Opis patentowy opublikowano: 88 12 31 143103 Int O.4 B01D 53/18 Twórcy wynalazku: Oerzy Kepczynski, Wieslaw Pawlikowski Uprawniony z patentu; Politechnika Gdanska, Gdansk /Polska/ PAKIETOWE WYPELNIENIE DO APARATÓW DO WYMIANY KASY I CIEPLA W UKLADZIE GAZ - CIECZ Przemlotem wynalazku jest pakietowe wypelnienie do aparatów kolumnowych do wymiany masy i ciepla w ukladzie gaz - ciecz majace postac pakietu zwinietej tasmy.Znane se 1 stosowane rózne konstrukcje elementów wypelniajecych typu pakietowego do kolumnowych aparatów wymiany ciepla i masy* Znany element pakietowy wedlug polskiego opisu patentowego nr 84623 stanowi zwiniete w spirale Archimedesa tasme metalowa lub z tworzywa sztucznego z wycietymi w niej otworami, korzystnie w ksztalcie trójkatów, przy czym wycinki z tych otworów leczece sie z tasme czescie swojego obwodu, odgiete se od powierzchni tasmy i krzyzuje sie nawzajem* W tym rozwiezaniu sesiedujece ze sobe wycinki lecza sie z tasme na przemian przeciwleglymi odcinkami swych obwodów i odchylone se od pla¬ szczyzny tasmy /bedecej w stanie niezwinietym/ pod okreslonym ketem. Opisane wycinki tworze w zwinietym pakiecie rzedy ukosnie skierowane do krawedzi tasmy, a konce wycinków kontak¬ tuje sie z eesiednim zwojem spirali.Inny znany pakietowy element wypelniajecy wedlug polskiego opisu patentowego nr 75251, stanowi spiralnie zwiniete tasme o srednicy zewnetrznej równej wewnetrznej srednicy kolu¬ mny aparatu. Na tasmie tej, na bocznych powierzchniach se wykonane liczne naciecia w po¬ staci róznych form geometrycznych dowolnie ulozonych, których plaszczyzny se odgiete na przemian do srodka i na zewnetrz spirali, a ich wysokosc ustala odleglosc miedzy posz¬ czególnymi zwojami tasmy. W tym rozwiezaniu poszczególne zbudowane jak opisano pakiety z tasmy, se ukladane w kolumnie jeden nad drugim z dzielecymi je pomocniczymi podporami i maje wzajemnie przeciwne kierunki uzwojenia.Opisane rozwiezanie pakietowe elementów wypelniajecych se realizowane przez nan&ja- nie na rdzenie o malej srednicy i o. dlugosci odpowiadajecej sumarycznej dlugosci wypelnie¬ nia w aparacie kolumnowym.2 143 103 Znane i opisane oraz praktycznie 9tosowane w aparatach kolumnowych pakietowe elementy wypelniajace mimo, ze dobrze spelniaja 9woje przeznaczenie* wykazuja jednak pewne wady 1 niedogodnosci zwlaszcza oksplootacyjno. Do podstawowych wad opisanych rozwiazan nalezy stosunkowo znaczny ciezar Jednostkowy wypelnienia, wskutek tego, ze jest ono realizowane zawsze z pelnego arkusza materialu /blachy lub tworzywa sztucznego/, a rozwiniecie Jego powierzchni ma miejsce wskutej jej zamierzonej deformacji wyciecia lub naciecia.Stosunek powierzchni "pelnej** do powierzchni "rozwinietej" w tych rozwiazaniach rzadko zbliza sie do Jednosci, a zazwyczaj Jest znacznie wiekszy od Jednosci. Opisane rozwiazanie oprócz znacznej materialochlonnosci, wykazuje ceche malej sklonnosci do stwarzania filmu cieczowego, szczególnie pozadanego w operatach do wymiany masy. Nadto pakietowe elementy wypelniajece opisanej konstrukcji se dosc klopotliwe w okresowym czyszczeniu i konserwacji, wlasnie z powodu opisanego niekorzystnego stosunku powierzchni "pelnych" do "rozwinietych".Wynalazek rozwiezuje zagadnienie opracowania nowej konstrukcji pakietowego wypelnie¬ nia do aparatów kolumnowych do wymiany masy lub ciepla,, nlo wykazujecego opisanych wad znanych rozwiezan i charakteryzujecego sie zwlaszcza ceche latwego wytwarzania filmu cie¬ czowego na Jego bardzo rozwinietych powierzchniach.Zgodnie z wynalazkiem pakietowa wypelnienie posiada rdzen sporzedzony z materialu niaprzanikalnego dla medium gazowego 1 cieklego, majecy postac cienkosciennej tulol co naj¬ mniej jednostronnie a najkorzystniej od góry zaslepionej donkiea. Srednica przekroju po¬ przecznego tulei lub najwiekszy wymiar jaj przekroju poprzecznego Jest nie wiekszy jak 0,10 srednicy lub najwiekszego wymiaru przekroju poprzecznego wewnetrznego korpusu apa¬ ratu kolumnowego. Na