186652. lajstromszámú szabadalom • Tányér desztillációs és/vagy abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnákhoz
1 186 652 2 A találmány desztillációs és/vagy abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnákban alkalmazható tányérra vonatkozik, amelynek ráfolyógáttal és — adott esetben — lefolyógáttal ellátott tányérlemezében átmenő lyukak vannak. Desztillációs és/vagy abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnák számos fajtája ismeretes. Ezek közül a tányéros kolonnák a legelterjedtebbek. A tányérok feladata a kolonnában alulról felfelé áramló gőznek és/vagy gáznak a felülről lefelé haladó folyadékkal való bensőséges érintkeztetése. Lefolyó nélküli és lefolyóval ellátott tányértípusok különböztethetők meg; az utóbbiakat a két fázis érintkeztetésére szolgáló szerkezeti elemek (harangok, szelepek, lyukak) szerint általában harangtányéroknak, szelepes tányéroknak és szitatányéroknak nevezik; az utóbbi két tányérkonstrukció kombinációja is előfordul. A korszerű szitatányérok — a folyadék fő áramlási irányát tekintve - egyszeres, vagy többszörös átömlésű keresztáramú, vagy centrifugál-tányérok lehetnek, amelyek tányérlemezében annak síkjára merőleges körkeresztmetszetű, 10-15 mm átmérőjű, fúrt vagy sajtolt átmenő lyukak vannak. A lyukak négyzetek vagy háromszögek csúcsain vannak kiosztva ügy, hogy középpontjaik egymástól 20—45 mm távolságban vannak. A korszerű szitatányérok (mint más szerkezetű kolonna-tányérok is) eljárástecnikai, üzemviteli és árszempontok alapján ítélhetők meg. E három szempont együttes, számszerűsíthető kifejezésére ma még nincs mód, ezért a szitatányérok objektív mérőszámmal nem jellemezhetők, s így csak egyenként vehetők figyelembe és hasonlíthatók össze más tényérok ilyen mutatóival. Az eljárástecnikai összehasonlítás (elbírálás) - adott konstrukció, adott elválasztandó elegy és/vagy adott összetételű gáz és folyadék, állandó gőz- és/vagy gáz-; valamint folyadékáram (m3/h) esetében — a tányér teljes keresztmetszetére számított gőz- és/vagy gázsebesség (iparilag számbajöhető) tartományára; a működő tányér okozta hidraulikus ellenállásra (nyomásesésre); valamint az (iparilag számbajöhető) gőz- és/vagy gázsebességtartományában elérhető hatásfokra terjed ki. E három tényező egymástól nem független, mert a tányérok okozta nyomásesés, valamint a tányérok hatásfoka a gőz- és/vagy gázsebesség függvénye. A tányérok hatásfokán a ténylegesen elért elválasztásnak és annak az elválasztásnak a viszonyát értjük, amely akkor lenne elérhető, ha a tányérokon termodinamikai egyensúly uralkodnék. (Elválasztáson a desztilláció vagy abszorpció eredményeként bekövetkező anyagszétválasztást értjük, pl. desztillációval kell folyadéktól folyadékot, pl. víztől alkoholt; abszorpcióval pl. gázelegyből egy gázkomponenst úgy kiválasztani, hogy folyadékban elnyeletjük, pl. C02-t vízben.) Mivel a szitatányéroknak eljárástechnikai szempontból csak néhány befolyásoló konstrukciós mérete van (tányérátmérő; lefolyógát hosszúsága és magassága; lyukátmérő, lyukosztás, tányérlemezvastagság), ezeknek a gázsebességre, ellenállásra (nyomásesésre) és hatásfokra gyakorolt hatása külön-külön is vizsgálható. Ehhez előrebocsátandó, hogy a tányérátmérő és a húrszerű lefolyógát hosszúságának a hányadosa egyszeres átömlésű tányéroknál általában 0,6-0,7, kétszeres átömlésű tányéroknál pedig 0,6-0,5. A lefolyógát magassága korszerű konstrukcióknál max. 20 mm, mert az ennél magasabb gát