NL8301901A - Inrichting voor het uitvoeren van een stofwisselingsproces. - Google Patents

Description

T/FDO-15 1

INRICHTING VOOR HET UITVOEREN VAN EEN

STOFWISSELINGSPROCES.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een stofwisselingsproces tussen ten minste twee fluïda, omvattende een van toe- en afvoerleidingen voor de fluïda en een verdelingsvulling voorziene kamer en midde-5 len voor het aan de fluïda toevoeren of daarvan afvoeren van warmte.

Dergelijke inrichtingen voor stofwisselingsprocessen zijn algemeen bekend. Onder stofwisseling wordt hier verstaan processen zoals absorptie, desorptie en rectificatie.

Ingeval een inrichting van de bovenomschreven soort ge-bruikt wordt voor absorptie worden de fluïda gevormd door een vloeibaar absorbent en een gas of damp. De verdelingsvulling dient voor het in de vorm van een film over een groot oppervlak verdelen van het absorbent en voor het verkrijgen van een zodanige stroming onder invloed van de zwaartekracht van 15 dit absorbent dat telkens de zich aan het filmoppervlak bevindende vloeistof gemengd wordt met de overige vloeistof, zodat de oppervlaktevloeistof telkens wordt "ververst" waardoor een goede absorptie mogelijk wordt.

Stofwisselingsprocessen gaan over het algemeen gepaard 20 met een enthalpieverandering, zodat warmte vrij komt of wordt opgenomen. Bijvoorbeeld komt bij absorptie van damp warmte vrij, terwijl bij rectificatie enerzijds warmte wordt toegevoerd en anderzijds warmte wordt afgevoerd, en bij desorptie warmte wordt toegevoerd. Bij een procés zoals absorptie is 25 het gebruikelijk om de vrijgekomen warmte af te voeren door het absorbent na het verlaten van de absorber te koelen. De bekende inrichtingen nemen in het algemeen voor hun capaciteit relatief veel ruimte in en zijn daardoor duur, terwijl het moeilijk is om het stofwisselingsproces met een goed ren-30 dement te laten verlopen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een inrichting van de in de aanhef omschreven soort te verschaffen die een hoog rendement van het stofwisselingsproces mogelijk maakt terwijl de fabrikagekosten aanvaardbaar zijn.

8301901 2

Dit doel wordt bij een inrichting volgens de uitvinding bereikt doordat de kamer gevormd wordt door een aantal elk door twee scheidingsplaten begrensde smalle kanalen, doordat de verdelingsvulling bestaat uit een vulelement in elk kanaal 5 in de vorm van een aantal zich in verticale richting naast elkaar uitstrekkende en ten opzichte van de aangrenzenden verschoven zig-zag-vormige, met de toppen afwisselend met de tegenover elkaar liggende scheidingsplaten in thermisch contact verkerende stroken, en doordat telkens tussen twee naar el-10 kaar gekeerde scheidingsplaten van aangrenzende kanalen een kanaal voor een warmtetransportmedium wordt gevormd. Hierdoor wordt een opbouw van de stofwisselingsinrichting bereikt die op zichzelf grotendeels bekend is in de toepassing als warmtewisselaar. Door de speciale vorm van het vulelement treedt au-15 tomatisch een goede verdeling van de fluïda en in het bijzonder van fluïda in vloeibare vorm, zoals in het geval van ab-sorbtie het vloeibare absorbent, over het beschikbare oppervlak in de kanalen op. De noodzaak van gecompliceerde verdeel-leidingen en dergelijke vervalt dus. Tevens wordt voorkomen, 20 dat de vloeistof in neerwaartse richting weer tot stralen samentrekt. De vloeistof blijft bij het naar beneden stromen over de breedte van het vulelement verspreid. Bovendien treedt bij het doorstromen van het kanaal door het absorbent telkens contact op met de scheidingsplaten waardoor warmte-25 transport naar of van het warmtetransportmedium plaats vindt. Ook vindt warmtetransport plaats via het vulelement naar of van de vloeistof zoals het absorbent. De stofwisseling vindt dus niet-adiabatisch plaats. Het zal op thermodynamische gronden duidelijk zijn, dat het stofwisselingsproces hierdoor met 30 een hoog rendement kan verlopen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de vorm van het vulelement zodanig dat elke strook ten opzichte van de aangrenzende stroken verschoven is over de helft van de afstand van twee aangrenzende, naar dezelfde 35 zijde wijzende toppen. Hierdoor worden aan beide zijden van het vulelement gelijke schuine "kanaaltjes" gevormd tussen de respectieve scheidingsplaat en de versprongen opeenvolgende verdiepte gedeelten van de stroken. De fluïda verspreiden zich dus goed langs deze schuine kanaaltjes over het gehele 8301901 3 oppervlak van het vulelement en de scheidingsplaten, hetgeen voor een goede niet-adiabatische stofwisseling gunstig is.

