CS273461B1 - Arranged column filling for diffusion processes - Google Patents

Abstract

Ordered packing consists of horizontal, mutually revolved layers that fill the whole cross section of a column. Each layer is formed from vertical collateral walls (4) made of pliable material with capillary characteristics, for example of glass textile, interleaved with at least two rows of spacers (5) made of rigid material, for example of metal, plastic or ceramics. The spacers (5) are on both ends fixed in retainers (9) formed in equal distances on support belts (6) in the lower and the upper part of the vertical collateral walls (4). The spacers (5) of the separate rows are bent alternately to one or the other side and are either straight, so they are mutually crossed and form a diamond structure, or they are bent, causing the spacers of neighbouring rows to touch with the wave crests. For reinforcing the structure the spacers (5) are interconnected by means of distance pieces (8).<IMAGE>

Description

Vynález se týká strukturní nebo jinak také uspořádané výplně kolon pro difuzní pochody, při kterých za přímého styku kapalné a plynné fáze probíhá výměna tepla a hmoty. Příkladem dlfuzních pochodů jsou rektifíkace, absorpce, praní plynu nebo procesy přímé výměny tepla.The invention relates to a structural or otherwise arranged packing of diffusion process columns, in which the heat and mass exchange takes place under direct contact of the liquid and gaseous phases. Examples of diffusion processes are rectification, absorption, gas scrubbing or direct heat exchange processes.

Pro difuzní pochody se dříve užívaly převážně sypané, neuspořádané výplně. Tyto výplně jsou však v posledních letech stále více nahrazovány výplněmi uspořádanými, které podávají vyšší výkony při zvýšené účinnosti dělení, větším pracovním rozsahu a menších tlakových ztrátách.Previously, bulk, unordered fillings were used for diffusion processes. However, these fillers have been increasingly being replaced in recent years by fillings arranged that provide higher performance with increased cutting efficiency, larger working range and less pressure loss.

Nejčastěji užívané uspořádané výplně sestávají z bloků tvořených svislými plechy, varhánkovitě prohnutými šikmo ke svislici. Plechy jsou kladeny svisle vedle sebe tak, že se jejich vlny kříží. Základní plech je přitom v pravidelných trojúhelníkových roztečích perforován, aby kapalina mohla přecházet z jedné strany na druhou, a navíc je drobně příčně zvlněn. Další typy výplní, založené na stejném principu, užívají různých obměn v perforacích základního plechu, atp.The most commonly used ordered fillings consist of blocks consisting of vertical sheets, organically folded obliquely to the vertical. The sheets are laid vertically side by side so that their waves cross. The base plate is perforated at regular triangular intervals to allow the liquid to pass from one side to the other, and is also slightly transversely corrugated. Other types of fillers, based on the same principle, use different variations in perforations of the base plate, etc.

Z tenkých, většinou nerezových plechů, uložených svisle vedle sebe, je vytvořen i další typ uspořádané výplně. U tohoto typu výplně jsou v každém z plechů vyseknuty v řadách nad sebou a vedle sebe lamely, které jsou ohnuty kolmo k rovině plechu. Směr výseků je šikmý a v jednotlivých řadách nad sebou se mění, takže mezi lamelami vznikají klikatě probíhající svislé průtočné kanálky. Střídavá je kromě toho i orientace výseků u sousedních svislých plechů. Lamely plní nadto í funkci distančních prvků.Thin, mostly stainless steel sheets placed vertically next to each other, form another type of ordered filler. In this type of filler, in each of the sheets, the slats are punched in rows one above the other and next to each other, which are bent perpendicular to the plane of the sheet. The direction of the cuts is oblique and varies in individual rows one above the other so that vertical flow channels are formed between the slats. In addition, the orientation of the die cuts in the adjacent vertical sheets is alternating. The slats also serve as spacers.

