PL171912B1

PL171912B1 - Element wypelniajacy PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL171912B1
Application number: PL93299709A
Authority: PL
Inventors: Hassan S Niknafs; Henry G Lex Jr
Original assignee: Norton Chem Process Prod
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1997-06-30
Also published as: CZ143893A3; CN1081935A; RU2114692C1; DE69305701T2; ES2093330T3; TW280805B; CA2100189A1; SK76693A3; AU656274B2; JPH06190273A; ES2093330T5; KR100256153B1; CA2100189C; DE69305701D1; EP0579234B1; HUT68741A; CN1037824C; EP0579234B2; UA39164C2; PL299709A1

Abstract

1. Element wypelniajacy do przenika- nia masy posiadajacy ksztalt pierscienia, któ- rego scianka ma odksztalcenia do wewnatrz z wystepami miedzy nimi, znamienny tym, ze odksztalcenia do wewnatrz sa usytuowane na przeciwleglych koncach wzajemnie pro- stopadlych srednic tworzac cztery zewne- trzne wystepy miedzy nimi. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest element wypełniający stosowany w urządzeniach do przeprowadzania procesów chemicznych, a zwłaszcza swobodnie zasypywany element wypełniający stosowany w procesach związanych z przenikaniem masy.

Terminem przenikanie masy określa się przenoszenie jednego lub więcej składnika z jednej nie mieszającej się fazy do innej. Składnik ten może być chemiczny lub cieplny. W przypadku, gdy składnikiem tym jest ciepło może to być ciepło spalania lub ciepło reakcji, które trzeba usunąć ze strumienia reakcji przed dalszym przetwarzaniem lub ze strumienia ciepła lub płynu, zanim może on być pobrany lub użyty. Składnik ten może także być składnikiem chemicznym takim, jak składnik gazowy, który ma być usunięty ze strumienia gazowego przez absorpcję lub składnikiem ciekłej mieszaniny, która ma być poddana destylacji lub procesowi oddzielania. Przy takim i wielu innych zastosowaniach wymagających przenikania masy, zwykle przepuszcza się płyn, który ma być poddawany obróbce przez kolumnę zawierającą usytuowane chaotycznie elementy wypełniające. Elementy te są dalej nazywane, dla uproszczenia, elementami do przenikania masy, niezależnie od tego, w połączeniu z którym procesem mają być faktycznie stosowane.

Oczywiście, najskuteczniejsze są te elementy do przenikania masy, które zapewniają największe pole powierzchni stykającej się z płynem. Dlatego wielokrotnie próbowano skonstruować takie układane w sposób przypadkowy elementy wypełniające, w których pole tej powierzchni jest zmaksymalizowane. Stwierdzono, jednak, w praktyce, że inne właściwości są także nadzwyczaj pożądane. Na przykład, bardzo dobrze jest także, gdy elementy te nie wchodzą nawzajem jeden w drugi, gdy znajdują się w kolumnie, poniważ zmniejsza to efektywne pole powierzchni wystawionej na oddziaływanie czynników zewnętrznych. Bardzo ważne jest także, aby nie pakować tych elementów tak ściśle, że zostaje ograniczony przepływ płynu i powstaje duży spadek ciśnienia pomiędzy wejściem do kolumny i wyjściem z niej.

Zrównoważenie tych często konkurujących ze sobą wymagań, w celu wyprodukowania skutecznego elementu do przenikania masy, wymaga znacznych umiejętności i związane jest z kompromisami mającymi zapewnić optymalne połączenie tych właściwości.

Znane jest ze stanu techniki rozwiązanie ujawnione w niemieckim opisie patentowym nr DE-OS-1 945 048 dotyczące elementu wypełniającego dla kolumn wykonanego z tworzywa sztucznego o niskiej zdolności zwilżania. Element wypełniający ma konstrukcję pryzmatyczną mającą w przekroju poprzecznym kształt rozety z wieloma fałdami skierowanymi do wewnątrz i na zewnątrz.

Z opisu patentowego nr DE-B-316497 znane są wydrążone korpusy stosowane w wieżach absorpcyjnych i reakcyjnych, a wykonanych z pierścieni umieszczonych jeden na drugim. Pierścienie mają różne kształty i są połączone ze sobą tak, ze tworzą one stały korpus, w którym elementy mające ten sam kształt są umieszczone równolegle do siebie. Jednakże w tym

171 912 rozwiązaniu nie uzyskano dużych powierzchni, poniważ elementy te są ustawione równolegle do siebie i ponieważ mają kształt pierścieni.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji układanego w sposób przypadkowy elementu wypełniającego do pizenikauia niasy.

