Распределитель жидкости для колонн
Настоящее изобретение относится к распределителю жидкости в виде внутреннего устройства колонны для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости, включающему по меньшей мере одно днище и боковые стенки, которые образуют контейнер для приема и заданного распределения жидкости, при этом днище и по меньшей мере одна из боковых стенок образованы из с геометрическим замыканием соединенных друг с другом пластин, причем пластина или пластины по меньшей мере одной боковой стенки включает или соответственно включают волокнистый композиционный материал. Технический результат – повышение механической и термической устойчивости в процессе установки элементов конструкции и при работе конструкции в целом. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к распределителю жидкости, представляющему собой внутреннее устройство колонны, где он может применяться в рамках промышленных технологий, а также к способу изготовления этого распределителя жидкости.
Колонна представляет собой технологический аппарат в форме высокого удлиненного цилиндра с различными, отличающимися в зависимости от назначения внутренними устройствами. Как правило, колонну применяют для разделения смеси веществ различными термическими способами. Для этого используют физические свойства и состояния равновесия между различными фазами. Типичными внутренними устройствами колонн являются коллектор жидкости, распределитель жидкости, наполнитель или неструктурированная насадка, структурированная насадка, а также тарелки и опорные решетки для насадки.
Распределитель жидкости предназначен, как правило, для того, чтобы определенным образом распределять жидкость, чаще всего подводимую к распределителю жидкости через коллектор жидкости или загрузочную трубу, по горизонтальному сечению колоны и выпускать вниз. Типичными распределителями жидкости являются трубчатый распределитель и распределитель в форме желоба коробчатого сечения. На фиг. 1 схематично представлен типичный распределитель в форме желоба коробчатого сечения. В таких распределителях обычно имеется основной канал, который обеспечивает распределение жидкости по соответствующим боковым каналам, из которых жидкость поступает вниз, например, через отверстия в дне желоба.
Распределители в форме желоба коробчатого сечения обычно изготавливают из цельного металлического или пластикового U-образного профиля. При особых требованиях к материалу, например, из-за высокой коррозионной активности жидкостей, применяют также неразъемные профили из графита или керамики (ЕР 0471050 А1). В случае использования металлов, соответствующий листовой металл либо сгибают, либо сваривают. Пластиковый профиль обычно экструдируют. Керамические распределители в форме желоба коробчатого сечения также могут быть изготовлены путем экструзии керамического материала-прекурсора и последующего термического преобразования в соответствующий керамический материал. Распределители в форме желоба коробчатого сечения из графита согласно ЕР 0471050 А1 изготавливают из блока путем фрезеровки, что сопряжено со значительным расходом материала.
Все известные способы изготовления являются трудоемкими и дорогостоящими, так как все они направлены на возможно большее использование цельных конструктивных элементов. В рамках настоящего изобретения «цельный» означает, как, например, имеет место в случае сварки, монолитный, так сказать, «из одного куска». Следовательно, задачей настоящего изобретения является обеспечение простого и экономичного распределителя жидкости, который бы, при этом, не уступал известным распределителям жидкости в отношении требований к способности нести нагрузку, устойчивости, стойкости материалов и рабочих характеристик.
Для решения этой задачи, в соответствии с настоящим изобретения обнаружено, что распределитель жидкости может быть легко смонтирован из пластин волокнистого композиционного материала посредством модульной системы, и что полученный таким образом распределитель жидкости при применении в соответствии с промышленными технологиями в качестве внутреннего устройства колонны обеспечивает более, чем достаточные, способность нести нагрузку, устойчивость, стойкость материалов и рабочие характеристики.
Таким образом, настоящее изобретение относится к распределителю жидкости, представляющему собой внутреннее устройство колонны, предназначенному для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости, включающему, по меньшей мере, одно днище и боковые стенки, которые образуют контейнер для приема и заданного распределения жидкости, при этом, днище и, по меньшей мере, одна из боковых стенок образованы из соединенных друг с другом пластин, и при этом, пластина или пластины, по меньшей мере, одной боковой стенки включает(ют) волокнистый композиционный материал.
Фиг. 1: Схематичное изображение типичного распределителя в форме желоба коробчатого сечения.
Фиг. 2: Два вида в перспективе (внутренняя сторона и наружная сторона) частично смонтированного желоба коробчатого сечения в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 схематично показан распределитель (1) жидкости, при этом, в распределителе жидкости имеется основной канал (10) и боковые каналы (11). При этом, речь идет о распределителе в форме желоба коробчатого сечения.
