NO873729L - Ekspandert metallpakning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører pakningselementer av strekkmetall, for vilkårlig plassering eller nedlegging, som er særlig egnet for anvendelse i anordninger for opprettelse av gass-væskekontakt og hvorav kan nevnes, uten begrensende virk-ning: pakkede tårn, pakningstraukolonner, bevegelsesløse eller statiske blandere og andre gass-væskekontakt- eller væske-væskekontaktinnretninger.

Et stort antall forskjellige, kommersielt tilgjengelige pakningselementer for vilkårlig plassering eller nedlegging og av ring-, sylinder- og sadelform og -type, er blitt beskrevet og brukt i anordninger for opprettelse av gass-væskekontakt. Slike pakningselementer blir typisk anvendt for opprettelse av gass-væskekontakt i kjemiske prosessanlegg, ofte i form av kolonner eller tårn som er delvis eller helt fylt med pakningsmateriale, for oppnåelse av intim gass-væskekontakt, og hvor væske innføres i den øvre ende av kolonnen og renner nedad som en tynn film på pakningsmaterialytterflaten, mens gassene innføres i den nedre ende av tårnet og strømmer oppad gjennom de åpne rom i pakningsmaterialet, for å bringes i intim kontakt med væskefilmen på pakningsmaterialoverflaten. Videre kan pakningsmaterialet benyttes for opprettelse av intim kontakt mellom to ikke-sammenblandbare væsker av forskjellig egenvekt, idet den letteste væske derved vil stige og den tyngste synke gjennom paknings-materialleiet. En slik kontakt mellom væsker kan tjene forskjellige formål, såsom masseoverføring, f.eks. destillasjon, rensing, svekking, ekstraksjon, kjemisk reaksjon, varmeveksling og tåkefjerning eller -bortleding.

Tidligere kjente pakningselementer er derfor blitt fremstilt i mange forskjellige fasonger og størrelser og av ulike material-er. Det har gjennom tidene vært tilstrebet å frembringe vilkårlig plasserbare eller nedleggbare pakningselementer som vil redusere trykkfallet i pakningsmaterialet. Dette er vanligvis blitt oppnådd ved opprettelse av en mer åpen struktur i pakningsmaterialet, idet de plane flater blir gjennomboret ved utstansing av huller, åpninger e.l. i materialet, for å redusere trykkfallet i dette. Derved fremkommer et pakningsmateriale med minsket trykkfall eller varmeoverføringsevne pr. masseenhet.

Ekspandert platemateriale, f.eks. tynnplater av strekkmetall, er benyttet i forskjellige gass-væskekontaktanordninger, eksempelvis som pakningsmaterialet i et pakket tårn, som del av et destillasjonsanlegg, eller som et pakningsmateriale bestående av et stort antall adskilte plater (se f.eks. US-patentskrift 3.687.818 som omhandler bruk av adskilte strekkmetallplater som pakningsmaterialet i en destillasjonskolonne, US-patentskrift 4.028.442 som omtaler bruk av en strekkmetallplate som bæreplate for tårnpakning, US-patentskrift 4.184.857 som beskriver en strippingskolonne inneholdende et antall trau med trausegmenter av slisset strekkmetalltype, og US-patentskrift 4.304.738 som beskriver et pakningsmateriale, bestående av stablede strekkmetallplater som danner en vinkel med hverandre, for anvendelse i pakkede kolonner og bevegelsesløse blandere).

Sadelformede pakningselementer for nedlegging i tårn er fremstilt ved bruk av strekkmetall. Fra US-patentskrift 4.519.960 er det således kjent et tårnpakningselement for damp-væskekontakttårn, hvor sadelseksjonen består av strekkmetall eller av metall som er perforert, gjennomskåret og/eller ekspandert. Videre er det i US-patentskrift 4.537.731 beskrevet et sadelformet kolonnepakningselement for gass-væskekontaktanordninger, med en nettlignende matrisestruktur som er dannet av et antall ribber med stort sett ensartede åpninger.

Det er behov for et forbedret pakningsmateriale som spesielt består av pakningselementer for vilkårlig plassering eller nedlegging, for anvendelse i anordninger for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt, og som kjennetegnes ved minsket trykkfall, større kapasitet og et mindre trykkfall pr. teoretisk trinn, enn de hittil tilgjengelige pakningsmaterialer, og som kan fremstilles på enkel og billig måte.

