NO168748B - Innretning for ensartet fordeling av en vaeske paa vekslerpartier i en stoff- eller varmevekslerkolonne. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for ensartet fordeling av en væske på utskiftbare partier av en stoff- eller varmevekslerkolonne, ifølge kravinnledningen.

Væskefordelere har som formål å fordele væsken ensartet over slike kolonners tverrsnitt. Vanlige typer kolonner hvor oppfinnelsen med fordel kan benyttes er især kolonner hvor de utskiftbare partier består av pakninger, eksempelvis av riflede, lamellformede elementer. Imidlertid kan oppfinnelsen også benyttes ved kolonner hvor de utskiftbare partier består av uregelmessige oppkastinger av fyllegemer, eksempelvis Raschig-ringer, eller en bunt med vertikale, parallelt anordnede kanaler, hvor de enkelte kanaler ved større diametre er utfylt med fyllegemer eller hvor ved kanaler med mindre diametre, kolonnen er utformet som såkalt filmkolonne.

I slike kolonner kan det gjennomføres eksempelvis destillering, rektifisering, ekstraksjon, absorpsjon, også en utskillelse av isotope elementer fra et stoff på grunnlag av en kjemisk vekslingsreaksjon, samt også en varmeutveksling mellom en væske og et damp- hhv. gassformet medium.

Av det store antall væskefordelere beskrives i det etterfølgende noen kjente og ofte benyttede typer.

Således består eksempelvis en kjent utførelse i å utforme væskefordelere som hull- eller silbunner med et stort antall ensartet anordnede huller eller hullrør med overløpssystemer.

Denne utførelse har ulempen med en stor avdekking av kolonnetverrsnittet for å kunne oppnå en noenlunde ensartet væskefordeling over hele kolonnetverrsnittet. Til tross for dampkaminene og den mulige spalt mellom fordeler og kolonnevegg, er det frie tverrsnitt for dampgjennomstrømningen meget innsnevret, noe som fører til et stort trykkfall. Det er også foreslått å anbringe små rør i siden. Dette trekk øker riktignok væskefordelingens ensartethet, men er kun i stand til å nedsette gassens store trykkfall ubetydelig.

En ytterligere kjent utførelse består i å utforme væskefordelere som såkalte kasse- eller rørfordelere med hull på undersiden for væskeavløpet.

Disse fordelersystemer har imidlertid den vesentlige ulempe at væsken kun kan strømme bort under kassene, hhv. rørene. Dette medfører igjen at det kreves et stort antall kasser, hhv. rør for å oppnå en fin fordeling av væsken, noe som på den ene side medfører et stort gasstrykkfall og på den annen side er konstruktivt omstendelig. Som kjent avhenger virkningen, i de først nevnte tilfeller, skillevirkningen, og i det siste tilfelle varmeoverføringen, vesentlig av en ensartet og fin fordeling av væsken på vekslerdelens overflate.

Fra DE 2 752 391 er en fordeleranordning kjent som består av parallelt med hverandre anordnede, U-formede og oppad åpne renner som ved den øvre kant av de oppad stående ben, har V-formede slisser som uttaksåpninger for væsken. Foran uttaksåpningene for væsken skal gjennomgående ledervegger befinne seg i en liten avstand.

Spalten mellom benene og lederveggene dimensjoneres slik at den væskemengde som trenger ut, utfyller spalten. Væsken "sammenpresses" i spalten slik at; det oppstår en bred væskestrøm. Lederveggene skal rage over. rennenes ben og likeledes ha overløpsslisser slik at den\ væske som oppdemmes i spalten ved store belastninger, kan:strømme1 bort via disse slisser. For også å kunne oppnå en avstrømming av væsken på ønsket måte ved mindre væskemengder, skal trådnett. eller strekkgittere være anordnet i spaltene slik at det på grunn, av de kapillarkrefter som oppstår i forbindelse med oppdemmingstrykket mot uttaksåpningene umiddelbart bak disse, oppnås; en tverrfordeling av væsken.

