JP4130852B2 - Liquid collection and distribution device used in packed tower of air liquefaction separation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体捕集分配装置に関し、詳しくは、空気液化分離装置における充填材を充填した充填塔に使用する液体捕集分配装置であって、流下液を均一に分配散布する機能とともに、上昇ガスを均一に分配する機能も併せ持った液体捕集分配装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、空気液化分離装置に用いられている精留塔には、棚段塔と充填塔とがあり、充填塔は、棚段塔に比べて圧力損失を小さく設計できることから、大幅な動力原単位の低減や精留による高純度アルゴンの製造等が可能であるなどの利点を有している。この充填塔のような充填材を用いた気液接触装置では、塔内を流下する液体(流下液)を下方の充填材へ均一に分配するための手段として、液体捕集分配装置が広く用いられている(特許第2516680号公報,特開平6−285323号公報,特公平7−81781号公報,特公昭61−204001号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の液体捕集分配装置と充填材、例えば規則充填材とだけから構成された充填塔からなる精留塔では、塔内を上昇するガス(上昇ガス)の組成が、径方向に不均一となった場合、精留効率が低下する結果となる。例えば、充填塔における問題点として、一部の上昇ガスが充填材内を通過せずに塔壁付近をバイパスする場合、塔頂部において所定のガス純度が得られないことがあった。また、流下液の偏流により、液体の無い場所が発生し、そこをガスが液体と接触せずにバイパスすると、精留効率が大きく低下してしまう。
【0004】
一方、上述のような充填塔における原料供給段においては、十分にガスを均一化する工夫が提案されているが(例えばノートン社のModel796distributor/support plate 参考文献R.F.Strigle,Packed Tower Design and Applications,Gulf Publishing Company,1994)、充填高さが高くなると不均一になってくる。また、液体捕集分配装置の直下においては、液体は点又は線で充填材に落ちるので、一段目の充填層においては、その点又は線の真下の流路のみで気液接触することになり、液体捕集分配装置へ上昇するガスが不均一になる。
【0005】
さらに、これらの不均一が突発的な原因、例えば急なバルブ操作や気圧変化等によって発生した場合、凝縮器において凝縮液量の変動や圧力変動が起きたり、製品ガス純度が急速に低下したりしてしまい、製品ガスの供給に支障を来すことになる。しかし、従来の充填材や液体捕集分配装置には、上昇ガスを混合して再分配する機能はほとんどない。
【0006】
前述のような充填塔の特性に対して、棚段塔は、上昇ガスが必ず液体と接触する構造を採用しているので、前述のような上昇ガスのバイパスが発生することはなく、ガス純度の低下を防止することができる。また、充填材に対して棚段は、圧力損失が大きいので、ガスの組成及び速度の不均一が緩和される。
【0007】
そこで本発明は、上述の充填塔及び棚段塔の特性を組み合わせることにより、効率のよい気液接触操作を行うことができる、空気液化分離装置の充填塔に用いられる液体捕集分配装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体捕集分配装置は、空気液化分離装置の充填塔に用いられる液体捕集分配装置であって、前記充填塔内を上下に仕切る水平方向の精留板と、該精留板を上下方向に貫通した液体散布箱とを有し、前記精留板には、上昇ガス通過用の通気部を設け、前記液体散布箱の底部には、流下液を下方の充填材層に分配散布する散布孔を設けるとともに、該液体散布箱の上部には、前記精留板上に所定の深さで流下液を保持して液体散布箱内に流入させるための流入堰を設け、下方の充填材層から上昇する上昇ガスが前記通気部を経て精留板上の流下液と気液接触して上方の充填材層に上昇するように形成したことを特徴としている。
【0009】
さらに、本発明の液体捕集分配装置は、前記精留板が多孔板トレイあるいは泡鐘トレイあるいはバルブトレイであることを特徴とし、前記液体散布箱が、上方の充填材層から流下する流下液が液体散布箱内に直接流入することを防止する天板を備えており、この天板が水平方向あるいは傾斜して設けられていることを特徴とし、複数の液体散布箱内の液体深さを同一にするための連通管を各液体散布箱間に設けたことを特徴としている。
【0010】
また、前記精留板の上方に、上昇ガスの上昇通路と、該上昇通路内に流下液が流下することを防止する覆い板とを備えた液体捕集部を設けるとともに、該液体捕集部で捕集した流下液を前記精留板上に保持された液体中に流下させる液体下降管とを設けたことを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の液体捕集分配装置の第1形態例を示す斜視図である。この液体捕集分配装置1は、充填塔2内を上下に仕切る水平方向の精留板3と、該精留板3を上下方向に貫通した複数の液体散布箱4とを有しており、前記精留板3は、上昇ガス通過用の通気部となる多数の通孔3aを有する多孔板トレイにより形成されており、充填塔2の内周面に気密に取り付けられている。
【0013】
また、前記液体散布箱4は、天板4a,底板4b及び四周の側板4cからなる直方体からなるものであって、前記底板4bには、該液体散布箱4内に流入した流下液を下方の充填材層に向けて分配散布するための多数の散布孔5が設けられ、短手側の一対の側板4cの上部には、所定の高さの流入堰6が設けられている。この流入堰6は、前記精留板3の上に所定の深さで流下液を保持するために設けられるもので、上方の充填材層から流下した流下液は、精留板3上に所定深さの液層を形成し、流入堰6を越えて液体散布箱4内に流入する。さらに、液体散布箱4の上部を覆う天板4aを設けているので、充填材層から流下した流下液が直接液体散布箱4内に流入することがないため、流下液の流量や組成が不均一であっても、精留板3上に一時的に貯留されるとともに混合されるので、各液体散布箱4には、均一な状態で流入させることができる。
【0014】