Element wypełniający do przenikania masy posiadający kształt pierścienia, którego ścianka ma odkształcenia do wewnątrz z występami między nimi według wynalazku charakteryzuje się tym, że odkształcenia do wewnątrz są usytuowane na przeciwległych końcach wzajemnie prostopadłych średnic tworząc cztery zewnętrzne występy między nimi.

Korzystnie zakres odkształcenia na przeciwległych końcach tej samej średnicy jest taki sam.

Korzystnie cztery zewnętrzne występy mają zasadniczo te same wymiary.

Korzystnie stosunek długości wzajemnie prostopadłych średnic wynosi od około 1:1 do około 4:1.

Korzystnie element ma szereg osiowo rozciągających się żeber uformowanych na zewnętrznej powierzchni cylindra.

Korzystnie końce cylindra są tak ukształtowane, aby były zgodne z teoretycznymi powierzchniami wklęsłymi tak, ze osiowa długość cylindra jest najkrótsza wzdłuż jego osi.

Korzystnie odkształcenia do wewnątrz znajdujące się na przeciwległych końcach każdej średnicy są jednakowej wielkości.

Korzystnie odkształcenia do wewnątrz na przeciwległych końcach średnic mają równe promienie krzywizn wewnętrznej powierzchni ścianki.

Korzystnie odkształcenia do wewnątrz na przeciwległych końcach prostopadłych średnic mają promień krzywizny różny od promieni krzywizn zagłębień na końcach drugiej średnicy.

Korzystnie stosunek dwóch promieni krzywizny wynosi od około 1:1 do około 4:1.

Korzystnie stosunek dwóch promieni krzywizny wynosi od około 2:1 do około 3:1.

Korzystnie promienie krzywizn dwu zespołów wypukłości są takie same, lecz kąt obejmowany przez krańce wypukłości jest większy dla jednej przeciwległej pary niż dla drugiej.

Korzystnie wciśnięcie większej pary wypukłości do wewnętrznej przestrzeni elementu jest większe niż wciśnięcie drugiej pary wypukłości.

Korzystnie wepchnięcie dwu większych wypukłości powoduje zetknięcie się przeciwległych wewnętrznych powierzchni i osiowy przelot przez element jest podzielony na dwie części.

Korzystnie promienie krzywizn wszystkich wewnętrznych powierzchni czterech odkształceń są równe i wewnętrzne wciśnięcia wszystkich czterech odkształceń są takie same tworząc wewnętrzny przelot o zasadniczo krzyżowym przekroju poprzecznym.

Korzystnie największy wymiar przekroju poprzecznego jest większy od długości osiowej.

Korzystnie największy wymiar przekroju poprzecznego jest około 2 do 6 razy większy od długości osiowej.

Korzystnie największy wymiar przekroju poprzecznego jest około 2 do 4 razy większy od długości osiowej.

Korzystnie zewnętrzna powierzchnia elementu zawiera cztery wypukłe występy, które są rozdzielone powierzchniami wklęsłymi odpowiadającymi wypukłościom powierzchni wewnętrznych lub powierzchniami łączącymi o małej krzywiźnie lub bez krzywizny w każdym kierunku.

Korzystnie w każdej wklęsłości znajduje się od około 2 do 6 żeber.

Korzystnie w każdej wklęsłości znajduje się od około 3 do 4 żeber.

Korzystnie zebra umieszczone są we wklęsłościach o większym promieniu krzywizny.

Korzystnie końce elementu wzdłuż osi są uformowane z końcami ścianek tak ukształtowanymi, aby odwzorowywały teoretyczne zakrzywione powierzchnie, które są wypukłe lub korzystniej wklęsłe.

Korzystnie zakres wielkości wydrążenia jest taki, że długość osiowa wzdłuż osi wynosi od około 60% do około 90%, a korzystniej około 75% długości osiowej na obwodzie.

