Przedmiotem wynalazku jest element wypelnienia przeznaczony do wypelnienia kolumn, sluzacych do wymiany masy i ciepla, odkraplania i odemglania oraz odpylania zanieczyszczonych gazów a takze do filtracji i reakcji chemicznych, adsorpcji i pochlaniania wilgoci.Przedmiotem wynalazku jest równiez zestaw elementów wypelnienia na ksztalt kolumny lub innej bryly.Dotychczas znane elementy wypelnienia sa formowane na ksztalt pierscienia z reguly z jednej czesci, powstalego przez zwiniecie plaskiego materialu metalowego o zadanej dlugosci i szerokosci.Znane tez sa jednolite elementy wypelnienia powstale z formowania materialu plastycznego, tworzywa sztucznego lub ceramicznego. Znane elementy wypelnien zawieraja powierzchnie wymiany ciepla i masy bedaca suma zewnetrznej i wewnetrznej powierzchni pobocznicy oraz suma powierzchni utworzona z powierzchni pobocznicy oraz suma powierzchni utworzona z powierzchni krawedzi zaleznych od grubosci materialu, zas w przypadku elementów wypelnienia zawierajace odgiete wyciecia, dochodza jeszcze powierzchnie odkrytych krawedzi, które w rzeczy¬ wistosci juz w niewielkim stopniu zwiekszaja sumaryczna powierzchnie znanych elementów wypel¬ nienia. Zwiekszenie powierzchni wlasciwej elementów wypelnienia uzyskano za pomoca pierscienia Raschiga, który zawiera pojedyncze lub podwójne przegrody usytuowane równolegle lub prostopadle do osi glównej pierscienia, albo tez pierscien ten zawiera trzyprzegrody polaczone w osi pierscienia. Jednakze liczne prace badawcze wykazaly, ze zwiekszenie powierzchni wymiany masy i ciepla w znanych pierscieniach nie spowodowalo proporcjonalnego do niej wzrostu spraw¬ nosci wymiany masy, poniewaz tylko niewielka czesc tej zwiekszonej powierzchni jest zwilzana przez ciecz.Ponadto w opisanych pierscieniach wzrósl opór przeplywu liczony na jednostke wysokosci zastosowanych wypelnien pierscieniowych. Podobnie zachowuja sie pierscienie Raschiga z poje¬ dyncza, podwójna lub potrójna przegroda spiralna, które wykazuja równiez wysokie spadki cisnienia. Znane sa tez wypelnienia pierscieniowe, nazywane pierscieniami Forminga, które maja wyciecia w pobocznicy w postaci otworów okraglych oraz zawieraja przegrody perforowane, to jednak sumaryczna powierzchnia jest jednak mniejsza lub równa albo nieznacznie wieksza od powierzchni pierscienia Raschiga zawierajaca pelna powierzchnie. Znane elementy wypelnienia wytwarzane sa z jednego elementu plaskiego, natomiast w przypadku uzycia do ich budowy two-o 121 576 rzy wa sztucznego to elementy te wytwarzane sa w formie monolitu, z którego równiez wykonywane *a wewnetrzne przegrody.Wszystkie znane pierscieniowe elementy wypelnien posiadaja mozliwosc rozwiniecia powierzchni wymiany ciepla i masyjedynie tylko przez zmniejszenie ich wielkosci. I tak dla zwiekszenia powierzchni wlasciwej wypelnienia ze 110m2/m3 otrzymana na przyklad z pier¬ scieni Raschiga o wymiarach 50X50Xl mm do powierzchni wlasciwej wypelnienia o wartosci 1000m2/m\ to wtedy nalezy uzyc tez pierscienie Raschiga o wymiarach 5X5X0,3mm. W ten sposób w miejsce 6500 sztuk pierscieni wiekszych przypadajacych na m3 i majacych mase 400kg potrzeba zastosowac az 5 000 000 sztuk pierscieni dziesieciokrotnie mniejszych ale majacych sumaryczna mase 1000 kg. Ponadto wykonanie prawie 800 krotnie wiecej pierscieni malychjest o wiele bardziej pracochlonne niz wykonanie tej samej objetosci pierscieni wiekszych a tym samym rosna koszty wytwarzania pierscieni malych.Znane sa takze wypelnienia pierscieniowe usypowe o zwiekszonej powierzchni wymiany masy i ciepla na przyklad siatkowe pierscienie typu Dixona zjedna lub dwoma przegrodami. Do budowy tych pierscieni siatkowych stosuje sie cienki drut przez co sa one bardzo malo wytrzymale na uszkodzenia mechaniczne oraz