Jiná známá výplň má tvar kosočtverečné struktury, vytvořené ze zvlněných pásků z perforovaného plechu. Pásky jsou kladeny vodorovně na sebe tak, že se stýkají vždy vrcholky horního a spodního pásku.Another known filler has the shape of a rhombic structure formed from corrugated strips of perforated sheet metal. The strips are laid horizontally on top of each other so that the tops of the top and bottom strips meet each other.

Popsané výplně mají společnou nevýhodu v tom, že se u nich jako základního materiálu užívá kovu, a to ve formě velmi tenkých plechů, zhotovených většinou z vysoce legovaných materiálů, které vůči kapalinám vykazují velké povrchové napětí. Důsledkem toho je, že se kov nikdy úplně nezkropí a vytvářejí se na něm suchá místa, která snižují přestupný povrch pro obě fáze.The described fillers have the common disadvantage that metal is used as the base material in the form of very thin sheets, made mostly of highly alloyed materials, which exhibit high surface tension to liquids. As a result, the metal never completely sprinkles and creates dry spots on it that reduce the transition surface for both phases.

Je známo také řešení, při kterém uspořádanou výplň tvoří vodorovně nad sebou uložené, navzájem pootočené vrstvy, z nichž každá sestává ze svislých tabulovitých prvků, které mají tvar tkané struktury, uchycené v rámu. Osnovu struktury tvoří těsně vedle sebe umístěné pásky z poddajného materiálu s kapilárními vlastnostmi, například sklotextilu. Útek tvoří klikatě zprohýbané rozpěrky z tuhého materiálu, například kovu, umělé hmoty nebo keramiky. Rozpěrky jsou v horní části opatřeny přestupnými otvory a jsou popřípadě drobně příčně nebo šikmo zvlněné. Kromě toho mohou být v podélných hranách rozpěrek provedeny vyhnuté prostřihy. V popsané tkané struktuře se vytvářejí příznivé podmínky jak pro tok kapaliny, tak i pro tok páry. Tím se snižují tlakové ztráty a výplň vykazuje dobrou dělicí účinnost. Důsledkem použití pásků s kapilárními vlastnostmi v osnově tkané struktury je dobrá smočitelnost celého povrchu výplně, protože pásky dokážou rozvést kapalinu i do vodorovného směru. Výplň získává kromě toho i samorozdělovací schopnost, takže nevyžaduje tak dokonalých rozdělovačů kapaliny. Další předností je nízká cena výplně, vyplývající z nízké ceny základního materiálu.A solution is also known in which the ordered filling is formed by horizontally stacked, mutually rotated layers, each consisting of vertical sheet-like elements having the shape of a woven structure fixed in the frame. The warp of the structure is formed by closely adjacent strips of pliable material with capillary properties, for example glass fiber. The weft consists of zigzag folded spacers of a rigid material such as metal, plastic or ceramic. The spacers are provided with apertures in the upper part and are optionally slightly transverse or inclined. In addition, bent cuts can be made in the longitudinal edges of the spacers. In the described woven structure, favorable conditions are created for both the liquid flow and the steam flow. This reduces the pressure drop and the filler shows good separation efficiency. The use of capillary tape in the warp woven structure results in good wettability of the entire filler surface, since the tapes can also distribute the liquid in a horizontal direction. In addition, the filler also has a self-distributing capability so that it does not require such perfect liquid distributors. Another advantage is the low cost of the filler resulting from the low cost of the base material.

