PL194241B1 - Wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy - Google Patents

Wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy

Info

Publication number
PL194241B1
PL194241B1 PL339029A PL33902900A PL194241B1 PL 194241 B1 PL194241 B1 PL 194241B1 PL 339029 A PL339029 A PL 339029A PL 33902900 A PL33902900 A PL 33902900A PL 194241 B1 PL194241 B1 PL 194241B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
range
angle
shelf
column
folds
Prior art date
Application number
PL339029A
Other languages
English (en)
Other versions
PL339029A1 (en
Inventor
Swaminathan Sunder
Herbert Charles Klotz
George Amir Meski
Original Assignee
Air Prod & Chem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of PL339029A1 publication Critical patent/PL339029A1/xx
Publication of PL194241B1 publication Critical patent/PL194241B1/pl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J19/325—Attachment devices therefor, e.g. hooks, consoles, brackets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04909—Structured packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04915—Combinations of different material exchange elements, e.g. within different columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/3221—Corrugated sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B01J2219/32217—Plurality of essentially parallel sheets with sheets having corrugations which intersect at an angle of 90 degrees
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B01J2219/3222—Plurality of essentially parallel sheets with sheets having corrugations which intersect at an angle different from 90 degrees
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32224—Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • B01J2219/32227—Vertical orientation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32237—Sheets comprising apertures or perforations
    • B01J2219/32244—Essentially circular apertures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32248—Sheets comprising areas that are raised or sunken from the plane of the sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32255—Other details of the sheets
    • B01J2219/32262—Dimensions or size aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32265—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32268—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in the same horizontal level
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32265—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32272—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in superimposed layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32408—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32483—Plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/33—Details relating to the packing elements in general
    • B01J2219/3306—Dimensions or size aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/332—Details relating to the flow of the phases
    • B01J2219/3322—Co-current flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/332—Details relating to the flow of the phases
    • B01J2219/3325—Counter-current flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

1. Wypelnienie ukierunkowane zawierajace szereg fali- stych pólek rozmieszczonych w ukladzie równoleglym w pionie, kazda pólka z co najmniej jednym otworem i szeregiem regularnie rozstawionych i w przyblizeniu rów- noleglych fald rozmieszczonych w ukladzie skrzyzowanym wzgledem fald w sasiedniej pólce, znamienne tym, ze ma gestosc powierzchniowa w przedziale od okolo 350 m 2 /m 3 do okolo 800 m 2 /m 3 , oraz otwory (28) maja srednice ekwi- walentna mniejsza niz okolo 4 milimetry, ale wieksza niz okolo 2 mm, i faldy maja kat pofaldowania (a) wzgledem poziomu w przedziale wartosci od okolo 35° do okolo 65° oraz kazda falda ma kat rozwarcia (ß) pomiedzy dwo- ma bokami faldy wprzedziale wartosci od okolo 80° do okolo 110°. 13. Kolumna do wymiany ciepla i/lub masy pomiedzy pierwsza faza a druga faza, majaca co najmniej jedno wypelnienie ukierunkowane zawierajace szereg falistych pólek rozmieszczonych w ukladzie równoleglym w pionie, przy czym kazda pólka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przyblizeniu równoleglych fald rozmieszczonych w ukladzie skrzyzowanym wzgledem fald w sasiedniej pólce, znamienna tym, ze wypelnienie ukie- runkowane ma gestosc powierzchniowa w przedziale od okolo 350 m 2 /m 3 do okolo 800 m 2 /m 3 , oraz otwory (28) maja srednice ekwiwalentna mniejsza niz okolo 4 milimetry, ale wieksza niz okolo 2 mm, i faldy maja kat pofaldowania (a) wzgledem poziomu w przedziale wartosci od okolo 35° do okolo 65° oraz kazda falda ma kat rozwarcia (ß) …………… PL PL PL

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy.
Wynalazek dotyczy zwłaszcza strukturalnych wypełnień falistych i znajduje zastosowanie zwłaszcza w kolumnach do wymiany ciepła i/lub masy, zwłaszcza w procesach kriogenicznego rozdzielania powietrza, ale można go również stosować w innych procesach wymiany ciepła i/lub masy, w których można używać wypełnienia strukturalne.
Termin sekcja kolumny (albo sekcja) oznacza strefę w kolumnie do wymiany ciepła i/lub masy wypełniającą średnicę kolumny. Górna lub dolna część konkretnej sekcji lub strefy kończy się, odpowiednio, przy dystrybutorach fazy ciekłej i gazowej (w tym pary).
Termin „wypełnienie” oznacza lite lub puste wewnątrz elementy o zadanych wymiarach, kształcie i konfiguracji, używane jako wewnętrzne elementy kolumny o pewnym polu powierzchni stykowej z cieczą, umożliwiające wymianę masy i/lub ciepła w obszarze międzyfazowym podczas przeciwprądowego przepływu dwóch faz. Dwie szerokie klasy wypełnień to wypełnienia chaotyczne i ukierunkowane.
Wypełnienie chaotyczne oznacza wypełnienie, w którym poszczególne elementy nie mają żadnej orientacji względem siebie nawzajem lub osi kolumny. Wypełnienia chaotyczne są małymi, pustymi w środku strukturami o dużym polu powierzchni w stosunku do objętości jednostkowej, ułożonymi w kolumnie chaotycznie.
Wypełnienie ukierunkowane oznacza wypełnienie, w którym poszczególne elementy mają określoną orientację względem siebie i względem osi kolumny. Wypełnienia ukierunkowane są zwykle wykonane z cienkiej folii metalowej, rozciąganej siatki metalowej lub falistej siatki drucianej ułożonych warstwami lub w postaci spiralnych zwojów.
Termin gęstość powierzchniowa oznacza pole powierzchni wypełnienia ukierunkowanego na jego jednostkę objętości, i zazwyczaj jest wyrażane w m2/m3 objętości zajmowanej przez wypełnienie.
W takich procesach jak destylacja lub chłodzenie stykowe, zaletą jest używanie wypełnienia ukierunkowanego do intensyfikacji wymiany ciepła i masy pomiędzy płynącymi przeciwprądowo strumieniami cieczy i gazu. Zaletą wypełnień ukierunkowanych, w porównaniu z wypełnieniami chaotycznymi lub półkowymi, jest wyższa sprawność wymiany ciepła i/lub masy przy niższym spadku ciśnienia. Ponadto można dla nich lepiej przewidzieć osiągi niż w przypadku wypełnień chaotycznych.
Kriogeniczne rozdzielanie powietrza przeprowadza się przepuszczając przeciwprądowo w styczności ze sobą ciecz i parę przez kolumnę destylacyjną. Faza parowa mieszaniny wznosi się z coraz większym stężeniem składników o większej lotności, np. azotu, natomiast faza ciekła mieszaniny opada z coraz większym stężeniem składników o mniejszej lotności, np. tlenu. Do doprowadzania fazy ciekłej i parowej mieszaniny do styczności w celu wymiany masy pomiędzy nimi można stosować różne wypełnienia lub półki.
Istnieje wiele technologii rozdzielania powietrza podczas destylacji kriogenicznej na jego składniki, tj.na azot, tlen, argon, itp. Na pos. I przedstawiono schematycznie typowe urządzenie 10 do kriogenicznego rozdzielania powietrza. Do podstawy kolumny wysokociśnieniowej 2 doprowadza się powietrze zasilające 1 o wysokim ciśnieniu. Wewnątrz kolumny wysokociśnieniowej powietrze jest rozdzielane na parę wzbogaconą w azot i ciecz wzbogaconą w tlen. Wzbogacona w tlen ciecz 3 jest doprowadzana z kolumny wysokociśnieniowej 2 do kolumny niskociśnieniowej 4. Wzbogacona w azot para 5 jest przepuszczana do skraplacza 6, gdzie jest skraplana do postaci wrzącego tlenu, który zapewnia ponowne odparowanie do kolumny niskociśnieniowej. Wzbogacona w azot ciecz 7 jest częściowo spuszczana jako strumień 8, a częściowo doprowadzana jako strumień 9 do kolumny niskociśnieniowej jako ciekłe wykropliny. W kolumnie niskociśnieniowej strumień cieczy 3 i strumień 9 są rozdzielane techniką destylacji kriogenicznej na składniki bogate w tlen i bogate w azot. Wypełnienie ukierunkowane 11 może być używane do doprowadzania do styczności ciekłej i parowej fazy tlenu i azotu, które mają być rozdzielone. Składnik bogaty w azot jest odprowadzany jako para 12, a składnik bogaty w tlen jest odprowadzany jako para 13. Alternatywnie, składnik bogaty w tlen może być odprowadzany w postaci cieczy z miejsca znajdującego się w zbiorniku ściekowym otaczającym reboiler/ skraplacz 6. Z kolumny niskociśnieniowej odprowadza się również strumień odlotowy 14. Kolumna niskociśnieniowa może być podzielona na wiele sekcji. Na pos. I pokazano przykładowo trzy takie sekcje z wypełnieniem ukierunkowanym 11.