Denne kjente fordeler har en rekke vesentlige ulemper. Lederveggenes avstand fra rennenes ben må reguleres nøyaktig tilsvarende væskebelastningen slik at det kreves driftsstans når driftsbetingelsene endres.

Da spaltebredden er flere ganger mindre enn uttaksåpningene og spaltene i tillegg også kan inneholde trådnett eller strekkgitter, er faren for tilsmussing og dermed tilstopping stor. Videre er de kjente anordninger i det vesentlige overløpssystemer slik at de er meget ømfintlige

overfor skrå plasseringer.

Den væske som trenger inn i spalten har i tillegg en relativt liten utgangshastighet, da oppdemmingshøyden i overløps-slissene i rennenes ben er relativt liten og utløpshastigheten avhenger av oppdemmingshøyden.

Det er oppfinnelsens mål å frembringe en innretning for ensartet fordeling av en væske på vekslerpartier i en stoff- og varmevekslerkolonne, som har gode fordelingsegenskaper, som i stor grad er uavhengig av væskebelastningen og som videre er konstruktiv enkel. Dette mål oppnås med de i kravene anførte trekk.

Ved oppfinnelsen utnyttes den kinetiske energi i en væskestråle for fordeling av væsken.

Med oppfinnelsen oppnås derfor en god funksjon da fordelingen av væsken på anslagsveggen også i et meget stort område på eksempelvis 50 til 200 mm tilløpshøyde, overraskende nok kun endres uvesentlig, slik det fremgår av de etterfølgende måledata.

Her var utløpsrørets diameter 6 mm, avstanden til anslagsveggen 12 mm, anslagsveggens høyde, dvs. væskens fallhøyde fra hullet til pakningens overflate, lik 120 mm, væskefilmens bredde, dvs. væskestrimmelens lengde, lik b (mm), oppdemmingshøy-den i armkanalen lik h (mm) og testmediet 98% etanol.

Måleresultater:

Av måledata fremgår at fordelingsflaten kun ble nedsatt med 27% ved en reduksjon av tilløpshøyden med en faktor 4.

Med en innretning utformet ifølge oppfinnelsen kan det oppnås samme finhet for væskefordelingen med et antall utstrøm-mingsåpninger for væske som er flere ganger mindre enn tilfellet er ved vanlige væskefordelere, eksempelvis kasse- eller rørfor-delere. Utstrømmingsåpningene for væske kan dimensjoneres tilsvarende større slik at en innretning utført ifølge oppfinnelsen er betydelig mindre omfintlig overfor tilsmussing.

Dersom fordelen benyttes sammen med en ordnet pakning innrettes fordeleren fordelaktig slik at fordelerne er anordnet i rett vinkel til hovedutbredningsinnretningen for de under fordeleren liggende lag av pakningen.

Antall fordeler armer, hhv. -kanaler, som kan ha rør-eller renneform, kan reduseres vesentlig i sammenlikning med vanlige væskefordelere. Herved økes det frie gassgjennomgangs-tverrsnitt slik at trykktapene i gassfasen reduseres.

Videre kan innretningen ifølge oppfinnelsen fremstilles i overensstemmelse med spesielle brukskrav og på enkleste måte av standardiserte deler.

Ved spesielle utforminger av oppfinnelsen hindres, især ved store gasshastigheter, at væske rives med av gassen.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende skjematisk på grunnlag av på tegningen viste utførelser hvor fig. 1 viser en vekslerkolonne med en fordelerinnretning i lengdesnitt, utformet ifølge oppfinnelsen, fig. 2a-2c viser en utførelse av oppfinnelsen perspektivisk og, i side- og frontriss, fig. 3a-3c til 5a-5c viser ulike utførelser og fig. 6a-6b, 7 og 8 viser spesielle utførelser av anslagjsveggene.

I en vekslerkolonne,, eksempelvis en rektifiserings-kolonne 1, er pakninger 2 med ordnet struktur anordnet i stoffvekslerdelen, slik det eksempelvis er kjent fra CH 398 503. Til kolonnen er ledninger for tilførsel og bortledning av væske, hhv. ledninger 3-6 for tilførsel og bortledning av gass koplet.

