JP2000511112A - 液体分配装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 物質移送塔の内部の空間が液体分配装置の使用によって著しく節減できるが、この液体分配装置は、トラフ、パイプ又はデッキ分配器のような導管から、該導管の下側に大部分が位置し塔の内部の液体分配点の間隔を密にする流れ拡散装置によって、効果的な均一の分配ができるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 液体分配装置 発明の背景 本発明は、しばしば“液体分配装置”と称される内部構造に関し、蒸溜、分留 、吸収、洗浄、接触、ストリッピング（蒸留回収）、及び急冷のような物質移送 及び熱移送に適用するため化学プラントや石油精製に使用される容器において用 いられる液体分配装置に関するものである。 このような塔においては液体は典型的には塔の中を流し落され塔を上昇する対 向流に伴う蒸気と接触されるようにする。この接触塔はしばしば複数の部分を有 することができ、各部分はこの塔の中に順に配置された分配装置とパッキングと からなっている。 このような部分における液体の流れは薄膜状でありそれにより液体の接触の度 合と時間を最大とすることが有利であることが多い。これは例えばこれらの部分 が、分配器を出る液体の流れが薄い膜状の流れで通過するよう構成された又は無 作為のパッキング要素で構成されるようにすることにより、達成される。接触を 引き起こす他の方法はこの技術分野では公知である。 これらの方法の全ては、集積されるのが必要とされるこのようないくつかの接 触構造を包含する塔の部分の底に液体が到達する結果をもたらす。典型的にはこ れは一連の集積装置によって行われ、この集積装置は液体を分配導管に導き、分 配導管から液体は再び物質移送塔の次の下側の部分を流下するようになる。同様 の分配構造が、液体を導入する個所で塔の頂部に配設される。 それぞれの場合において、液体が塔の断面にわたって均一に分配 されそれによりパッキング要素により生み出される潜在的な蒸気と液体の接触を 最大にしまた装置を通過する液体及び／又は蒸気の不均一な処理を阻止すること が重要である。このため分配構造は通常、分配導管、例えばそれ自体が液体の流 れをパッキングの最高の位置に案内することのできる壁の開口を有するトラフ（ とい）のような、供給分枝導管を具備している。 分枝トラフ壁の開口の数を増加させてパッキング要素の完全かつ迅速な湿潤が 全体にわたって均一に行われるのを高めることができるのは明らかである。これ はしかしこれらの開口を比較的小さくし分配のために等量の液体を各開口が受取 るようにするのが必要であることを意味する。あいにくと、小さな孔は液体の流 れの中の固体不純物によってさらに妨害を受け、このため避けなければならない 不均一な流れを必然的に生じることになる。 この問題を、より大きな比較的少ない孔を用いまた各孔からの流れを拡散し流 れを複数の小滴としてパッキングに到達させるようにする装置を用いることによ り、克服することが周知である。これは各開口から水平に流出する液体の流れを 、この流れを拡散しパッキングの頂面に接触する複数の滴下縁又は滴下点で終端 する垂直の表面と接触させることにより、行われる。適当な装置が例えば米国特 許第4,264,538号、第4,816,191号、及び第4,855,089号に記載されている。この ような装置は典型的には導管の壁の開口の反対側に拡散プレートを置きそれによ り出てくる液体が拡散プレートに衝突し滴下縁又は滴下フィンガーへと通過する 比較的薄い流れとして拡散されるようにする。この方法はプレートの配置が隣接 導管の周りを必然的に制限するという欠点を有している。さらに部分的に閉塞さ れた開口が流れを液体の流れがプレートにまで到達しなくなる程度にまで減少さ せるようになる。さらにこの流れが特に強かったな らば、プレートの位置は飛散をなくすよう調節され又は防御物が設けられ流れが 所望の方向に導びかれるのを保証するようにしなければならない。 1970年代初期に英国のハイドロニール会社によって市販された他の装置におい ては、液体の流れは適当な深さに設定された水平方向の直径又は弦の両端部に複 数の開口を有する密集した導管によって分配される。導管の中の液体は孔を通っ て流出し垂直の板金の拡散プレート上で形成された液体の薄膜をパイプの直下の 垂直の穴あきプレートに導入する下方部分を有する垂直の板金拡散プレートと接 触し、それにより液体が穴あきプレートの両側を下降するようにする。好ましい 形式ではこの垂直の穴あきプレートはこれと直角に設けられた同様の垂直の穴あ けプレートに接触する。これは液体の一部を流れの残り部分に直角に拡散させそ れにより流下する液体が最終的に供給されるパッキングを横切って均一に分配さ れるのを高める作用をする。この配置構造は工合良く作動するが上記した問題の 多くを有している。 さらに他の従来技術の装置においては、導管はガスが上方に向って流れること ができるライザー（上昇管）が設けられたデッキ（棚板）と下方に向って流れる 液体が通過できる複数の孔とからなる形式を有している。これは空間の問題をな くするが、液体を装置を通過する均一の流れを促進する滴下点とは異なる流れと して分配する。 本発明は上記の装置に対する新規で有利な代わりの装置を提供する。これは閉 塞を最小とする比較的大きな孔を用いることができまた同時に広範囲の流れ条件 のもとで流れの非常に広いかつ均一の分配を可能にする利点を有している。 