Te odkształcenia do wewnątrz na przeciwległych końcach każdej średnicy są jednakowej wielkości tak, że wypukłość wewnętrznej powierzchni ścianki każdego odkształcenia ma ten sam promień krzywizny. Odkształcenia do wewnątrz naprzeciwległych końcach prostopadłych

171 912 średnic mają także równe promienie krzywizn wewnętrznej powierzchni ścianki, lecz w jednej korzystnej postaci, mają korzstnie różny promień krzywizny od promieni krzywizn zagłębień na końcach drugiej średnicy tak, że cztery zewnętrzne występy sprawiają, ze przekrój poprzeczny ma kształt motylkowy. Stosunek tych dwóch promieni krzywizny w tej korzystnej postaci może zmieniać się w szerokim zakresie, lecz korzystnie wynosi od około 1:1 do około 4:1, części od około 2:1 do około 3:1.

W korzystnym rozwiązaniu promienie krzywizn dwu zespołów wypukłości są takie same. lecz kąt obejmowany przez krańce wypukłości jest większy dla jednej przeciwległej pary, niż dla drugiej. W warunkach praktycznych oznacza to, że wciśnięcie większej pary wypukłości do wewnątrz wewnętrznej przestrzeni elementu jest większe niż wciśnięcie drugiej pary wypukłości. W skrajnej formie tej postaci wepchnięcie dwu większych przeciwległych wypukłości jest takie, że przeciwległe wewnętrzne powierzchnie stykają się i osiowy przelot przez element jest skutecznie podzielony na dwa.

W drugiej korzystnej postaci promienie krzywizn wszystkich wewnętrznych powierzchni tych czterech odkształceń są równe i wewnętrzne wciśnięcia wszystkich czterech są takie same tak, aby utworzyć wewnętrzny przelot o zasadniczo krzyżowym przekroju poprzecznym.

Osiowa długość tego elementu może być dowolnej wielkości, lecz zazwyczaj wynosi ona od około 0,5 cm do około 3 cm i korzystnie od około 1 cm do około 2 cm.

Największy wymiar przekroju poprzecznego jest zazwyczaj większy od długości osiowej i często jest od około 2 do około 6 razy większy. Najczęściej największy wymiar przekroju poprzecznego jest od około 2 do około 4 razy większy od długości osiowej.

Zewnętrzna powierzchnia elementu zawiera cztery wypukłe występy, które mogą być rozdzielone powierzchniami wklęsłymi odpowiadającymi wypukłościom powierzchni wewnętrznych lub powierzchniami łączącymi o małej krzywiźnie lub bez krzywizny w każdym kierunku. Zazwyczaj ten ostatni typ powierzchni łączącej jest preferowany w elementach mających cztery występy równej wielkości.

Tam, gdzie występy są rozdzielone powierzchniami wklęsłymi, wklęsłości te mogą być zaopatrzone w żebra rozciągające się wzdłuż długości elementu. W korzystnej konstrukcji w każdej wklęsłości znajduje się od około 2 do około 6, a korzystniej, od 3 do 4 żeber, a najkorzystniej tylko we wklęsłościach o większym promieniu krzywizny.

Chociaż kształt elementów według wynalazku został opisany jako cylindryczny, przewidziane jest, że kształt przekroju poprzecznego może zmieniać się wzdłuż długości cylindra bez odchodzenia od zasadniczej koncepcji wynalazku. W ten sposób cylinder może być lekko zwężany lub uformowany z talią w taki sposób, że największy wymiar przekroju poprzecznego jest najmniejszy w przybliżeniu w środkowym punkcie długości. Należy jednak przypomnieć, że takie odstępstwa mogą zwiększać spadek ciśnienia od jednego końca warstwy do drugiego i być może zmieniają upakowanie elementów w warstwie. Dlatego też odstępstwa mogą być tolerowane do takiego zakresu, przy którym nie zmniejszają w znacznym stopniu skuteczności elementu pod względem jego głównego przeznaczenia.

Końce elementu wzdłuż osi mogą być uformowane z końcami ścianek tak ukształtowanymi, aby odwzorowały teoretyczne zakrzywione powierzchnie, które są wypukłe lub, korzystniej wklęsłe. W ten sposób, w korzystnych postaciach, końce elementów są tak wydrążone, że długość osiowa jest mniejsza od długości na obwodzie. Zakres wielkości wydrążenia może być taki, że długość osiowa wzdłuż osi wynosi od około 60% do około 90%, a bardziej typowo około 75%, długości osiowej na obwodzie.