Foreliggende oppfinnelse har befatning med pakningselementer av strekkmetall, og en fremgangsmåte for fremstilling og anvendelse av slike pakningselementer, spesielt i anordninger for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt. Oppfinnelsen har særlig tilknytning til pakningselementer av strekkmetall som tilvirkes av en langstrakt strimmel som formes til pakningselementer av meget forskjellige størrelser, fasonger og typer, for anvendelse i væskekontaktanordninger.

Det er frembragt et vilkårlig pakningselement for anvendelse i anordninger, særlig pakkede tårn, for opprettelse av kontakt mellom fluider, og bestående av en langstrakt strimmel av strekkmetall som omfatter fra en halv til to fulle rekker, eller bruddstykker av slike, av delvis omsluttede, lineært plasserte rom i strekkmetallstrukturen, hvor rommene avgrenses av stiver-elementer med en første og en andre ende, og hvor størrelsen av rommenes åpne flate generelt overstiger ytterflatestørrelsen på den ene side av stiverelementene. Pakningselementet omfatter en delvis eller helt omsluttet seksjon hvor endene av den langstrakte strimmel er bøyd innad om en vertikalakse og stort sett perpendikulært mot strimmelens lengdeakse, og derved danner den delvis eller helt omsluttede seksjon av pakningselementet.

Strekkmetallelementet vil generelt anvendes som vilkårlig plassert eller nedlagt pakningselement i en anordning for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt, eksempelvis et gass-væskekontakttårn, hvor det nedlagte pakningsmateriale kan fylle tårnet fullstendig eller danne forskjellige lag på pakningsmaterial-bæretrau, eller benyttes separat eller i forening med andre typer av strukturerte eller ustrukturerte pakningsmaterialer eller -trau i kolonnen, for opprettelse av den ønskede kontakt mellom fluider.

Av den langstrakte strekkmetallstrimmel kan det frembringes et stort antall forskjellige fasonger, størrelser og strukturer hvor eksempelvis noen av de første eller de andre stiverender er plassert innad mot vertikalaksen mens noen er plassert utad. På et pakningselement er de første og de andre stiverender plassert stort sett ensartet og i rekkefølge innad og utad, i forhold til vertikalaksen, rundt selve pakningselementet. Pakningselementet kan omfatte en seksjon hvor samtlige første eller andre stiverender er plassert generelt innad mot vertikalaksen og hvor stiverendene danner en vinkel med vertikalaksen eller er anordnet stort sett perpendikulært mot vertikalaksen. Pakningselementet kan omfatte en generelt sfæroideformet seksjon, en halvsfæroideformet seksjon, en stjerneformet seksjon og kan være åpent og tredimen-sjonalt utformet på mange andre måter. Den langstrakte strimmel av strekkmetall omfatter typisk fra 3 til 12, f.eks. 4 til 8, avgrensede rom som danner det vilkårlige pakningselement av strekkmetall. Den anvendte, langstrakte strimmel kan omfatte en halv, en hel, en og en halv eller opptil to eller flere fulle rekker eller deler av rekker bestående av et antall praktisk talt ensartede rom, avgrenset av stiverne, f.eks. av form som en rombe, et triangel, en oval, eller av annen form. I en versjon kan pakningselementet bestå av en enkelt, fullstendig eller halv rekke av lineært plasserte rom som omsluttes av strekkmetall-materialet. I hver av de langstrakte strimler kan således stiverendene være bøyd perpendikulært eller i ulike vinkler mot vertikalaksen, innad og utad i hvilken som helst rekkefølge, eller også gjenstå stort sett parallelt med vertikalaksen, i den enkleste versjon, for opprettelse av et pakningselement.

Fremgangsmåten for fremstilling av de vilkårlige pakningselementer av strekkmetall omfatter tilvirking av en langstrakt strekkmetallstrimmel av en platemetallstrimmel, hvorved metallet avdeles i relativt smale stivere som har stort sett ensartet bredde og er forbundet i endene med tilstøtende stivere, for avgrensing av ensartede, lineært plasserte rom i strekkmetallstrimmelen. Fremgangsmåten innbefatter valgfri utplatting av strekkmetallstrimmelen, tilskjæring av strimmelen for utforming av to strimmelender med minst tre ensartede, lineært plasserte rom mellom endene, og bøying av strimmelendene generelt mot hverandre om en akse stort sett perpendikulær mot strimmelens lengdeakse, for utforming av en seksjon med et delvis eller helt omsluttet rom i den langstrakte strimmel. Videre omfatter fremgangsmåten valgfri tilbøying av stiverendene innad eller utad i forhold til pakningselementets rotasjonsakse.