csak a tányéron bekövetkező hidraulikus ellenállást (nyomásesést) növeli. Ez a konstrukciós elv azon a — kísérletileg alátámasztott — tényen alapul, amely szerint a gőz és/vagy gáz, valamint a folyadék közötti anyagátadás a két fázis érintkezésbe lépésének helyén nagyrészt momentán végbemegy, s ezért nincs szükség sem a gőznek és/vagy gáznak, sem a folyadéknak nagy úthosszúságára. A lyukak optimális osztási tényezője (a lyuk-középpontok és a lyukátmérő dimenziómentes hányadosa) - mérésekkel bizonyítottan (Chemie-lng. Technik, 34. (1962) 4. sz. 290. old.) mintegy 2,8. Ennél kisebb osztás esetében a hatásfok csökken, aminek oka abban keresendő, hogy az egymáshoz túlságosan közel fekvő viszonylag nagyméretű lyukakon áthaladó gőz- és/vagy gázáramok egymással nagy buborékokká egyesülnek, ami az anyagátadást kedvezőtlenül befolyásolja. Bár a lyukak osztási tényezőjének a csökkentése növeli a tányéron elhelyezhető lyukak számát és összes keresztmetszetét, ami a nyomásesés csökkenését eredményezi, ez a csökkenés a fent említett hatásfok-csökkenést általában nem befolyásolja. A lyukak osztási tényezőjének az optimum (2,8) fölé növelése viszont növeli a nyomásesést, a hatásfokot pedig rontja, mert a túlzottan nagy távolságban kiosztott lyukak között jelentős mennyiségű olyan folyadéktömeg, marad, amely a felszálló gőzzel és/vagy gázzal primer nem érintkezik. Az üzemviteli kérdések megítélésénél a három legfontosabb követelmény, hogy a lyukak ne tömődjenek el; a folyadék - a felfelé haladó gázzal vagy/és gőzzel ellenáramban — ne csorogjon át a lyukakon; és hogy a szitatányér — változatlan hatásfok mellett — a gőz és/vagy gázsebesség széles tartományában legyen képes iolgozni, ami széles terhelhetőségi tartományt jelent. A sebesség növelése ugyanis termelésnövekedést (pl. ~öbb kinyert anyagot), a sebességcsökkentés pedig ■erheléscsökkenést jelent. Üzemviteli okokból szükség lehet akár a termelés növelésére, akár csökkentésére. A szitatányér lyukain át lefelé folyadékátfolyás kis gőz és/vagy gázsebességek esetén következik be, amikor a felszálló gőz- és/vagy gázáram kinetikai energiája nem képes a folyadékot a tányérlemez síkja felett tartani. Ennek az átfolyásnak a megszűnése jelenti a szitatányér gőz- és/vagy gázterhelésének alsó határát, amelytől kezdődően a korszerű szitatányér hatásfoka a gőzés/vagy gázterhelés felső határáig állandó marad, de a nyomásesés folyton növekszik. A korszerű szitatányérok — már említett — legnagyobb üzemviteli előnye a hatásfok változatlansága a gőz- és/vagy gázsebesség széles tartományában, valamint az, hogy a lyukak dugulása, eltömődése azok viszonylag nagy mérete miatt nem következik be, hátrányuk viszont, hogy a valamely tányérra ráfolyó, már habmentes, tiszta folyadék nagyobb sűrűségű, mint a tányérnak a folyadékráfolyástól távolabbi részén levő, gőzzel és/vagy gázzal már átjárt folyadéké. Ennek következtében a sűrűbb folyadék átfolyása a ráfolyás környezetében nagyobb, mint a tányérnak attól távolabb eső helyein, mivel a habmentes folyadék hidrosztatikus nyomása nagyobb, mint a „habos” folyadéké. Ennek meggátlására egy ismert megoldás szerint a tányért a ráfolyás oldalán ferdén képezik ki, vagy az egész tányért ferdén, a főáramlás irányába lejtve szerelik a kolonnába. E konstrukciós változások — természetesen kedvezőtlenül — kilatnak a szitatányérok árára is. A korszerű szitatányérokon elérhető gőz- és/vagy gáz5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