sa malo odporne na dzialania chemiczne. Pierscienie te posiadaja duzo wolnej przestrzeni w swym wnetrzu i po stronie zewnetrznej w wyniku przypadkowego ich ustawienia podczas wypelniania kolumn sposobem usypowym. Ponadto pierscienie te nie nadaja sie do procesów odkraplania, odemglania, odpylania, pochlaniania wilgoci, adsorpcji czy tez filtracji. Inne znane wypelnienia nazywane wypelnieniami konstrukcyjnymi, wykonane z siatek sfalowanych i utkanych z cienkiego drutu sa równiez malo wytrzymale pod wzgledem mechani¬ cznym a ponadto sa malo odporne na dzialania chemiczne. Tego rodzaju wypelnienia siatkowe bardzo czesto ulegaja zgnieceniu i tym podobnym odksztalceniom deformujacym a takze ulegaja miejscowemu lub nawet calkowitemu zatkaniu, zwlaszcza w przypadkach gdy gazy lub ciecz wprowadzone do procesu sa zanieczyszczone cialami stalymi. Ze wzgledu na rozwinieta powierzch¬ nie wypelnien konstrukcyjnych a ponadto na stosowanie ich w kilku warstwach, przezco powstaja trudnosci przy ich przemywaniu lub regeneracji, które to trudnosci powoduja wyrzucenie uszko¬ dzonego i zatkanego elementu wypelnienia konstrukcyjnego.Znany jest tez uklad polaczen w bryly elementów wypelnienia usypowego z polskiego opisu patentowego nr 100233, którego istota polega na tym, ze elementy wypelnienia w ksztalcie pierscieni lub wieloboków foremnych polaczone sa w bloki o przekroju prostokata, trójkata lub rombu. Osie tych elementów leza w jednej linii, a ich sasiadujace warstwy sa przesuniete wzgledem siebie o wielkosci d/2, gdzie d oznacza srednice elementu. Ponadto elementy wypelnienia sa zaopatrzone w uchwyty, naciecia lub zamki o dowolnej konstrukcji usytuowane najkorzystniej na obwodzie obrzezy elementów i sluzace do laczenia elementów wypelnienia w bloki. Niektóre elementy wypelnien posiadaja na obrzezach okienka, które maja na przemian przeciecia pozwala¬ jace na wzajemne polaczenie. Istotne jest takze to, ze w wolnych powierzchniach utworzonych z elementów wypelnien znajduja sie mniejsze elementy dowolnego ksztaltu o dowolnie rozwinietej powierzchni, najkorzystniej w ksztalcie kuli, stozka, rozety orazgwiazd, które wykonane sa zblach pelnych albo perforowanych wzglednie z siatek. Te wolne przestrzenie ukladu moga byc równiez zaopatrzone w dodatkowe wypelnienia statyczne lub dynamiczne, które zawieraja skrzydelka lub kierownice a ponadto usytuowane sa tak, ze pod wplywem naporu przeplywajacych w przeciwpra- dzie fazy gazowej i cieklej, element ten wprawionyjest w ruch obrotowy, dzieki czemu intensyfikuje warunki wymiany masy, przy czym usytuowany jest w osi pierscienia albo na wewnetrznej czesci pobocznicy wypelnienia w dowolny sposób, wzglednie usytuowanie jego jest swobodne.Inny znany element wypelniajacy siatkowy do aparatów kolumnowych z polskiego opisu patentowego nr 103939 jest istotnym tym, ze posiada powierzchnie sferyczna zamknieta lub wieloscianu wpisanego w powierzchnie sferyczna, zas wnetrze elementu wypelnione jest materia¬ lem porowatym.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad i niedogodnosci znanych usypowych pierscienio¬ wych elementów wypelnienia oraz elementów wypelnienia konstrukcyjnego, jak równiez udosko¬ nalenie samej konstrukcji oraz zwiekszenie sprawnosci wymiany masy i ciepla ukladów i zespolów budowlanych z tych elementów wypelnienia. Zagadnieniem technicznym wymagajacym rozwiaza¬ nia jest opracowanie elementu wypelnienia o takiej budowie, zeby mial jak najwieksza powierzch-121 576 3 nie wymiany masy i ciepla przy zajmowaniu jak najmniejszej objetosci a ponadto element ten ma zapewnic male straty dla przeplywu fazy gazowej i cieklej, dobrym rozprowadzeniem obydwóch faz w warstwie wypelnienia a dodatkowo powinien sie odznaczac wysoka wytrzymaloscia mechani¬ czna i