Przedmiotem wynalazku jest element wypelnie¬ nia aparatów^ kolumnowych, zwlaszcza aparatów absorpcyjnych do wymiany masy czynników agre¬ sywnych.W dazeniu do optymalizacji procesów wymiany ciepla i masy powstaly dotychczas róznorodne konstrukcje elementów wypelnienia.Znane sa i stosowane od dawna elementy pier¬ scieniowe jak np. pierscienie Raschiga z gladka i rowkowana powierzchnia oraz ich odmiany, pier¬ scienie Lessinga z pojedyncza i podwójna przegro¬ da, pierscienie Dixona wykonywane z siatki dru¬ cianej bez przegrody lub z przegroda, pierscienie Palla z prostokatnymi wycieciami w pobocznicy, odgietymi lukowato w kierunku osi, pierscienie Forminga z przegroda i z wycieciami kolowymi w pobocznicy.Znane sa tez z polskich opisów patentowych 100 674 i 100 716 elementy wypelnienia aparatów kolumnowych wykonane z pojedynczego pierscie¬ nia lub pierscieni wspólsrodkowych z perforowa¬ nymi pobocznicami i kombinacja wkladek trape- zowo-walcowych i umieszczonych wewnatrz pier¬ scienia wzglednie kierownicy i laczników usytuo¬ wanych promieniowo miedzy pierscieniami.Inne znane z polskich opisów patentowych: 88 110, 88 476, 93 153 i 99 846 elementy wypelnie¬ nia sa wykonane z niepelnych pierscieni z nacie¬ tymi wzdluz krawedzi pobocznicy i w pobocznicy 30 25 2 — paskami, odgietymi w postaci pólpierscieni lub wedlug linii lamanej do wewnatrz pierscienia.Znane sa równiez np, z polskich opisów paten¬ towych 55 193, 83 150 i 101135 pierscienie Bialec¬ kiego posiadajace badz to wyciecia w ksztalcie trójkatów równoramiennych wykonanych w po¬ bocznicy z odgietymi ku osi pierscienia trójkatny¬ mi wycinkami badz to dodatkowe wyciecia trój¬ katne w tych wycinkach odgiete pod dowolnym katem do srodka pierscienia. Wycinki te tworza w swobodnej przestrzeni przeplywu azurowe plasz¬ czyzny przekrywajace przekrój pierscienia.Znane sa jeszcze elementy wypelniajace wedlug polskiego opisu patentowego 75 366 stanowiace kil¬ ka odmian spiralo-podobnych elementów w formie nie zamknietych bryl geometrycznych lub w for¬ mie scietego nie zamknietego stozka, posiadajacych w bocznych powierzchniach wyciecia i wytlocze¬ nia usztywniajace spelniajace role turbulizatorów przeplywu.Ponadto sa stosowane elementy wypelnienia w postaci siodelek Berla, lub siodelek Intalox i tasm zwinietych spiralnie z wycieciami ustalajacymi wzajemny odstep zwojów tasmy.Ogólna wada pierscieni gladkich i pierscieni z przegrodami jest nierównomierne rozprowadzanie cieczy na calej wysokosci wypelnienia i duzy opór fazy gazowej. Pierscienie o rozwinietej powierzchni w -postaci wyciec, przy malym stosunku powierz¬ chni otworów do calkowitej powierzchni zewnetrz- 119 932irtd82 3 4 nej pierscienia np. pierscienie Palla i Bialeckiego, nie zapewniaja swobodnego przeplywu fazy gazo¬ wej do wnetrza pierscienia wskutek czego duza ilosc gazu oplywa pierscienie po stronie zewnetrz¬ nej, a rozwinieta wewnetrzna powierzchnia w ma¬ lym stopniu bierze udzial w procesie wymiany masy.Elementy wypelnienia o duzym stopniu rozwi¬ niecia powierzchni zapewniaja wprawdzie lepsze warunki kontaktu fazy cieklej i gazowej, ale