PL179700B1

PL179700B1 - Packet filling for mass and heat exchange process

Info

Publication number: PL179700B1
Application number: PL96314991A
Authority: PL
Inventors: Jan Hehlmann; Alsultan Abdulhamid
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent; Politechnika Ulnska
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2000-10-31
Also published as: PL314991A1

Abstract

1. Wypełnienie pakietowe do procesu wymiany masy i ciepła układane z warstw, znamienne tym, że warstwa składa się z wyprofilowanych elementów pionowych (1) usytuowanych równolegle za pomocą złącz dystansowych (5) i ma strukturę kanałową(2)posiadającąna przemian przewężenie dyszowe (3) i rozszerzenie (4).1. Packet filling for the mass and heat exchange process arranged in layers, characterized in that the layer consists of profiled vertical elements (1) arranged in parallel by means of spacer joints (5) and has a channel structure (2) having alternating nozzle narrowing (3) and expansion (4).

Description

Przedmiotem wynalazku jest wypełnienie pakietowe do procesu wymiany masy i ciepła przeznaczone do aparatów kolumnowych.The subject of the invention is a packet filling for the mass and heat exchange process intended for column apparatus.

Procesy wymiany masy i ciepła są najbardziej rozpowszechnionymi procesami stosowanymi w przemyśle chemicznym i pokrewnych gałęziach przemysłowych. Kolumny z wypełnieniem mają w tych procesach bardzo szerokie zastosowanie.Mass and heat transfer processes are the most common in the chemical and related industries. Packed columns have a wide range of applications in these processes.

Szczególną pozycję wśród nowych rozwiązań wypełnień kolumnowych zajmują wypełnienia zwane wypełnieniami pakietowymi, do których należy zaliczyć: blachy ukośne i pionowe, pakiety rurkowe i śrubowe, wypełnienie rusztowe Grid, kratowe Jantzena, Serwińskiego oraz wypełnienia Spraypack, Sulzera BX i CY, Polpack, Płyta K i Płyta X, Perform-Gird, Zygzak, Goodloe, J-13F, Multiknit, Hyperfil, Knitmash-Multifil i Demister.A special position among the new solutions for column fillings is occupied by fillings called packet fillings, which include: diagonal and vertical sheets, tubular and screw packets, Grid grate filling, Jantzen and Serwiński grate fillings, Spraypack fillings, Sulzer BX and CY, Polpack, Plate K and Plate X, Perform-Gird, Zygzak, Goodloe, J-13F, Multiknit, Hyperfil, Knitmash-Multifil and Demister fillings.

Opracowanie tak wielkiej ilości różnych typów wypełnień jest wynikiem poszukiwania wypełnienia, które odpowiadałoby wymogom „dobrego wypełnienia”, co oznacza, że powinno ono posiadać możliwie dużą powierzchnię właściwą, posiadać dużą objętość swobodną, wykazywać dobre własności rozpływu cieczy, nie powodując kanalikowania, charakteryzować się małymi oporami hydraulicznymi, wykazać dużą odporność termiczną i mechaniczną, być tanie, łatwe w wykonaniu i wygodne przy montażu.The development of such a large number of different types of fillings is the result of the search for a filling that would meet the requirements of "good filling", which means that it should have the largest possible specific surface area, have a large free volume, demonstrate good liquid flow properties without causing channeling, be characterized by low hydraulic resistance, demonstrate high thermal and mechanical resistance, be cheap, easy to manufacture and convenient to install.

Wypełnienia pakietowe tworzą z reguły konstrukcję dopasowaną do korpusu kolumny.Package fillings usually create a structure adapted to the column body.

Wypełnienia te można podzielić na dwie zasadnicze grupy, wypełnienia wykonane z drutu, blachy lub blachy perforowanej i wypełnienia wykonane z siatek metalowych.These fillings can be divided into two basic groups: fillings made of wire, sheet metal or perforated sheet metal, and fillings made of metal mesh.