Příznivé vlastnosti posledně popsané výplně se v plné míře projevují i u dalšího, vývojového typu uspořádané výplně, založené také na náhradě větší části kovového materiálu poddajným nekovovým materiálem s kapilárními vlastnostmi. U tohoto typu výplně se ve vodorovných vrstvách střídají, svislé stěny z materiálu s kapilárními vlastnostmi se soustavou svislých, klikatě zprohýbaných rozpěrek z tuhého materiálu, například kovu, umělé hmoty nebo keramiky. Rozpěrky jsou oběma konci uchyceny k vodorovným nosným páskům, provedeným na spodním i horním okraji svislých stěn a jsou popřípadě v prostoru mezi oběma pásky propojeny nejméně jednou distanční vložkou. Rozpěrky mohou být nadto drobně příčně vroubkovány a v podélných hranách opatřeny vyhnutými prostřihy.The advantageous properties of the latter filler are fully reflected in another developmental type of filler, also based on the replacement of a greater part of the metallic material with a flexible non-metallic material with capillary properties. In this type of filler, the horizontal layers alternate, the vertical walls of the capillary-like material with a set of vertical, zigzag-bent spacers of a rigid material such as metal, plastic or ceramic. The spacers are attached at both ends to horizontal support strips provided at the lower and upper edges of the vertical walls and are optionally connected in the space between the two strips by at least one spacer. In addition, the spacers may be slightly serrated laterally and provided with bent cuts in the longitudinal edges.

i*and*

CS 273 461 BlCS 273 461 Bl

Uspořádaná výplň podle vynálezu využívá také dobrých vlastností výplní zhotovených za použití materiálů s kapilárními vlastnostmi. Rozvíjí přitom dále posledně popsané provedení, při kterém jsou v jednotlivých vodorovných vrstvách kombinovány svislé stěny z poddajného materiálu s kapilárními vlastnostmi se svislými rozpěrkami z tuhého materiálu, upevněnými spodními i horními konci k úchytkám na nosných páscích. Podstata vynálezu potom spočívá v tom, že v jednotlivých úchytkách jsou vedle sebe anebo za sebou upevněny vždy nejméně dvě řady rozpěrek, kde rozpěrky jednotlivých řad jsou vyhnuty vždy střídavě na jednu a druhou stranu a s rozpěrkami sousední řad vytvářejí kosočtverečnou strukturu. Na vytvoření kosočtverečné struktury se přitom podle jedné varianty podílejí rozpěrky, které jsou rovné a navzájem se v rovnoměrných odstupech kříží s rozpěrkami sousedních řad Při jiném uspořádání jsou rozpěrky všech řad po výšce klikatě zprohýbány, přičemž se rozpěrky sousedních řad vrcholy vln navzájem dotýkají. Rozpěrky mohou být přitom u obou alternativních provedení opět drobně příčně vroubkovány a jsou pro zpevnění struktury propojeny vodorovnými distančními vložkami.The ordered filler according to the invention also takes advantage of the good properties of fillers made using materials with capillary properties. It further develops the last-described embodiment in which the vertical walls of flexible material with capillary properties are combined in individual horizontal layers with vertical spacers of rigid material, fastened by the lower and upper ends to the fasteners on the carrier strips. The principle of the invention then consists in that at least two rows of spacers are fixed side by side or one behind the other in the individual fasteners, where the spacers of the individual rows are bent alternately to one side and the other and form a rhombic structure with the spacers of adjacent rows. According to one variant, the spacers are formed which are straight and intersect at evenly spaced intervals with the spacers of adjacent rows. In another arrangement, the spacers of all rows are zigzag folded in height, with the spacers of adjacent rows touching each other. The spacers can again be slightly knurled laterally in both alternative embodiments and are interconnected by horizontal spacers to strengthen the structure.

Příkladné provedení uspořádané strukt&fní výplně podle vynálezu je dále blíže znázor něno na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je svislý řez spodní částí kolony se třemi nad sebou uspořádanými vodorovnými vrstvami výplně, na obr. 2 je příčný řez nejnižší nebo třetí vrstvou odspodu kolony podle obr. 1, na obr. 3 a 4 jsou v axonometrickém pohledu dvě základní obměny v provedení rozpěrek a na obr. 5 a 6 jsou opět v axonometrickém pohle du a v detailu dvě alternativní provedení klikatě zprohýbaných rozpěrek.An exemplary embodiment of an ordered structural packing according to the invention is further illustrated in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a vertical section through the bottom of a column with three horizontal packing layers superimposed; Fig. 2 is a cross section through the lowest or third layer from the bottom of the column; Fig. 1, Figs. 3 and 4 are axonometric views of two basic variations in the spacers design, and Figs. 5 and 6 are again an axonometric view and in detail two alternative embodiments of zigzag flexed spacers.