sa trudne w wykonaniu i maja nizsza wytrzymalosc mechaniczna i termiczna. " iPozostale- znane pierscienie wskutek nierówno¬ miernego rozprowadzenia cieczy i gazu powoduja powstawanie licznych i niepozadanych kominów.Ponadto zatrzymuja pewna ilosc cieczy nie bio¬ racej udzialu w procesie wymiany masy, maja czesc" powierzchni nie bioracych udzialu w tym procesie, a takze dopuszczaja do swobodnego prze¬ plywu strug cieczy.Celem wynalazlcu jest skonstruowanie prostego i taniego w wykonaniu elementu Wypelnienia o duzej wytrzymalosci mechanicznej, charakteryzu¬ jacego sie malymi oporami przeplywu oraz rów¬ nomiernym i ciaglym rozprowadzaniem fazy cie¬ klej na powierzchniach wypelnienia.Istota wynalazku polega na skonstruowaniu ele¬ mentu wypelnienia w postaci pierscienia ksztalto¬ wego, powstalego przez odpowiednia deformacje pierscienia prostego, który ma jedna podstawe ko¬ lowa a druga eliptyczna. Wielkosc powierzchni przekroju w plaszczyznie prostopadlej do osi pier¬ scienia zmienia sie plynnie od podstawy kolowej do podstawy eliptycznej w funkcji wysokosci pier¬ scienia. Stosunek powierzchni podstawy kolowej do powierzchni podstawy eliptycznej zawiera sie w granicach od 1,2 do 3,0.W poboezniey pierscienia wyciete sa co naj¬ mniej dwa naprzeciwlegle wyciecia najkorzystniej w zarysie owalnym, a powstale przez to wycinki jezykowe sa odchylone ku osi pierscienia, przy fezym pomiedzy koncami odchylonych wycinków jezykowych jest utrzymana stala szezelina najko¬ rzystniej w granicach 2—10 mm. Wielkosc wyciec w poboeznioy stanowia od 5Vo do 15tyo jej calko¬ witej powierzchni zewnetrznej. Konce odchylonych wycinków jezykowych znajduja sie w przyblizeniu w polowie wysokosci pierscienia.Zaleta elementów wypelnienia wedlug wynalaz- Mu jest ich prostota konstrukcyjna i niskie koszty wytwarzania w stosunku do znanych elementów pierscieniowych o rozwinietej powierzchni. Wypel¬ nienia kolumn zlozone z takich elementów cha¬ rakteryzuja sie malymi Oporami fazy gazowej, rów¬ nomiernoscia rozprowadzenia cieczy i duza zdol¬ noscia absorpcji. Mozliwe jest stosowanie wysokich obciazen faza ciekla i gazowa przy wymuszonym Ciaglym odnawianiu sie powierzchni kontaktowej faz.W wypelnieniach nie ma martwych przestrzeni, nie wystepuje tez zjawisko kanalikowania, ani tez nie obserwuje sie zatrzymywania cieczy na po¬ wierzchniach pierscieni. Stad tez wypelnienia cechuje wysoka efektywnosc wymiany masy.Przedmiot wynalazku pokazano w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia element wypelnienia w przekroju osiowym, pionowym, fig. 2 — ten sam element w przekroju wzdluz linii A—A na fig. 1, fig. 3 — element wypelnienia w widoku z góry, fig. 4 — element wypelnienia w widoku z dolu, lig. $ — element wypelnienia z wycieciami, w przekroju osiowym, pionowym, fig. 6 — element W przekroju wzdluz linii B—B na fig. 5, fig. 7 — elementy wedlug fig. 1—4 tworzace fragment warstwy wypelnienia w widoku z góry, fig. 8 — fragment wypelnienia w przekroju wzdluz linii C^C na fig. 7, fig. 9 — fragment innego ukladu wypelnienia w widoku z góry i fig. 10 — fragment wypelnienia