Wypełnienia te pracują zwykle w reżimie warstwowego spływu cieczy bądź reżimie warstwowo-dysperyjnym. Ich charakterystycznym ograniczeniem jest zjawisko zachłystywania i znacznej dyspersji osiowej przy prędkościach gazu powyżej 1,5-2,5 m/s. Zjawisko to wpływa negatywnie na efektywność procesową, toteż w rzeczywistości kolumny, w których stosuje się tego typu wypełnienie mają znaczne średnice i wysokości co istotnie wpływa na koszty inwestycyjne a także koszty eksploatacyjne ze względu na znaczne opory przepływu.These packings typically operate in a layered liquid flow regime or a layered-dispersion regime. Their characteristic limitation is the phenomenon of entrapment and significant axial dispersion at gas velocities above 1.5-2.5 m/s. This phenomenon negatively impacts process efficiency, so in reality, columns using this type of packing have significant diameters and heights, significantly impacting both investment and operating costs due to significant flow resistance.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 101 424 wypełnienie komórkowe stanowi jedyne wypełnienie warstwowe pracujące w reżimie barbotażowym. Wypełnienie to może pracować w zakresie prędkości gazu od 2 do 7 m/s. Wypełnienie to ma konstrukcję kratową, tworzącą komórki z dolnymi zagięciami.The cellular packing known from Polish patent no. 101,424 is the only layered packing operating in the bubble mode. This packing can operate in a gas velocity range of 2 to 7 m/s. The packing has a grid structure, creating cells with lower bends.

Wypełnienie pakietowe do procesów wymiany masy i ciepła układane z warstw, charakteryzuje się tym, że warstwa składa się z wyprofilowanych elementów pionowych usytuowanych równolegle za pomocą złącz dystansowych i ma strukturę kanałową posiadającą na przemian przewężenie dyszowe i rozszerzenie.Packet filling for mass and heat transfer processes arranged in layers, characterized in that the layer consists of profiled vertical elements arranged in parallel by means of spacer joints and has a channel structure with alternating nozzle narrowing and expansion.

Wypełnienie może mieć perforację umieszczoną na ściankach elementów pionowych, korzystnie z siatki. Elementy wypełnienia mogąbyć względem siebie przesunięte pionowo a kanały posiadają dyszowe przewężenia ukośne.The filling may have perforations placed on the walls of the vertical elements, preferably made of mesh. The filling elements may be vertically offset relative to each other, and the channels may have diagonal nozzle constrictions.

179 700179,700

Wypełnienie według wynalazku inicjuje nowągenerację wypełnień typu pakietowego, o mechanizmie hydraulicznym, charakteryzującym się elastycznąpracą, zwielokrotnuonąprzepustowością faz i ekstremalnym rozwinięciem dynamicznej powierzchni międzyfazowego kontaktu, co w konsekwencji prowadzi do bardzo wysokiej skuteczności działania, znacznie przewyższającej efekty uzyskiwane w przypadku stosowania wypełnień standardowych. Wypełnienie według wynalazku pracuje w obszarze znacznych prędkości przepływu gazu wynoszących od 1 do 5 m/s i znacznych gęstości zraszania cieczą od 2 do 200 m³/m²h.The packing according to the invention initiates a new generation of packet-type packings with a hydraulic mechanism characterized by flexible operation, multiplied phase throughput, and extreme development of the dynamic interfacial contact surface, which in turn leads to very high operational efficiency, significantly exceeding the results achieved when using standard packings. The packing according to the invention operates in the area of significant gas flow velocities ranging from 1 to 5 m/s and high liquid spray densities ranging from 2 to 200 m/ ^m² ^/ h.

Charakterystyczny reżim hydrauliczny; barbotażowo-dyspersyjny z elementami mikropulsacji umożliwia efektywne zrealizowanie procesów wymiany masy i ciepła, a także procesów odpylania, ekstrakcji i innych.The characteristic hydraulic regime: bubbling and dispersion with micropulsation elements enables effective implementation of mass and heat exchange processes, as well as dust removal, extraction and other processes.