Cylinder może być wykonany z dowolnego typowego materiału stosowanego do takich celów. I tak, korzystnym materiałem jest materiał ceramiczny lub wypalona glina, chociaż mogą być używane do pewnych zastosowań inne materiały takie, jak szkło lub metal. Ogólnie biorąc materiał ten powinien być obojętny dla płynu, na działanie którego będzie wystawiony. Tam, gdzie w grę wchodzi przenikanie ciepła powinien on także mieć zdolność pochłaniania ciepła w ilościach wymaganych przez procesor. Powinien on także być zdolny znosić zarówno wstrząs cieplny, jak i fizyczny podczas ładowania i używania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy element według wynalazku w widoku perspektywicznym, fig. 2 6

171 912 drugi przykład wykonania elementu w widoku perspektywicznym, fig. 3 - trzeci przykład wykonania elementu w widoku perspektywicznym, a fig. 4 - czwarty przykład wykonania elementu w widoku perspektywicznym.

Obecnie wynalazek zostanie opisany w odniesieniu do rysunków, których celem jest tylko zilustrowanie, a nie mają na celu narzucanie żadnych ograniczeń zakresowi wynalazku zastrzeganego szczegółowo odnośnie wymiarów.

Na figurze 1 cylindryczny element ma cztery zewnętrzne występy o równej wielkości. Wewnętrzna powierzchnia ma cztery, równo rozstawione wypukłości. Największa zewnętrzna średnica przekroju poprzecznego elementu wynosi 3,33 cm, a największa długość wynosi 2,54 cm. Na każdym końcu cylindra powierzchnie elementu są tak ukształtowane, aby tworzyły część teoretycznej wklęsłej powierzechni tak, że przeciwległe teoretyczne powierzchnie są oddzielone od siebie tak, że są od siebie odległe o 1,91 cm w miejscu ich największego zbliżenia na osi elementu. Promień krzywizny zewnętrznych występów wynosi 0,64 cm, a promień krzywizny wewnętrznych wypukłości wynosi 0,60 cm. Zewnętrzne występy połączone są za pomocą wypukłych powierzchni o promieniu krzywizny wynoszącym 1,03 cm, a wewnętrzne występy połączone są za pomocą wklęsłych powierzchni o promieniu krzywizny wynoszącym 0,95 cm.

Figura 2 przedstawia przykład wykonania, w którym grubość ścianki cylindrycznego elementu pozostaje zasadniczo stała i w którym wewnętrzna powierzchnia zaopatrzona jest w wypukłość o różnych promieniach krzywizn z przeciwległą parą wypukłości, na przeciwległych końcach pierwszej średnicy, mającą taką samą (większą), wypukłość i drugą przeciwległą parę końców drugiej średnicy pod kątem prostym do pierwszej, wypukłą w mniejszym stopniu. Zewnętrzne powierzchnie większych wewnętrznych wypukłości zaopatrzone są w cztery równomiernie rozmieszczone, rozciągające się osiowo żebra.

Promienie krzywizny większej z wewnętrznych wypukłości wynoszą 2,31 cm, a promienie krzywizny mniejszych wypukłości wynoszą 1,17 cm. Długość osiowa elementu wynosi 1,42 cm, grubość ścianki wynosi 0,28 cm, a największy odstęp pomiędzy zewnętrznymi powierzchniami sąsiednich występów wynosi 5,31 cm.

Figura 3 ukazuje strukturę podobną do struktury z fig. 2, lecz z bardziej wyraźnie zaznaczonymi zewnętrznymi występami i wewnętrznymi wklęsłościami, które nie są tak całkiem różne. W strukturze tej brak jest także zewnętrznych żeber osiowych.

Dwie większe przeciwległe wypukłości mają promienie krzywizny wynoszące 1,25 cm (0,89 cm wynosi promień krzywizny przeciwległej wklęsłej powierzchni), a mniejsze mają promienie krzywizny wynoszące 0,89 cm (0,53 wynosi promień krzywizny przeciwległej wklęsłej powierzchni). Grubość ścianki wynosi 0,36 cm, a długość osiowa wynosi 1,42 cm. Największy odstęp pomiędzy zewnętrznymi powierzchniami sąsiednich występów wynosi 4,37 cm.

Element na fig. 4 jest podobny do przykładu wykonania z fig. 3 z tym wyjątkiem, że większe wewnętrzne wypukłości są tak duże, że stykają się one w osi elementu.

W tym przykładzie wykonania promienie krzywizny wszystkich zewnętrznych powierzchni odpowiadających wewnętrznym wypukłościom wynoszą 1,91 cm, jakkolwiek jedna przeciwległa para jest tak wyraźnie zaznaczona, że wewnętrzne powierzchnie stykają się. Osiowa długość elementu wynosi 1,91 cm, a grubość ścianki wynosi 0,95 cm.