w przekro¬ ju wzdluz linii D—D na fig. 9.Jak uwidoczniono na rysunku fig. 1—4 element wypelnienia wykonany jest w postaci ksztaltowego pierscienia 1 powstalego w wyniku deformacji pierscienia prostego. Pierscien 1 ma jedna pod¬ stawe 2 kolowa, zas druga podstawe 3 eliptyczna, polozone w plaszczyznach wzajemnie równoleglych.Pobocznica 4 pierscienia tworzy powierzchnie sfe¬ ryczna przechodzaca plynnie od podstawy kolowej do podstawy eliptycznej.Wielkosc nachylenia pobocznicy jest okreslona wielkoscia deformacji pierscienia prostego, kolo¬ wego, którego jeden koniec symetrycznie uksztalto¬ wano do zarysu owalnego. Stosunek wielkosci po¬ wierzchni kolowej pierscienia 1 do powierzchni elipsy, stanowiacy tak zwany wspólczynnik dyna¬ miczny elementu wypelnienia, zawiera sie w gra¬ nicach od 1,2 do 3,0.Wielkosc powierzchni przekrojów w plaszczyz¬ nach prostopadlych do osi pierscienia zmienia sie plynnie od jednej podstawy do drugiej.W innym wykonaniu elementu wypelnienia na fig. 5 i 6 w pobocznicy 4 sa wykonane dwa na¬ przeciwlegle owalne wyciecia 5, a powstale stad wycinki jezykowe 6 maja odchylone konce ku osi pierscienia, przy czym pomiedzy krawedziami tych konców utrzymana jest szczelina 1 w granicach 2—10 mm. Wycinki jezykowe 6 moga miec zarys dowolnej figury geometrycznej, np. pólkola, trój¬ kata, traipezu itp. Wielkosc powierzchni wyciec 5 stanowi 5%i do 15*/* calkowitej powierzchni pobocz¬ nicy 4 pierscienia. Zagiete konce wycinków jezy¬ kowych 6 znajduja sie w przyblizeniu w polowie wysokoici pierscienia 1.Ilosc, wielkosc i zarys wycinków jezykowych 6 okresla stopien przekrycia powierzchni przeloto¬ wej pierscienia, co ma istotny wplyw na równo¬ miernosc rozprowadzania cieczy po wypelnieniu i wytworzeniu optymalnej powierzchni kontaktu fazy cieHlej i gazowej.Elementy wypelnienia sa ukladane rzedami (fig. 7 i 8) w sposób przemienny tworzac kolejne warstwy 7' i 7" wypelnienia, w których poszcze¬ gólne pierscienie 1 stykaja sie ze soba w czterech punktach wzdluz tworzacych. Sasiednie warstwy 7' i *T sa przesuniete wzgledem siebie o wielkosc wynoszaca polowe wewnetrznej srednicy podstawy kolowej 2.Pierscienie 1 moga byc równiez rozmieszczone w sasiednich warstwach, nie pokazanych na ry¬ sunku w ten sposób, ze do kolowej podstawy 2 10 ii119 932 pierscienia przylega podstawa elistyczna 3 i ma odwrót, przy zachowaniu wspólosiowosci pierscieni w warstwach. W obu ukladach uzyskuje sie pelne przekrycie przekroju przeplywu przez wypelnienie co zapewnia korzystne warunki wymiany masy. • W . innym ukladzie wypelnienia (fig. 9 i 10) pierscienie 1 sa rozmieszczone w sasiadujacych warstwach 7 w ten sposób, ze w plaszczyznie pio¬ nowej, wzdluz osi, kolejne pierscienie 1 stykaja sie podstawami kolowymi 2 i podstawami elip- *• tycznymi 3 tworzac system oddzielnych kanalów pionowych 8 o równomiernie zwezajacym sie i roz¬ szerzajacym przekroju. W poszczególnych war^ stwach 7 pierscienie 1 stykaja sie ze soba liniowo pobocznicami jak w ukladzie na fig. 8. 