一方、下方の充填材層から上昇する上昇ガスは、精留板3の通過抵抗によって精留板3の下面で一時的に滞留した状態になった後、精留板3の通孔3aを通過して精留板3上の前記液層内に噴出し、ここで流下液と気液接触を行ってから上方の充填材層に上昇する。したがって、精留板3がガスの捕集分配装置として機能するため、上昇ガスの組成の不均一が緩和されるとともに、上昇ガスが必ず流下液と接触して液体捕集分配装置1を通過するため、上昇ガスの急激な濃度変動も抑制することができる。
【0015】
すなわち、充填塔2に設けられる液体捕集分配装置1に、通常の棚段塔における棚段の機能を持たせたことにより、流下液の捕集分配だけでなく、上昇ガスの捕集分配も行うことができ、上昇ガスにおける組成及び速度の不均一が緩和され、効率のよい気液接触操作、例えば精留操作を行うことができる。
【0016】
さらに、液体捕集分配装置1部分で気液接触を行うため、充填材の充填高さを低くすることも可能となる。また、充填塔2の半径方向でのL/Vが一定となり、所定の気液接触を確実に行わせることができるので、ppmオーダーの組成管理が可能となり、高純度の製品を得ることができる。
【0017】
なお、上記液体捕集分配装置は、従来と同様に、アルミニウムやステンレス鋼等、極低温の条件下で使用可能な金属の板材を、適宜に曲げ加工したり、リベット締めや溶接又は真空ろう付けしたりすることによって製作することができる。また、精留板に設ける通孔のサイズやピッチは、上昇ガスの流量や圧力,精留板上に保持される流下液の量等に応じて任意に設定することができる。さらに、精留板としては、上記形態例に示すような通孔を形成した多孔板トレイに限らず、図2に示すような泡鐘トレイ7や図3に示すようなバルブトレイ8を使用することができ、流下液及び上昇ガスの流量やその比、塔径等に応じて最適な精留板を選択することができる。
【0018】
一方、液体散布箱の大きさや形状、設置数も任意であり、充填塔の径や流下液及び上昇ガスの流量等に応じて最適な状態になるように設定すればよい。同様に、流入堰の高さや幅,形状(例えばVノッチ等)も、流下液の流量等の各種条件に応じて設定することができる。
【0019】
図4は、本発明の第2形態例を示す斜視図であって、液体散布箱4の側板4c上縁の略全周を流入堰6として使用し、流入堰6の幅寸法を拡大したものであり、液体散布箱4の上部開口を覆う天板11は、側板4cの上縁角部に設けられた柱部材12により水平方向に支持されている。また、図5は、本発明の第3形態例を示す縦断面図であって、液体散布箱4の上部開口を覆う天板13を同方向に傾斜させて設けたものである。
【0020】
このように、天板4a,11,13の形状や大きさ、支持構造,設置角度等は、液体捕集分配装置1の大きさ(塔径)や流下液の量等による流入堰6の寸法に応じて適当に選択することが可能である。また、天板の大きさを上昇ガスの流通を妨げない範囲で大きくしたり、天板の全体あるいは一部を傾斜させて上下方向でラップさせたりすることにより、流下液が精留板3上の前記液層部分に直接落下して貯留液の液面に波動が発生することを防止でき、気液接触に適した均一な液面を形成することができる。
【0021】
図6は、本発明の第4形態例を示す一部切欠き縦断面図であって、複数の液体散布箱4内の液体深さを同一にするための連通管21を各液体散布箱4間に設けたものである。このように連通管21を設けることにより、各液体散布箱4内に流入する液量に差異が発生した場合でも、連通管21を介して各液体散布箱4内の液深を同一に保つことができ、下方の充填材層に均一に液体を散布することができる。
【0022】
図7は、本発明の第5形態例を示す斜視図であって、上方に充填材層が無く、塔側壁に接続した流入管31から液体を注入する部分、例えば、充填塔2の塔頂に設置するのに適した液体捕集分配装置の形状例を示している。この場合、液体捕集分配装置1の上方から流下液が流下してこないので、液体散布箱4に天板を設ける必要がなく、液体散布箱4の上縁全体を流入堰6として使用することができる。このように、棚段機能を備えた液体捕集分配装置1を塔頂部に設けることにより、塔頂部から抜き出すガスの純度の急変を防止することができる。
【0023】
図8は、本発明の第6形態例を示す概略縦断面図であって、液体捕集分配装置1の上方に、液体捕集装置41を設けた例を示すものである。この液体捕集装置41は、上昇ガスの上昇通路42と、該上昇通路42内に流下液が流下することを防止する液体捕集用の覆い板43とを備えた液体捕集部44と、該液体捕集部44で捕集した流下液を前記精留板3に保持された液体中に流下させる液体下降管45とを有するもので、従来の液体捕集分配装置と同様の周知の構造のものを使用することができる。この場合、液体捕集分配装置1の液体散布箱4には、前記第5形態例と同様の天板の無いものを用いればよい。この構成は、液の出入りやガスの出入りのある部分に適している。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体捕集分配装置によれば、従来と同様の流下液の捕集分配だけでなく、上昇ガスの捕集分配も行うことができるので、上昇ガスにおける組成及び速度の不均一が緩和され、効率のよい気液接触操作(精留)を行うことができる。また、液体捕集分配装置においても精留が行われるので、充填材の充填高さを低くすることが可能となり、充填塔の小型化や低コスト化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の液体捕集分配装置の第1形態例を示す斜視図である。
【図2】 泡鐘トレイの説明図である。
【図3】 バルブトレイの説明図である。
【図4】 第2形態例を示す液体捕集分配装置の斜視図である。
【図5】 第3形態例を示す液体捕集分配装置の縦断面図である。
【図6】 第4形態例を示す液体捕集分配装置の一部切欠き縦断面図である。
【図7】 第5形態例を示す液体捕集分配装置の斜視図である。
【図8】 第6形態例を示す液体捕集分配装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
1…液体捕集分配装置、2…充填塔、3…精留板、3a…通孔、4…液体散布箱、4a…天板、4b…底板、4c…側板、5…散布孔、6…流入堰、7…泡鐘トレイ、8…バルブトレイ、11…天板、12…柱部材、13…天板、21…連通管、31…流入管、41…液体捕集装置、42…上昇通路、43…覆い板、44…液体捕集部、45…液体下降管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid collection / distribution device, and more particularly, to a liquid collection / distribution device used in a packed tower filled with a packing material in an air liquefaction / separation device. The present invention relates to a liquid collection and distribution device having a function of uniformly distributing gas.