На фиг. 2 показаны частично смонтированные желобы коробчатого сечения, при этом, при соединении этих двух частично смонтированных желобов шипы (21) входят в зацепление с прорезями (22), причем, при смещении в сторону пластина с прорезью фиксируется посредством паза на шипе (21). При этом, речь идет об интегрированной фиксации. Днище (112) и боковые стенки (111) образуют контейнер (10, 11). В днище (112) имеется отверстие (30), через которое происходит выпуск воды вниз.
Тип соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости специально не ограничивается. Возможны все известные конструкции распределителей (1) жидкости, в частности, распределитель в форме желоба коробчатого сечения, распределитель с отверстиями в днище, распределитель с боковыми отверстиями, одно- или многоступенчатый распределитель, с основным каналом (10) или без него, с интегрированным (10) или накладным основным каналом (предварительный распределительный желоб), с коллекторной системой или без нее. Под коллекторной системой, в частности, понимается известный специалистам коллектор жидкости, который в колонне устанавливают над распределителем (1).
В рамках настоящего изобретения под пластиной (111, 112) понимается плоская деталь, изготовленная из жесткого материала. Днище (112) или же боковая стенка (111) соответствующего контейнера (10, 11) могут состоять из одной пластины или могут быть смонтированы из нескольких пластин. Однако, в той мере, в какой это практично в зависимости от выбранных размеров распределителя (1) жидкости, является предпочтительным, чтобы днище (112) и боковые стенки (111), соответственно, состояли из одной единственной пластины (111, 112) или же были из нее образованы. Толщина пластины специально не ограничена. Ее выбирают в зависимости от конструкции и размеров соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости, при этом, разумеется, должна быть гарантирована несущая способность. Выбор размеров соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости также не имеет специальных ограничений. Соответствующий изобретению распределитель (1) жидкости обычно имеет диаметр, лежащий в диапазоне от 100 мм до нескольких метров, например, 3 м.
Под заданным распределением в контексте настоящего изобретения понимается, что выпуск жидкости вниз количественно и пространственно может строго соответствовать требованиям. Обычно это обеспечивается путем точного размещения отверстий (30) определенного размера в днище (112) или одной из боковых стенок (111) контейнера (10, 11).
Понятие «контейнер» в контексте настоящего изобретения представляет собой общее понятие для, например, желоба (10, 11) коробчатого сечения. В зависимости от конкретного распределителя (1) жидкости, основной канал (10) и боковые каналы (11) также могут быть названы контейнерами (10, 11). Соответствующий изобретению распределитель (1) жидкости состоит, предпочтительно, из нескольких соответствующих изобретению контейнеров (10, 11). У края пластин контейнеры (10, 11) соединены друг с другом, обычно, посредством центрального основного канала (10).
Предпочтительно, соединенные друг с другом пластины, по меньшей мере, соединены друг с другом с геометрическим замыканием. Пластины, которые соединены друг с другом, могут, по существу, находиться под любым углом друг к другу. Типично и предпочтительно, две соединенные друг с другом пластины, которые, соответственно, представляют собой составные части контейнера (10, 11) (например, одна пластина представляет собой днище (112), а другая пластина - боковую стенку (111)), образуют друг с другом прямой угол.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения, пластины, соединенные друг с другом, по меньшей мере, с геометрическим замыканием, входят в зацепление друг с другом и фиксируются посредством вставного соединения (20). Тип вставного соединения (20) не имеет специальных ограничений. В частности, возможно соединение типа «пазл», соединение в шип, соединение с пружинным зажимом, соединение с фиксатором, шпунтовое соединение и упругое соединение. На фиг. 2 показан один из возможных вариантов соединения в шип, где шип (21) входит в прорезь (22) и путем смещения пластины с прорезью в сторону фиксируется посредством паза на шипе (21). Также возможны, хотя и менее предпочтительны, более дорогостоящие винтовые соединения.
Предпочтительно, вставное соединение (20) снабжено, по меньшей мере, одним стопорным элементом для фиксации вставного соединения (20). При этом, тип стопорного элемента не имеет специальных ограничений. Предпочтительными стопорными элементами являются пружинные зажимы, которые, более предпочтительно, изготовлены из того же материала, что и пластины. Как правило, они представляют собой плоские, защелкивающиеся, образующие геометрическое замыкание элементы. Один из примеров предпочтительного пружинного зажима описан в немецком патенте на зарегистрированный промышленный образец DE 20 2010 015 436 U1.