duza odpornoscia chemiczna i latwym sposobem wytwarzania. Zagadnieniem technicznym wymagajacym rozwiazania, jest tez opracowanie takiego zestawu elementów wypelnienia który umozliwilby uzyskanie jak najwiekszej powierzchni wlasciwej.Element wypelnienia wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze dodatkowe segmenty sa usytuowane w pobocznicy tak, ze stanowia w przekroju wzdluznym elementu co najmniej jedna warstwe, podczas gdy dla dwu lub wiecej warstw dodatkowe segmenty o jednolitych lub odmien¬ nych wlasnosciach fizyko-chemicznych przylegaja do siebie powierzchniami czolowymi lub sa oddzielone pusta przestrzenia znajdujaca sie wewnatrz pobocznicy. Dodatkowe segmenty utwo¬ rzone z pelnej tasmy lub siatki stanowia odpowiednio uksztaltowane kregi umieszczone wzgledem siebie wspólsrodkowoalbo stanowia je pelne tasmy lub siatki zwiniete wzdluz spirali Archimedesa albo dodatkowy segment stanowi pelna tasma lub siatka usytuowana wzdluz cieciw rozmieszczo¬ nych równolegle wzgledem siebie. Tasmajest najkorzystniej uformowana w ksztalcie pofalowa¬ nym, przy czym fale sa równolegle do osi elementu albo sa pochylone do tej osi najkorzystniej pod katem ostrym wynoszacym do 60°. Dodatkowy segment wykonany z ceramicznego wkladu ma w przekroju osiowym postac prostego lub pochylonego walca albo dowolnego lub pochylonego graniastoslupa a ponadto ceramiczny wklad ma postac dowolnie uksztaltowanej przepuszczalnej przeslony o silnie rozwinietej powierzchni wlasciwej i o duzym stopniu przepuszczalnosci plynnego medium. Ceramiczny wklad ma ksztalt pakietu rurek lub pakietu plytek usytuowanych tak, ze w przekroju poprzecznym tworza ksztalt komórkowy o zgodnych lub zmiennych kierunkach prze¬ plywu w przekroju osiowym.Zestaw elementów wypelnienia w postaci bryly lub zespolu bryl wedlug wynalazku charakte¬ ryzuje sie tym, ze w zaleznosci od rodzaju prowadzonego procesu wymiany ciepla i masy, pojedyn¬ cze warstwy zbudowane z elementów wypelnienia lub bryly skladajace sie od kilku do kilkudziesieciu pojedynczych warstw usytuowanych jedne nad druga tworza miedzy soba puste przestrzenie dajace zespoly bryl.Zaleta elementu wypelnienia wedlug wynalazku jest bardzo duza powierzchnia wlasciwa przy zajmowaniu jak najmniejszej objetosci a ponadto charakteryzuje sie malymi stratami cisnienia dla przeplywu fazy gazowej i cieklej, dobrym rozprowadzeniem obydwu faz w warstwach wypelnienia, a ponadto odznacza sie wysoka wytrzymaloscia mechaniczna i duza odpornoscia chemiczna oraz prostota wykonania. Zestaw elementów wypelnienia wedlug wynalazku charakteryzuje sie latwos¬ cia laczenia pojedynczych elementów w bryly dostosowane swoim ksztaltem do kolumn istnieja¬ cych w przemysle chemicznym oraz do kolumn nowobudowanych, przy czym wykorzystanie zestawu umozliwia budowe kolumn wysokowydajnych o malych gabarytach.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia element z dodatkowym segmentem w czesciowym widoku z boku i w czesciowym przekroju wzdluznym, fig. 2 — widok z góry elementu, fig. 3 — element, którego powierzchnie czolowe sa przesuniete wzgledem siebie w czesciowym widoku z boku i w czesciowym przekroju wzdluznym, fig. 4 — element z fig. 3 w widoku z góry bez dodatkowego segmentu, fig. 5 — element w przekroju wzdluznym, przy czym lewy pólprzekrój wzdluzny przedstawia segmenty o wspólsrod- kowym rozmieszczeniu, zas prawy pólprzekrój wzdluzny przedstawia segmenty ulozone w dwóch warstwach przylegajacych do siebie, fig. 6 — element w dwóch pólprzekrojach wzdluznych, przy czym pólprzekrój lewy przedstawia segmenty ulozone wspólsrodkowo wzgledem siebie i oddzie¬ lone pusta przestrzenia od siebie a warstwy maja rózna powierzchnie wlasciwa a prawy pólprzekrój przedstawia segmenty wykonane z siatki usytuowane