PL175022B1

PL175022B1 - Układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy

Info

Publication number: PL175022B1
Application number: PL94302474A
Authority: PL
Inventors: Philipp Süess
Original assignee: Sulzer Chemtech Ag
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1998-10-30
Also published as: AU5773594A; BR9401105A; US5441793A; ES2137977T3; RU2102133C1; DE59309783D1; CA2116154C; CZ286363B6; CZ37594A3; CA2116154A1; EP0614695A1; CN1093020A; JPH07811A; AU668014B2; CN1051250C; EP0614695B1

Abstract

1. Uklad wypelnienia kolumny dla wymiany masy pomiedzy splywajaca warstewka cieczy i ga- zem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy stanowia warstwy kieruja- ce splywajaca warstewke cieczy ku ich pionowej krawedzi i prowadzace krawedziowy splyw cieczy a inne warstwy stanowia warstwy kierujace splywaja- ca warstewke cieczy od tej krawedzi, do wnetrza wypelnienia, znamienny tym, ze warstwy sa parami sprzezone poprzez elementy zwrotne (3), z których kazdy ma postac pasma, zagietego pod katem, z pionowa linia wierzcholkowa (30), wykonanego z pofalowanego materialu w rodzaju folii, przy czym warstwa (10) wypelnienia prowadzaca krawedzio- wy splyw cieczy (15) polaczona jest z ramieniem (31) elementu zwrotnego (3) a druga warstwa (20) wypelnienia, odprowadzajaca ciecz od krawedzi do wnetrza wypelnienia, styka sie z elementem zwrot- nym wzdluz jego drugiego ramienia (32). Fig.2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy ku ich pionowej krawędzi i prowadzące krawędziowy spływ cieczy a inne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy od tej krawędzi, do wnętrza wypełnienia.

Układ wypełnienia kolumny składa się przykładowo z warstw płytek o kształcie falistym lub z płytek złożonych zygzakowato. Płytki wykonane są z materiału w rodzaju folii (na przykład z cienkiej blachy lub tkaniny). Krawędzie zagięcia lub grzebienie wykazują nachylenie względem osi kolumny, przy czym kąt zawarty pomiędzy krawędziami i osią kolumny wynosi przykładowo 45° lub 30°. Płytki tworzą warstwy, które są ustawione równolegle do osi kolumny, a z uwagi na nachylenie ich krawędzi zagięcia są one usytuowane naprzemiennie, tak, że powstają biegnące skośnie otwarte i krzyżujące się kanały. Układ wypełnienia dzieli się na odcinki różniące się orientacją uwarstwienia. Orientacja zmienia się pomiędzy sąsiednimi odcinkami, w danym wypadku o 90°.

Dalsze przykłady układów uporządkowanego wypełnienia, które powoduje rozdzielenie obydwu strumieni substancji na przekroju kolumny są podane w europejskich opisach patentowych nr 070 917 i nr 0 069 241.

Jedne z naprzemiennie usytuowanych warstw kierują, na pionowych obrzeżach wypełnienia, spływającą przez płytki warstewkę cieczy ku krawędziom płytek, co prowadzi do pojawienia się krawędziowego spływu cieczy. Wiadomo jest, że pomiędzy odcinkami wypełnienia należy przewidzieć na ścianie kolumny elementy w rodzaju wieńców, które skierują krawędziowy spływ cieczy w taki sposób, że poprzez warstwy kierujące do wewnątrz, ciecz ta spływa częściowo z powrotem do wnętrza wypełnienia. Z opisów patentowych US-PS 4 186 159 lub CH-PS 618 006 znane są tego rodzaju elementy w postaci kołnierzy, które mogą być umieszczone na różnych wysokościach odcinków wypełnienia.

Pojedynczy odcinek układu wypełnienia kolumny do wymiany masy może się składać z jednego połączonego elementu wbudowanego, ale może on też być złożony z wielu segmentów, szczególnie przy dużej średnicy kolumny. Układ wypełnienia ma przy tym również często, w obszarze wewnętrznym, powierzchnie rozdzielcze, przebiegające poprzecznie do warstw wypełnienia a mianowicie miejsca styku pomiędzy sąsiednimi jego segmentami. Powierzchnie te przerywają kanały i wywołują oddziaływanie brzegowe, w wyniku którego również w miejscach styku segmentów powstaje krawędziowy spływ cieczy.