De således tilvirkede strekkmetall-pakningselementer kan være av forskjellige polyeder- eller buelinjeformer. Som eksempler kan nevnes sekskantede, sirkulære eller eliptiske tverrsnittsformer samt sfæroide- og toroideformer. Oppfinnelsen er ment å omfatte pakningselementer av alle fasonger og størrel-ser som er tilvirket av langstrakte, ekspanderte strimler med en halv til to innbyrdes tilgrensende rekker av lineært plasserte fullstendig omsluttede åpninger.

I ett tilfelle er pakningselementet fremstilt av en enkelt rekke av stort sett rombeformede åpninger av varierende antall, eksempelvis fra 3 til 10, og pakningselementet kan generelt ha en diameter av 12,7 - 76,2 mm.

Plane strekkmetallplater av standard type produseres i

forskjellige dimensjoner og med stort sett rombeformede åpninger, og er vanlig brukt som gitterverk, gangbroer eller drivremskjerm-er. Dekorative strekkmetallplater er også kommersielt tilgjengelige og anvendes for mange forskjellige konstruksjonsmessige og

dekorative formål. Den ekspanderte plate utformes i ett stykke og en massiv plate som danner et sammenhengende, fast mønster av ubrutt materiale uten sammenfletting, sammenbinding, lodding eller sveising. Det er tatt i betraktning at innenfor oppfinnelsens ramme kan pakningselementet også tilvirkes av ethvert av de forskjellige, kommersielt tilgjengelige strekkmetallplater, ved tilkapping av strekkmetallplatestrimler som deretter bøyes og utformes til de beskrevne pakningselementer.

Det er videre tatt i betraktning at innenfor oppfinnelsens ramme kan de vilkårlige pakningselementer tilvirkes av annet materiale enn strekkmetall, f.eks. ekspanderte polymerplatemate-riale som kan bøyes eller på annen måte utformes til de beskrevne pakningselementer.

Pakningselementet ifølge oppfinnelsen har stor masseoverfør-ingskapasitet ved meget lite trykkfall. Trykkfallet i strekkmetall-pakningselementet kan utgjøre bare en tredjedel av trykkfallet i konvensjonelle pakningselementer av tilsvarende størrelse, f.eks. pallringer. Samtidig kan masseoverføringskapa-siteten jevnføres med den hos konvensjonelle pakningselementer. Det meget lave trykkfall pr. teoretisk trinn er følgelig et fordelaktig trekk ved pakningselementet ifølge oppfinnelsen. Det er videre konstatert at pakningselementet ifølge oppfinnelsen danner tallrike dryppepunkter og gir stor, radial spredning av væsken. Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et vertikalriss av en langstrakt, utplattet strekkmetallstrimmel. Figur 2 og 3 viser henholdsvis et vertikalriss og et planriss av et pakningselement som er tilvirket av strimmelen ifølge figur 1. Figur 4 og 5 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et pakningselement av stjernetype som er tilvirket av en strimmel tilsvarende strimmelen i figur 1, men som omfatter åtte rombeformede åpninger i stedet for fem. Figur 6 og 7 viser planriss av et annet pakningselement som er tilvirket av en strimmel i likhet med den i figur 1. Figur 8 og 9 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et annet pakningselement som er tilvirket av en strimmel i likhet med den i figur 1. Figur 10 og 11 viser et planriss av to andre pakningselementer i likhet med elementet i figur 8 og 9, men med henholdsvis fem og tre rombeformede åpninger i stedet for åtte. Figur 12 og 13 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et annet pakningselement som er tilvirket av en strimmel i likhet med den i figur 1, men med åtte rombeformede åpninger i stedet for fem. Figur 14 og 15 viser et planriss av to ytterligere pakningselementer i likhet med dem i figur 12 og 13, men med henholdsvis fem og tre rombeformede åpninger i stedet for åtte. Figur 16 viser et vertikalriss av en halv rekke i en langstrakt strimmel av utflatet strekkmetall. Figur 17 og 18 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et pakningselement av sfæroidetype, som er fremstilt av halvstrimmelen ifølge figur 16.