PL 194 241 B1
W skład najbardziej powszechnie używanego wypełnienia ukierunkowanego wchodzą ułożone w stosie pionowym faliste płaty folii metalowej lub z tworzywa sztucznego (albo faliste siatki tkaninowe). Folie te mogą mieć różne postacie apretur i/lub tekstur powierzchniowych w celu poprawy sprawności wymiany ciepła i masy. Przykładem wypełnienia ukierunkowanego tego typu jest wypełnienie ujawnione w opisie patentowym US-A-4,296,050. Znane jest również w dotychczasowym stanie techniki, że wypełnienia typu siatkowego pomagają w skutecznym rozprowadzaniu cieczy i zapewniają dobrą sprawność wymiany masy, ale wypełnienie typu siatkowego jest znacznie droższe niż większość wypełnień typu foliowego.
Wydajność rozdzielania wypełnienia ukierunkowanego podaje się często w kategoriach równoważnika wysokościowego do półki teoretycznej (HETP), który jest wysokością wypełnienia, nad którą uzyskuje się zmianę składu równoważną zmianie składu uzyskiwanej przez półkę teoretyczną. Termin półka teoretyczna oznacza proces zetknięcia fazy gazowej i ciekłej, taki, że istniejące strumienie gazu i cieczy są w równowadze. Im mniejsze HETP dla konkretnego wypełnienia dla określonego procesu rozdzielania, tym bardziej skuteczne wypełnienie, ponieważ wysokość używanego wypełnienia zmniejsza się ze zmniejszeniem HETP.
W opisie patentowym US-A-4,836,836 (Bennet i inni) ujawniono stosowanie wypełnień ukierunkowanych w procesie destylacji kriogenicznej, w którym omówiono korzyści ze stosowania półek destylacyjnych. Nauki płynące z tego patentu można zastosować do wszystkich wypełnionych sekcji instalacji do rozdzielania powietrza, chociaż najbardziej użyteczne w tych sekcjach jest rozdzielanie argonu i tlenu.
W opisie patentowym US-A-5,613,374 (Rohde i inni) ujawniono stosowanie wypełnień o gęstości powierzchniowej większej niż 1000 m2/m3 jako optymalnych do rozdzielania niskotemperaturowego powietrza za pomocą co najmniej jednej kolumny rektyfikacyjnej. Podczas gdy najczęściej stosowane wypełnienia ukierunkowane mają gęstość powierzchniową w szerokim zakresie 125-750 m2/m3, w opisie US-A-5,613,374 mówi się o zalecanym przedziale 1000-1500 m2/m3. Co prawda wypełnienia ukierunkowane o tak wysokiej gęstości powierzchniowej mogą mieć zaletę polegającą na wysokiej sprawności wymiany masy, z czego wynika zmniejszenie wysokości kolumn destylacyjnych, ale mają również kilka wad. Po pierwsze, dodatkowe pole powierzchni mogłoby zwiększyć koszt wypełnienia. Po drugie, duży spadek ciśnienia związany z dużą gęstością powierzchniową mógłby doprowadzić do zmniejszenia wydajności, w wyniku czego mogłoby nastąpić znaczne zwiększenie średnicy kolumn destylacyjnych używanych do rozdzielania, co mogłoby dodatkowo zwiększyć koszt systemu. Na końcu, zwiększona średnica, łącznie z wyższą gęstością powierzchniową, mogłaby również znacznie ograniczyć zdolność kolumn destylacyjnych do działania w trybie ograniczonej wydajności, ze względu na niedostępność podczas ograniczania wydajności wystarczającej ilości cieczy do utrzymania dużego pola powierzchni wypełnienia w stanie dobrze zwilżonym. Zdolność do ograniczenia wydajności produkcyjnej instalacji bez pogorszenia sprawności jest warunkiem krytycznym dla większości nowoczesnych instalacji destylacyjnych.
W opisie patentowym US-A-5,100,448 (Lockett i inni) ujawniono stosowanie wypełnień o zmiennej gęstości powierzchniowej wewnątrz pojedynczej kolumny destylacyjnej o stałej średnicy. Różne sekcje wewnątrz kolumny mogą pracować w bardzo różnych warunkach obciążenia z punktu widzenia prędkości gazu i cieczy, zwłaszcza w przypadku istnienia upustów lub źródeł dopływu gazu lub cieczy pomiędzy sekcjami. Jeżeli gęstość powierzchniowa wypełnienia używanego we wszystkich sekcjach jest taka sama, to kolumna będzie w każdej sekcji nierównomiernie obciążona w stosunku do wydajności maksymalnej. Z tego względu zdolność do działania instalacji w trybie ograniczonej wydajności może być znacznie ograniczona. Sugerowanym środkiem zaradczym jest zmiana gęstości powierzchniowej wypełnienia w różnych sekcjach (albo wewnątrz jednej sekcji) kolumny, z równoczesnym utrzymaniem stałej średnicy w celu uzyskania równomiernego obciążenia wewnątrz kolumny. Nie ma to na celu optymalizacji wypełnienia, ale uzyskanie równomiernego obciążenia kolumny. Również, jeżeli średnica kolumny zmienia się pomiędzy sekcjami, jak to często ma miejsce, nie ma potrzeby robienia tego, o czym mówi się w opisie patentowym US-A-5,100,448.
W opisie patentowym US-A-5,419,136 (McKeigue) ujawniono analogiczne rozwiązanie jak w opisie patentowym US-A-5,100,448. McKeigue odnosi się do tej samej sytuacji wielu wypełnionych sekcji wewnątrz kolumny o stałej średnicy, która ma bardzo różne obciążenia, jeżeli to samo wypełnienie jest stosowane we wszystkich sekcjach. W tej sytuacji zdolność kolumny do działania w trybie ograniczonej wydajności będzie ograniczona podobnie jak w opisie Locketta i innych. Zalecanym przez McKeigue'a środkiem zaradczym jest zmiana kąta sfałdowania wewnątrz sekcji i/lub wewnątrz
PL 194 241 B1 podsekcji danej sekcji. Termin kąt sfałdowania, według definicji podanej przez McKeigue'a jest kątem pomiędzy fałdami a pionem. Jest on w prosty sposób związany z kątem pofałdowania (a) według wynalazku, gdzie kąt pofałdowania jest mierzony do poziomu. Zatem kąt sfałdowania według McKeigue'a jest równy 90°-a. Celem McKeigue'a jest uzyskanie równomiernego obciążenia wewnątrz kolumny, a nie optymalizacja wypełnienia. Również w przypadku zmiany średnicy kolumny pomiędzy sekcjami, co jest częstym przypadkiem, nie ma wtedy potrzeby robienia tego, o czym mówi McKeigue.
W opisie patentowym US-A-5,644,932 (Dunbobbin i inni) ujawniono stosowanie dwóch różnych kątów pofałdowania i kątów sfałdowania (kątów zarysu fałd w terminologii wnioskodawcy) wewnątrz dwóch wypełnionych sekcji w kolumnie destylacyjnej, gdzie w sekcjach tych występują bardzo różne natężenia przepływu gazów i cieczy. Motywacja Dunbobbina i innych jest podobna do przedstawionej przez Locketta i innych i McKeigue'a, a mianowicie skonstruowanie takich wypełnień w dwóch sekcjach, że wydajność obciążenia hydraulicznego każdego wypełnienia jest w przybliżeniu równa. W tym celu wprowadza się nowy bezwymiarowy parametr 's', który definiuje się jako iloczyn naprężenia międzyfazowego pomiędzy gazem a cieczą i grubości warstwy cieczy podzielonej przez napięcie powierzchniowe cieczy. Ten parametr 's' musi być utrzymywany w wąskim przedziale wartości. Wiadomo jednak, że utrzymanie wartości parametru 's' w wąskim przedziale jest możliwe przy bardzo szerokich przedziałach wartości kątów pofałdowania i kątów zarysu fałd.
W celu poprawy sprawności wypełnienia ukierunkowanego stosuje się otwory. Na przykład, Meier (US-A-4,296,050) i Huber (US-A-4,186,159) stwierdzili obaj, że otwory w ich elementach wypełniających mają średnice w przybliżeniu 4 mm. Większość głównych sprzedawców wytwarza wypełnienia ukierunkowane z otworami w przedziale wartości 4-5 mm. Otwory te zajmują nie więcej niż 5 do 20% całkowitego pola powierzchni elementu lub półki. Również ich fałdy są rozmieszczone pod kątem 15° do 60° w stosunku do pionu, albo 30° do 75° do poziomu (tj. a=30° do 75°).