Gjennom mateledningen 3 mates væske inn i en fordeler som har en oppad åpen hovedkanal 7. Fra denne hovedkanal mates derunder anordnede, oppad åpne bikanaler 8, idet disse har anslagsvegger 9 ifølge oppfinnelsen og som vist på tegningen, idet disse også beskrives nærmere i det etterfølgende.

Slik det fremgår av fig. 2a-2c har en bikanal 8 som ved utfyllelsen er utformet som U-formet renne, men som også kunne bestå av et rør, en anslagsvegg 9. Denne anslagsvegg er bøyd oppad og fast forbundet med et ben på bikanalen. Dette har den fordel at væske ikke kan rives med oppover av oppstigende gass.

Prinsippielt kan også de motsatte liggende sider av spalten være lukket med vegger for å hindre at væske rives med oppover. I den nedre del av bikanalens ben er en utstrømmings-åpning 10 for væske anordnet.

Gjennom åpningen 10 strømmer væsken ut med en relativt høy hastighet, slår mot veggen 9 og fordeler seg på denne i parabelform. Den utstrømmende væskes kinetiske energi utnyttes herved for fordelingen.

Selvsagt kan anslagsvegger anordnes på begge sider av bikanalen.

Fig. 3a-3c stemmer overens med fig. 2a-2c bortsett fra at en skjermvegg 11 er anordnet ved kanalveggens nedre del. Ved dette tiltak hindres i større grad, især ved høye gasshastigheter, at væske kan rives med av gassen.

Den på fig. 4a-4c viste utførelse stemmer overens med fig. 2a-2c bortsett fra at to utstrømmingsåpninger 10a og 10b er anordnet over hverandre. På denne måte kan innretningen omfatte et stort spekter belastningstilstander.

Ved totrinns fordelere kan være fordelaktig at væsken fra den øvre og nedre rekke med utstrømmingsåpninger treffer atskilte, ved siden av hverandre anordnede anslagsvegger og fordeler seg her.

Det samme gjelder for den på fig. 5a-5c viste utførelse, idet en skjermvegg 11 er anordnet på kanalveggen 8, tilsvarende fig. 3a-3c.

Fig. 6a-6b samt fig. 7 og 8 viser ulike utførelser av anslagsvegger, idet anslagsveggen i det første tilfelle (6a og 6b) har riflet form 12 og i det andre tilfelle (fig. 7) har hull 13 i det nedre område, for å oppnå en enda bedre fordeling av væsken.

En anslagsvegg 9 ifølge fig. 8 har tenner 14 på sin nedre ende for å oppnå en bedre avdrypping av væsken.

Claims (6)

1. Innretning for ensartet fordeling av en væske på vekslerpartier i en stoff- og varmevekslerkolonne, fra fordeler-kanaler som fordeler væsken fra en mateanordning via flere i sideveggene anordnede utstrømningsåpninger (10), mot en av et vekslerparti dannet øvre tverrsnittsflate, idet minst en sidevegg (8) pr vertikalkanal er tilordnet en ledervegg i en avstand, KARAKTERISERT VED at utstrømningsåpningene (10) er anordnet i det nedre område av kanalsideveggene (8), at ledeveggene er utformet som anslagsvegger (9) for de overfor liggende utstrømningsåpnin-ger (19), idet væsken treffer anslagsveggene (9) med store impulser, og at anslagsveggenes (9) avstand til kanalsideveggene (8) er større enn den filmtykkelse som dannes på anslagsveggene.

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anslagsveggens (9) avstand til en kanals sidevegg (8) er større enn utstrømningsåpningens (10) diameter.

3. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at anslagsveggen (9) øverst er bøyd mot en kanals sidevegg (8) og er forbundet denne.

4. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at en skjermvegg (11) er forbundet med den nedre kant av en kanals sidevegg (8) og strekker seg parallelt med anslagsveggen ned til anslagsveggens nedre kant.

5. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at minst en rekke med hull er anordnet i anslagsveggens (9) nedre område.

6. Innretning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at de overfor hverandre liggende sideflater mellom skjermveggen og anslagsveggen er forbundet med gjennomgående vegger.