Na obr. 1 a 2 je na svislém a příčném řezu spodní části kolony znázorněn jednak způsob uložení vodorovných vrstev £ v plášti £ kolony, jednak -způsob sestavení jednotlivých vrstev £ ze souběžně vedle sebe uložených svislých stěn £, proložených dvěma řadami svislých rozpěrek £. Nejnižší vrstva výplně £ je uložena na vodorovném roštu £, upevněném v plášti £ kolony. Sousední vyšší vrstvy £ jsou vždy navzájem pootočeny o 90°. Vrstvy £ vyplňují vždy celý průřez kolony, u kolon velkých průměrů však mohou být rozděleny do většího počtu segmentů, což přináší výhody z hlediska standardizace výroby, stejně jako z hlediska snadnějšího transportu a montáže těchto dílců.1 and 2, the vertical and cross-sectional views of the bottom of the column show, on the one hand, the manner in which the horizontal layers 6 are deposited in the column jacket, and the method of assembling the individual layers 6 from parallel side walls 4 interspersed with two rows of vertical spacers. The lowest layer of filler 6 is deposited on a horizontal grate 4 mounted in the column jacket 6. The adjacent higher layers 6 are each rotated 90 ° to each other. The layers 6 always fill the entire cross-section of the column, but in the case of large diameter columns they can be divided into a plurality of segments, which brings advantages in terms of production standardization as well as easier transport and assembly of these components.

V levé části obr. 1 je přitom znázorněno provedení vrstev £ za použití rovných rozpěrek £ podle obr. 3 a v pravé části obr. 1 podobně provedení vrstev £ za použití klikatě zprohýbaných rozpěrek £ podle obr. 4.In the left part of FIG. 1 there is shown the embodiment of the layers 6 using the straight spacers 6 according to FIG. 3 and in the right part of the FIG.

Z obr. 3 a 4 je patrný způsob vytvoření jednotlivých vrstev £ ze svislých stěn _4 a soustavy svislých rozpěrek £. Svislé stěny £, zhotovené příkladně ze sklotextilní tkaniny, jsou v horní i spodní části připevněny k nosným páskům £, a to pomocí ozubů £, vytvořených prostřižením a vyhnutím přímo z materiálu pásků £, Ozuby ]_ se střídají v rovnoměrných roztečích s úchytkami £, které slouží k upevnění dvou soustav nebo řad rozpěrek £. Rozpěrky přední řady jsou prů názornost označeny vztahovou značkou 5a. rozpěrky zadní řady značkou 5b. V provedení podle obr. 3 jsou rozpěrky £ obou řad rovné a navzájem se kříží tak, že vytvářejí kosočtverečnou strukturu. V provedení podle obr. 4 jsou rozpěrky £ obou řad po výšce klikatě zprohýbány, a to tak, že rozpěrky 5a přední řady jsou zprohýbány ve směru opačném k rozpěrkám 5b druhé řady, přičemž vrcholy ohybů nebo vln obou řad se navzájem dotýkají. Na rozpěrkách £ znázorněných v obr. 4 je kromě toho naznačeno i jemné příčné vroubkování, které přispívá k lepšímu rozdělení kapaliny po ploše rozpěrek £, a tím i ke zvýšení komunikace mezi sousedními svislými stěnami 4 a kapalinou.Figures 3 and 4 show the method of forming the individual layers 4 from the vertical walls 4 and the set of vertical spacers 4. The vertical walls 4, made of glass-fiber fabric, for example, are fastened at the top and the bottom to the supporting strips 6 by means of punches 8 formed by punching and bending straight from the strip material. which serve to secure two spacers or rows of spacers. The front row spacers are indicated by 5a for clarity. 5b rear row spacers. In the embodiment of FIG. 3, the spacers 6 of both rows are straight and cross each other so as to form a rhombic structure. In the embodiment of FIG. 4, the spacers 5 of both rows are zigzagged in height such that the spacers 5a of the front row are deflected in a direction opposite to the spacers 5b of the second row, the bends or waves of the two rows touching each other. In addition, the spacers 4 shown in FIG. 4 also indicate a fine transverse indentation which contributes to a better distribution of the liquid over the spacers area 4 and thus to an increase in communication between the adjacent vertical walls 4 and the liquid.