W opisie patentowym US-A-4,950,430 (Chen i inni) ujawniono stosowanie otworów w zakresie 1-2 mm, z kilku innymi parametrami kwalifikującymi w kategoriach rozstawienia otworów, itp. w celu poprawy wypełnienia w porównaniu z rozwiązaniami Meiera lub Hubera. Na przykład, odstęp pomiędzy otworami jest nie większy niż 5 mm, a otwory zajmują nie więcej niż 20% całkowitego pola powierzchni elementu lub półki. W zalecanej postaci, otwory są okrągłe, ale można również stosować otwory inne niż okrągłe, w tym owalne, podłużne, eliptyczne, oraz otwory trójkątne, prostokątne, a także wąskie otwory typu szczelinowego.
W opisie patentowym US-A-5,730,000 (Sunder i inni) oraz w opisie US-A-5,876,638 (Sunder i inni) ujawniono falisty ukierunkowany element wypełniający, w którym, korzystnie, znajduje się szereg przelotowych otworów. Pole przelotowe elementu może wynosić w zakresie od 5 do 20%, a korzystnie w zakresie od 8 do 12% jego całkowitego pola powierzchni. Gęstość powierzchniowa elemen23 tu wynosi, korzystnie, w zakresie 250-1500 m2/m3, przy czym najbardziej zalecanym przedziałem jest 500-1000 m2/m3. Otwory te są okrągłe i mają średnicę w przedziale wartości 1-5 mm z zalecanym zakresem 2-4 mm. Alternatywnie, otwory w wypełnieniu nie są okrągłe, ale mają średnicę ekwiwalentną (obliczoną jako iloraz czterokrotnego pola powierzchni i obwodu) w ustalonych przedziałach średnicy otworów okrągłych. Kąt pofałdowania (a) jest w przedziale 20°-70°, z zalecanym zakresem 30°-60°, a najbardziej zaleca się jego wartość równą 45°. W powyższych opisach patentowych ujawniono stosowanie dwukierunkowej tekstury powierzchniowej w postaci drobnych rowków w układzie krzyżującym się na powierzchni półek falistych elementu wypełniającego.
W opisie patentowym WO-A-93/19335 (Kreis) ujawniono faliste wypełnienie ukierunkowane o gęstości powierzchniowej w przedziale wartości 350-750 m2/m3 i gęstości powierzchniowej do 23
1200 m2/m3 lub większej w pewnych dziedzinach zastosowań. Otwory w elementach falistych mogą być otworami, szczelinami lub okienkami. Otwory te zajmują 5 do 40%, a korzystnie około 15 do 20% całkowitego pola powierzchni elementu lub półki.
W celu poprawy sprawności wypełnienia ukierunkowanego stosuje się również różne tekstury powierzchniowe. Na przykład, w opisie patentowym US-A-5,454,988 (Maeda) ujawniono element wypełniający z wielu ciągłymi, sąsiadującymi ze sobą, meandrującymi, kanałami wklęsło-wypukłymi uformowanymi na powierzchni bazy podobnej do arkusza. W dotychczasowych technikach, na przykład według opisu EP-A-0 337 150 (Lockett) ujawniono liczne inne przykłady tekstury powierzchniowej.
Koszt procesów kriogenicznych do rozdzielania mieszanin takich jak powietrze zależy od skuteczności używanych urządzeń kontaktujących. Półki destylacyjne stosuje się już ponad osiemdziesiąt lat, natomiast wypełnienia ukierunkowane wprowadzono i zaczęto coraz częściej stosować w ciągu ostatnich piętnastu lat, ze względu na zaletę, jaką jest bardzo mały spadek ciśnienia w porównaniu
PL 194 241 B1 z półkami. W okresie tym dostępne były również różnorodne typy wypełnień, przy czym wiele z wypełnień dostępnych na rynku nie było optymalnych, ponieważ opracowano je z przeznaczeniem do rozdzielania mieszanin węglowodorów, które mają znacznie różniące się właściwości fizyczne i transportowe w porównaniu z mieszankami kriogenicznymi.
Konwencjonalną technologię używania wypełnień ukierunkowanych opisano w różnych opisach patentowych dotyczących wypełnień ukierunkowanych wynikających z opisu US-A-4,296,050 (Meier), w którym opisano faliste wypełnienia ukierunkowane i ich zastosowania. Podstawowy konwencjonalny ukierunkowany element wypełniający 20 pokazano na pos. II. Każdy element wypełniający jest wykonany z cienkiej folii metalowej lub innego odpowiedniego do tego celu materiału, który jest falisty. Na pos. VA i VB przedstawiono kolumnę destylacyjną 40 wypełnioną konwencjonalnym wypełnieniem ukierunkowanym.
W typowym ukierunkowanym wypełnieniu stosuje się zorientowane pionowo faliste płaty lub elementy wypełniające takie, jak ten z pos. II, w którym fałdy biegną pod kątem (a) do poziomu. Każdy element jest umieszczony tak, że kierunek biegu w nim fałd jest odwrócony względem kierunku biegu fałd w sąsiadującym z nim płacie wypełniającym, jak pokazano na pos. III. Ciągłe linie przekątne odpowiadają fałdom w jednym elemencie ukierunkowanym, a przerywane linie przekątne odpowiadają fałdom w sąsiednim elemencie wypełniającym. Po umieszczeniu w pionie w celu użycia w kolumnie destylacyjnej fałdy tworzą kąt (a) z poziomem. Oprócz tego, że są faliste, elementy te lub płaty mogą mieć teksturę powierzchniową 30 (np. poprzeczne lub poziome prążki), dziury lub otwory 28, zagłębienia, rowki lub inne cechy, które mogą zintensyfikować parametry techniczne podstawowego elementu wypełniającego 20. Fałdy, jak pokazano w przekroju na pos. IIA, są ukształtowane w układzie przypominającym fale. Dwa kolejne skośne boki fałd tworzą kąt (b), nazywany tu kątem rozwarcia. Najczęściej fale tych fałd mają kształt przekroju zbliżony do trójkąta, chociaż istnieje w miejscach składania pewien skończony promień krzywizny (promień wierzchołkowy) (r), co widać na fig. 2A. Zaleca się promień wierzchołkowy (r) w przedziale wartości od 0,1 do 3,0 mm, przy czym bardziej korzystny jest promień wierzchołkowy w zakresie od 0,3 do 1,0 milimetra.
Stosując podstawowe elementy wypełniające 20, blok 24 wypełnienia ukierunkowanego wykonuje się montując elementy (typowo około 40 do 50 elementów na klocek) tak, żeby fałdy elementów sąsiadujących ze sobą były rozmieszczone w układzie skrzyżowanym widocznym na pos. III.
Nie pokazano środków używanych do mocowania elementów na miejscu. Po umieszczeniu bloków 24 wewnątrz cylindrycznej kolumny 22, krawędzie bloków w pobliżu ściany są szorstkie i karbowane, w wyniku czego tworzą się szczeliny. W celu zmniejszenia obejściowego przepływu cieczy, stosuje się na ogół wycieraczki 26, jak pokazano na pos. IV.
Bloki 24 wypełnienia ukierunkowanego zazwyczaj montuje się w warstwach 48, 48' w sekcji kolumny destylacyjnej 40, jak pokazano na pos. VA i VB. Na pos. VA przedstawiono rzut główny, na którym widać rozmieszczenie około dwunastu bloków 24 na jednym poziomie, w postaci przekroju poprzecznego 5A-5A na pos. VB. Na pos. VB przedstawiono rzut pionowy całego układu kolumny 40 z ukierunkowanym wypełnieniem, z wielu warstwami 48, 48' w przekroju pomiędzy dystrybutorem cieczy 44 a dystrybutorem pary 46, gdzie kolejne warstwy 48, 48' wypełnienia [zazwyczaj około 20 cm (8 cali) wysokości na warstwę] są obrócone względem siebie pod kątami prostymi (tj. 90°). Jest to układ najczęściej spotykany, ale można również stosować inne modele obrotów (np. w których kolejne warstwy są obrócone o kąt pomiędzy około 0° a około 90°).
W odróżnieniu od dotychczasowego stanu techniki, za niniejszym wynalazkiem przemawia optymalizacja wypełnionych sekcji instalacji destylacyjnej z równoczesną zmianą wielu parametrów niezależnych (np. co najmniej czterech parametrów) w celu minimalizacji całkowitego kosztu systemu, bez wąskiego koncentrowania się na pojedynczym kryterium, takim jak wysokość lub obciążenie.
Pożądane byłoby uzyskanie wypełnienia ukierunkowanego o odpowiednio wysokich parametrach wydajnościowych dla zastosowań kriogenicznych, takich jak te stosowane w rozdzielaniu powietrza, oraz do innych zastosowań w dziedzinie wymiany ciepła i/lub masy.
Pożądane byłoby ponadto uzyskanie wypełnienia ukierunkowanego typu falistego, które byłoby optymalne dla destylacji kriogenicznej, zwłaszcza do oddzielania i oczyszczania składników powietrza, takich jak tlen, azot i argon.
Pożądane byłoby ponadto uzyskanie wypełnienia ukierunkowanego typu falistego, w którym przezwyciężono wiele trudności i wad z dotychczasowego stanu techniki w celu zapewnienia lepszych i bardziej korzystnych wyników.