Wypełnienie pakietowe do procesów wymiany masy i ciepła według wynalazku ma wypełnienie, które jest utworzone poprzez składanie pojedynczych warstw o powtarzalnej geometrii. Pojedyncza warstwa wypełnienia składana z powtarzalnego elementu, posiada strukturę kanałową z szczelinowymi dyszami i strefami rozprężnymi. Gaz podlegający obróbce przepływa przez pakiet wypełnienia od dołu ku górze, zaś ciecz zraszająca spływa z góry ku dołowi, przy czym cały proces jest powielany w sąsiadujących ze sobą kanałach.The packaged packing for mass and heat transfer processes according to the invention features a packing formed by assembling individual layers of repeatable geometry. The single layer of packing, composed of a repeating element, has a channel structure with slotted nozzles and expansion zones. The gas to be treated flows through the packing from the bottom upward, while the spray liquid flows downward from the top, with the entire process being repeated in adjacent channels.

Powyżej szczelinowej dyszy następuje zbarbotowanie zakumulowanej cieczy i jej częściowe zdyspergowanie. W obrębie rozszerzenia następuje spowolnienie strugi gazowej, co wywołuje efekt pulsacji przepływu prowadzący do aglomeracji kropel i eliminacji dyspersji osiowej, przy czym zjawisko to jest dodatkowo ograniczane przez uderzenie strugi w dyszowe zagięcia wypełnienia. Dzięki ukształtowaniu komór i szczelinowych dysz wypełnienie to nie wykazuje tendencji do kumulacji osadów co skutkuje niezwykle stabilną charakterystyką pracy. Zaś zastosowanie dysz ukośnych wywołuje korzystną cyrkulację zbarbotowanej cieczy i zmniejsza zjawisko porywania kropel.Above the slot nozzle, the accumulated liquid bubbles away and is partially dispersed. Within the expansion area, the gas jet slows down, creating a flow pulsation that leads to droplet agglomeration and the elimination of axial dispersion. This phenomenon is further mitigated by the jet impacting the nozzle packing bends. Thanks to the shape of the chambers and slot nozzles, the packing does not tend to accumulate deposits, resulting in exceptionally stable performance. Furthermore, the use of inclined nozzles promotes favorable circulation of the bubbled liquid and reduces droplet entrainment.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny wymiennika masy z wypełnieniem pakietowym, fig. 2 widok aksonometryczny pojedynczej warstwy wypełnienia, fig. 3 - widok pakietu wypełnienia mikropulsacyjnego od strony czołowej, fig. 4 - rzut czołowy pojedynczej warstwy wypełnienia z ukośnymi dyszami szczelinowymi.The subject of the invention is presented in an example embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal cross-section of a mass exchanger with a packet filling, Fig. 2 - an axonometric view of a single layer of filling, Fig. 3 - a view of a micropulse filling packet from the front side, Fig. 4 - a frontal view of a single layer of filling with oblique slot nozzles.

Gaz podlegający obróbce doprowadzony jest króćcem deflektorowym 7 umieszczonym w dolnej części aparatu. W środkowej części aparatu kolumnowego znajduje się wypełnienie pakietowe zraszane z góry cieczą za pomocą zraszacza 8. Na wypełnieniu następuje zbarbotowanie cieczy z jej wewnątrz kanałową cyrkulacją i mikropulsacjąprzepływu strugi gazowej. Obrabiany procesowo gaz przepływa przez odkraplacz 9 i wypływa króćcem 10. Spływającąz wypełnienia ciecz poprocesową odprowadza się króćcem 11 umieszczonych w dolnej części aparatu.The gas to be processed is supplied through a deflector nozzle 7 located in the lower part of the apparatus. In the central part of the column apparatus, there is a packaged packing, which is sprayed with liquid from above by a sprinkler 8. The liquid bubbles on the packing, circulating within the channels and micro-pulsating the gas stream. The processed gas flows through a droplet separator 9 and exits through nozzle 10. The post-process liquid flowing from the packing is discharged through nozzle 11 located in the lower part of the apparatus.