rdzeniu jest nawinieta tasma uzyta najkorzystniej w jednym odcinku z siatki o oczkach w ksztalcie regularnych figur geometrycznych, a zwlaszcza kwadratów lub rombów. Siatka Jaat w taki spoeób usytuowana, ze przeketne Jej oczek ee usytuowane w przyblizaniu równolegle do osi glównej aparatu kolumnowego. Na Jednej z powierzchni siatki w Jaj stanie "przed zwinieciem" se umieszczona liczne Jednakowe elaatyczne pretowe przekladki, najkorzystniej o przekroju poprzecznym kolowym lub wieloboku regularnego, oeadzone na niej trwale w jednakowych odstepach nie wiekszych niz szerokosc siatki pomno¬ zona przez ctg keta pochylenia pretowych przekladek w etosunku do krawedzi dolnej siatki.Ket pochylenia jest utrzymywany w przedziale od 30° do 60°.Srednica przekroju poprzecznego lub najwiekszy wymiar przekroju poprzecznego pretowej przekladki se nie mniejsze niz grubosc calkowita eiatki w Jej stanie zwinietym w spirale, majece sesiednle zwoje stykajeca sie ze sobe poprzez pretowe przekladki. Elastyczne pre¬ towe przekladki se najkorzystniej wykonane.w postaci rurek cienkosciennych o przekroju ko¬ lowym co najmniej jednostronnie a najkorzystniej od góry zaslepionych denkiem, sporzedzo- nych z materialu nieprzenikelnego dla medium gazowego i cieklego. W niektórych wykonaniach wypelnienia Jego elastyczne pretowe przekladki se rozmieszczone na czesci powierzchni siatki, zwlaszcza se rozmieszczone sekwencyjnie w grupach. Wypelnienie jest zaopatrzone w opasujecy Je na zewnetrznej tworzecej element sciagajacy, zwlaszcza w poblizu dolnej i /lub górnej krawedzi tasmy z siatki.Pakietowe wypelnienie wedlug wynalazku realizujec postawione cele, wykazuje jedno¬ czesnie korzystny efekt zwiekezenia skutecznosci wymiany ciepla i masy dzieki utworzeniu wewnetrz pakietu szeregu jednakowych co do wymiarów lecz losowo co do usytuowania rozmie¬ szczonych licznych powierzchni elementarnych, nachylonych do osi strug kontaktujecych sie ze sobe mediów /ciecz i gazu/. Losowo utworzone z tych elementarnych powierzchni kanaly charakteryzuje sie zmiennym przekrojem, w znacznie wiekszych niz doted granicach.Opiaana cecha wypelnienia wedlug wynalazku w znacznie wiekszym niz w znanych roz- wiezaniach atopnlu umozliwia równomierny rozdzial cieczy 1 gazu w calej objetosci pa¬ kietu wypelniajecego, likwiduJec znane niekorzyetne ceche dotychczasowych rozwiazan, polegajece na wytworzeniu sie stalych kanalów przeplywu medium gazowego, pogarszajacych wspólczynnik wykorzystania wypelnienia aparatu kolumnowego.Przeplyw gazu przez tak uformowany pakiet wypslnlajecy charakteryzuje eie znaczne burzliwoscie, ale 1 jednoczesnie nieoczekiwanymi a porównywalnie zmniejszonymi oporami przeplywu, co nie Jeet bez znaczenia w bilansach energetycznych przemyslowych procesów143 103 3 wymiany ciepla 1 gazu.Istotnym Jest w rozwiazaniu wedlug wynalazku zrealizowanie korzystnych warunków tworzenia sie chwilowych miejscowych blon cieczy na oczkach siatki, stanowiacych po¬ wierzchnie elementarne, w swej masie nieobojetnych dla intensyfikacji wymiany masy 1 ciepla przez tak wytworzony film cieczowy* Opisane cechy rozwiazania wedlug wynalazku pozwalaja, na projektowanie aparatów kolum¬ nowych z zastosowaniem wypelnienia o znacznie mniejszych niz dotychczas wymiarach gabary¬ towych w tym zwlaszcza wysokosci.Przedmiot wynalazku jest szczególowo opisany na przykladzie Jego wykonania 1 zobra¬ zowany na rysunku, na którym fig, 1 przedstawia fragment przekroju podluznego aparatu ko¬ lumnowego zawierajecego Jeden pakietowy element wypelniajecy, fig* 2 widok tasmy pakietu wykonanej z siatki w rozwinieciu, fig*3 przekrój poprzeczny aparatu kolumnowego okraglego wypelnionego pakietowym elementem wypelniajecym,fig.4 przekrój poprzeczny aparatu kolum¬ nowego o ksztalcie wielokata foremnego zawierajecego pakietowy element wypelniajacy, fig.5 szczegól wykonania siatki rombowej elementu, fig.6 szczegól wykonania innego typu siatki elementu wypelniajacego z oczkami kwadratowymi 1 fig.7 