Det er i figur 1 vist et vertikalriss av en langstrakt strekkmetallstrimmel 10 som er tilvirket av et utplattet strekk-metallmateriale og som omfatter stivere 12 som danner et antall ensartede rombemønstre og rombeformede rom 20, hvor stiverne har en øvre ende 14 og en nedre ende 16 og hvor den langstrakte strimmel 10 har en første ende 22 og en andre ende 24 hvorved det, som vist, avgrenses fire rombeformede rom. For å angi orienteringen av de etterfølgende figurer, antaes den langstrakte strimmel i figur 1 å være plassert stående på de nedre stiverender. Andre figurer er betegnet som "vertikalriss" eller "planriss" i forhold til denne orientering.

Figur 2 og 3 viser en enkel form for et strekkmetall-pakningselement 26, hvor strimmelen 10 ifølge figur 1 er bøyd om en vertikalakse, vist med en brutt linje i figur 2, slik at endene 22 og 24 er bendt mot hverandre og enden 24 befinner seg inne i den omsluttede seksjon, og hvor de øvre og nedre ender 14 og 16 av stiverne 12 ikke er bøyd, men bibeholdt i den oppad vertikale stilling i den opprinnelige strimmel 10. Pakningselementet 26 danner derved et enkelt og lukket, firesidet polyeder.

Figur 4 og 5 viser et stjerneformet pakningselement 30 hvor endene av en strimmel, i likhet med den i figur 1 men omfattende åtte rombeformede åpninger, er bøyd mot hverandre i en polyeder-form og hvor stjerneformen er frembragt ved ombøying, i en vekselvis og motsatt, øvre og nedre rekkefølge, av stiverne 12 innad mot og utad fra en midtakse, idet stiverne bøyes i en vinkel av ca. 90° med midtaksen. Som det fremgår, er stiverne 12 bøyd i eller om det punkt hvor skråstiverne er forbundet med hverandre. Figur 6 viser et planriss av et pakningselement 32 som representerer en halvdel av pakningselementet 30 ifølge figur 4 og 5. Figur 7 viser et planriss av et pakningselement 34 som bare representerer en treenhets-fraksjon av rommet 20 i stjernetype-pakningselementet 30 ifølge figur 4 og 5. Figur 8 og 9 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et pakningselement 40 av polyedertype med enhetsrom 20 rundt en vertikal midtakse og med en vekslende rekke av vertikale og innadbøyde, øvre og nedre stivere 12, hvor de bøyde stivere 12 er tilbøyd generelt perpendikulært mot midtaksen. Figur 10 viser et planriss av et pakningselement 42 som representerer en halvdel av pakningselementet 40 ifølge figur 8 og 9. Figur 11 viser et planriss av et pakningselement 44 som bare representerer en treenhets-fraksjon av rommet 20 i pakningselementet 40 ifølge figur 8 og 9. Figur 12 og 13 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et sfæroideformet pakningselement 46 hvor samtlige av de øvre og nedre stivere 12 er bøyd innad mot en vertikal midtakse, og hvor stiverne 12 er vekselvis bøyd generelt perpendikulært mot aksen og i en vinkel av ca. 45° med aksen. Figur 14 viser et planriss av et pakningselement 48 som representerer en halvdel av det sfæroideformede pakningselement 46 ifølge figur 12 og 13. Figur 15 viser et planriss av et pakningselement 50 som representerer en treenhets-fraksjon av rommet 20 i det sfæroideformede pakningselement 46 ifølge figur 12 og 13. Figur 16 viser et vertikalriss av en strekkmetall-halvstrimmel 52 med stivere 54, øvre stiverender 56 og nedre stiverender 58 som avgrenser triangelformede, åpne rom 60, og omfattende en ende 62 og en annen ende 64. I likhet med strimmelen 10 ifølge figur 1 er strimmelen 52 bestemt for å formes, om en vertikal midtakse, til en tredimensjonal pakningselementseksjon, ved bøying av endene 64 og 62 mot hverandre og bøying av stiverne 54 ved den ene ende 56 eller den annen ende 58 eller ved begge ender. Figur 17 og 18 viser henholdsvis et planriss og et vertikalriss av et pakningselement 66 av sfæroidetype hvor samtlige innbyrdes tilstøtende stivere 54 er bøyd i øvre og nedre posisjo-ner mot en vertikal midtakse og stort sett perpendikulært mot aksen, for opprettelse av en lukket pakningselementseksjon.

