186652. lajstromszámú szabadalom • Tányér desztillációs és/vagy abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnákhoz
1 186 652 2 sebesség tartománya — a bonyolult befolyások miatt — csak tapasztalati alapon határozható meg. A befolyásoló konstrukciós méretek kis száma és viszonylagos egyszerűsége miatt a korszerű szitatányérok a legolcsóbb tányérok közé tartoznak, ugyanakkor a jelentősen 5 drágább szelepes tányérokkal, illetve szelepes szitatányérokkal összehasonlítva eljárástechnikaiiag csak a nagyobb gőz- és/vagy gázsebességek tartományában, vagyis csak a nyomásesés növekedésével válnak kedvezőtlenebbekké. Üzemvitelileg a korszerű szitatányér kedvezőbb, mint 10 a mozgó szelepes tányér, illetve szelepes szitatányér, mert a mozgó szelepek kopnak, üzembiztonságukat pedig a leragadás és/vagy fennakadás veszélye csökkenti, A szitatányérok áramlási ellenállását (nyomásesését) azáltal kísérelték meg csökkenteni, hogy éles peremű 15 lyukak fúrása vagy sajtolása helyett a tányérlemez síkjából felfelé álló nyakat húztak, miáltal'az alulról felfelé irányuló gőz- és/vagy gázáram legömbölyített bemenettel jut a tányéron levő folyadékrétegbe. Ezzel — vizsgálatok szerint — a szitatányér áramlási ellenállása (nyomás- 20 esése) a bemenet legömbölyítési szögétől függően — átlagban mintegy 30 %-kal — csökkenthető. Megfigyelések és mérések tanúsága szerint a szitatányérokon átáramló folyadék magassága nem azonos, hanem a ráfolyógáttói a lefolyógátig — a folyadéksúrló- 25 dás következtében - csökken. A magasság-különbség különösen jelentős nagy folyadékterhelésű szitatányéroknál: a tányérszélesség 1 m-re számítva 15 mm-t is elérhet. Ennek az ún. hidraulikus gradiensnek az a következménye, hogy a lefolyógát közelében — tehát ott, 30 ahol a folyadékmagasság kisebb — több gőz és/vagy gáz ' áramlik a tányéron keresztül, mint a ráfolyás környezetében, ami azt jelenti, hogy a szitatányér egyenlőtlenül működik. Ez a szitatányér egészének hatásfokát rontja. A hidraulikus gradiens kiküszöbölése érdekében egy 35 ismert megoldásnál a lyuksorok közé egyenes réseket hasítanak a tányérlemezbe, majd azokat sajtolással tágítják. E réseken keresztül a lefolyó irányába a tányérlemez síkjához képest ferdén kiáramló gőz és/vagy gáz a folyadéksúrlódás legyőzéséhez elegendő impulzust ad át a 40 folyadéknak, úgyhogy a hidraulikus gradiens gyakorlatilag megszűnik. Ezzel a viszonylag egyszerű konstrukciós változtatással, amelynek révén a folyadéknak a ráfolyás irányába való esetleges visszakeveredése is megakadályozható, az ilyen réseit szitatányérok hatásfoka jelentősen 45 megnövekszik, az áramlási ellenállás (nyomásesés) érdemi növekedése nélkül. A szitatányérok továbbfejlesztése eredményének tekinthetők az expandált lemezből készült tányérok, amelyeknek a rá- és lefolyó területekkel csökkentett 50 részét expandált lemez-szegmensekből alakítják ki. Az egymáshoz illeszkedő szomszédos szegmensek nyílásai eltérő irányítottságúak. A romboid alakú, pl. 42X5 mm-es nyílásoknak az alulról felfelé rajtuk keresztüláramló gőzt és/vagy gázt ferde irányba kellene hogy 55 vezessék, mivel azonban az expandált lemez gyártástechnológiájából következően a romboid alakú nyílások ferdesége csak korlátozott mértékű, méretük viszont a korszerű szitatányérok lyukátmérőihez (10-15 mm) viszonyítva nagy, az egyes nyílásokat elválasztó lécek 60 falvastagsága pedig általában kicsi (2-3 mm), az alulról felfelé áramló gáz és/vagy gáz tömegének csak egy hányada kényszerül