171 912

FIG. 4

171 912

FIG. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Element wypełniający do przenikania masy posiadający kształt pierścienia, którego ścianka ma odkształcenia do wewnątrz z występami między nimi, znamienny tym, że odkształcenia do wewnątrz są usytuowane na przeciwległych końcach wzajemnie prostopadłych średnic tworząc cztery zewnętrzne występy między nimi.
2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że zakres odkształcenia na przeciwległych końcach tej samej średnicy jest taki sam.
3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że cztery zewnętrzne występy mają zasadniczo te same wymiary.
4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek długości wzajemnie prostopadłych średnic wynosi od około 1:1 do około 4:1.
5. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że ma szereg osiowo rozciągających się żeber uformowanych na zewnętrznej powierzchni cylindra.
6. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że końce cylindra są tak ukształtowane, aby były zgodne z teoretycznymi powierzchniami wklęsłymi tak, że osiowa długość cylindra jest najkrótsza wzdłuż jego osi.
7. Element według zastrz. 2, znamienny tym, że odkształcenia do wewnątrz znajdujące się na przeciwległych końcach każdej średnicy są jednakowej wielkości.
8. Element według zastrz. 7, znamienny tym, że odkształcenia do wewnątrz na przeciwległych końcach średnic mają także równe promienie krzywizn wewnętrznej powierzchni ścianki.
9. Element według zastrz. 8, znamienny tym, że odkształcenia do wewnątrz na przeciwległych końcach średnic mają promień krzywizny różny od promieni krzywizn zagłębień na końcach drugiej średnicy.
10. Element według zastrz. 9, znamienny tym, że stosunek dwóch promieni krzywizny wynosi od około 1:1 do około 4:1.
11. Element według zastrz. 10, znamienny tym, że stosunek dwóch promieni krzywizny wynosi od około 2:1 do około 3:1.
12. Element według zastrz. 11, znamienny tym, że promienie krzywizn dwu zespołów wypukłości są takie same, lecz kąt obejmowany przez krańce wypukłości jest większy dla jednej przeciwległej pary niż dla drugiej.
13. Element według zastrz. 12, znamienny tym, że wciśnięcie większej pary wypukłości do wewnętrznej przestrzeni elementu jest większe niż wciśnięcie drugiej pary wypukłości.
14. Element według zastrz. 13, znamienny tym, że wepchnięcie dwu większych wypukłości powoduje zetknięcie się przeciwległych wewnętrznych powierzchni i osiowy przelot przez element jest podzielony na dwie części.
15. Element według zastrz. 8, znamienny tym. że promienie krzywizn wszystkich wewnętrznych powierzchni czterech odkształceń są równe i wewnętrzne wciśnięcia wszystkich czterech odkształceń są takie same tworząc wewnętrzny przelot o zasadniczo krzyżowym przekroju poprzecznym.
16. Element według zastrz. 6, znamienny tym, że największy wymiar przekroju poprzecznego jest większy od długości osiowej.
17. Element według zastrz. 16, znamienny tym, że największy wymiar przekroju poprzecznego jest około 2 do 6 razy większy od długości osiowej.
18. Element według zastrz. 17, znamienny tym, że największy wymiar przekroju poprzecznego jest około 2 do 4 razy większy od długości osiowej.
19. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna powierzchnia elementu zawiera cztery wypukłe występy, które są rozdzielone powierzchniami wklęsłymi odpowiadają171 912 cymi wypukłościom powierzchni wewnętrznych lub powierzchniami łączącymi o małej krzywiźnie lub bez krzywizny w każdym kierunku.
20. Element według zastrz. 5, znamienny tym, ze w każdej wklęsłości znajduje się od około 2 do 6 żeber.
21. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że w każdej wklęsłości znajduje się od około 3 do 4 żeber.
22. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że żebra umieszczone są we wklęsłościach o większym promieniu krzywizny.
23. Element według zastrz. 6, znamienny tym, ze końce elementu wzdłuż osi są uformowane z końcami ścianek tak ukształtowanymi, aby odwzorowywały teoretyczne zakrzywione powierzchnie, które są wypukłe lub korzystniej wklęsłe.
24. Element według zastrz. 6, znamienny tym, że zakres wielkości wydrążenia jest taki, że długość osiowa wzdłuż osi wynosi od około 60% do około 90%, korzystniej około 75% długości osiowej na obwodzie.