197220. lajstromszámú szabadalom • Töltetszerkezet, különösen kollonákban, főként folyadék és gázfázisok érintkezésére
3 197220 4 A találmány tárgya töltetszerkezet különösen kolonnákban főként folyadék és gázfázisok érintkeztetésére. A vegyipari kolonnákban használt tányérszerkezetek, és ömlesztett vagy rakott tölteléktestek, valamint rendezett töltetszerkezetek a fázisérintkeztetést igénylő többnyire ellenáramú vegyipari műveletek (pl. adszorpció, lepárlás) kedvező megvalósítását teszik lehetővé. Valamely fázisérintkeztető szerkezet hatékonyságát többféle működési paraméterrel lehet jellemezni, ilyen például az egységnyi oszlop térfogatban feldolgozható anyagmenynyiség, az elméleti fokozatonként! nyomásveszteség, stb. A rendezett töltetszerkezetek egységnyi térfogatban nagyobb anyagmenynyiség feldolgozására képesek kisebb elméleti fokozatonként nyomósveszteség mellett - mint a tölteléktestek és a tányérszerkezetek. Ez különösen vákuum üzemmódra teszi alkalmassá a rendezett töltetszerkezeteket. A fázisérintkeztetést fokozatszerűen megvalósító tányérszerkezetekben az anyagátvitelt döntően befolyásoló fázishatárfelület kiterjesztése főként a gózfázis áramlási energiájának rovására, vagyis nyomásvesztesége révén történik. A gáz a tányérokon tartózkodó folyadékon, annak hidrosztatikai nyomósát legyőzve áthatol, a folyadék egy részét hab, illetve cseppek formájában a tányérok közötti térbe emeli, és az eközben képződött szabad folyadékfelszinen - a fázishatárfelületen - végbemegy az anyagátadás. A tányérok közötti térnek, a folyadékáthordás elkerülése érdekében, csak egy része használható ily módon ki; ez végül is a készüléktérfogat gyengébb kihasználását teszi csak lehetővé. A fázisérintkeztetést folytonosan megvalósító töltött oszlopokban a folyadék a tölteléktestek palástján csorog lefelé, miközben a gáz az ömlesztett tölteléktestek közötti térben, az ún. áramlási szabad keresztmetszetben áramlik felfelé. Az áramlási szabad keresztmetszet rétegenként és rétegen belül is némileg változó. A fózishatárfelületet elsősorban a folyadékhártyával (filmmel) bevont töltelékfelület jelenti. A gázfázis áramlási energiájának egy része a töltettestek felszínén fellépő súrlódási energia veszteség formájában, más része a töltettestek közötti térben kialakuló zegzugos és változó nagyságú áramlási hézagokban alakellenóllási, örvénylési energiaveszteség formájában vész el. Locsolt töltelék esetén a gózfázis raegnövekedett áramlási energiaveszteségének egy része a töltelék felületének folyadékkal való hatékonyabb bevonására fordítódik, ami a fázishatárfelületre növelőleg hat. A szűkebb áramlási hézagokban a gáz több folyadékot tart vissza, eközben a tógabb áramlási hézagokban a folyadék pászmaszerűen lecsoroghat. Ez amellett, hogy a folyadékfázis egy-egy része előrekeveredik, azaz áramlási (és koncentráció) profilja eltér az ideálisnak nevezhető dugattyúszerű áramlási képtől, azt is eredményezi, hogy többlet nyoraósveszteség lép fel. A szűkületekben torlódó folyadékmennyiség növekedése további nyomásveszteség növekedéshez, helyi eláradáshoz vezethet. A tölteléktestek kedvezőtlen elhelyezkedése esetén előfordulhat, hogy az oszlop egy-egy vízszintes síkjában az áramlási szabad keresztmetszet csökkenése folyadékdugó kialakulásához vezet. A töltelékes kolonnák ezen hiányosságait részben kiküszöbölik a rendezett töltetszerkezetek. A rendezett töltetszerkezetek szabályos rendben egymás mellé helyezett lamellákból (szalagidomokból) állnak. A rendezett tőltetszerkezetek elemi egységének az ún. járatcsatornókat tekintjük. A járatcsatornák alul és felül nyitottak. Ellenáramú műveletnél a járatcsatornóba felülről lép be a folyadék, alulról a gáz. A folyadék a járatcsatorna oldalfalait képező lamella felületén csorog lefelé, miközben a gáz a járatesatorna oldalfalai által közrefogott térfogatban áramlik felfelé. A járatcsatorna lehet részben oldalt is nyitott. A járatcsatornák rendezett halmaza rendszerint egy töltetcsomagot alkot. A kolonna belső terében a töltetcsomagok egymásra helyezésével (gyakran egymáshoz képest elforgatott állapotban) kapjuk a rendezett kolonnatóltet-szerkezetet. A különböző rendezett töltetszerkezetek járatcsatornáinak oldalfalait általában célszerűen kialakított (hajtogatott, préselt, hullámosított stb.) folytonos, vagy hézagos lemezek (szalagidomok, lamellák) megfelelő egymás me lé helyezésével nyerik. A járatcsatornák egységes kialakítása miatt a rendezett töltetszerkezetekben az áramlási szabad keresztmetszet vízszintes rétegként és rétegen belül is, állandó nagyságú. Ez a torlasztott folyadékmennyiség csökkenése, valamint a nyomásveszteség csökkenése irányában hat, ezenkívül az áramlási (és koncentráció) képet a dugattyúszerű profilhoz közelíti. Az US 3 415 502 és az US 2 940 168 számú szabadalmakban ismertetett rendezett tőltetszerkezetek konstrukciók jóratcsatornái egyik oldalukon nyitottak, a nyitott oldalukkal egymással szembe fordítva keresztezik egymást, miközben tengelyük egymással és a kclonnatengellyel szöget zár be. A járatcsatornába felülről cseppek, vagy Bugár formájában belépő folyadék találkozik a rézsútosan elhelyezkedő oldalfallal, majd azon szétterülve csorog lefelé, jóratcsatorna páronként széttartó irányban. A gáz (pára) alulról lép be a járatcsatornába, s ferdén felfelé áramlása közben a csatorna nyitott oldalán rendre találkozik és örvényképzödés közben súrlódik a keresztező - nyitott oldaléval felénéző - járatcsatornában ugyancsak felfelé, de ferdén ellenkező dőlésben, áramló gázzal. Az egymáshoz képest szöget bezáró jóratcsator-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
