187136. lajstromszámú szabadalom • Töltet abszorpciós vagy deszorpciós tornyok részére
1 187 136 2 A találmány töltet abszorpciós vagy deszorpciós tornyok részére, amely töltet egymással összekötött párhuzamos pálcika, vagy rudacska formájú, a folyadékfázis határfelületét képező és megújító részidomokból álló gömbszerű, vagy más szimmetrikus formát alkotó test. Az iparban gyakran előforduló feladat gázkeverékek szétválasztása abszorbens folyadék alkalmazásával vagy folyadékban oldott gázkomponens ki hajtása egy másik gázzal. Ismert tény, hogy az egyes gázok folyadékban való oldhatósága ugyanazon nyomáson és hőmérsékleten nagyon különbözik egymástól. Ez a jelenség teszi lehetővé az említett feladat szerinti elkülönítést, amelyet egyik oldalról gáz, a másik oldalról folyadék bevezetésére alkalmas töltelékes tornyokban ún. ellenáramú kolonnában hajtjuk végre. Gyakorlatban a gáz alulról felfelé, a folyadék felülről lefelé áramlik. A gázt és a folyadékot a kolonnába elosztókon keresztül juttatjuk be. A gázt gázelvezető csonkon, a folyadékot pedig a folyadékzáron keresztül távolítjuk el. A szétválasztás annál hatékonyabb, minél nagyobb felületen, minél hoszszabb ideig tud a gáz és a folyadékfázis egymással érintkezni. Az anyagátadás a két fázis határfelületén diffúzióval történik és nagysága a diffúzió sebességétől függ. A diszperz fázisok határfelületén a diffundáló alkotó egyensúlyi koncentrációjú. Egy fázisban a diffúzió sebessége annál nagyobb, minél nagyobb a diffundáló alkotó koncentrációjának különbsége a fázis fötömegének koncentrációja és a fázis határfelületének koncentrációja között, azaz minél nagyobb a hajtóerő. A folyadékfázisban rosszul oldódó gázok (mint pl. C02, 02 levegő stb.) esetén a hajtóerő igen kicsi, ilyenkor a diffúzió sebességét a fázisok között, a folyadékfilmben lévő kis hajtóerő korlátozza. A nagyobb fázis határoló felület, valamint az anyagátadási tényező növelőleg hat az anyagcserére. Abszorpciós vagy deszorpciós tornyok magasságát és ezen keresztül a beruházási költségét adott feladat esetén a diffúzió sebessége szabja meg. Az előzőek alapján ez növelhető a fázis határfelületének növelésével és/vagy a diffúziós tényezők növelésével. A diszperz folyadékfázis felületének növelésére a tornyokban különböző rácsokat, tölteteket helyeznek el, mint amilyen pl. a Rasching töltet, amely több ezer 10-15 mm átmérőjű kerámia vagy fém gyűrűből, töltelék elemből áll. Ismert töltet még a Béri nyereg, Intalóx nyereg stb. Ezek a hagyományos töltelékes kolonnák nagy fázishatárfelületeket eredményeznek, amikor a felül bevezetett és megfelelően elosztott folyadékfázis lefolyik a töltelék elemek felületén. Mindezek azonban a folyadékoldali anyagtámadási tényezőket kevésbé javítják, mert lamináris folyadékfilm alakul ki a töltelék elemek felületén és a diffúzió a folyadékfázisban főleg molekuláris lesz, amely lassú folyamat. Ilyen hagyományos esetekben, amikor diffúzió sebességét a folyadék film viszonyai (ellenállása) szabályozzák az anyagátadás növelése érdekében a turbulens diffúzió létrehozása jelentené az előrelépést. ~) A diffúzió akkor turbulens, ha molekulák helyett a nagyszámú molekulákból álló molekulacsoportokat viszünk a fázishatárfelületéről a főtömegbe. Ezt a fázishatárfelületet a darabolásával és a fázis főtömegébe való keveredésével, a fázishatárfelület állandó megújításával, vagyis turbulens diffúzió létrehozásával lehet elérni. A célt a különféle speciális alakú töltet halmazból álló töltelékkel közelítik meg, amelyek nagyfelületű, sok éllel rendelkező, rendszerint áttört testek, amelyeknél az élek a folyadékot cseppekre bontják. A lefelé haladó cseppek egymásnak és a töltet felületeinek ütközve újradarabolják a folyadékfázist, megújítják a fázishatárfelületet és ezáltal javítják a folyadékoldali anyagátadási tényezőt. Jellemző páldája az ún. Telerett töltet, amely töltettest egy központi henger körül sugárirányban elhelyezett és hozzáerősített gyűrűkből áll, vagy újabban, az egymással párhuzamos rudacskákból kialakitott gömböt alkotó töltet. Az ismert töltetek között ezen utóbbi, a sok párhuzamos pálcika segítségével létrehozott nagy fajlagos felület miatti folyadékfilm képződés mellett, a szóróhatás következtében előnyös fázishatárfelület képző. Hátránya viszont a többivel együtt ennek a töltetnek is azonban az, hogy különböző nézetekben az átömlési keresztmetszet eltérő. Az egyik irány bő szabad keresztmetszetet ad és a szóróhatás nem érvényesül, míg az erre merőleges irányban a szabad keresztmetszet közel nulla, így a töltet térbeli helyzetétől függően lényegesen eltérő hatékonyságú. Ezt a nagy rendezetlen halmaz szerencsés esetben kiegyenlíti. Mivel, azonban a pálcikák bizonyos mértékig egymás közé is beékelődhetnek, ezért az említett hatásfokot csökkentő asszimetrikus jelenség nagy mértéket is ölthet. Ez a veszély független a kolonna nagyságától és mind kisebb, mind a nagyobb abszolút töltetmennyiségeknél egyaránt fennáll. Az előzőek alapján a találmány célja olyan párhuzamos pálcikákból álló, közel gömbalakú töltet kialakítása, amely nagy fajlagos felületű, a különböző irányokból nézve az átömlési keresztmetszete közel azonos, a szóróhatás egyenletes és a fázishatárfelület állandó megújulásával turbulens diffúzió jön létre. A találmányi gondolat alapja az a felismerés, hogy a különböző irányokból nézve közel azonos átömlési keresztmetszet oly módon alakítható ki, hogy a töltet testét alkotó és a folyadékfázis határfelületét képező rész-idomokat, a párhuzamos pálcikákat, rudacskákat - csoportokra osztjuk és ezeket a csoportokat egymásra merőlegesen vagy eltérő szögben rendezzük el a térben. A találmányi gondolatnak megfelelő töltet abszorpciós vagy deszorpciós tornyok részére, amely töltet egymással összekötött párhuzamos pálcika, vagy rudacska formájú, a folyadékfázis határfelületét képező és megújító részidomokból álló gömbszerű, vagy más szimetrikus formát alkotó test, oly módon van kialakítva, hogy a töltet összekötő elemekkel egymáshoz erősített részidomai, legalább két részidőm csoportot alkotnak, amely részidőm csoportok a térben oly módon vannak elrendezve, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