De zich tussen de toppen uitstrekkende strookdelen zijn bij voorkeur althans nagenoeg vlak, zodat de vloeibare fluïda 5 telkens over een zo kort mogelijke afstand van deze strookdelen naar de aangrenzende scheidingsplaat stromen om een maximale warmte-overdracht te bereiken. De op een dergelijk strookdeel neergekomen vloeistof stroomt dus telkens langs een scheidingsplaat naar een volgend strookdeel.

10 Wanneer de kanalen voor het warmtetransportmedium voor zien zijn van eenzelfde vulelement als de kanalen voor de stofwisselingsfluïda wordt een uniforme en daardoor prijstech-nisch gunstige inrichting verkregen.

Volgens de uitvinding kan het warmtetransportmedium ge-15 vormd worden door ten minste één een zijn enthalpie wijzigend proces uitvoerend fluïdum. Dit proces kan, al naar gelang warmtetoevoer of warmte-afvoer nodig is bijvoorbeeld condensatie of verdamping zijn.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding 20 wordt het warmtetransportmedium gevormd door een een stofwisselingsproces uitvoerend tweede stel fluïda. In dit geval zal in de kanalen voor dit tweede stel fluïda bij voorkeur eveneens een vulelement als hierboven oraschreven worden toegepast. In een geschikt toepassingsvoorbeeld van deze uitvoe-25 ringsvorm van de uitvinding voert het eerste stel fluïda een absorptieproces uit, terwijl het absorbent van boven naar beneden stroomt en voert het tweede stel fluïda een desorptie-proces uit terwijl het mengsel daarbij van beneden naar boven stroomt. De twee fluïdastromen wisselen dus in tegenstroom 30 warmte met elkaar uit. De inrichting kan daarbij zodanig zijn uitgevoerd dat eventueel additioneel noodzakelijke warmte-toe- of -afvoer op de gewenste plaatsen geschiedt. De laatst-omschreven uitvoeringsvorm waarbij gelijktijdig een absorptie-en een desorptieproces plaatsvindt is bijzonder geschikt om 35 toegepast te worden bij een sorptiewarmtepomp. Door de direk-te warmte-uitwisseling tussen het absorptie- en desorptieproces wordt een hoog rendement bereikt.

Uit EU-A-0.070.917 is een verdelingsvulling voor een stofwisselingskolom bekend. De vulling omvat een aantal el- 8301901 4 kaar kruisende stroken. Het vulelement heeft niet de vorm van een aantal zich in verticale richting naast elkaar en ten opzichte van de aangrenzenden verschoven zig-zag-vormige, met de toppen afwisselend met tegenover elkaar liggende schei-5 dingsplaten in contact verkerende stroken. Bovendien betreft de genoemde octrooiaanvrage een stofwisselingsinrichting waarbij het stofwisselingsproces adiabatisch verloopt.

De uitvinding zal in de navolgende beschrijving verder uitéén worden gezet aan de hand van de bijgevoegde tekening-10 en.

Fig. 1 toont een gedeeltelijk doorgesneden en gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een stofwisselingsinrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont een gedeeltelijk weggebroken perspecti-15 visch aanzicht van een stofwisselingskanaal van de inrichting van fig. 1.

Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm van het stofwisselingskanaal .

De in fig. 1 getoonde inrichting is in het bijzonder be-20 stemd voor het uitvoeren van een absorptieproces. Onder in de inrichting 1 wordt via de damptoevoer 14 een te absorberen damp toegevoerd. Het vloeibare absorbent wordt boven in de inrichting 1 toegevoerd via de toevoer 9 en onder in de inrichting afgevoerd via de afvoer 13.

25 Het absorptieproces vindt plaats in een kamer 2 die vol gens de uitvinding gevormd wordt door een aantal smalle kanalen 3. Elk kanaal 3 wordt begrensd door twee scheidingplaten 5. In de kanalen 3 is een verdelingselement 4 opgenomen dat nog nader zal worden beschreven. Telkens tussen twee naar el-30 kaar toe gekeerde scheidingsplaten 5 van aangrenzende kanalen 3 worden kanalen 6 gevormd voor een koelmedium. Dit koelmedium wordt aan de inrichting 1 toegevoerd via de toevoer 17 en afgevoerd via de afvoer 18.

Het pakket platen 5 wordt omsloten door een kast 16. Bo-35 ven op de kast 16 is een kap 8 aangebracht en onder aan de kast 16 is een kap 12 aangebracht. De kappen 8 en 12 vormen te zamen met de kast 16 een gesloten ruimte. De kanalen 3, waarin het absorptieproces plaats vindt, zijn naar boven en beneden toe open. De absorbent-toevoer 9 loopt door in een 8301901 5 verdeelbuis boven in de kap 8. De verdeelbuis is voorzien van een aantal gaten 10 waardoorheen de absorptievloeistof, zoals aangegeven met pijlen 11, in de kanalen 3 kan druipen. Onder invloed van de zwaartekracht stroomt het absorbent door de ka-5 nalen 3 naar beneden en wordt ten slotte opgevangen in de bak 12, waaruit het weer via de afvoer 13 wordt afgevoerd. De damptoevoer 14 loopt in de kap 12 door in een buis die aan de onderzijde voorzien is van een verdeelsleuf 15. De damp stroomt via deze sleuf uit in de kanalen 3. Ten gevolge van 10 de in de kanalen 3 plaatsvindende absorptie treedt een damp-drukverschil op, waardoor de damp in de kanalen 3 naar boven stroomt. Tijdens dit naar boven stromen van de damp komt deze damp in contact met het absorbent en wordt daardoor geabsorbeerd.

15 De bij deze absorptie vrijkomende warmte wordt vol gens de uitvinding direkt afgevoerd door een warmtetransport-medium dat door de aan de stofwisselingskanalen 3 grenzende kanalen 6 stroomt. Voor de toevoer van het warmtetransportme-dium, dat in dit geval dus een koelmedium is, zijn de kanalen 2^6 aan de achter-onderzijde van de inrichting 1 open. Deze opening en 20 worden omsloten door een kap 19 waarin de koelme-diumtoevoer 17 uitmondt. Het koelmedium kan dus via de kap 19 en de openingen 20 in de kanalen 6 terechtkomen. Aan de bovenvoorzijde van de inrichting 1 zijn de koelmediumkanalen 6 op 25overeenkomstige wijze open. Deze openingen 22 worden omgeven door een kap 21, die verbonden is met de mediumafvoer 18. Het koelmedium stroomt dus in de richting van de pijl 23 van de toevoer 17 door de kanalen 6 naar de afvoer 18.