Żadne środki powodujące uniknięcie lub cofanie krawędziowego spływu cieczy nie są znane, a tego typu środki dla brzegu kolumny jak na przykład kołnierze wykazują bardzo małą sprawność.

Dlatego celem wynalazku jest dostarczenie środków zapewniających skuteczny ruch powrotny krawędziowego spływu cieczy do wnętrza wypełnienia względnie do jego segmentów.

175 022

Zgodnie z wynalazkiem, cel ten osiągnięto dzięki temu, że w układzie wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne, z których każdy ma postać pasma, zagiętego pod kątem, z pionową linią wierzchołkową, wykonanego z pofalowanego materiału w rodzaju folii, przy czym warstwa wypełnienia prowadząca krawędziowy spływ cieczy połączona jest z ramieniem elementu zwrotnego a druga warstwa wypełnienia, odprowadzająca ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, styka się z elementem zwrotnym wzdłuż jego drugiego ramienia, tak, że elementy zwrotne tworzą pomosty prowadzące ciecz, przez które ciecz spływająca wzdłuż krawędzi jednej warstwy, co najmniej częściowo jest przenoszona na przyporządkowaną jej drugą warstwę, odprowadzającą ciecz od krawędzi.

Korzystnie, pofalowany materiał w rodzaju folii posiada wyprofilowanie, dla którego długość fali wynosi od 0,5 do 5 mm oraz nachylenie grzebienia fal elementów zwrotnych względem osi kolumny jest większe o 0° i mniejsze od 45°.

Korzystnie również, warstwa wypełnienia, kierująca ciecz od krawędzi, ma wybrnie w którym usytuowane jest drugie ramię elementu zwrotnego.

Zgodnie z dalszą postacią wynalazku w układzie wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne w postaci żeber, które pomiędzy krawędziami pary warstw tworzą stałe połączenie.

Korzystnie, dla co najmniej części wypełnienia z pofalowanego materiału w rodzaju folii, sprzężone pary warstw stanowią płytki, złożone wzdłuż ich pionowych wybrań w kształcie rowków, przy czym miejsca pomiędzy wybraniami w postaci rowków stanowią elementy zwrotne w postaci żeber.

Zgodnie z kolejną postacią wynalazku, w układzie wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne, które stanowią zębate skrzydełka na krawędzi warstwy prowadzącej krawędziowy spływ cieczy, a na krawędzi sąsiadującej warstwy odprowadzającej ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, znajdują się wybrania, w które wchodzą zębate skrzydełka.

Zgodnie z kolejną postacią wynalazku, w układzie wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne w postaci odcinków drutu, a te odcinki drutu stykają się z warstwą prowadzącą krawędziowy spływ cieczy na jej krawędzi, a na krawędzi przyporządkowanej sąsiedniej warstwy, odprowadzającej ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, znajdują się wybrania na drut.

Korzystnie, elementy zwrotne we wszystkich postaciach wynalazku w zasadzie wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy układu wypełnienia.

Korzystny skutek rozwiązania według wynalazku polega na tym, że elementy zwrotne tworzą pomosty prowadzące ciecz, przez które ciecz spływająca wzdłuż krawędzi jednej warstwy, co najmniej częściowo jest przenoszona na przyporządkowaną jej drugą warstwę, odprowadzającą ciecz od krawędzi. Potwierdziły to pierwsze próby z układem wypełnienia z pofalowanymi pasmami foliowymi umieszczonymi na obrzeżu wypełnienia które wykazały, że odchylają one skutecznie krawędziowy spływ cieczy od krawędzi płytek. Aby odchylona ciecz mogła być przeniesiona na płytkę sąsiednią, konieczne są dodatkowe kroki. Przykładowo, za pomocą elementów uszczelniających, zatrzymujących przepływ cieczy na paśmie udało się skierować ciecz do warstw z kanałami zwrotnymi. Inną korzystną możliwość zapewniają pasma wykonane pod kątem.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój cząstkowy układu wypełnienia (bez elementów zwrotnych) w widoku perspektywicznym; fig. 2 - element zwrotny wypełnienia, zgodny z wynalazkiem; fig. 3 - obszar brzegowy kolumny z zaznaczonymi elementami zwrotnymi według fig. 2, w przekroju poprzecznym; fig. 4 - część kolumny z elementami zwrotnymi znajdującymi się w miejscach styku pomiędzy segmentami wypełnienia, w przekroju