PL 194 241 B1
Pożądane ponadto byłoby uzyskanie optymalnej konstrukcji wypełnienia ukierunkowanego, które działałoby w sposób optymalny, czego skutkiem byłby bardziej sprawny i/lub tańszy w odniesieniu do jednostki wytwarzanego wyrobu proces rozdzielania powietrza.
Jeszcze bardziej pożądane jest uzyskanie bardziej sprawnego procesu rozdzielania powietrza z wykorzystaniem optymalnego wypełnienia ukierunkowanego, które byłoby bardziej zwarte i sprawne niż znane dotychczas.
Pożądane byłoby również uzyskanie sposobu instalowania wypełnienia ukierunkowanego w kolumnie wymiennej, umożliwiającego lepsze właściwości niż dotychczas, i w którym wyeliminowano wiele trudności i wad znanej dotychczas techniki w celu zapewnienia lepszych i bardziej korzystnych wyników.
Wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, każda półka z co najmniej jednym otworem i szeregiem regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, charakteryzuje się według wynalazku tym, że ma gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory mają średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda, ma kąt rozwarcia (b ) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
Korzystnie fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
Korzystnie kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 23 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej.
Korzystnie tekstura powierzchniowa ma postać poziomych prążków.
Korzystnie tekstura powierzchniowa jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
Kolumna do wymiany ciepła i/lub masy pomiędzy pierwszą fazą a drugą fazą, mająca co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, odznacza się według wynalazku tym, że wypełnienie ukierunkowane ma gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory mają średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
Korzystnie fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
Korzystnie kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 23 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
PL 194 241 B1
Korzystnie wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej.
Korzystnie tekstura powierzchniowa ma postać poziomych prążków.
Korzystnie tekstura powierzchniowa jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
Korzystnie zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
Korzystnie wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
Sposób wymiany ciepła i/lub masy, w którym przeciwprądowo kontaktuje się fazę gazową z fazą ciekłą w kolumnie zawierającej co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, charakteryzuje się według wynalazku tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory mające średnicę ekwiwalentnie mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65°, przy czym każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
Korzystnie sposób do kriogenicznego rozdzielania powietrza, w którym przeciwprądowo kontaktuje się parę z cieczą w co najmniej jednej kolumnie destylacyjnej zawierającej co najmniej jedną sekcję, w której ustala się kontakt cieczy z parą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego zawierającego szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, odznacza się tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory mające średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm,i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65°, przy czym każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 60° do około 110°.
Korzystnie stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
Korzystnie fałdy mają kąt pofałdowania względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
Korzystnie kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 23 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej.
Korzystnie tekstura powierzchniowa ma postać poziomych prążków.
Korzystnie tekstura powierzchniowa jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
PL 194 241 B1
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
Korzystnie kolumna zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
Korzystnie wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
Sposób wymiany masy i/lub ciepła pomiędzy dwiema cieczami, w którym kontaktuje się ciecze w co najmniej jednej kolumnie wymiennej, i ustanawia się kontakt cieczy z cieczą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego zawierającego szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, odznacza się według wynalazku tym, że wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory (28) mające średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
Korzystnie wspomniane ciecze płyną współprądowo w kolumnie wymiennej.
Korzystnie wspomniane ciecze płyną przeciwprądowo w kolumnie wymiennej.
Korzystnie stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
Korzystnie fałdy mają kąt pofałdowania względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.Korzystnie kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 23 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Korzystnie wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej.
Korzystnie tekstura powierzchniowa ma postać poziomych prążków.
Korzystnie tekstura powierzchniowa jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie otwory stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
Korzystnie promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
Korzystnie kolumna zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
Korzystnie wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
Wynalazek zapewnia optymalne wypełnienie faliste, które można używać w jednej lub więcej sekcjach kolumny wymiennej wcelu wymiany ciepła i/lub masy pomiędzy pierwszą fazą a drugą fazą w takim procesie jak kriogeniczne rozdzielanie powietrza. Wynalazek zapewnia również sposoby instalowania takiego wypełnienia w kolumnie wymiennej w celu zapewnienia optymalnych parametrów technicznych. Ponadto wynalazek obejmuje sposoby, w których ustala się kontakt cieczy z gazem lub kontakt cieczy z cieczą za pośrednictwem co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego takiego typu, o którym tu mowa.
Zgodnie z wynalazkiem, wypełnienie ukierunkowane ma gęstość pola powierzchni w przedziale 2 3 2 3 od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3 i zawiera szereg półek falistych usytuowanych w układzie równoległym w pionie. W każdej półce znajduje się co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie krzyżującym się względem fałd w półce sąsiedniej. Otwory te mają średnicę ekwiwalentną poniżej około 4 milimetrów, ale większą niż około 2 milimetry. Fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale około 35° do około 65°. Każda fałda, w przybliżeniu o przekroju zbliżonym do trójkątnego, ma kąt rozwarcia fałdy (b) wyznaczony przez dwa boki fałdy w przedziale od około 80° do około 110°.
PL 194 241 B1
Korzystnie, wypełnienie ukierunkowane ma teksturę powierzchniową na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej. Tekstura powierzchniowa może mieć postać poziomych prążków. Alternatywnie, tekstura powierzchniowa może być dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
Korzystnie, otwory stanowią w każdej półce pola przelotowe o powierzchni stanowiącej od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki, korzystnie w przedziale od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
Korzystnie, fałdy mają promień wierzchołkowy (r) w przedziale wartości od około 0,1 do około 3,0 milimetrów, korzystnie w przedziale od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
W zalecanym przykładzie wykonania, wypełnienie ukierunkowane ma gęstość powierzchniową od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3, kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale od około 40° do około 60°, a kąt rozwarcia (b)w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
Zgodnie z wynalazkiem zapewniono też kolumnę do wymiany ciepła i/lub masy pomiędzy pierwszą fazą a drugą fazą, w której to kolumnie znajduje się co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane takie jak opisano powyżej. Korzystnie, w wypełnionej sekcji kolumny znajduje się pierwsza warstwa wypełnienia ukierunkowanego i druga warstwa wypełnienia ukierunkowanego usytuowana poniżej pierwszej warstwy wypełnienia ukierunkowanego, przy czym druga warstwa jest obrócona okąt, zazwyczaj pomiędzy około 0° a 90°, względem pierwszej warstwy.
Zgodnie z wynalazkiem zapewniono sposób wymiany ciepła i/lub masy obejmujący przeciwprądowe kontaktowanie fazy gazowej z fazą ciekłą w kolumnie zawierającej co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane takie jak opisano powyżej. Zalecanym przykładem wykonania jest sposób kriogenicznego rozdzielania powietrza obejmujący przeciwprądowe kontaktowanie pary z cieczą w co najmniej jednej kolumnie destylacyjnej zawierającej co najmniej jedną sekcję, w której ustala się kontakt cieczy z parą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego.
Według wynalazku zapewniono też sposób wymiany masy i/lub ciepła pomiędzy dwiema cieczami, obejmujący kontaktowanie tych cieczy w co najmniej jednej kolumnie wymiennej, w której ustanowiono kontakt cieczy z cieczą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego takiego jak opisano powyżej. W jednym z wariantów sposobu według wynalazku ciecze płyną w kolumnie wymiennej współprądowo. W innym wariancie ciecze płyną w kolumnie wymiennej przeciwprądowo.
Kolumnę wymienną według wynalazku można zainstalować sposobem, w skład którego wchodzi wiele etapów. Pierwszym etapem jest zapewnienie kolumny wymiennej. Drugim etapem jest zapewnienie wypełnienia ukierunkowanego według wynalazku, jak opisano powyżej. Końcowym etapem jest zainstalowanie w kolumnie wymiennej wypełnienia ukierunkowanego.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. I przedstawia typowe urządzenie do rozdzielania powietrza, schematycznie, pos. II- konwencjonalny ukierunkowany element wypełniający, w rzucie perspektywicznym, pos. IIA - element z pos. II w przekroju płaszczyzną 2A-2A, pos. III - krzyżowe rozmieszczenie sąsiednich elementów w konwencjonalnym wypełnieniu ukierunkowanym, schematycznie, pos. IV - zastosowanie wycieraczek ściennych w wypełnionej kolumnie, schematycznie, pos. VA - kolumnę destylacyjną w przekroju płaszczyzną 5A-5A na pos. VB i w jednym rzucie pionowym rozmieszczenie klocków wypełnienia ukierunkowanego schematycznie, pos. VB - kolumnę destylacyjną w przekroju i w rzucie pionowym ukazującym rozmieszczenie szeregu warstw wypełnień ukierunkowanych pomiędzy dystrybutorami cieczy i pary, schematycznie, fig. 1 - wykres ilustrujący parametry techniczne wypełnienia ukierunkowanego według wynalazku w porównaniu z parametrami dostępnych na rynku wypełnień ukierunkowanych w kategorii wysokości ekwiwalentnej do półki teoretycznej (HETP) w funkcji prędkości pary (Kv) w warunkach podanych nad wykresem, oraz fig. 2 przedstawia inny wykres ilustrujący parametry techniczne wypełnienia ukierunkowanego według wynalazku w porównaniu do parametrów technicznych dostępnych na rynku wypełnień ukierunkowanych w kategoriach spadku ciśnienia (dP/ft; dP/m) w funkcji prędkości pary (Kv) w warunkach podanych nad wykresem.