Som eksempel på virkemåten av en av pakningselementversjon-ene ifølge oppfinnelsen ble pakningselementet ifølge figur 12 og 13 testet for trykkfall og virkningsgrad i en liten kolonne. For jevnføring ble identiske tester gjennomført i samme utstyr med konvensjonelle 25,4 mm halvringer. Begge pakningselementer hadde tilnærmelsesvis samme nominelle størrelse. Ved forskjellige gjennomstrømningshastigheter av ytterluft ble trykkfallet gjennom et 60 cm høyt leie av pakningsmateriale målt med et vannkreng-ingsmanometer. Pakningselementenes virkningsgrader ble målt, likeledes for et 60 cm høyt leie av pakningsmateriale, ved bruk av en 2N natriumhydrodidløsning for absorbering av SO2fra luften ved rådende, ytre forhold under anvendelse av motrettet strømning gjennom det pakkede leie.

Resultatene for pakningselementet ifølge figur 12 og 13 og for de konvensjonelle 25,4 mm pallringer er jevnført i den etterfølgende tabell. Trykkfallet er vist for det tørre pak-ningsleie ved en lufthastighet av 1,67 m/sek. Trykkfallet ved pakningselementet ifølge oppfinnelsen er bare ca. 1/3 av trykkfallet ved det konvensjonelle pakningselement. Virkningsgraden ved fjerning av SO2gjennom det 60 cm høye leie ved en væsketil-førsel av 48,9 liter/min./m<2>og en gasshastighet av 7,23 m/sek. er likeledes vist i tabellen. SO2-fjerningskapasiteten under disse forhold var betydelig større hos pakningselementet ifølge oppfinnelsen. Tabellen viser dessuten HTU (høyden av en overfør-ingsenhet, dvs. den nødvendige høyde av pakningsmateriale for oppnåelse av masseoverføring av en bestemt størrelse). Forholdet mellom HTU-verdiene angir at under disse forhold vil et konvens-jonelt pakningsmateriale kreve et pakket leie som er 26% høyere enn for pakningsmaterialet ifølge oppfinnelsen, for oppnåelse av samme masseoverføringsgrad.

Av ekspanderte tynnplatestrimler av forskjellige typer, former og dimensjoner kan det, som vist, fremstilles mange forskjellige tredimensjonale, åpne og omsluttende pakningselementer .

Claims (12)

1. Vilkårlig pakningselement av ekspandert platemateriale for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt, karakterisert ved at det omfatter: a) en langstrakt strimmel av ekspandert platemateriale med én ende og en annen ende og omfattende minst tre ensartede, lineært plasserte, avgrensede rom samt stivere som avgrenser rommene og innbefatter en første og en andre ende, og b) hvor endene av den langstrakte strimmel er ført innad om en vertikalakse generelt perpendikulær mot strimmelens lengdeakse, for opprettelse av et helt eller delvis omsluttet pakningselement.

2. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at ihvertfall noen av de første eller andre stiverender er ført innad mot vertikalaksen.

3. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at de første og de andre streverender er plassert stort sett ensartet og i rekkefølge innad og utad mot vertikalaksen.

4. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at samtlige av de første og andre stiverender er ført generelt innad mot vertikalaksen.

5. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det omfatter en stort sett stjerneformet eller stjernefragmentformet seksjon.

6. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det omfatter en stort sett sfæroideformet seksjon.

7. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at de første og andre stiverender er ført i rekkefølge innad mot vertikalaksen for en generelt sfæroide- eller halvsfæroideformet seksjon, hvorved stiverendene vekselvis danner en vinkel av ca. 90° med vertikalaksen og stiverendene i tilgrensning til de vekselvise stiverender danner en vinkel under 90° med vertikalaksen.

8. Pakningselement i samsvar med krav 1, karakterisert ved at strimmelen omfatter en enkelt, full rekke av helt omsluttede, lineært plasserte rom i strekkmetallet.

9. Anordning for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt , karakterisert ved at den omfatter et antall pakningselementer ifølge krav 1.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av vilkårlige pakningselementer av ekspandert platemateriale, for opprettelse av gass-væskekontakt eller væske-væskekontakt, karakterisert ved prosesstrinn som omfatter: a) tilvirking av en langstrakt strimmel av ekspandert platemateriale med en første og en andre ende og omfattende minst tre ensartede, lineært plasserte og avgrensede rom samt stivere av stort sett samme bredde, for avgrensing av rommene, og med en første og en andre ende, og b) forming av strimmelen om en vertikal akse, for fø ring av den første og den andre strimmelende generelt mot hverandre for opprettelse av en seksjon med et delvis eller helt omsluttet rom i strimmelen.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 17, karakterisert ved at de første og andre ender av stiverne føres innad mot eller utad fra vertikalaksen.

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at stivernes første og andre ender bø yes innad og utad i rekkefølge.