175 022 poprzecznym; fig. 5 - pofalowana płytka warstwy wypełnienia z wybraniem w kształcie rowka, w widoku perspektywicznym; fig. 6 - krawędzie warstw wypełnienia w postaci złożonej płytki przedstawionej na fig. 5; fig. 7 - część kolumny z wypełnieniem, powstałym przez wielokrotne złożenie - zgodnie z fig. 6, w przekroju poprzecznym; fig. 8 - krawędzie wypełnienia ze skrzydełkami zębatymi, jako elementem zwrotnym, w widoku perspektywicznym; fig. 9 - krawędzie wypełnienia z elementami zwrotnymi w postaci odcinka drutu.

Przekrój cząstkowy wypełnienia na fig. 1 składa się z pofalowanych płytek 1 i 2, stykających się w punktach 12. Po płytce 1 spływa warstewka cieczy 14, która na krawędzi pionowej 13 spływa dalej w postaci krawędziowego spływu cieczy 15. Płytka 1 tworzy warstwę 10, która zaznaczona jest linią kreskowo-kropkową. Strzałką 11 zaznaczony jest kierunek, w którym kierowana jest spływająca warstewka cieczy. Jeśli is'tnieją środki dbające o przejście krawędziowego spływu cieczy 15 na sąsiednią płytkę 2, to przesyłana ciecz 24 zostaje przez warstwę 20 skierowana od krawędzi 23 z powrotem do wnętrza wypełnienia (strzałka 21).

Przedstawiony na fig. 2 pasmowy element zwrotny 3 składa się z pofalowanego materiału w rodzaju folii. Jest on zagięty pod kątem: obydwa ramiona 31 i 32 tworzą przy pionowej linii wierzchołkowej 33 kąt prosty. Ramię 31 znajduje się w styku z brzegiem warstwy 10, prowadzącej krawędziowy spływ cieczy. Ramię 32, usytuowane w kierunku płaszczyzny warstwy, dotyka warstwy 20 z boku. W warstwie tej znajduje się wybranie 22 dla ramienia 32. W niniejszym przykładzie wykonania obydwa ramiona połączone są przez łączniki mostkowe 30, tworzące pomosty przewodzące ciecz. Element zwrotny 3 wykonywany jest również w inny sposób, jak to będzie dalej wyjaśnione w powiązaniu z fig. 5 i 6.

W doświadczeniu, które zostało przeprowadzone z pozytywnym skutkiem, wybrano dla wymiarów geometrycznych wypełnienia następujące wartości: długość fali wypełnienia = 25 mm, szerokości warstwy = 25 mm, długość fali elementu zwrotnego 3 = 7,5 mm, głębokość fali = 3 mm, długość ramienia 31 = 25 mm, długość ramienia 32 = 30 mm i nachylenie grzbietów fal = 25°, prędkość zasilania wynosiła pełne 60 m/h/m³/m²h/.

Dużą skuteczność elementów zwrotnych osiąga się, gdy nada się im stosunkowo drobne wyprofilowanie: długość fali równa około 1 mm, głębokość fali równa około 0,5 mm. Dla nachylenia grzbietów fal możliwa jest praktycznie każda wartość, która jest większa od 0° i mniejsza od pełnych 60°; przeważnie wybiera się kąt mniejszy niż 45°.