Wynalazek działa dzięki równoczesnemu zmienianiu co najmniej czterech parametrów, które określają geometrię i działanie falistego wypełnienia ukierunkowanego, w przeciwieństwie do zmiany w danym czasie jednego parametru fizycznego lub jednego parametru obliczonego, jak pouczano w dotychczasowym stanie techniki. Zmieniane w niniejszym wynalazku parametry to gęstość powierzchniowa (A), kąt pofałdowania (a), kąt rozwarcia (b), wielkość otworu (średnica ekwiwalentna) oraz cechy intensyfikujące właściwości powierzchniowe, takie jak rozstawienie otworów i tekstura powierzchni. Dotychczas cechy te omawiano indywidualnie, ale nie rozpoznano znaczenia kąta roz10
PL 194 241 B1 warcia b, z wyjątkiem pośredniego sposobu regulacji obciążenia za pośrednictwem parametru 's' przez Dunbobbina i innych. Istotnie, dotychczas powszechną praktyką jest obliczanie wymiany masy i spadku ciśnienia wypełnienia ukierunkowanego w kategoriach wyłącznie A i a, bez szczególnego uwzględniania efektu kąta rozwarcia b, który jest kluczowym parametrem w niniejszym wynalazku.
Również przedziały wskazanych powyżej parametrów dla optymalnego wypełnienia ukierunkowanego według wynalazku są zaskakujące i nieoczekiwane, ponieważ łączne wpływy tych parametrów są złożone i nie są całkowicie przewidywalne. Wynika to z tego, że istnieje silne powiązanie pomiędzy tymi parametrami, które wyznacza parametry przepływowe fazy gazowej i ciekłej, a tym samym końcowe parametry techniczne wypełnienia ukierunkowanego. Zaskakujące i nieoczekiwane efekty wynalazku stwierdzono dzięki szeroko zakrojonym pracom doświadczalnym i przeprowadzonym później pracom modelowania teoretycznego.
W przypadku zastosowań kriogenicznych, najbardziej optymalnym przedziałem kąta rozwarcia b jest kąt powyżej 90 stopni według wynalazku. Jest to szczególnie zaskakujące z tego względu, że większość wypełnień komercyjnych stosowanych w procesie kriogenicznego rozdzielania powietrza ma kąt rozwarcia b poniżej 90 stopni. Również, przeciwnie niż w odkryciach Rohde i innych, najbar23 dziej optymalna gęstość powierzchniowa A jest znacznie mniejsza niż 1000-1500 m2/m3. Zatem niniejszy wynalazek umożliwia uzyskanie znacznych oszczędności kosztów materiałów.
Według wynalazku, optymalne działanie w zastosowaniach kriogenicznych uzyskuje się stosując wypełnienia faliste z elementami intensyfikującymi właściwości powierzchniowe, takimi jak otwory i tekstura powierzchniowa, kiedy wskazane powyżej cztery parametry są w następujących przedziałach wartości. W przypadku gęstości powierzchniowej (A) stosuje się przedział 350-800 m2/m3, natomiast zaleca się przedział 500-675 m2/m3. Dla kąta pofałdowania (a) stosuje się przedział 35-65 stopni, natomiast zaleca się przedział 40-60 stopni. W przypadku kąta rozwarcia (b) stosuje się przedział 80-110 stopni, natomiast zaleca się przedział 90-100 stopni. Otwory mają średnicę ekwiwalentną większą niż 2 mm, ale mniejszą niż 4 mm. Średnicę ekwiwalentną oblicza się jako iloraz czterokrotnego pola powierzchni otworu i jego obwodu. W zalecanym przykładzie wykonania otwory te są okrągłe. Istnieje jednak możliwość zastosowania różnych innych kształtów otworów, w tym, ale nie wyłącznie, owalnych, podłużnych, eliptycznych, w kształcie spadającej kropli, wąskich otworów typu szczelinowego, otworów trójkątnych, prostokątnych i otworów w kształcie innych wielokątów.
Wynalazek można stosować na wiele różnych sposobów w celu minimalizacji całkowitego kosztu instalacji do rozdzielania destylacyjnego i oczyszczania, w porównaniu do ograniczonych sposobów wymienianych w rozwiązaniach znanych dotychczas. Uzyskuje się to zmieniając cztery niezależne parametry w podanych powyżej przedziałach wartości. Na przykład, istnieje możliwość minimalizacji wysokości kolumny destylacyjnej, albo ograniczenia jej maksymalnej średnicy, albo minimalizacji jej objętości i/lub wagi. Co prawda uzyskanie kolumny o stałej średnicy zawierającej wiele wypełnionych sekcji, jak u Locketta i innych oraz u McKeigue'a, nie jest specjalnym celem wynalazku, ale można to osiągnąć zmieniając równocześnie co najmniej cztery omówione powyżej parametry. Osoby znające te problemy techniczne zorientują się, że wynalazek można również używać w dodatkowych zastosowaniach, takich jak ekstrakcja lub absorpcja.
Próbując zminimalizować koszty instalacji z kolumnami destylacyjnymi trzeba brać pod uwagę koszty produkcji. Zatem może okazać się korzystne dokonanie zmiany wszystkich czterech parametrów, albo zachowanie stałej wartości kilku parametrów, z równoczesną zmianą tylko jednego lub dwóch lub trzech z nich. Na przykład, wszystkie wypełnienia można wytwarzać przy stałej wartości wszystkich parametrów. Alternatywnie, istnieje możliwość wytwarzania różnych wypełnień zmieniając tylko jeden parametr, taki jak gęstość powierzchniowa A lub kąt pofałdowania a, zachowując stałe inne parametry. Istnieje również możliwość dokonania zmiany czterech parametrów, gęstości powierzchniowej A, kąta pofałdowania a, kąta rozwarcia b i wielkości otworu (średnica ekwiwalentna), dla każdej sekcji kolumny destylacyjnej, zachowując stałą teksturę powierzchni. Alternatywnie, istnieje również możliwość modyfikowania tekstury powierzchniowej w celu całkowitej uniwersalności optymalizacji parametrów technicznych.
Wyniki uzyskane dzięki wynalazkowi są zaskakujące i nieoczekiwane, oraz ewentualne kombinacje czterech parametrów w zalecanych przedziałach wartości mogą doprowadzić do znacznie bardziej optymalnych rozwiązań, niż te, które wynikają z dotychczasowego stanu techniki. Jak wynika z przedstawionych dalej przykładów, uzyskane rezultaty świadczą o: (1) 15% poprawie wymiany masy i spadku ciśnienia na stopień teoretyczny bez pogorszenia wydajności; oraz (2) 35% oszczędności na kosztach materiałowych, z równoczesnym zachowaniem całkowitej wysokości i średnicy wypełnionej
PL 194 241 B1 sekcji oraz z równoczesnym zachowaniem parametrów wymiany masy i spadku ciśnienia na identycznych poziomach. Wielkość tych ulepszeń jest zaskakująca i nieoczekiwana. Podczas gdy osoby o odpowiednich umiejętnościach w tej dziedzinie mogłyby oczekiwać pewnego (tj. kilkuprocentowego) ulepszenia parametrów i/lub oszczędności na kosztach materiałowych, wyniki uzyskane dzięki wynalazkowi znacznie przekraczają te oczekiwania. Innymi słowy, osoby o odpowiednich umiejętnościach wtej dziedzinie mogłyby oczekiwać znacznie mniejszych korzyści niż rzeczywiście uzyskiwane dzięki wynalazkowi.
Omówione dalej przykłady mają na celu zilustrowanie możliwych zastosowań wynalazku. Przykład 1 świadczy o tym, że wypełnienie według wynalazku przewyższa wypełnienie Mellapak 500Y, które jest dominującym wypełnieniem ukierunkowanym stosowanym w przemyśle rozdzielania powietrza. (Mellapak 500Y jest znakiem handlowym firmy Sulzer Chemtech). Bazując na wynikach badań laboratoryjnych uzyskano 15% poprawę wymiany masy i spadku ciśnienia na stopień teoretyczny bez pogarszania wydajności.