szczegól wykonania siatki w widoku sksonometrycznym z dwuwariantowym wykonaniem przekladki* Pakietowe wypelnianie wedlug wynalazku w przykladowym wykonaniu przedstawionym na ry¬ sunku posiada rdzen sporzadzony z materialu nieprzenikalnego dla medium gazowego 1 cie¬ klego, majacy postac cienkosciennej tulei 1 co najmniej jednostronnie najkorzystniej od góry zaslepionej denkiem 2. Srednica przekroju poprzecznego d lub najwiekszy wymier przekroju poprzecznego a_ tulei ± jest nie wiekszy Jak 0,10 srednicy D lub najwiekszego wy¬ miaru A przekroju poprzecznego wewnetrznego korpusu Z aparatu kolumnowego* Na tak sporzedzonym rdzeniu jest nawinieta tasma uzyta najkorzystniej w jednym od¬ cinku z siatki 4 o oczkach w ksztalcie regularnych figur geometrycznych, a zwlaszcza pro¬ stokatów, kwadratów lub rombów* W najkorzystniejszym wykonaniu siatka 4 jest uzyta w po¬ staci typowej bezwezlowej siatki z tworzywa sztucznego, odpornego na oddzialywanie mediów wprowadzonych do aparatu kolumnowego* Mozliwe jest równiez uzycie siatki plecionej z drutów metalowych odpowiednio zabezpieczonych przed agresywnym oddzialywaniem srodowiska wewnetrz aparatu kolumnowego. Siatka 4 jest w taki sposób usytuowana, ze przeketna b jej kwadrato¬ wych oczek lub wieksze przekatne fr! jej romboidalnych oczek se ustawione w przyblizeniu równolegle do osi glównej X-X aparatu kolumnowego* Na jednej z powierzchni siatki 4 w Jej stanie "przed zwinieciem" se umieszczone li¬ czne jednakowo elastyczne pretowe przekladki 5, najkorzystniej o przekroju poprzecznym kolowym lub wieloboku regularnego, osadzone na niej trwale najlepiej przez przewiazanie w jednakowych odstepach C, nie wiekszych jak szerokosc B siatki 4 pomnozona przez ctg keta pochylenia o£ pretowych przekladek 5 w stosunku do krawedzi dolnej 6 siatki 4.Ket ten Jost utrzymywany w przedziale od 30 do 60 , lecz najkorzystniej wynosi 45 • Istotnym w rozwiazaniu wedlug wynalazku jest zachowanie warunku, ze srednica przekroju poprzecznego cl /fig.7/ lub najwiekszy wymiar a_l przekroju poprzecznego pretowej przekla¬ dki 5 sa nie mniejsze niz laczna grubosc calkowita £ siatki 4 w jej stanie zwinietym w spirale* Spirala Archimedesa tak zwinieta ma sasiednie zwoje stykajace sie ze soba poprzez pretowe przekladki j„ Siatka 4 zwinieta w pakietowy element wypelniajacy jest osadzona we wnetrzu korpusu 3^ aparatu kolumnowego w sposób zapewniajecy kasacje nadmier¬ nych luzów zachodzacych pomiedzy zewnetrzne powierzchnie tworzecej pakiety a powierzchnie wnetrza korpusu Z.Pakietowe wypelnienie wedlug wynalazku ma elastyczne pretowe przekladki jj najkorzy¬ stniej wykonane w postaci rurek o przekroju kolowym cienkosciennych co najmniej Jednostro¬ nnie a najkorzystniej od góry zaslepionych denkiem sporzadzonych z materialu nieprzenikal¬ nego dla medium gazowego 1 cieklego* W niektórych wykonaniach pakietowe wypelnienie ma elastyczne pretowe przekladki 5_ rozmieszczone na czesci powierzchni sitaki 4, zwlaszcza rozmieszczone sekwencyjnie w grupach. Wypelnienie Jest zaopatrzone w opasujecy je na ze¬ wnetrznej tworzecej element sciegajecy, zwlaszcza w poblizu dolnej i /lub górnej krawedzi tasmy z siatki 4.4 143 103 W alternatywnym wykonaniu pakietowego elementu wypelniajacego wedlug wynalazku jest on pozbawiony pretowych przekladek 5, a sasiadujace zwoje siatki 4 zwinietej w pakiet sty¬ kaj a sie ze soba bezposrednio* W przypadku uzycia aparatu kolumnowego o wysokosci wiekszej niz rozporzadzany wymiar szerokosci B siatki 4, mozliwe jest zrealizowanie wypelnienia aparatu przez zastosowanie kilku pakietowych elementów wypelniajacych osadzonych jeden na drugim bez jakichkolwiek przekladek, wsporników lub elementów dystansowych* Wypelnienie aparatu kolumnowego zrealizowane przy pomocy pakietowego elementu wypel¬ niajacego wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie parametrów przedstawionych w zestawieniu; i Parametr i Wielkosc porów- •Wielkosc z zasto- ! Wielkosc z za-! i i nawcza wg znanychJsowaniem pakietu J stosowaniem J | J rozwiazan Jzaopatrzonego w J pakietu pozba-i i i i przekladki pretowe i wlonego prze- i SS{ { kladek preto- j j J i i wych i i i i S dane | i Si ! porównawcze j J * i i i { Powierzchnia { { J • i jednostkowa i 403 i 325 i 418 i ! 