w dwóch warstwach oddzielonych od siebie pusta przestrzenia a warstwy maja rózna powierzchnie wlasciwa, fig. 7 — element w widoku z góry z segmentami ulozonymi wzdluz cieciw, fig. 8 — szczegól segmentu wykonanego z pelnej tasmy lub siatki odpowiednio pofalowanej pod katem a w rozwinieciu, fig. 9 — przedstawia widok z góry segmentu rozwinietego z fig. 8, fig. 10 elementu z dodatkowym segmentem wykonanym z tasmy falowanej z widoku zgóry, fig. 11 — przedstawia segment zwiniety wzdluz krzywej spirali Archime¬ desa z widoku zgóry, fig. 12 — element w przekroju wzdluznym zawierajacym segment wykonany z ceramicznego wkladu, fig. 13 — element w dwóch pólprzekrojach wzdluznych, przy czym lewy4 121 576 pólprzekrój przedstawia pakiety plytek, zas prawy pólprzekrój przedstawia wklad w postaci pakietu rurek, fig. 14 — element z widoku z góry z segmentami ceramicznymi w postaci komórko¬ wej, fig. 15 — przedstawia zestaw elementów wypelnienia w dwóch pólprzekrojach wzdluznych, przy czym lewy pólprzekrój obrazuje pojedyncze warstwy bryly utworzone z elementów zawieraja¬ cych segmenty o tej samej powierzchni wlasciwej a pólprzekrój prawy obrazuje pojedyncze warstwy bryly utworzone z elementów zawierajacych segmenty o róznej powierzchni wlasciwej.Element wypelnienia wedlug wynalazku sklada sie z pobocznicy 1 tworzacej pierscien w ksztalcie walca lub dowolnego ksztaltu graniastoslupa. Pobocznica 1 ma powierzchnie czolowe 2 usytuowane prostopadle do osi elementu lub powierzchnie te sa przesuniete wzgledem siebie tak, ze os laczaca srodki powierzchni czolowych 2 tworzy z nimi kat ostry.Pobocznica 1 jest wykonana z dowolnego materialu pelnego, perforowanego albo siatkowego i zaopatrzona jest w zamki 3 lub gniazda 4 usytuowane od strony krawedzi czolowych. Wewnatrz pobocznicy 1 umieszczony jest dodatkowy segment 5 utworzony z tasmy 6 lub siatki 7 wykonany z dowolnego materialu metalowego lub tworzywa sztucznego, wzglednie w pobocznicy 1 umie¬ szczony jest dodatkowy segment 5 utworzony z ceramicznych wkladów 8. Dodatkowe segmenty 5 sa usytuowane w pobocznicy 1 tak, ze stanowia w przekroju wzdluznym elementu co najmniej jedna warstwe 9 przylegaja do siebie albo tworza miedzy soba pusta przestrzen 10. Dodatkowe segmenty 5 utworzone z pelnej tasmy 6 lub siatki 7 stanowia uksztaltowane kregi U umieszczone wzgledem siebie wspólsrodkowo albo stanowia je pelne tasmy 6 lub siatki 7 zwiniete wzdluz spirali Archimedesa, albo tez sa rozmieszczone wzdluz cieciw równoleglych 12 wzgledem siebie. Tasma 6 jest wykonana najkorzystniej w ksztalcie pofalowanej powierzchni, przy czym fale 13 sa równolegle do osi elementu albo sa pochylone do tej osi pod katem (a) wynoszacym do 60°. Dodatkowy segment 5 wykonany z ceramicznego wkladu 8 ma postac dowolnie uksztaltowanej przepuszczalnej przeslony 14 o maksymalnie rozwinietej powierzchni wlasciwej i o dowolnym stopniu przepu¬ szczalnosci plynnego medium. Ceramiczny wklad 8 ma ksztalt pakietu rurek 15 lub pakietu plytek 16 usytuowanych tak, ze w przekroju poprzecznym tworza ksztalt komórkowy o zgodnych lub zmiennych kierunkach przeplywu w przekroju osiowym.Zestaw elementów wypelnienia wedlug wynalazku stanowi bryla 17 lub zespól bryl 18 utwo¬ rzony z pojedynczych elementów wypelnienia 19. Bryly 17 tworza pojedyncze warstwy 20, które przylegaja do siebie, albo tworza miedzy soba puste przestrzenie 21.Elementy wypelnienia oraz zestaw elementów wypelnienia znajduje szczególne zastosowanie w procesach wymiany ciepla i masy oraz filtracji gazów i cieczy wystepujacych w przemysle chemicznym, hutniczym, metalurgicznym, rolno-spozywczym oraz w urzadzeniach sluzacych do ochrony naturalnego srodowiska.Zastrzezenia patentowe 1. Element wypelnienia skladajacy sie z pobocznicy tworzacej pierscien