Стопорные элементы могут быть как интегрированными в конструктивные элементы (как, например, соединение в шип на фиг. 2), так и представлять собой отдельные элементы.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости, волокнистый композиционный материал включает, по меньшей мере, одно изделие плоской формы, при этом, по меньшей мере, одно из них характеризуется однонаправленной укладкой. Таким образом обеспечивается преимущество, заключающееся в целевом воплощении необходимой устойчивости и жесткости. Поскольку распределитель (1) жидкости в ходе эксплуатации обычно не движется, он, преимущественно, подвергается действию статичных, постоянных в одном направлении сил. Посредством целенаправленной выкладки однонаправленного усилителя можно эффективно использовать общий вес распределителя (1) жидкости с тем, чтобы его уменьшить.
Является равным образом предпочтительным, чтобы волокнистый композиционный материал включал углеродные волокна. Благодаря этому не только обеспечивается устойчивость, как то прочность на разрыв и жесткость, но и химическая стойкость.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости, волокнистый композиционный материал включает матрицу, которая выбрана из группы, состоящей из полимерной матрицы и углеродной матрицы. В принципе, полимерная матрица является предпочтительной, так как ее производство менее энергоемко. В отношении требующейся в большинстве случаев химической стойкости, однако, предпочтительной является углеродная матрица. Наиболее предпочтительны упрочненные углеродными волокнами полимеры (carbonfaserverstärkte Kunststoffe - CFK) или упрочненный углеродными волокнами углерод (carbonfaserverstärkter Kohlenstoff - CFC). Точные параметры этих материалов в рамках настоящего изобретения не ограничены. Изготовление этих материалов также хорошо известно и не является предметом настоящего изобретения. В принципе, любой из этих материалов, произведенный каким бы то ни было способом, может быть применен в соответствующем изобретению распределителе (1) жидкости.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости, пластины, соединенные друг с другом, по меньшей мере, с геометрическим замыканием посредством вставного соединения (20), обладают остаточной пористостью, и не являются непроницаемыми для жидкости или газа. Можно было бы предположить, что для использования распределителя (1) жидкости по прямому назначению негерметичные пластины для предусматриваемого применения непригодны. Однако, в рамках настоящего изобретения было обнаружено, что в данном случае использования остаточную пористость можно не принимать в расчет. Конечно возможно герметизировать пластины путем нанесения пропиточной смолы. Однако, является предпочтительным, хотя и не обязательным, отказаться от технологической стадии пропитки.
Согласно одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости, распределитель (1) жидкости включает, по меньшей мере, два контейнера (10, 11), при этом, днище (112) и все боковые стенки (111) контейнеров (10, 11) образованы из пластин, изготовленных из упрочненного углеродными волокнами углерода (carbonfaserverstärkter Kohlenstoff - CFC), и при этом, по меньшей мере, две пластины контейнеров (10, 11) соединены друг с другом, по меньшей мере, с геометрическим замыканием. Кроме того, в этом особенно предпочтительном варианте осуществления совершенно достаточно применения негерметичных пластин для обеспечения требуемых рабочих характеристик.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ изготовления распределителя (1) жидкости, представляющего собой внутреннее устройство колонны, предназначенного для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости, который включает следующие стадии:
- изготовление пластин из упрочненного углеродными волокнами композиционного материала и
- соединение с геометрическим замыканием и фиксация пластин так, что пластины образуют контейнер (10, 11) с днищем (112) и боковыми стенками (111), который является составной частью распределителя (1) жидкости, предназначенного для заданного распределения жидкости.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является колонна, в которой имеется, по меньшей мере, один соответствующий изобретению распределитель жидкости, при этом, колонна предназначена для разделения смесей веществ.
Еще одним аспектом изобретения является способ разделения смесей веществ в колонне, при этом, в колонне имеется, по меньшей мере, один соответствующий изобретению распределитель жидкости.
Описанные в настоящем документе предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению распределителя (1) жидкости могут соответствующим образом комбинироваться с соответствующими изобретению способами. Следовательно, от громоздкого повторения можно отказаться.
Далее настоящее изобретение поясняется на примере его осуществления, при этом, этот пример осуществления ни коим образом не ограничивает изобретение.