9 3 ¦ ¦ ¦ " ¦ w «z/" ! ! ; j 5 • i ii , objetosc S ! S i j swobodna ¦ 0,662 ¦ 0,786 i 0,770 i s » *W ! i ii ¦ ¦ i ii i gestosc S S Si i « kg/-3 i 477 i 158 i 185 ; { opory przeplywu J i i i ! 9a2U ! 500 1 59 I 59 j ; w Pa ¦ ; ¦ i PLThe patent description was published: 88 12 31 143103 Int O.4 B01D 53/18 Inventors: Oerzy Kepczynski, Wieslaw Pawlikowski Authorized by the patent; Politechnika Gdanska, Gdansk / Poland / PACKAGE FILLING FOR CHECKOUT AND HEAT EXCHANGE APPARATUS IN THE GAS-LIQUID CIRCUIT The development of the invention is the package filling for column apparatus for mass and heat exchange in the gas-liquid system in the form of a bundle of coiled tape. structures of packet-type filling elements for column heat and mass exchange apparatus * A known packet element, according to Polish patent specification No. 84623, is a metal or plastic tape coiled in Archimedes' spirals with holes cut into it, preferably in the shape of triangles, with cuttings from these openings I treat with a tape part of my circumference, bent from the surface of the tape and crosses each other * In this solution, the sections that session with each other are healed with the tape alternately with opposite sections of their circumferences and deviated from the plane of the tape / not folded / under a specific ket. The described clippings form rows obliquely directed to the edge of the tape in a rolled bundle, and the ends of the clippings contact the adjacent spiral of the spiral. Another known package element, according to Polish patent description No. camera. On this tape, on the side surfaces, numerous incisions are made in the form of various geometric forms arbitrarily arranged, the planes of which are bent alternately towards the center and outside of the spiral, and their height determines the distance between the individual turns of the tape. In this solution, individual packages of tape, constructed as described, are arranged in a column one above the other with auxiliary supports separating them and have mutually opposite winding directions. The described package arrangement of the elements filling se is realized by applying to cores with a small diameter and length corresponding to the total length of the filling in the column apparatus.2 143 103 Known and described and practically used in column apparatus, packet filling elements, despite the fact that they fulfill their intended purpose well *, show some disadvantages and disadvantages, especially in connection with localization. The basic disadvantages of the described solutions include the relatively high unit weight of filling, due to the fact that it is always made of a full sheet of material (metal or plastic), and the development of its surface takes place as a result of its intended deformation of the cut or incision. * to the "developed" surface in these solutions, it rarely approaches Unity, and usually it is much larger than Unity. The described solution, apart from considerable material consumption, shows features of a low propensity to create a liquid film, especially desirable in mass exchange operations. of the described structure is quite troublesome in periodic cleaning and maintenance, due to the unfavorable ratio of "full" to "developed" surfaces. The invention solves the problem of developing a new construction of a packet filling for column apparatus for mass or heat exchange. According to the invention, the packet filling has a core made of a non-permeable material for a gaseous and liquid medium, in the form of a thin-walled sleeve, at least one-sidedly and most preferably from the top of the blinded donkie. The cross-sectional diameter of the sleeve