[0002]
[Prior art]
For example, the rectifying column used in the air liquefaction separation apparatus has a plate column and a packed column, and the packed column can be designed to have a smaller pressure loss than the plate column, so that a large unit of power consumption can be achieved. There is an advantage that high-purity argon can be produced by rectification or reduction. In a gas-liquid contact device using a packing material such as this packed tower, a liquid collection and distribution device is widely used as a means for uniformly distributing the liquid flowing down in the tower (flowing liquid) to the lower packing material. (See Japanese Patent No. 2516680, Japanese Patent Laid-Open No. 6-285323, Japanese Patent Publication No. 7-81781, Japanese Patent Publication No. 61-204001, etc.).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a rectifying column composed of a conventional liquid collection / distribution device and a packing material, for example, a regular packing material, the composition of the gas rising in the column (rising gas) is inconsistent in the radial direction. If uniform, the rectification efficiency is reduced. For example, as a problem in the packed tower, when some ascending gas does not pass through the packing material and bypasses the vicinity of the tower wall, a predetermined gas purity may not be obtained at the top of the tower. Further, due to the drift of the falling liquid, a place where there is no liquid is generated, and if the gas is bypassed without contacting the liquid, the rectification efficiency is greatly reduced.
[0004]
On the other hand, in the raw material supply stage in the packed tower as described above, a device for sufficiently homogenizing the gas has been proposed (for example, Norton Model 796 distributor / support plate References RFStrigle, Packed Tower Design and Applications, Gulf Publishing) Company, 1994), it becomes non-uniform as the filling height increases. In addition, immediately below the liquid collection and distribution device, the liquid falls on the filler at points or lines, so in the first-stage packed bed, gas-liquid contact is made only at the flow path directly below that point or line. The gas rising to the liquid collection and distribution device becomes non-uniform.
[0005]
Furthermore, when these non-uniformities occur due to sudden causes, such as sudden valve operation or changes in atmospheric pressure, fluctuations in the amount of condensate or pressure fluctuations occur in the condenser, or product gas purity decreases rapidly. This will hinder the supply of product gas. However, conventional fillers and liquid collection and distribution devices have little function to mix and redistribute ascending gas.