Przykład 2 pokazuje porównanie pomiędzy wypełnieniem ukierunkowanym skonstruowanym według skrajnych obrzeży przedziałów według niniejszego wynalazku a wypełnieniem, które zoptymalizowano według wynalazku. Przykład ten przedstawia nieoczekiwany wynik porównania parametrów technicznych wypełnienia o wysokiej gęstości powierzchniowej na skrajnych obrzeżach zalecanych przedziałów z wypełnieniem, które zoptymalizowano i mieści się w środku zalecanego przedziału wartości według wynalazku. Przykład ten wykazuje, że uzyskano 35% oszczędność na kosztach materiałowych, zachowując równocześnie całkowitą wysokość i średnicę wypełnionej sekcji, z równoczesnym zachowaniem parametrów wymiany masy i spadku ciśnienia na identycznych poziomach. Przykład ten obrazuje nieoczekiwane korzyści w stosunku do znanych z dotychczasowego stanu techniki według Rohde'a i innych, który poucza, że optymalna gęstość powierzchniowa dla ukierunkowanego wypełnienia do kriogenicznego rozdzielania powietrza jest znacznie wyższa niż w znanej dotychczas technice. Rohde i inni stwierdzają, że optymalna jest gęstość powierzchniowa większa niż 1000 m2/m3, natomiast znane z dotychczasowej techniki wypełnienia mają gęstości powierzchniowe z przedziału 125-700 m2/m3. Rohde i inni utrzymują również, że jeżeli wypełnienie w kolumnie niskociśnieniowej ma już gęstość powierzchniową 1000 m2/m3, a zwłaszcza 750 m2/m3, wypełnienie w kolumnie argonowej może mieć gęstość powierzchniową w zakresie 700-900 m2/m3, a zwłaszcza 750 m2/m3. W odróżnieniu od tego, wynalazek pokazuje w jaki sposób wypełnienie o gęstości powierzchniowej 800 m2/m3 można przewyższyć pod względem osiągów za pomocą wypełnienia optymalnego, które ma gęstość powierzchniową tylko 520 m2/m3, co jest wyraźną, ale nieoczekiwaną korzyścią rozwiązania według wynalazku.
Przykła d 1
Na figurze 1 i w tabeli poniżej przedstawiono w jaki sposób, zmieniając równocześnie cztery parametry według wynalazku, można uzyskać optymalne wypełnienie ukierunkowane w kriogenicznym rozdzielaniu powietrza w porównaniu z wypełnieniem Mellapak™ 500Y, najbardziej powszechnie stosowanym w przemyśle wypełnieniem ukierunkowanym. Doświadczenia kriogeniczne przeprowadzono w laboratoryjnej kolumnie destylacyjnej. Wewnątrz kolumny umieszczono osiem warstw wypełnienia, każda o średnicy i wysokości około 8 cali (20 cm), jedna na drugiej, przy czym kolejne warstwy były obrócone względem siebie o 90°. Cała wypełniona sekcja miała średnicę około 20 cm (8 cali) i całkowitą wysokość około 165 cm (65 cali). Kolumna pracowała realizując rozdzielanie dwuskładnikowej mieszaniny argonu z tlenem przy ciśnieniu 205 kPa (30 psia) i przy całkowitym przepływie wewnętrznym. Wskutek tego stosunek przepływu cieczy do pary wewnątrz kolumny, nazywany powszechnie stosunkiem L/V, był równy 1. Po osiągnięciu stanu trwałego w różnych warunkach przepływowych, zmniejszono następnie w podany sposób parametry dla każdego wypełnienia. Całkowite uzyskane rozdzielenie obliczono ze składu mieszanin na górze i na dole kolumny. Przekształcono je na liczbę uzyskanych stopni teoretycznych. Ponieważ całkowita stosowana wysokość wynosiła 165 cm (65 cali), uzyskano wartość dla wysokości ekwiwalentnej do półki teoretycznej (HETP). Dane odniesiono do prędkości pary Kv, którą zdefiniowano w następujący sposób:
Kv= Uv [rv/(r1-rv)]0,5 gdzie
Uv = prędkość powierzchniowa fazy parowej w wypełnionej sekcji rv = gęstość fazy parowej r1 = gęstość fazy ciekłej
PL 194 241 B1
Jak widać na fig. 1 i w tabeli poniżej, wypełnienie według wynalazku jest o 15% lepsze pod względem parametrów wymiany masy (zmniejszenie HETP), z równoczesnym zachowaniem tego samego spadku ciśnienia na stopę (m) wypełnienia, w szerokim przedziale wartości roboczych Kv 4,3-6,7 cm/s (0,14-0,22 stóp/s). W zastosowaniu do komercyjnej kolumny destylacyjnej można byłoby przełożyć to na 15% poprawę wymiany masy i spadku ciśnienia na stopień teoretyczny, z równoczesnym zachowaniem wydajności kolumny. Inaczej mówiąc oznacza to, że wypełniona sekcja według wynalazku, przy tej samej średnicy co dotychczas, musi mieć wysokość tylko 85% dotychczasowej, a równocześnie występuje odpowiednie zmniejszenie spadku ciśnienia w wypełnionej sekcji o15%, ze względu na stosowaną wysokość mniejszą o 15% w porównaniu ze stanem dotychczasowym. Różnice mechaniczne (oraz podobieństwa) pomiędzy wypełnieniami są takie, jak podano poniżej. Cztery główne parametry łączą się w nieoczekiwany sposób, w wyniku czego uzyskuje się 15% poprawę w porównaniu ze stanem dotychczasowym.
Typ wypełnienia Mellapak™500Y Wynalazek
Gęstość powierzchniowa, m2/m3 500 635
Kąt pofałdowania a, stopnie 48 57
Kąt rozwarcia b, stopnie 75 97
Średnica otworu, mm 4 2,4
Pole przelotowe, % 10 10
Tekstura powierzchni Boczne prążki Boczne prążki
Wydajność względna 1,0 1,0
Względne dP/ft (dP/m) 1,0 (1,0) 1,0 (1,0)
Względne dP/stopień 1,0 (1,0) 0,85 (0,85)
Względne HETP 1,0 0,85
Przykład 2
Przykład ten obrazuje inny zaskakujący i nieoczekiwany wynik. Jak już wspomniano, Rohde i inni pouczają o wysokiej gęstości powierzchniowej jako optymalnej dla ukierunkowanych wypełnień stosowanych w kriogenicznym rozdzielaniu powietrza. Zgodnie z wynalazkiem stwierdzono, że parametry wypełnienia o wysokiej gęstości powierzchniowej można osiągnąć za pomocą wypełnienia o znacznie mniejszej gęstości powierzchniowej bez pogarszania osiągów procesu przy znacznych oszczędnościach materiałowych. Bazując na szeroko zakrojonych pracach doświadczalnych przeprowadzonych w kolumnie destylacyjnej opisanej w przykładzie 1, przeprowadzono szacunki według poniższej tabeli.
Porównano dwa wypełnienia pod względem rozdzielenia mieszanki dwuskładnikowej argonu z tlenem przy ciśnieniu 125 kPa (18 psia) i Kv 5,3 cm/s (0,175 ft/s). Przeprowadzono analizę znanych dotychczas wypełnień przy wartościach granicznych w zalecanych przedziałach według wynalazku. Wybrano zatem najwyższą gęstość powierzchniową 800 m2/m3. Równocześnie wybrano również największy kąt pofałdowania (a) 65 stopni i najmniejszy kąt rozwarcia (b) 80 stopni w celu uzyskania rozsądnego spadku ciśnienia 0,26 kPa/m (0,32 cale wody na stopę). W znanych dotychczas wypełnieniach były otwory o średnicy 4 mm i polu przelotowym 10%. Według wynalazku, istnieje możliwość uzyskania odpowiednich osiągów stosując wypełnienie o gęstości powierzchniowej tylko 520 m2/m3 przy innych parametrach takich jak w tabeli poniżej. Dwie sekcje wypełnionej kolumny destylacyjnej o identycznej średnicy i wysokości, zawierające te dwa typy wypełnień i pracujące w tych samych warunkach, będą dawały identyczne wyniki pod względem wymiany masy i spadku ciśnienia. Ale, ponieważ zmniejszono o 35% ilość użytego metalu, uzyskano znaczne oszczędności pod względem wagi sekcji z wypełnieniem i całkowitych kosztów instalacji. Jest to wynik, którego w żadnym razie nie oczekiwano. Wiadomo również, że wypełnienia o dużej gęstości powierzchniowej mają bardzo słabe możliwości pod względem ograniczenia wydajności, podczas gdy możliwość ograniczenia wydajności jest znaczącym warunkiem w nowoczesnych instalacjach do rozdzielania powietrza. Zastosowanie proporcjonalnie mniejszych gęstości powierzchniowych, jak wynika z wynalazku, prowadzi do znacznej poprawy w dziedzinie możliwości ograniczenia wydajności, oprócz zalet stwierdzonych wcześniej pod względem wagi i kosztów.