or the largest dimension of the cross-sectional eggs is not more than 0.10 times the diameter or largest cross-sectional dimension of the internal body of the column apparatus. A ribbon is wound around the core, most preferably in one section of a mesh with meshes in the shape of regular geometric shapes, in particular squares or rhombuses. The Jaat grid is located in such a way that its diagonal meshes ee are located approximately parallel to the main axis of the columnar apparatus. On one of the surfaces of the net in the egg "before being rolled up" there are placed numerous Equal elastic rod spacers, most preferably with a circular cross-section or a regular polygon, permanently placed on it at equal intervals not larger than the width of the net multiplied by the angle of the inclination of the rod spacers The tilt ket is kept in the range from 30 ° to 60 °. The diameter of the cross-section or the greatest dimension of the cross-section of the bar spacer se not less than the total thickness of the mesh in its spiraled state, having several turns touching each other. each other through rake spacers. Flexible pre-spacers are most preferably made in the form of thin-walled cylindrical tubes with a circular cross section at least on one side and most preferably sealed from above with a bottom, made of a material impervious to gaseous and liquid media. In some embodiments, the fillings are flexible ridge spacers arranged over parts of the mesh surface, especially sequentially arranged in groups. The filling is provided with a tightening element surrounding it on the outer part, in particular near the lower and / or upper edge of the mesh tape. The package filling according to the invention, while achieving the stated objectives, at the same time has the beneficial effect of increasing the efficiency of heat and mass exchange due to the formation of a bundle inside the packet. the same in size but randomly as to the location of numerous elementary surfaces inclined to the axis of the streams in contact with each other (liquid and gas). The channels randomly formed from these elementary surfaces are characterized by a variable cross-section, within much greater limits than before. The feature of the filling according to the invention, to a much greater extent than in known atopnl solutions, allows for an even distribution of liquid and gas in the entire volume of the filling package, eliminating known The disadvantageous features of the current solutions, consisting in the creation of constant channels for the flow of the gaseous medium, worsening the factor of using the column apparatus filling. In the solution according to the invention, it is important to realize favorable conditions for the formation of temporary local fluid membranes on the mesh meshes, constituting the elementary, in their mass non-inert for the intensification of mass and heat transfer by the liquid film thus produced * The described features of the solution according to the invention allow for the design of column apparatus with the use of packing with much smaller overall dimensions than before, including in particular height. is described in detail in an example of its embodiment 1, illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows a fragment of a longitudinal section of a column apparatus containing one packet of filler, Fig. 2 is a view of the web of a packet made of mesh in development, Fig. 3 is a cross sectional view. circular column apparatus filled with a filler element, Fig. 4 cross-section of a regular polygon column apparatus containing a filling element, Fig. 5 details of a diamond mesh element, Fig. 6 details of another type of mesh filling element with square meshes 1 f ig.7 a particular embodiment of the grid in a skonometric view with a two-variant design of the spacer * Packet filling according to the invention in the exemplary embodiment shown in the drawing has a core made of a material