Na obr. 5 a 6 jsou znázorněny dvě možnosti v provedení klikatě zprohýbaných rozpěrek £. Při obou alternativách jsou obě řady rozpěrek £ provedeny vždy z jediného pásku, po výšce opakovaně prostřiženého, přičemž prostřižené části jsou vyhnuty tak, že v provedení podle obr. 5 jsou vlny přední i zadní řady rozpěrek vyhnuty střídavě na jednu i druhou stranu, zatímco v provedení podle obr. 6 jsou rozpěrky 5a přední řady vyhnuty vždy na jednu stranu a rozpěrky 5b druhé řady na stranu opačnou. V obou případech se šířka vlny rovná vždy rozteči úchytek 9 na nosných páscích 6.FIGS. 5 and 6 show two options in the embodiment of the zigzag flexed spacers. In both alternatives, the two rows of spacers are each made of a single strip, repeatedly cut at a height, wherein the cut portions are bent such that in the embodiment of Fig. 5 the waves of the front and rear rows of spacers are alternately bent to one side. 6, the front row spacers 5a are bent to one side and the other row spacers 5b to the opposite side. In both cases the wave width is always equal to the spacing of the tabs 9 on the carrier strips 6.

V l= 273 461 =1V l = 273,461 = 1

Prostorové uspořádání rozpěrek £ v převedení podle obr. 5 je dobře patrno z obr. 4.The spatial arrangement of the spacers 6 in the embodiment of FIG. 5 is clearly seen in FIG. 4.

Každá z rozpěrek £ se zde stýká vždy se dvěma rozpěrkami sousedními, přičemž rozpěrky navzájem vymezují klikatě zprohýbany průtočný kanál jak pro kapalinu, tak i pro plynnou fázi. Při uspořádání rozpěrek £ podle obr. 6 se každá z rozpěrek £ stýká jen s jednou sousední rozpěrkou £, takže ve srovnání s uspořádáním předchozím vzniká kanál o poloviční délce. Je tedy zřejmo, že rozváděči účinek pro kapalinu ve vodorovném směru je v prvém případě výhodnější.Each of the spacers 6 here in each case meets two adjacent spacers, the spacers defining in a zigzag manner the flow channel for both the liquid and the gas phase. In the arrangement of the spacers 6 shown in FIG. 6, each of the spacers 6 meets only one adjacent spacer 6 so that a half-length channel is formed compared to the previous arrangement. Thus, it is obvious that the distribution effect for the liquid in the horizontal direction is preferable in the first case.

Pro zpevnění struktury je mezi nosné pásky £ vložena nejméně jedna distanční vložka £. Optimálního účinku se dosahuje v případě, kdy distanční vložky £ jsou situovány V rovině vzájemného styku dvou sousedních rozpěrek £, respektive jejich vln.To strengthen the structure, at least one spacer 8 is inserted between the carrier strips. The optimum effect is obtained when the spacers 6 are situated in the plane of mutual contact between two adjacent spacers 6 or their waves.