Fig. 2 toont duidelijk de vorm van de in fig. 1 toege-Jupaste vulelementen 4. Het vulelement 4 heeft volgens de uitvinding de vorm van een aantal zich in verticale richting naast elkaar uitstrekkende zig-zag-vormige stroken 31. De aan elkaar grenzende stroken 31 zijn ten opzichte van elkaar over de helft van de afstand van twee aangrenzende, naar de-

O C

zelfde zijde wijzende toppen (bijvoorbeeld 36) verschoven. De stroken 31 zijn met de toppen 36, 37 afwisselend met de tegenover elkaar liggende scheidingswanden 5 verbonden. Deze verbinding brengt de stroken in warmtegeleidend contact met de scheideingswanden 5 en kan bijvoorbeeld een soldeerverbinding 8301901 6 zijn. In de getoonde uitvoeringsvorm is het vulelement 4 vervaardigd uit één plaat materiaal. De stroken 31 zijn door een op zichzelf bekende persbewerking in de plaat aangebracht. De stroken 31 zijn daarbij ter plaatse 29 met elkaar verbonden.

5 Bij de vormgevingsbewerking zijn tussen de aangrenzende stroken openingen 30 gevormd. Deze openingen liggen in een verticaal vlak. De absorptievloeistof, waarvan de stroming met gestippelde pijlen 34 is aangegeven, wordt dus gedwongen zijdelings uit te wijken. Er bestaat geen mogelijkheid van een di-10 rekte verticale stromingsweg voor het absorbent. Volgens de uitvinding zijn de zich tussen de toppen 36, 37 uitstrekkende strookdelen 32 althans nagenoeg vlak. Hierdoor wordt bereikt, dat de op het betreffende strookdeel 32 terechtgekomen vloeistof direkt naar de aangrenzende scheidingsplaat 5 stroomt.

15 Wanneer de vloeistof aan het einde van het strookdeel 32 tegen de scheidingsplaat 5 aan gekomen is, stroomt het zijdelings weg, waarbij deze vloeistof gedeeltelijk door de daaronder liggende opening 30 naar de andere zijde van de strook stroomt. De vloeistof stroomt nu op overeenkomstige wijze 20 naar de tegenover liggende scheidingsplaat 5 en vervolgens weer opzij. Behalve warmte-uitwisseling via de strookdelen 32 vindt dus ook telkens uitwisselend contact met de scheidings-platen 5 plaats. In het bijzonder komt telkens de oppervlakte-laag van de vloeistoffilm met de scheidingsplaten 5 in con-25 tact. In deze oppervlakte laag treedt de absorptie op, zodat deze de hoogste temperatuur heeft. De ontstane absorptiewarm-te wordt dus voor een belangrijk deel direct, en niet via de vloeistoffilm en het vulelement, afgevoerd naar het koelmedium. De met de getrokken pijlen 35 aangegeven damp stroomt 30 via de openingen 30 omhoog en wordt gaandeweg door het absorbent geabsorbeerd. Doordat het absorbent van strookdeel naar strookdeel stroomt vindt een goede menging van het absorbent plaats, zodat een met damp verzadigd oppervlak direkt wordt vervangen door nog niet verzadigde vloeistof.

35 Zoals reeds eerder werd opgemerkt, zijn in de getoon de uitvoeringsvorm de stroken 31 ten opzichte van elkaar verschoven over de helft van de afstand van twee aangrenzende toppen 36. Hierdoor ontstaan tussen de respectieve scheidings-platen 5 en de desbetreffende zijde van het vulelement schui- 8301901 7 ne "kanaaltjes" die aangegeven zijn met de dubbel getekende pijlen 33. Door deze eigenschap zal een op een bepaalde plaats boven in het kanaal 3 toegevoerde druppel absorbent zich snel, dat wil zeggen over een geringe verticale afstand, 5 over de breedte van het kanaal 3 uitspreiden. Hierdoor wordt verzekerd dat het totale oppervlak van het vulelement 4 wordt bevochtigd, en dus een maximaal absorptie-oppervlak wordt verkregen .

Het in fig. 3 getoonde vulelement 40 bestaat eveneens 10 uit een aantal zich in verticale richting naast elkaar uitstrekkende zig-zag-vormige stroken 42, die opgenomen zijn tussen scheidingsplaten 41. De stroken 42 kunnen ook hier gevormd worden uit één plaat materiaal. De zig-zag-vorm van het vulelement 40 is meer afgerond. Bovendien zijn de aangrenzen-15 de stroken 42 over een kleinere afstand dan de helft van de afstand tussen twee aangrenzende toppen ten opzichte van elkaar verschoven.