PL 194 241 B1
Typ wypełnienia Stan dotychczasowy Wynalazek
Gęstość powierzchniowa, m2/m3 800 520
Kąt pofałdowania a, stopnie 65 46
Kąt rozwarcia b, stopnie 80 93
Średnica otworu, mm 4 2,4
Pole przelotowe, % 10 10
Tekstura powierzchni Boczne prążki Boczne prążki
HETP, cale 5,80 5,80
(cm) (14,73) (14,73)
dP/ft, cale wody 0,32 0,32
(dP/m, kPa) (0,26 kPa/m) (0,26 kPa/m)
Szacuje się ponadto, że jeżeli w przykładzie ze stanu techniki kąt rozwarcia (b) będzie wynosił 95 stopni zamiast 80 stopni, co przesuwa go z wartości granicznej z zalecanego przedziału według wynalazku do środka tego przedziału, nadal można znaleźć wypełnienie ekwiwalentne o gęstości po23 wierzchniowej tylko 600 m2/m3, co jest nadal znaczną oszczędnością w porównaniu ze stanem dotychczasowym, z równoczesnym zachowaniem większości zalet związanych z ograniczeniem wydajności.
Powyższe przykłady ilustrują korzyści ze stosowania falistych wypełnień ukierunkowanych o parametrach mieszczących się w zalecanych przedziałach według wynalazku. Przykładów tych nie należy traktować w sensie wyjątkowym lub ograniczającym. Chociaż przykłady te odnoszą się do rozdzielania argonu od tlenu przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego, to wynalazek można z równym powodzeniem stosować do wszystkich instalacji kriogenicznych, które mogą działać w szerokim przedziale ciśnień. Wynalazek nadaje się zwłaszcza do stosowania we wszystkich sekcjach kolumny destylacyjnej w instalacji do rozdzielania powietrza. Obejmuje to, ale nie wyłącznie, instalacje z urządzeniami powszechnie nazywanymi kolumnami wysokociśnieniowymi, kolumnami niskociśnieniowymi, kolumnami surowego argonu i kolumnami czystego argonu.
Fachowcy w tej dziedzinie techniki z łatwością znajdą możliwość dokonania zmian i rozszerzeń koncepcji wynalazku. Na przykład, zmiany mogą obejmować ekstrakcję i absorpcję. Tę ogólną technikę można również stosować do wszystkich kolumn do wymiany ciepła i masy z przeciwprądowym przepływem fazy ciekłej i gazowej. Wynalazek również nie ogranicza się do zastosowań w dziedzinie destylacji lub destylacji kriogenicznej.
Różnorodne ukształtowania wynalazku opisano ze szczególnym odwołaniem się do omówionych powyżej przykładów. Rozumie się jednak samo przez się, że istnieje możliwość dokonania w przedstawionych przykładach wykonania wielu zmian i modyfikacji bez wychodzenia poza zakres wynalazku określony w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Claims (57)

1. Wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, każda półka z co najmniej jednym otworem i szeregiem regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd 23 w sąsiedniej półce, znamienne tym, że ma gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 23 do około 800 m2/m3, oraz otwory (28) mają średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
2. Wypełnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
3. Wypełnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
PL 194 241 B1
4. Wypełnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
5. Wypełnienie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
6. Wypełnienie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że zawiera teksturę powierzchniową (30) na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej (20).
7. Wypełnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że tekstura powierzchniowa (30) ma postać poziomych prążków.
8. Wypełnienie według zastrz. 6, znamienne tym, że tekstura powierzchniowa (30) jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
9. Wypełnienie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 7, albo 8, znamienne tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
10. Wypełnienie według zastrz. 9, znamienne tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
11. Wypełnienie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 7, albo 8, znamienne tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
12. Wypełnienie według zastrz. 11, znamienne tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
13. Kolumna do wymiany ciepła i/lub masy pomiędzy pierwszą fazą a drugą fazą, mająca co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, znamienna tym, że wypełnienie ukierunkowane ma gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory (28) mają średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
14. Kolumna według zastrz. 13, znamienna tym, że wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
15. Kolumna według zastrz. 13, znamienna tym, że fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
16. Kolumna według zastrz. 13, znamienna tym, że kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
17. Kolumna według zastrz. 13, znamienna tym, że wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
18. Kolumna według zastrz. 13 albo 15, albo 16, znamienna tym, że wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową (30) na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej (20).
19. Kolumna według zastrz. 18, znamienna tym, że tekstura powierzchniowa (30) ma postać poziomych prążków.
20. Kolumna według zastrz. 18, znamienna tym, że tekstura powierzchniowa (30) jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
21. Kolumna według zastrz. 13 albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 19, albo 20, znamienna tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
22. Kolumna według zastrz. 21, znamienna tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
23. Kolumna według zastrz. 13 albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, albo 19, albo 20, znamienna tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
PL 194 241 B1
24. Kolumna według zastrz. 23, znamienna tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
25. Kolumna według zastrz. 13, znamienna tym, że zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
26. Kolumna według zastrz. 25, znamienna tym, że wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
27. Sposób wymiany ciepła i/lub masy, w którym przeciwprądowo kontaktuje się fazę gazową zfazą ciekłą w kolumnie zawierającej co najmniej jedno wypełnienie ukierunkowane zawierające szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, znamienny tym, że wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory (28) mające średnicę ekwiwalentnie mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65°, przy czym każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
28. Sposób według zastrz. 27 do kriogenicznego rozdzielania powietrza, w którym przeciwprądowo kontaktuje się parę z cieczą w co najmniej jednej kolumnie destylacyjnej zawierającej co najmniej jedną sekcję, w której ustala się kontakt cieczy z parą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego zawierającego szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka maco najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych iw przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, znamienny tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 800 m2/m3, oraz otwory (28) mające średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65°, przy czym każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
29. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 50m2/m3do około 675 m2/m3.
30. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że fałdy mają kąt pofałdowania względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
31. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
32. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że wypełnienie ma gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
33. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową (30) na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej (20).
34. Sposób według zastrz. 33, znamienny tym, że tekstura powierzchniowa (30) ma postać poziomych prążków.
35. Sposób według zastrz. 32, znamienny tym, że tekstura powierzchniowa (30) jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
36. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
37. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
38. Sposób według zastrz. 27 albo 28, albo 34, albo 35, albo 37, znamienny tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
39. Sposób według zastrz. 38, znamienny tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
40. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że kolumna zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
PL 194 241 B1
41. Sposób według zastrz. 40, znamienny tym, że wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
42. Sposób wymiany masy i/lub ciepła pomiędzy dwiema cieczami, w którym kontaktuje się w co najmniej jednej kolumnie wymiennej, i ustanawia się kontakt cieczy z cieczą za pomocą co najmniej jednego wypełnienia ukierunkowanego zawierającego szereg falistych półek rozmieszczonych w układzie równoległym w pionie, przy czym każda półka ma co najmniej jeden otwór i szereg regularnie rozstawionych i w przybliżeniu równoległych fałd rozmieszczonych w układzie skrzyżowanym względem fałd w sąsiedniej półce, znamienny tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale od około 350 m2/m3 do około 600 m2/m3, oraz otwory (28) mające średnicę ekwiwalentną mniejszą niż około 4 milimetry, ale większą niż około 2 mm, i fałdy mające kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 35° do około 65° oraz każda fałda ma kąt rozwarcia (b) pomiędzy dwoma bokami fałdy w przedziale wartości od około 80° do około 110°.
43. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wspomniane ciecze płyną współprądowo w kolumnie wymiennej.
44. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wspomniane ciecze płyną przeciwprądowo w kolumnie wymiennej.
45. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że stosuje się wypełnienie mające gęstość powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3.
46. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że fałdy mają kąt pofałdowania względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°.
47. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
48. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że wypełnienie ma gęstość
2 3 2 3 powierzchniową w przedziale wartości od około 500 m2/m3 do około 675 m2/m3, fałdy mają kąt pofałdowania (a) względem poziomu w przedziale wartości od około 40° do około 60°, oraz kąt rozwarcia (b) jest w przedziale wartości od około 90° do około 100°.
49. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że wypełnienie zawiera teksturę powierzchniową (30) na co najmniej części powierzchni co najmniej jednej półki falistej (20).
50. Sposób według zastrz. 49, znamienny tym, że tekstura powierzchniowa (30) ma postać poziomych prążków.
51. Sposób według zastrz. 49, znamienny tym, że tekstura powierzchniowa (30) jest dwukierunkową teksturą powierzchniową w postaci drobnych rowków w układzie skrzyżowanym.
52. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 5% do około 20% całkowitego pola powierzchni półki.
53. Sposób według zastrz. 52, znamienny tym, że otwory (28) stanowią pole przelotowe w każdej półce w przedziale wartości od około 8% do około 12% całkowitego pola powierzchni półki.
54. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,1 milimetra do około 3,0 milimetrów.
55. Sposób według zastrz. 54, znamienny tym, że promień wierzchołkowy (r) mieści się w przedziale wartości od około 0,3 milimetra do około 1,0 milimetra.
56. Sposób według zastrz. 42 albo 43, znamienny tym, że kolumna zawiera pierwszą warstwę wypełnienia ukierunkowanego i drugą warstwę wypełnienia ukierunkowanego usytuowaną poniżej pierwszej warstwy i obróconą o pewien kąt względem niej.