Figura 3 przedstawia usytuowanie warstw wypełnienia 10 i 20 z przyporządkowanymi im elementami zwrotnymi 3 przy ścianie kolumny 9. Za pomocą elementów sprężystych 39, umieszczonych pomiędzy wypełnieniem i ścianą kolumny przykładowo dociska się element zwrotny 3 do krawędzi 13 warstwy 10. Elementy zwrotne 3 można przymocować też do warstw wypełnienia za pomocą połączenia spawanego, śrubowego lub nitowego. Fig. 4 przedstawia obok elementów zwrotnych 3 na brzegu kolumny dodatkowo także elementy zwrotne 3, znajdujące się w miejscach styku 90 pomiędzy segmentami wypełnienia w jego obszarze wewnętrznym.

Korzystne jest, gdy ramię 31 elementu zwrotnego jest nieco krótsze aniżeli szerokość warstwy 10. Wówczas dla strumienia gazu, poruszającego się pomiędzy ścianą kolumny 9 i wypełnieniem, nie występuje istotne utrudnienie, z uwagi na możliwość przepływu zwrotnego do wnętrza wypełnienia.

Na figurze 5 przedstawiona jest w przekroju cząstkowym płytka z pofalowanej folii, podzielona wskutek wykonanych pionowo wybrań rowkowych 40 na dwie części 1' i 2'. Obydwie części płytki połączone są w miejscach pomiędzy wybraniami żebrami 4 w sposób mostkowy. Przez złożenie wokół osi 41 zgodnie ze strzałką 42 otrzymuje się strukturę dwuwarstwową, z parą warstw 10 i 20 wypełnienia z fig. 6 (albo, odpowiednio, pokazany na fig. 2 element zwrotny 3). Składanie odbywa się o 180° tak, że obydwie części 1' i 2' stykają się w punktach 12. (Przy odpowiednim wykonaniu elementu zwrotnego 3 składanie odbywa się oczywiście tylko o 90°).

W pokazanej na fig. 5, 6 parze warstw 10, 20 elementy zwrotne wykonane są w postaci żeber 4, które tworzą stałe połączenie pomiędzy krawędziami 13' i 23' części

175 022 płytek 1' i 2'. Płynąca krawędzią 13' ciecz 15 spływającej warstewki cieczy 14 zostaje poprzez te elementy zwrotne 3 skierowana z powrotem do wnętrza wypełnienia (strzałka 24).

Dla dobrego odwracania krawędziowego spływu cieczy 15 ważne jest ażeby żebra 4 były możliwie szerokie. Dlatego rowkowe wybrania 40 (fig. 5) powinno być tylko tak długie, jak to jest potrzebne dla złożenia płytki.

Według metody składania z fig. 5 można również złożyć dużą liczbę płytek w wielowarstwowy segment układu wypełnienia. Jest to zilustrowane w oparciu o fig. 7. Elementy zwrotne są zgodnie z fig. 6 symbolizowane za pomocą łuków 4' (przy ścianie kolumny 9) i 4 (przy miejscu styku 90).

Na figurze 8 przedstawiony jest w przekroju cząstkowym obszar brzegowy pary płytek 1, 2, tworzących warstwy 10 i 20, w której elementy zwrotne na brzegu warstwy 10, prowadzącej krawędziowy spływ cieczy 15, są ukształtowane w postaci zębatych skrzydełek 5. Skrzydełka te powstają przez skośne cięcie na krawędzi 13 płytki 1 (krawędź cięcia 13a) i złożenie do tyłu wokół linii 50 fragmentu określonego przez wyciętą klamrę 51. Na krawędzi płytki 2 wykonane są wybrania 52 dla skrzydełek 5, tak, że spływająca krawędzią ciecz 25 może bez przeszkód przejść do sąsiedniej warstwy 20 (strzałka 24).

W postaci wykonania z fig. 9 elementy zwrotne wykonane są z odcinków drutu 6. Elementy te mają z jednej strony koniec w kształcie haka, którym są zawieszone w otworach 16 płytki 1; a z drugiej strony są ukształtowane w taki sposób, że dotykają krawędzi 13 płytki 1 w punkcie 13b. Na krawędzi 23 płytki 2 znajdują się wybrania 26 w kształcie rowka dla dolnych końców odcinków drutu 6. W punkcie 13b krawędziowy spływ cieczy 15 ulega odchyleniu od warstwy 10 w kierunku do sąsiedniej warstwy 20 (strzałki 25, 24). W przypadku gdyby zdolność zwrotnego odprowadzenia odcinków drutu 6 okazała się zbyt niska, to w miejsce pojedynczego odcinka drutu na długość fali, można zastosować ich dwa lub więcej.