Hierdoor wordt bereikt, dat de openingen 43 tussen de aangrenzende stroken 42 een spleetvorm hebben. Bovendien is 20 de helling van de strookdelen 46 relatief gering. De vloeistof zal daardoor minder snel door het kanaal naar beneden stromen. Afhankelijk van de omstandigheden kan het gewenst zijn om de absorptievloeistof langer in het kanaal te laten verblijven om zo een maximale absorptie te bereiken. In fig.

25 3 is weer met de getrokken pijlen 45 de omhoog gerichte damp-stroom aangegeven.

De dimensionering van het vulelement is zodanig, dat de vloeistof waarmee de inrichting moet worden gebruikt, vrij door de openingen tussen de stroken kan stromen, zonder dat 30 daarbij vliesvorming over de openingen 30 optreedt. Wanneer namelijk de openingen met een vlies afgesloten zouden worden, zou hierdoor de dampstroom worden belemmerd, hetgeen de goede werking nadelig beïnvloedt. De maat van de openingen en daarmee van de zig-zag-vorm kan dus op eenvoudige wijze proefon-35 dervindelijk worden bepaald.

Zoals reeds is opgemerkt, kan in de kanalen 6 voor het warmtetransportmedium ook een vulelement worden toegepast, teneinde de warmte-overdracht te verhogen. De vorm van het vulelement is afhankelijk van de benodigde warmte-overdracht 8301901 8 en het stromingsgedrag van het warmtetransportmedium. Op gunstige wijze kan het vulelement voor de warmtetransportmedi-umkanalen dezelfde vorm hebben als die voor de stofwisselings-kanalen, zodat een rationele produktie van de inrichting vol-5 gens de uitvinding mogelijk is.

Voor een goed warmte-overdragend contact tussen de scheidingsplaten en de vulelementen en bovendien voor het ten opzichte van elkaar hermetisch afsluiten van de verschillende kanalen, kan de gehele inrichting op gunstige wijze worden ge-10 soldeerd. Deze techniek is op zichzelf bekend voor de vervaardiging van warmtewisselaars.

8301901

Claims (6)

1. Inrichting voor het uitvoeren van een stofwisselingsproces tussen ten minste twee fluïda, omvattende een van toe- en afvoerleidingen voor de fluïda en een verdelingsvul-ling voorziene kamer en middelen voor het aan de fluïda toe- 5 voeren of daarvan afvoeren van warmte, met het kenmerk, dat de kamer gevormd wordt door een aantal elk door twee scheidingsplaten begrensde smalle kanalen, dat de verde-lingsvulling bestaat uit een vulelement in elk kanaal in de vorm van een aantal zich in verticale richting naast elkaar 10 uitstrekkende en ten opzichte van de aangrenzenden verschoven zig-zag-vormige, met de toppen afwisselend met de tegenover elkaar liggende scheidingsplaten in thermisch contact verkerende stroken, en dat telkens tussen twee naar elkaar gekeerde scheidingsplaten van aangrenzende kanalen een kanaal voor 15 een warmtetransportmedium wordt gevormd.

2. Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat elke strook ten opzichte van de aangrenzende stroken verschoven is over de helft van de afstand van twee aangrenzende, naar dezelfde zijde wijzende toppen.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de zich tussen de toppen uitstrekkende strookdelen althans nagenoeg vlak zijn.

4. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kanalen voor het 25 warmtetransportmedium voorzien zijn van eenzelfde vulelement als de kanalen voor de stofwisselingsfluïda.

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmtetransportmedium gevormd wordt door ten minste één een zijn enthalpie wij- 30 zigend proces uitvoerend fluïdum.

6. Inrichting volgens conclusie 4 en 5, met het kenmerk, dat het warmtetransportmedium gevormd wordt door een een stofwisselingsproces uitvoerend tweede stel fluïda. 35 8301901