w ksztalcie walca lub dowolnego ksztaltu graniastoslupa, którego czolowe powierzchnie sa usytuowane prostopadle do osi lub sa przesuniete wzgledem siebie tak, aby os laczaca srodki czolowych powierzchni tworzyla kat ostry z plaszczyznami podstaw, przy czym pobocznica jest wykonana z dowolnego materialu pelnego, perforowanego albo wykonana z materialu siatkowego i zaopatrzona jest w zamki lub gniazda usytuowane od strony krawedzi czolowych pobocznicy, zas wewnatrz pobocznicy znajduja sie dodatkowe segmenty utworzone z tasmy lub siatki wykonane z dowolnego materialu metalo¬ wego lub tworzywa sztucznego, wzglednie znajduja sie dodatkowe segmenty utworzone z cerami¬ cznych wkladów, znamienny tym, ze dodatkowe segmenty (5) sa usytuowane w pobocznicy (1) tak, ze stanowia w przekroju wzdluznym elementu co najmniej jedna warstwe (9), podczas gdydla dwu lub wiecej warstw (9) dodatkowe segmenty (5) o jednolitych lub odmiennych wlasnosciach fizyko¬ chemicznych przylegaja do siebie powierzchniami czolowymi albo sa oddzielone pusta przestrzenia (10) utworzona wewnatrz pobocznicy (1). 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodatkowe segmenty (5) utworzone z pelnej tasmy (6) lub siatki (7) stanowia odpowiednio uksztaltowane kregi (11) umieszczone wzgledem siebie wspólsrodkowo albo stanowia je pelne tasmy (6) lub siatki (7) zwiniete wzdluz spirali Archimedesa.121576 5 3. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodatkowy segment (5) stanowi pelna tasma (6) lub siatka (7) usytuowana wzdluz cieciw rozmieszczonych równolegle wzgledem siebie. 4. Element wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze tasma (6) jest najkorzystniej uformowana w ksztalcie pofalowanym, przy czym fale (13) sa równolegle do osi elementu albo sa pochylone do tej osi najkorzystniej pod katem ostrym (a) wynoszacym do 60°. 5. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodatkowy segment (5) wykonany z cerami¬ cznego wkladu (8) ma w przekroju osiowym postac prostego lub pochylonego walca albo dowol¬ nego prostego lub pochylonego graniastoslupa, a ponadto ceramiczny wklad (8) ma postac dowolnie uksztaltowanej przepuszczalnej przeslony (14) o silnie rozwinietej powierzchni wlasciwej i o duzym stopniu przepuszczalnosci plynnego medium. 6. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ceramiczny wklad (8) ma ksztalt pakietu rurek (15) lub pakietu plytek (16) usytuowanych tak, ze w przekroju poprzecznym tworza ksztalt komórkowy o zgodnych lub zmiennych kierunkach przeplywu w przekroju osiowym. 7. Zestaw elementów wypelnienia w postaci bryly lub zespolu bryl, w formie walca lub dowolnego graniastoslupa, utworzony z pojedynczych elementów wypelnienia, które sa ze soba polaczone wspólna powierzchnia czolowa za pomoca zamków lub gniazd, tworzac pojedyncze warstwy, przy czym pojedyncze warstwy zespolu bryl sa usytuowane wzgledem siebie tak, ze elementy wypelnienia tworzace zespoly bryl mijaja sie wzgledem siebie najkorzystniej o wartosc polowy srednicy tego elementu wypelnienia, natomiast kazda z warstw zespolu bryl zbudowanajest z elementów wypelnienia o jednakowej wielkosci wyposazonych w dodatkowe segmenty o takiej samej powierzchni wlasciwej lub kolejne warstwy bryl zbudowane sa z elementów wypelnienia o róznej powierzchni wlasciwej, znamienny tym, ze w zaleznosci od rodzaju prowadzonego procesu wymiany ciepla i masy pojedyncze warstwy (20) zbudowane z elementów wypelnienia (19) lub bryly (17) skladajace sie od kilku do kilkudziesieciu pojedynczych warstw (20) usytuowane jedne nad druga tworza miedzy soba puste przestrzenie (21) dajac zespoly bryl (18).121 576 Fig.7 \f\rs.TS\j\K/Kr^/\/\-7^rr.121 576121 576 21 /8 F/g.75 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 120 egz.Cena 100 zl PL