Warstwa składa się z wyprofilowanych elementów pionowych 1 usytuowanych równolegle w pozycji odwróconej tworząc strukturę kanałową 2 z przewężeniami dyszowymi 3 i przestrzeniami rozprężnymi 4. Wyprofilowane elementy 1 tworzą w sąsiednich kanałach 2 dysze szczelinowe 3 i rozszerzenie rozprężające 4. Elementy pionowe 1 połączone są za pomocą złącz dystansowych 5. Na ściankach elementów pionowych 1 umieszczona jest korzystnie perforacja 6. Elementy pionowe 1 mogą być względem siebie przesunięte tworząc dyszowe przewężenie ukośne co przedstawia fig. 4. Kanały 2 tworzą się pomiędzy określoną ilością pionowych, równoległych, odpowiednio profilowanych płytek.The layer consists of profiled vertical elements 1 arranged in parallel in an inverted position, creating a channel structure 2 with nozzle constrictions 3 and expansion spaces 4. The profiled elements 1 create slot nozzles 3 and expansion expansion 4 in adjacent channels 2. The vertical elements 1 are connected by means of spacer connectors 5. A perforation 6 is advantageously placed on the walls of the vertical elements 1. The vertical elements 1 can be shifted relative to each other, creating a diagonal nozzle constriction, as shown in Fig. 4. The channels 2 are formed between a specific number of vertical, parallel, suitably profiled plates.

Płytki połączone są ze sobą za pomocą złącz dystansowych 5, ustalających szerokość szczeliny dyszowej 3. Ciecz zraszająca i gaz przepływają przeciwkierunkowo. Stabilna praca wypełnienia jest podyktowana osiągnięciem w polu szczeliny stanu dynamicznej równowagi cieczy i gazu. Wiąże się z tym zatrzymanie pewnej ilości cieczy w każdym kanale 2, gdzie ulega ona intensywnemu barbotażowi z elementami mikropulsacyjnego przepływu faz wywołanego rozszerzeniem 4 oraz wewnątrz kanałowej cyrkulacji fazy ciekłej.The plates are connected by spacers 5, which determine the width of the nozzle slot 3. The spray liquid and gas flow counter-directionally. Stable packing operation is dictated by achieving a state of dynamic liquid-gas equilibrium within the slot field. This involves retaining a certain amount of liquid in each channel 2, where it undergoes intense bubbling with elements of micropulsating phase flow caused by expansion 4, and the circulation of the liquid phase within the channel.

Kolejne warstwy wypełnienia tworzą układ pakietowy o powtarzalnej strukturze geometrycznej. Prosta konstrukcja wypełnienia mikropulsacyjnego umożliwia jego wykonanie nie tylko z materiałów metalowych ale również tworzyw sztucznych, ceramiki bądź elementów siatkowych lub perforowanych.Successive layers of filling create a packaged system with a repeatable geometric structure. The simple design of the micropulse filling allows it to be manufactured not only from metal materials but also from plastics, ceramics, mesh, or perforated elements.

179 700179,700

Γ©Γ©

2 Ί 2 Ί 1 1

² Ί 1 3 ² Ί 1 3 κ κ (<(<

Fig. 4Fig. 4

179 700179,700

Fi g. 3Fi g. 3

179 700179,700

Fig. 2Fig. 2

179 700179,700

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.Publishing Department of the Polish Patent Office. Circulation: 60 copies.

Cena 2,00 zł.Price 2.00 PLN.

Claims

Patent claims

1. Packet filling for the mass and heat exchange process laid out of layers, characterized in that the layer consists of profiled vertical elements (1) arranged in parallel by means of distance joints (5) and has a channel structure (2) having alternately the nozzle constriction ( 3) and extension (4).

2. Filling according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that it has a perforation provided on the walls of the vertical elements (1), preferably made of mesh.

3. Filling according to claim 2. A method as claimed in claim 1, characterized in that the filling elements (1) are vertically offset to each other and the channels (2) have diagonal orifice narrowings.