ferde irányú áramlásra. Ugyanezen okból az egymástól csak néhány min távolságra kialakuló gőz- és/vagy gázáramok könnyen egyesülnek nagy bubo- 65 rékokká (koaleszcencia). Ez az oka annak, hogy az expandált lemezből készült tányérok hatásfoka kisebb, mint a jól konstruált szitatányéroké. Ugyanakkor az expandált lemezből készült tányérok áramlási ellenállása — a nagyméretű nyílások okozta nagy szabad áramlási keresztmetszet ellenére — az egyáltalán elérhető hatásfok-tartományban a nagy gőz- és/vagy gázsebesség miatt nagycbb, mint a szitatányéroké, azonos, vagy nagyobb hatásfok elérésekor. Előnytelen a nagyobb ellenállás miatt nagyobb energiaszükséglet. További hátránya az expandált lemez-tányéroknak, hogy a nagy szabad áramlási keresztmetszetű, nagyméretű nyílásokon át lefelé irányuló folyást (átfolyást) csak annál nagyobb gőz- és/vagy gázsebesség szünteti meg, mint amekkora szükséges a korszerű szitatányérok esetében. Ezért az ilyen expandált lemez-tányérok változó terhelésre, vagy terhelés-ingadozásra különösen érzékenyek. További eljárástechnikai hátrány, hogy egyrészt az expandált lemeztányérok a kolonnában hő hatására deformálódnak (ami a lyukbőséget tovább növelheti), másreszt hatásfokuk — összehasonlítható körülmények közöd — jóval kisebb például a szelepes tányérokénál. Az elmondottakból megállapítható, hogy az expandált "emeztányér eljárástechnikai szempontból általánosíthat fejlődést nem jelent. A ni az üzemviteli kérdéseket illeti, az expandált lemez nyílásai viszonylag nagy méretük és ferde helyzetük miatt dugulásra nem hajlamosak. Az expandált lemez-tányérok; ára is kedvezőbb. Mindezek ellenére ezek az konstrukciók a nem jó hatásfok és a viszonylag szűk terhelhetőségi tartomány miatt kedvezőtlenek a korszerű szitatányérokhoz képest. Megállapítható tehát, hogy a réseit szitatányérok a hagyományos szitatányérok hatásfokát ugyan némileg javították, a szitatányérok árairlási ellenállását (nyomásesését) azonban nem csökkeni ették. Másrészt az expandált lemeztányérok hatásfoka szükségszerűen kisebb a korszerű szitatányérok hatásfokánál, és áramlási ellenállásuk is csak látszatra kedvezőbb. A találmány feladata, hogy olyan tányérkonstrukciót szolgáltasson, amelynek hatásfoka széles terhelési tartományban legalábbi eléri, vagy meghaladja a jelenlegi legkorszerűbb szelepes, vagy szita-szelepet tányérokét, nyomásesése azonban azokénál kisebb, emellett csekélyebb az eldugulás és átfolyás veszélye is. A találmány feladata továbbá, hogy a találmány szerinti tányérkonstrukció gyártási költsége kisebb legyen, mint a szelepes, vagy szita-szelepes tányérok gyártási költsége. A találmány az alábbi felismeréseken alapszik: a desztilláló vagy abszorpciós kolonnák tányérjain az elválasztási folyamat hatásfokát alapvetően nem a gőz és/vagy gáz és folyadék moláris diffúziójával szemben fellépő ellenállások (gőz- vagy gázfilm és folyadékfilm) szabják meg, hanem a tányérokon' végbemenő makroszkop kus keverés hatékonysága. Kísérletek szerint — amint erre már utaltunk — a gőz és/vagy gáz, valamint a folyadék közötti anyagátadás (desztilláció vagy abszorpció) a két fázis érintkezési helyén nagyrészt moi ícntáii megy végbe, ezért a desztillatív vagy abszorptív anyagátadási folyamat hatásfoka attól függ, hogy a gőzzel és/vagy gázzal érintkeztetett folyadéktömeget maga a keverés milyen hatékonyan tudja továbbítani, hogy ezáltal a gőzzel és/vagy gázzal még érintkezésbe nen hozott folyadéknak utat engedjen. Amint ismeretes, 3