Elementy zwrotne we wszystkich postaciach wynalazku w zasadzie wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy układu wypełnienia, zwłaszcza ze stopu metali lub z tworzywa sztucznego.

175 022

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy ku ich pionowej krawędzi i prowadzące krawędziowy spływ cieczy a inne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy od tej krawędzi, do wnętrza wypełnienia, znamienny tym, że warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne (3), z których każdy ma postać pasma, zagiętego pod kątem, z pionową linią wierzchołkową (30), wykonanego z pofalowanego materiału w rodzaju folii, przy czym warstwa (10) wypełnienia prowadząca krawędziowy spływ cieczy (15) połączona jest z ramieniem (31) elementu zwrotnego (3) a druga warstwa (20) wypełnienia, odprowadzająca ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, styka się z elementem zwrotnym wzdłuż jego drugiego ramienia (32).
2. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 1, znamienny tym, że pofalowany materiał w rodzaju folii posiada wyprofilowanie, dla którego długość fali wynosi od 0,5 do 5 mm oraz, że nachylenie grzebienia fal elementów zwrotnych (3) względem osi kolumny jest większe od 0° i mniejsze od 45°.
3. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa (20) wypełnienia, kierująca ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, ma wybranie (22) w którym usytuowane jest drugie ramię (32) elementu zwrotnego (3).
4. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy zwrotne (3) wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy wypełnienia.
5. Układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy ku ich pionowej krawędzi i prowadzące krawędziowy spływ cieczy, a inne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy od tej krawędzi, do wnętrza wypełnienia, znamienny tym, że warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne (3), w postaci żeber (4), które pomiędzy krawędziami (13', 23') pary warstw (10,20) tworzą stałe połączenie.
6. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 5, znamienny tym, że dla co najmniej części wypełnienia z pofalowanego materiału w rodzaju folii, sprzężone pary warstw, stanowią płytki złożone wzdłuż ich pionowych wybrań w kształcie rowków (40), przy czym miejsca pomiędzy wybraniami w postaci rowków (40) stanowią elementy zwrotne w postaci żeber (4).
7. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 5, znamienny tym, że elementy zwrotne (3) wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy wypełnienia.
8. Układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy ku ich pionowej krawędzi i prowadzące krawędziowy spływ cieczy a inne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy od tej krawędzi, do wnętrza wypełnienia, znamienny tym, że warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne (3), które stanowią zębate skrzydełka (51) na krawędzi (13) warstwy (10) prowadzącej krawędziowy spływ cieczy (15), i, że na krawędzi sąsiadującej warstwy (20) odprowadzającej ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, znajdują się wybrania (52), w które wchodzą zębate skrzydełka (51).
9. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 8, znamienny tym, że elementy zwrotne wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy wypełnienia.
10. Układ wypełnienia kolumny dla wymiany masy pomiędzy spływającą warstewką cieczy i gazem, z naprzemiennie usytuowanymi warstwami, przy czym jedne warstwy

175 022 stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy ku ich pionowej krawędzi i prowadzące krawędziowy spływ cieczy a inne warstwy stanowią warstwy kierujące spływającą warstewkę cieczy od tej krawędzi, do wnętrza wypełnienia, znamienny tym, że warstwy są parami sprzężone poprzez elementy zwrotne (3) w postaci odcinków drutu, że te odcinki drutu stykają się z warstwą prowadzącą krawędziowy spływ cieczy (15) wzdłuż krawędzi (13) i, że na krawędzi (23) przyporządkowanej sąsiedniej warstwy (20) odprowadzającej ciecz od krawędzi do wnętrza wypełnienia, znajdują się wybrania na drut (26).
11. Układ wypełnienia kolumny według zastrz. 3, znamienny tym, że elementy zwrotne (3) wykonane są z takiego samego materiału jak warstwy wypełnienia.