[0006]
In contrast to the characteristics of the packed tower as described above, the plate tower adopts a structure in which the rising gas always comes into contact with the liquid, so that the rising gas bypass does not occur as described above, and the gas purity Can be prevented. In addition, since the shelf has a large pressure loss with respect to the filler, nonuniformity in gas composition and velocity is alleviated.
[0007]
Therefore, the present invention provides a liquid collection and distribution device used in a packed tower of an air liquefaction separation apparatus, which can perform an efficient gas-liquid contact operation by combining the characteristics of the packed tower and the plate tower described above. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid collection / distribution device according to the present invention is a liquid collection / distribution device used in a packed tower of an air liquefaction / separation apparatus , and is a horizontal rectifying plate that partitions the packed tower up and down. And a liquid spray box penetrating the rectifying plate in the vertical direction, the rectifying plate is provided with a vent for passing an ascending gas, and a falling liquid is provided below the bottom of the liquid spray box. In addition, a spray hole for distributing and spraying the filler layer is provided, and an inflow for holding a falling liquid at a predetermined depth on the rectifying plate and flowing into the liquid spray box at the upper part of the liquid spray box A weir is provided, and the rising gas rising from the lower filler layer is formed so as to rise to the upper filler layer through gas-liquid contact with the falling liquid on the rectifying plate via the ventilation portion. .
[0009]
Furthermore, the liquid collection and distribution device of the present invention is characterized in that the rectifying plate is a perforated plate tray, a bubble bell tray or a valve tray, and the liquid spraying box flows down from the upper filler layer. Is provided with a top plate that prevents the liquid from directly flowing into the liquid spray box, and the top plate is provided in a horizontal direction or at an angle. A communication pipe for making the same is provided between the liquid spray boxes.
[0010]
In addition, a liquid collecting part provided with an ascending passage of the ascending gas and a cover plate for preventing the falling liquid from flowing down in the ascending passage is provided above the rectifying plate, and the liquid collecting part And a liquid downcomer pipe for allowing the falling liquid collected in step (b) to flow into the liquid held on the rectifying plate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the liquid collection and distribution device of the present invention. The liquid collection and
[0013]
The
[0014]
On the other hand, the rising gas rising from the lower filler layer temporarily stays on the lower surface of the rectifying
[0015]
That is, the liquid collection and
[0016]
Further, since the gas-liquid contact is performed in the liquid collecting / distributing
[0017]
In addition, the liquid collecting / distributing device can be bent, riveted, welded or vacuum brazed, as appropriate, to a metal plate that can be used under extremely low temperature conditions such as aluminum and stainless steel. It can be made by doing. Further, the size and pitch of the through holes provided in the rectifying plate can be arbitrarily set according to the flow rate and pressure of the rising gas, the amount of the falling liquid retained on the rectifying plate, and the like. Further, the rectifying plate is not limited to the perforated plate tray in which the through holes as shown in the above-described embodiment are formed, but the bubble bell tray 7 as shown in FIG. 2 and the
[0018]
On the other hand, the size, shape, and number of installations of the liquid spray box are arbitrary, and may be set so as to be in an optimum state according to the diameter of the packed tower, the flow rate of the falling liquid and the rising gas, and the like. Similarly, the height, width, and shape (for example, a V notch) of the inflow weir can be set according to various conditions such as the flow rate of the falling liquid.
[0019]
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention, in which the substantially entire circumference of the upper edge of the
[0020]
Thus, the shape, size, support structure, installation angle, etc. of the
[0021]
FIG. 6 is a partially cutaway longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the present invention, in which a
[0022]
FIG. 7 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention, in which there is no filler layer above and a portion for injecting liquid from an
[0023]
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing a sixth embodiment of the present invention, and shows an example in which a
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the liquid collection and distribution device of the present invention, not only the falling liquid collection and distribution similar to the conventional case, but also the collection and distribution of the rising gas can be performed. The non-uniformity of the speed is alleviated and an efficient gas-liquid contact operation (rectification) can be performed. In addition, since rectification is also performed in the liquid collection and distribution device, it is possible to reduce the packing height of the packing material, and to reduce the size and cost of the packed tower.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a liquid collection and distribution device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a bubble bell tray.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a valve tray.
FIG. 4 is a perspective view of a liquid collection and distribution device showing a second embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a liquid collection and distribution device showing a third embodiment.
FIG. 6 is a partially cutaway longitudinal sectional view of a liquid collection and distribution device showing a fourth embodiment.
FIG. 7 is a perspective view of a liquid collection and distribution device showing a fifth embodiment.
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of a liquid collection and distribution device showing a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
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Claims (5)
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