impermeable to gaseous and liquid medium, having the form of a thin-walled sleeve of the top covered with the bottom 2. The diameter of the cross-section d or the greatest dimension of the cross-section a_ of the sleeve ± is not greater than 0.10 of the diameter D or the largest dimension A of the internal cross-section of the body Z of the column apparatus * A ribbon, most preferably used in one section of the mesh 4 with meshes in the shape of regular geometric figures, especially rectangles, squares or rhombuses * In the most preferred embodiment, the mesh 4 is used in the form of a typical knotless plastic mesh, resistant to the influence of media introduced into the apparatus column * It is also possible to use a woven metal wire mesh adequately protected against the aggressive environmental impact inside the column apparatus. The mesh 4 is positioned such that the diagonal b of its square meshes or the greater diagonal fr! its rhomboidal meshes se set approximately parallel to the main axis of the column XX apparatus * On one of the surfaces of the mesh 4, in its "pre-rolled" state, there are several equally flexible rod spacers 5, preferably with a circular or regular polygon cross-section, seated on not more permanently, preferably by tying at equal intervals C, not greater than the width B of the mesh 4 multiplied by the ctg ket of the inclination of the grating spacers 5 in relation to the bottom edge 6 of the mesh 4. This ket Jost is kept in the range from 30 to 60, but most preferably is 45 • It is essential in the solution according to the invention to keep the condition that the cross-sectional diameter C1 (fig.7/ or the largest dimension a_l of the cross-sectional area of the rake-spacer 5 is not less than the total total thickness of the mesh 4 in its spiral-wound state). Archimedes' folded in such a way has adjacent coils touching each other through rake spacers j. 4, rolled up in a packing element, is embedded in the interior of the body 3 of the column apparatus in a manner ensuring that excessive play between the outer surfaces forming the packets and the surfaces of the Z body are eliminated. According to the invention, the packet filling has elastic ridge spacers, most preferably made in the form of circular tubes thin-walled at least on one side and most preferably from the top with a bottom made of a material impermeable to a gaseous medium and a liquid. In some implementations, the packet filling has flexible rod spacers 5 arranged on part of the surface of the sieve 4, especially sequentially arranged in groups . The filling It is provided with a stitching element surrounding it, in particular near the lower and / or upper edge of the mesh ribbon 4.4 143 103 In an alternative embodiment of the packet filling element according to the invention, it is devoid of pretensioners 5 and the adjacent turns of the mesh 4 are rolled up the package is in direct contact with each other * In the case of using a column device with a height greater than the prescribed width B dimension of the mesh 4, it is possible to fill the device by using several package filling elements mounted on top of each other without any spacers, brackets or spacers * The filling of the column apparatus realized with the use of a packet filling element according to the invention makes it possible to obtain the parameters presented in the specification; i Parameter i Size of comparisons - • Applied size! The size of the-! i i, according to known J using J packet using J | The J solution of the J-packet deprives the r-i i i of the ridge spacers and the connected over- i SS {{pretto-j J i i i i i i i i S data | and Si! comparative j J * i i i {Area {{J • i unit i 403 i 325 i 418 i! 9 3 ¦ ¦ ¦ "¦ w« z / "! ! ; j 5 • i ii, volume S! S i j free ¦ 0.662 ¦ 0.786 i 0.770 i s »* W! i ii ¦ ¦ i ii i density S S Si i kg / -3 i 477 i 158 i 185; {flow resistance J i i i! 9a2U! 500 1 59 I 59 j; in Pa ¦; ¦ and PL