennyi harang rései a gőz60 áram hatására mindkét kolonnaszakaszban teljesen „kinyílnak”.

Abból a célból, hogy a választott harangtányérok hatásfokát levegő—víz rendszerrel meg tudjuk mérni, ⁶⁵ n_eff=3

-815 két (nyomjelző anyagot) adagolunk, és azután a nyomjelző anyag koncentrációját vagy a koncentrációtól lineárisan függő fiziko-kémiai jellemzőjét legalább az elfolyó folyadékban meghatározott időközökben megmérjük. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a bevezetett folyadékáramot megszakítjuk és ahelyett folytonos áramban vagy egy nem illékony radioaktív anyag, vagy egy elektrolit, vagy egy festék oldatát (nyomjelző anyag-oldatát) vezetjük a tányérkötegbe, majd az oldott nyomjelző anyag koncentrációját, vagy a koncentrációtól lineárisan függő fiziko-kémiai jellemzőjét az elfolyó folyadékban meghatározott időközönként megmérjük. (Elsőbbsége:

1981. V. 14.)
4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a tartózkodási időspektrum méréséhez folyadékként vizet, gázként levegőt használunk. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
5. Berendezés desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák azonos geometriájú és/vagy terhelésű tányérjai hatásfokának előzetes meghatározására, amely legalább két tányért (13, 13/a) és egy levegőelosztót (14) vagy célszerűen legalább három azonos geometriájú tányért magában foglaló tányérkötegből (12) áll, amelyhez menynyiségmérő műszerrel (6) ellátott víztöltő csővezeték (1/a) csatlakozik és amely továbbá a tányérköteget (12) magában foglaló és mennyiségmérő műszeren (20) át levegőforrással (18) összekötött tartályból (17) áll és amely lefolyó csonkkal (24), valamint nyomáskülönbségmérő műszerrel (21) van ellátva, azzal jellemezve, hogy adagoló csonkja (7) nyomjelző anyag vezetékkel (11) vagy nyomjelző anyag oldatának vezetékével (35) van összekötve, és hogy a tartálykÖteg (12) egy mérőműszerhez (16) csatlakozó mérőelektródákkal vagy mintavevőkkel (15, 15/a) van ellátva. (Elsőbbsége: 1981.

V. 14.)
6. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az adagoló csonkhoz (6) nyomjelző anyag vezeték (11) csatlakozik, amely nyomjelző anyag betöltő csonkkal (8) ellátott adagolóval (9) van összekötve. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
7. A 6. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a nyomjelző anyag-adagolóhoz (9) sűrített levegő vagy valamely inertgáz nyomóvezetéke (10) csatlakozik. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
8. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az adagoló csonkhoz (7) szállító szivattyúval (33) ellátott nyomjelző anyag oldatának vezetéke (35) csatlakozik, amely nyomjelző anyag betöltő csonkkal (30) ellátott nyomjelző oldat tároló tartálylyal (31) van összekötve. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
9. A 8. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a nyomjelző anyag oldatának szállítására szolgáló szállító szivattyú (33) szívó oldala szívóvezetéken (32) át a nyomjelző anyag oldat tároló tartályához (31), valamint hogy a szállító szivattyú (33) nyomóoldala folyadékmennyiségmérő műszerrel (6/a) ellátott nyomjelző oldat vezetékkel (35) az adagoló csonkhoz (7) és cirkulációs vezetéken (34) át a nyomjelző oldat tároló tartályhoz (31) van kapcsolva. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a nyomjelző oldat tároló tartálynak (31) vízbetöltő csonkja (1/c) van. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
11. Az 5—10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzaljellemezve, hogy a tányérköteg (12) adagoló csonkjához (7) víztöltő vezetékkel (1/a) ellátott folyadéktároló tartály (2), ill. nyomjelző oldat tároló tartály (31) csatlakozik. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
12. A 11. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a folyadéktároló tartály (2), ill. nyomjelző-oldat tartály (31) szívóvezetéken (3, 32), szállító szivattyún (4, 33), nyomóvezetéken (5, 35) és menynyiségmérő műszeren (6, 6/a) át a tányérköteg (12) adagoló csonkjához (7) csatlakozik. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
13. Az 5—12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tányérköteg (12) más méretű és/vagy elrendezésű tányérokból (13, 13/a) és levegőelosztóból (14) álló másik tányérkötegre kicserélhető módon van kiképezve. (Elsőbbsége: 1981. V. 14.)
14. Desztilláló és/vagy abszorpciós kolonna, azzal jellemezve, hogy tényleges tányérszáma ahol

N_th kolonna elméleti tányérszámát,

N_eff az adott tányérköteg tényleges tányérszámát,

Át a tartózkodási időspektrumok középértékeinek a legalsó tányérról lefolyó és a legfelső tányérra vezetett vízben mért különbségét,

Át_m a tartózkodási időspektrumok maximumai helyeinek a legalsó tányérról lefolyó és a legfelső tányérra vezetett vízben mért különbségét jelenti. (Elsőbbsége: 1982. V. 19.)