57. Sposób według zastrz. 56, znamienny tym, że wspomniany kąt mieści się w przedziale od 0° do 90°.
PL339029A 1999-03-15 2000-03-15 Wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy PL194241B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/270,310 US6357728B1 (en) 1999-03-15 1999-03-15 Optimal corrugated structured packing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL339029A1 PL339029A1 (en) 2000-09-25
PL194241B1 true PL194241B1 (pl) 2007-05-31

Family

ID=23030799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL339029A PL194241B1 (pl) 1999-03-15 2000-03-15 Wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy

Country Status (11)

Country Link
US (2) US6357728B1 (pl)
EP (1) EP1036590A3 (pl)
JP (1) JP3554248B2 (pl)
KR (1) KR100347412B1 (pl)
CN (1) CN1121263C (pl)
BR (1) BR0001286A (pl)
CA (1) CA2300461C (pl)
PL (1) PL194241B1 (pl)
SG (1) SG87887A1 (pl)
TW (1) TW450828B (pl)
ZA (1) ZA200001298B (pl)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6357728B1 (en) * 1999-03-15 2002-03-19 Air Products And Chemicals, Inc. Optimal corrugated structured packing
DE10010810A1 (de) * 2000-03-08 2001-09-13 Montz Gmbh Julius Flüssigkeitsverteiler und Verfahren zum Betreiben
US20040000472A1 (en) * 2002-03-15 2004-01-01 Catalytic Distillation Technologies Distillation system
US6991222B2 (en) * 2003-03-31 2006-01-31 George Amir Meski Structured packing with increased capacity
TWI351306B (en) * 2003-05-16 2011-11-01 Sulzer Chemtech Ag Method of mass transfer of a material or heat
GB0508670D0 (en) * 2005-04-28 2005-06-08 Air Prod & Chem Structured packing and use thereof
US7267329B2 (en) * 2005-07-27 2007-09-11 Air Products And Chemicals, Inc. Alternating conventional and high capacity packing within the same section of an exchange column
US20110247973A1 (en) * 2006-12-08 2011-10-13 Ohio University Exfiltration apparatus
WO2008073818A2 (en) * 2006-12-08 2008-06-19 Ohio University Improved exfiltration device
US8298412B2 (en) * 2008-09-17 2012-10-30 Koch-Glitsch, Lp Structured packing module for mass transfer column and process involving same
FR2946735B1 (fr) * 2009-06-12 2012-07-13 Air Liquide Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique.
EP2519641B1 (en) * 2009-09-06 2014-11-12 Lanzatech New Zealand Limited Improved fermentation of gaseous substrates
US8663596B2 (en) * 2010-01-25 2014-03-04 Fluor Enterprises, Inc. Reactor, a structure packing, and a method for improving oxidation of hydrogen sulfide or polysulfides in liquid sulfur
US8262787B2 (en) * 2010-06-09 2012-09-11 Uop Llc Configuration of contacting zones in vapor liquid contacting apparatuses
WO2012102876A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 Praxair Technology, Inc. Distillation method and cross - corrugated structured foam- like packing
US8871008B2 (en) 2011-09-07 2014-10-28 Carbon Engineering Limited Partnership Target gas capture
US20130233016A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Structured Packing
RU2505354C1 (ru) * 2012-10-04 2014-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" ОАО "НИПИгазпереработка" Регулярная насадка (варианты)
EP2810707A1 (de) * 2013-06-07 2014-12-10 Sulzer Chemtech AG Packungslage für eine strukturierte Packung
RU2568706C1 (ru) * 2014-10-17 2015-11-20 Игорь Анатольевич Мнушкин Контактное устройство для проведения тепломассообмена и раздела фаз в секционированных перекрестноточных насадочных колоннах в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость
JP6352993B2 (ja) 2016-08-10 2018-07-04 株式会社東芝 流路構造及び処理装置
EP3299086A1 (en) 2016-09-26 2018-03-28 Air Products And Chemicals, Inc. Exchange column with corrugated structured packing and method for use thereof
US20180087835A1 (en) 2016-09-26 2018-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Exchange Column With Corrugated Structured Packing And Method For Use Thereof
KR102280567B1 (ko) * 2017-05-02 2021-07-27 코크-글리취 엘피 물질 전달 칼럼을 위한 구조화된 패킹 모듈
US10953382B2 (en) * 2017-06-09 2021-03-23 Koch-Glitsch, Lp Structured packing module for mass transfer columns

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH617357A5 (pl) 1977-05-12 1980-05-30 Sulzer Ag
US4836836A (en) 1987-12-14 1989-06-06 Air Products And Chemicals, Inc. Separating argon/oxygen mixtures using a structured packing
US4929399A (en) * 1988-03-17 1990-05-29 Union Carbide Industrial Gases Technology Inc. Structured column packing with liquid holdup
BR8901120A (pt) * 1988-03-17 1989-10-31 Union Carbide Corp Elemento de enchimento de coluna;processo para a pratica de transferencia de massa entre vapor e liquido
US5100448A (en) 1990-07-20 1992-03-31 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Variable density structured packing cryogenic distillation system
DE4224068A1 (de) 1992-03-20 1993-09-23 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungsanlage
US5217788A (en) * 1992-05-11 1993-06-08 Brentwood Industries Corrugated sheet assembly
US5419136A (en) 1993-09-17 1995-05-30 The Boc Group, Inc. Distillation column utilizing structured packing having varying crimp angle
US5407607A (en) * 1993-11-09 1995-04-18 Mix; Thomas W. Structured packing elements
US5616289A (en) * 1994-01-12 1997-04-01 Mitsubishi Corporation Substance and/or heat exchanging tower
JP3319174B2 (ja) * 1994-09-19 2002-08-26 株式会社日立製作所 充填物及び空気分離装置
GB9515492D0 (en) * 1995-07-28 1995-09-27 Aitken William H Apparatus for combined heat and mass transfer
GB9522086D0 (en) * 1995-10-31 1996-01-03 Ici Plc Fluid-fluid contacting apparatus
US5876638A (en) * 1996-05-14 1999-03-02 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing element with bi-directional surface texture and a mass and heat transfer process using such packing element
US5730000A (en) * 1996-05-14 1998-03-24 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing element and a mass and heat transfer process using such packing element
US5644932A (en) 1996-05-21 1997-07-08 Air Products And Chemicals, Inc. Use of structured packing in a multi-sectioned air seperation unit
NL1005990C2 (nl) * 1997-05-06 1998-11-16 Geert Feye Woerlee Gestructureerde pakking voor stof- en/of warmte-uitwisseling tussen een vloeistof en een gas, alsmede houder voorzien van een dergelijke pakking.
US6357728B1 (en) * 1999-03-15 2002-03-19 Air Products And Chemicals, Inc. Optimal corrugated structured packing

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000062852A (ko) 2000-10-25
US6357728B1 (en) 2002-03-19
SG87887A1 (en) 2002-04-16
ZA200001298B (en) 2001-09-14
TW450828B (en) 2001-08-21
US6598861B2 (en) 2003-07-29
CA2300461C (en) 2003-07-15
US20030094713A1 (en) 2003-05-22
EP1036590A3 (en) 2000-12-13
BR0001286A (pt) 2000-11-14
CA2300461A1 (en) 2000-09-15
EP1036590A2 (en) 2000-09-20
CN1121263C (zh) 2003-09-17
CN1266740A (zh) 2000-09-20
JP2000279801A (ja) 2000-10-10
PL339029A1 (en) 2000-09-25
JP3554248B2 (ja) 2004-08-18
KR100347412B1 (ko) 2002-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL194241B1 (pl) Wypełnienie ukierunkowane, kolumna do wymiany ciepła i/lub masy oraz sposób wymiany ciepła i/lub masy
EP0707885B1 (en) Structured packing with improved capacity for rectification systems
CA2204703C (en) Structured packing element with bi-directional surface texture and a mass and heat transfer process using such packing element
JP5934394B2 (ja) ストラクチャードパッキング
EP1010463B9 (en) Mixed-resistance structured packing
CN1229177C (zh) 包含至少一种有毒组分的混合物的蒸馏或反应蒸馏
US6713158B2 (en) Structured packing
US20050280168A1 (en) Structured packing with increased capacity
US6119481A (en) Horizontal structured packing
US7267329B2 (en) Alternating conventional and high capacity packing within the same section of an exchange column
JPH0889793A (ja) 充填物及び空気分離装置
EP0858830A1 (en) Corrugated packing with improved capacity and high mass transfer efficiency
US6991222B2 (en) Structured packing with increased capacity
CA2900117C (en) Liquid distribution device utilizing packed distribution troughs and a mass transfer column and process involving same
KR102100544B1 (ko) 주름형 구조화된 패킹을 갖는 교환 칼럼 및 그 사용 방법
MXPA00002485A (en) Corrugated structured packing
MXPA98001209A (en) Packaging with improved capacity and high efficiency transfer of m