15 Z pierscieni 1 moga byc równiez utworzone mo¬ nolityczne, dowolnej dlugosci, przewody rurowe 9 (rury ksztaltowe), o równomiernie zmieniajacych sie przekrojach, z których to rur mozna budcwac podobne wypelnienia kolumn. 10 Ciecz podawana na wypelnienie od góry zostaje równomiernie rozprowadzana plaska struga po ze¬ wnetrznych i wewnetrznych, stozkowych powierz- cnniach pierscieni przez co nastepuje intensywne odnawianie sie powierzchni kontaktowej z faza *• gazowa wprowadzona w przeciwpradzie od dolu.Zmieniajace sie wielkosci poziomego przekroju pierscienia wzdluz kolejnych warstw wypelnienia wywoluja dzialanie podobne do systemu konfuzo- rów i dyfuzorów w wyniku czego w obszarze wy- *• pelnienia nastepuja kolejne przyspieszenia i zwol¬ nienia strumieni fazy ciekle} i gazowej sprzyjajac intensyfikacji wymiany masy.Dynamika przeplywu zmienia sie w funkcji wiel¬ kosci deformacji pierscieni 1 i okreslona jest ** wspólczynnikiem dynamiki, to jest stosunkiem wielkosci przekroju kolowego pierscieni do prze¬ kroju eliptycznego. Stad przez odpowiednia zmia¬ ne ksztaltu pierscieni mozna uzyskac typoszereg pierscieni o danej charakterystyce dynamicznej * przeznaczonych do wypelnien dla okreslonych wa¬ runków wymiany masy i rodzaju mediów.Elementy wypelnienia wedlug wynalazku sa sto¬ sowane jako czesc danego o uporzadkowanej strukturze w przekroju kolumny. Elementy te moga byc równiez stoso¬ wane do wypelnien typu nasypowego wzglednie do wypelnien {ypu konstrukcyjnego tworzac w tym wypelnieniu — przez laczenie ich pobocznicami w plaskie uklady lub przez laczenie ich podsta¬ wami w rury ksztaltowe — zespoly sztywnych bloków pierscieniowych budujacych odpowiednie warstwy w aparatach kolumnowych.Elementy wypelnienia moga byc tez zuzyte do innych pxocesów wymiany masy i ciepla, rys w kolumnach destylacyjnych, rektyfikacyjnych, eks¬ trakcyjnych itp.Pierscienie 1 moga byc wykonane z róznych ma¬ terialów: metalu, tworzyw sztucznych, szkla, cera¬ miki itp.Zastrzezenia patentowe 1. Element wypelnienia aparatów kolumnowych, zwlaszcza aparatów absorpcyjnych do wymiany masy czynników agresywnych, wykonany z do¬ wolnego tworzywa w postaci^ pierscienia ksztalto¬ wego, znamienny tym, ze jedna podstawa (2) tego pierscienia ma ksztalt kolowy, a druga podstawa (3) ma ksztalt splaszczonej elipsy, zas wielkosc powierzchni przekroju w plaszczyznie prostopa¬ dlej do osi pierscienia zmienia sie plynnie od jed¬ nej podstawy do drugiej, przy czym stosunek po¬ wierzchni kodowej podatawy (2) do powierzchni podstawy eliptycznej (3) zawiera sie w granicach od 1,2 2. Element wypelnienia wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, z» w pobocznicy (4) pierscienia sa wyciete co najmniej dwa naprzeciwlegle jezyki (6), najkorzystniej o obrysie owalnym, odchylone ku osi pierscienia (1), przy czym pomiedzy koncami tych jezyków jest utrzymana szczelina (1) najko¬ rzystniej w granieach 2—10 mm, zas wielkosc wyciec (5) w pobocznicy (4) stanowi od 5e/o do 159/« jej calkowitej powierzchni zewnetrznej. 3. Element wypelnienia wedlug zastrz. 2, zna¬ mienny tym, ze konce odchylonych jezyków (6) znajduja sie w przyblizeniu w polowie wysokosci pierscienia (1).119 932119 932 PL