1) Изготовление требующихся CFC и/или CFK-материалов пластин для днища (112) и боковых стенок (111) распределителя (пластины из CFC/CFK выведены на рынок компанией SGL Carbon GmbH под наименованием Sigrabond®)
2) Гидравлическая резка деталей (в частности, пластин для днища (112), боковых стенок (111), стопоров) нужного размера с прорезями и выступами
3) Сборка первого канала распределителя согласно следующего принципа:
а) Соединение 4 боковых стенок (111) в один открытый сверху и снизу прямоугольник при помощи предусмотренных для этого прорезей и выступов
b) Введение пластины днища (112) в предусмотренные для этого выступы боковых стенок (111)
с) Фиксация вставных соединений (например, пружинным зажимом, отдельным стопорным элементом) или введение в паз (интегрированный стопорный элемент)
4) Сборка других каналов распределителя аналогично пункту 3
5) Присоединение отдельных собранных каналов распределителя при помощи соединительных деталей из CFC и/или CFK к распределителю
6) Фиксация соединительных деталей (в частности, зажимом, введением в паз и т.д.)
Список позиций на чертеже
1 Распределитель жидкости
10, 11 Контейнер
20 Вставное соединение
21 Шип
22 Прорезь
30 Отверстия определенного размера в днище
111 Боковые стенки
112 Днище
1. Распределитель (1) жидкости в виде внутреннего устройства колонны для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости, включающий по меньшей мере одно днище (112) и боковые стенки (111), которые образуют контейнер (10, 11) для приема и заданного распределения жидкости, отличающийся тем, что днище (112) и по меньшей мере одна из боковых стенок (111) образованы из, по меньшей мере, с геометрическим замыканием соединенных друг с другом пластин, и при этом пластина или соответственно пластины по меньшей мере одной боковой стенки (111) включает или соответственно включают волокнистый композиционный материал.
2. Распределитель (1) жидкости по п. 1, отличающийся тем, что пластины, соединенные друг с другом, по меньшей мере, с геометрическим замыканием, входят в зацепление друг с другом посредством вставного соединения (20).
3. Распределитель (1) жидкости по п. 2, отличающийся тем, что вставное соединение (20) снабжено по меньшей мере одним стопорным элементом для фиксации вставного соединения (20).
4. Распределитель (1) жидкости по п. 1, отличающийся тем, что волокнистый композиционный материал включает по меньшей мере одно изделие плоской формы, при этом по меньшей мере одно из изделий плоской формы характеризуется однонаправленной укладкой.
5. Распределитель (1) жидкости по п. 1, отличающийся тем, что волокнистый композиционный материал включает углеродные волокна.
6. Распределитель (1) жидкости по п. 1, отличающийся тем, что волокнистый композиционный материал включает матрицу, которая выбрана из группы, состоящей из полимерной матрицы и углеродной матрицы.
7. Распределитель (1) жидкости по п. 2, отличающийся тем, что пластины, соединенные друг с другом посредством вставного соединения (20), по меньшей мере, с геометрическим замыканием, имеют по меньшей мере одну соединительную область с имеющимися на пластинах контактными поверхностями для соответственно другой пластины, при этом между соответствующими контактными поверхностями этих соединительных областей не предусмотрено средство неразъемного соединения пластин.
8. Распределитель (1) жидкости по п. 1, отличающийся тем, что распределитель (1) жидкости включает по меньшей мере два контейнера (10, 11), при этом днище (112) и все боковые стенки (111) контейнеров (10, 11) образованы из пластин, изготовленных из упрочненного углеродными волокнами углерода, и при этом по меньшей мере две пластины контейнера (10, 11) соединены друг с другом, по меньшей мере, с геометрическим замыканием.
9. Способ изготовления распределителя (1) жидкости в виде внутреннего устройства колонны для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости, который включает следующие стадии:
- изготовление пластин из упрочненного углеродными волокнами композиционного материала и
- соединение с геометрическим замыканием пластин так, что пластины образуют контейнер (10, 11) с днищем (112) и боковыми стенками (111), который является составной частью распределителя (1) жидкости для возможно более равномерного распределения жидкости.
10. Колонна, предназначенная для разделения смесей веществ, в которой имеется по меньшей мере один распределитель жидкости в виде внутреннего устройства колонны для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости по одному из пп. 1-8.
11. Способ разделения смесей веществ в колонне, в которой имеется по меньшей мере один распределитель жидкости в виде внутреннего устройства колонны для заданного распределения текущей внутри колонны вниз жидкости по одному из пп. 1-8.