Při montáži výplně v plášti £ kolony jsou jednotlivé svislé stěny £ spolu s nosnými pásky £ a soustavou rozpěrek £ kladeny střídavě vedle sebe tak dlouho, až vyplní celý průřez kolony. U kolon s většími průměry se klade vedle sebe pouze omezený počet svislých stěn £ a rozpěrek £, které se potom pomocí spojovacích šroubů stahují do segmentů. Segmenty se ukládají v koloně vedle sebe tak, ab^zaplnily vnitřní průřez kolony.When the packing is installed in the column jacket 4, the individual vertical walls 4, along with the carrier strips 4 and the spacers assembly 5, are laid alternately side by side until they fill the entire cross-section of the column. In the case of columns with larger diameters, only a limited number of vertical walls 6 and spacers 6 are laid side by side, which are then pulled into segments by means of connecting screws. The segments are stacked side by side in the column so that they fill the internal cross-section of the column.

Ve srovnání s posledně popsaným známým uspořádání strukturní výplně, obsahujícím pouze jednoduchý systém, tj. jednu řadu tuhých rozpěrek mezi poddajnými svislými stěnami z materiálu s kapilárními vlastnostmi, vykazuje strukturní výplň podle vynálezu vyšší tuhost a lepší dělicí účinek, což přispívá k vyšší účinnosti dělení směsí a k zintenzivnění přestupu tepla a hmoty mezí pracovními médii. Zvýšení účinnosti dělicího procesu potom umožňuje snížení výšky kolony.Compared to the latter known structural filler arrangement comprising only a simple system, i.e. one row of rigid spacers between yielding vertical walls of capillary material, the structural filler according to the invention exhibits higher rigidity and better separation effect, which contributes to higher separation efficiency of the mixtures and to intensify heat and mass transfer between the working media. Increasing the efficiency of the separation process then allows the column height to be reduced.

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Uspořádaná výplň kolon pro difuzní pochody, sestávající z vodorovných, navzájem pootočených vrstev, vyplňujících celý průřez kolony, kde každá z vrstev je vytvořena ze svislých rovnoběžných stěn, provedených z poddajného materiálu s kapilárními vlastnostmi, například sklotextilu, a opatřených na horní· i spodním okraji nosnými pásky, v nichž jsou v rovnoměrných odstupech vytvořeny úchytky pro upevněni svislých rozpěrek z tuhého materiálu, například kovu, umělé hmoty nebo keramiky, vyznačující se tím, že v jednotlivých úchytkách (9) jsou vedle sebe anebo za sebou upevněny vždy nejméně dvě řady rozpěrek (5), kde rozpěrky (5) jednotlivých řad jsou vyhnuty střídavě na opačnou stranu a s rozpěrkami (5) sousedních řad vytvářejí kosočtverečnou strukturu.An ordered diffuser column packing consisting of horizontal, mutually rotating layers, filling the entire cross-section of the column, each layer being formed of vertical parallel walls made of a flexible material with capillary properties, such as glass fabric, and provided on top of the column. at the lower edge of the carrier strips, in which brackets are provided at equidistant intervals for fastening vertical spacers of a rigid material, such as metal, plastic or ceramic, characterized in that at least two at least two strips are fastened side by side or in series a row of spacers (5), wherein the spacers (5) of the individual rows are alternately bent to the opposite side and form a rhombic structure with the spacers (5) of adjacent rows. 2. Uspořádaná výplň podle bodu 1, vyznačující se tím, že rozpěrky (5) všech řad jsou rovné a navzájem se kříží s rozpěrkesti (5) sousedních řad.Arrangement according to claim 1, characterized in that the spacers (5) of all rows are straight and cross each other with the spacers (5) of adjacent rows. 3. Uspořádaná výplň podle bodu 1, vyznačující se tím, že rozpěrky (5) všech řad jsou po výšce klikatě zprohýbány, přičemž rozpěrky (5) sousedních řad se vrcholy vln navzájem dotýkají.Arrangement according to claim 1, characterized in that the spacers (5) of all rows are curved in height in a zig-zag shape, the spacers (5) of adjacent rows touching each other on the wave tops.