203050. lajstromszámú szabadalom • Eljárás folyadék és gőz vagy gáz érintkeztetésére különösen desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák tányérjain, valamint szerkezet az eljárás foganatosítására
HU203050A A találmány folyadék és gőz vagy gáz különösen desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnákban alkalmazott tányérokon történő érintkeztetésére szolgáló eljárásra, valamint az eljárás foganatosítására szolgáló szerkezetre vonatkozik. Ismeretes, hogy desztilláló és abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnák tányérjainak ún. aktív felületén az alulról felszálló gőz- vagy gázáram, és a felülről lefelé folyó folyadékáram bensőséges érintkeztetésére általában azonos elemeket (pl. harangokat, szelepeket vagy furatokat) alkalmaznak, amelyek egyedi méretei a tányér aktív felületének egészén azonosak. A tányér „aktív felületén” a tányérnak a rá- és lefolyóik) területével csökkentett területe értendő. Ismeretesek azonban olyan tányérkonstrukciók is, amelyeken az említett érintkeztető elemek közül egyidejűleg több fajtát is alkalmaznak. Ilyen pl. a szita-szeleptányér, amely - - a tányéron levő szelepek mellett—külön furatokkal is el van látva. E csoportba tartoznak az ún. „egyenirányú” tányérok is, amelyek aktív felületén egyenletesen elosztva, vagy a folyadék áramlásának fő irányában növekvő arányban olyan elemeket alkalmaznak, amelyekből küépő gőz- vagy gázáram sebességének, illetve impulzusának a folyadékáramlás irányában vízszintes komponense van. Ezeken a tányérokon a gőz- vagy gázáram iránya — közvetlenül az érintkeztető elemekből való küépé sután — megegyezik a folyadékáram fő irányával, s ezért a gőz- vagy gázáramlás —ellentétben például a harang- vagy szeleptányérokkal — nem idézi elő a folyadék visszakeveredését. Ilyen, ún. egyenirányú tányér ismerhető meg az 1 632 219. számú NSZK szabadalmi leírásból. Ez a tányér a lemezéből kisajtolt nyelvekkel rendelkezik. A 3 417 975. számú NSZK szabadalmi leírás szerinti egyenirányú réseit szitatányérnak a lemezéből kisajtolt szájnyüásai vannak, amelyek a hagyományos szitatányér furatai között helyezkednek el. Mindkét fent említett tányér különleges érintkeztető elemei kiállnak a tányérlemez síkjából, és így a folyadékáramot torlasztják. A tányérok aktív felületével általában körszegmens alakú területek szomszédosak, amelyek ä folyadékáramnak a tányérra vezetésére és onnan történő elvezetésére szolgálnak. Az aktív tányérfelület és a folyadék lefolyóterületének a határán lefolyógát helyezhető el. Valamennyi ismert tányérkonstrukciónál hátrányt jelent, hogy stagnáló zónák — holt terek—alakulnak ki rajta, ahol a két fázis (folyadék és gőz vagy gáz) érintkezése nem jöhet létre. Ezek a holt terek már csak konstrukciós okokból sem küszöbölhetők ki. Valamennyi fent ismertetett tányérkonstrukciónak csak egyetlen funkciója van; nevezetesen az alulról felfelé vezetett gőznek vagy gáznak a tányéron általában keresztáramban vezetett folyadékrétegen való átbuborékoltatása. Ismeretes azonban, hogy a desztilláló és/vagy abszorpciós kolonnák tányérjairól felszálló gőz vagy gáz, valamint a tányérokat elhagyó folyadék összetételei egymással nincsenek termodinamikai egyensúlyban, vagyis az ismert konstrukciójú tányérok nem egyensúlyi működésűek, azaz hatékonyságuk egy elméleti tányér hatékonyságánál kisebb. Ennek oka az, hogy—az általánosan elfogadott molekulá1 ris diffúziós elmélet szerint—az egyensúly eléréséhez a folyadék és a gőz vagy gáz között végtelen hosszú érintkezési idő és végtelen nagy éritnkezési felület lenne szükséges. Ugyanakkor a tányéron levő folyadékot a gőz vagy gázáramnak tökéletesen össze kellene kevernie. E követelmények kielégítésére a jelenleg ismert tányérok nem alkalmasak, ezen túlmenően a stagnáló zónák (holt terek) is csökkentik a hatékonyságukat, vagyis az elválasztó képességüket, így az az elméletileg lehetséges maximumnál eleve kisebb. Hasonló problémák merülnek fel a gázfolyadék érintkeztetés más eseteiben is, pl. szennyvíz vagy más kezelendő víz levegőztetésénél. A találmány feladata, hogy olyan megoldást szolgáltasson gáz vagy gőz és folyadék érintkeztetésére, amely a korábbi megoldásoknál hatékonyabb érintkeztetést biztosít, különösen desztillációs és/vagy abszorpciós műveletek végrehajtására szolgáló kolonnák tányérjainak egyensúlyi, vagy közel egyensúlyi működését, és fly módon a fázisok érintkeztetésének maximális hatékonyságát eredményezi. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy amennyiben a tányérra vezetett folyadékáram sebességét a folyadékból felszálló gőz- vagy gázbuborékoknak a felhajtóerő hatására bekövetkező felszállási sebességét meghaladó értékre növeljük, a lefolyási hely előtti tányértartományon viszont e határsebességnél kisebb sebességű, de turbulens folyadékáramlást idézünk elő, a tányér egyensúlyi, vagy lényegében egyensúlyi működése, tehát a folyadék és a gáz vagy gőz érintkeztetésének maximális hatékonysága biztosítható, az első fázisban — a gyorsítózónában — ugyanis a nagy sebességgel, vékony, néhány mm-es rétegben mozgó folyadék az alulról bevezetett gőz- vagy gázáramból képződő buborékokat egyrészt magával ragadja, másrészt a fellépő egyirányú, nagy nyírófeszültség a buborékokat mintegy „aprítja”. Ebben a gyorsítózónában buborékfelszállás nem is tapasztalható. A második fázisban — a kigázosító zónában — egyrészt a folyadék által tovaragadott és odavezetett gőz-vagy gázbuborékok felszabadulnak és távoznak a folyadéktömegből, másrészt azok a buborékok is eltávoznak, amelyek alulról ebbe a zónába lépnek be. A kigázosító zóna teljes tartományában olyan nagyfokú turbulencia alakul ki, hogy holt terektől mentes, teljes keveredés következik be. Minthogy a gőz vagy gáz és folyadék tökéletes keveredése az elméleti-egyensúlyi tányér elérésének a feltétele, a kigázosító zóna egy elméleti, azaz egy egyensúlyi tányérral egyenértékű. E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során a gőzt vagy/és gázt alulról felfelé a tányérra vezetett mozgó folyadékrétegbe juttatjuk, és amely eljárásnak az a lényege, hogy a tányérnak a folyadék rávezetése felőli tartományában a folyadékot legalább 0,1 m/s, előnyösen legalább mintegy 0,3 m/s sebességűre gyorsítjuk fel, míg a tányérnak a lefolyási helye felőli tartományában a ráf olyás felőli oldalon levő folyadékréteg vastagságát meghaladó vastagságú, a folyadékból felszálló gőz- vagy gázbuborékoknak a felhajtóerő hatására bekövetkező felszállási sebességénél kisebb sebességű folyadékáramot állítunk elő. íly módon a 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