発明の総括的な記載 本発明は、複数の液体分配開口を有する液体分配導管と、該導管に直接取付け られ前記開口を通って導管から出て来る液体の流れを受取りこの液体を水平面に 対して75°又はそれより小さい角度で傾斜して導管の高さより下方に少なくとも その一部が位置している拡散プレートに導くようになっている伝導チューブとを 具備する液体分配装置を提供する。拡散プレートは好ましくは水平面に対し好ま しくは70°から10°、さらに好ましくは60°から40°の角度をなしている。水平 面に対する傾斜度は流れの速度によって、したがって流れが滴下点に到達する前 に拡散される度合によって、大きく左右される。明らかなように最大の拡散が望 ましくまたこれはしばしば上記範囲内の水平に対する傾斜の小さい角度が好まし いことを意味する。 本発明の一部を形成する液体分配装置は“導管”として記載されそしてこの用 語は液体の流れを導管の本体の一連の開口に分配する任意の手段を含むことが理 解される。これは開放トラフ又は任意の所望の断面の閉じたパイプの形式とする ことができ、上記の開口により流入する液体を分配する作用をすることができる 。導管はまた、液体が横切って流れその床の開口を実際に通って出てくるデッキ 分配器の形式とすることができる。この場合は“伝導チューブ”がデッキ自体の 厚さを貫通することによって提供される。 ある場合には拡散プレートの表面が織成され流れを遅くし拡散を助けるように するのが望ましい。導管の長さを延長した１つのプレートを用い１つの導管と組 合わされた全ての伝導チューブを出る液体を取扱うことができるようにする。こ れに代えて望ましくはないが、各伝導チューブはそれ自身の個々の拡散プレート を有することができる。このような個々の拡散プレートが設けられた場合には各 プレートは好ましくはファン形状でありこれを越えて流れる液体の拡散に適合で きるようにする。 液体の流れの速度が比較的低い場合、すなわち毎分平方フィート当り３ガロン (0.12ｍ³／分／ｍ²)、特に毎分平方フィート当り２ガロン以下(0.08ｍ³／分／ｍ² )の場合は、拡散プレートが薄膜の液体が放出される縁で終わるのが好ましい。 これに代えまた好ましくはこの縁は液体を制御して下側に位置するパッキングに 分配する多数の滴下点に置換えられる。 下方の末端部に滴下縁又は滴下点を有する垂直の延長部材で終わる拡散プレー トが好ましいことが多い。この垂直の延長部材はまた液体をその表面を横切って 通過させさらにプレートの厚さを貫通するよう穴があけられる。滴下点は底縁が 多数のこれらの穴を通過できるようにすることによりこの穴あきプレートに設け ることができる。滴下点はまた延長部材の底縁からのフィンガー延長部によって 提供することができる。この配置構造はフィンガーをプレートの平面の外に変形 させることによりプレート自体の幅より厚い帯体として拡散させる潜在的な利点 を有している。 しかし上記の構造は流量が約３ガロン／分／平方フィート(0.12ｍ³／分／ｍ²) を超えるにしたがって増々効果的でなくなり、そしてこのような場合には拡散プ レートが液体を孔、溝、堰、切込み、その他の開口のような複数の液体分配手段 を有する第２のトラフの中に供給するのが好ましい。 この第２のトラフは好ましくは底部材によって接合された対向する封止壁を具 備しまた液体分配手段は好ましくは壁の少なくとも一方の下側部分に沿って設け られる。これは、効率的な作用のための伝導チューブ／拡散プレート装置の処理 能力を超過した時でも第２のトラフにおける全ての手段にわたって均一の流量を 保証するとい う効果がある。 第２のトラフは拡散プレートから完全に分離できそしてこれは第２のトラフが 増加した能力の要求を処理するのに都合の良い旧型装置の改造として取付けられ た場合に望ましいことである。しかし液体分配装置が初めから高能力装置として 設計された時は拡散プレートの垂直延長部が第２のトラフの壁の一方を形成する よう設けるのが便利である。 第２のトラフは便利には導管の下側に直接取付けられる。これは、少なくとも その長さの一部に沿って導管に直接取付けられた第２のトラフの一方の壁の延長 部を設けることにより行うことができる。 拡散プレートは好ましくは、液体の流れがプレートと接触する点と垂直の部分 との間の中間の点（一方が設けられているところ、又はプレートの下端）に、拡 散プレートを横切る伝導チューブの線の連続線により形成された直線に対し直角 に堰が設けられる。この堰の高さは拡散プレートを横切り一定とすることができ るがしばしば傾斜した拡散プレートの落下線に沿って最も高く末端で最も低くな るようにするのが望ましい。これに代えまたしばしば好ましくは、堰は切込みが つけられそれによりその長さ方向の離間した部分が高さが減少され液体がこの個 所で堰を越えることができるようにする。堰は拡散プレートの全幅を横切って延 びることができるが、通常は拡散プレートの縁で両側が短かくなって終わるよう にする。 伝導チューブは、導管の側面が伝導チューブの壁の一部を提供しまたトラフの 側面に取付けられた適当構造の部材が導管の壁の開口から拡散プレートへの放出 個所まで均一の断面のチューブを提供する普通の形式を有することができる。こ の断面はしたがって例えば正方形、矩形又は周囲の一部分が平らにされた基本的 には円形とす ることができる。しかしこの断面はまたチューブ内部に２つ又はそれ以上の溝を 区画形成する典型的でない断面を有することができる。これらの溝は、必要とは 限らないが、完全に分離されしかし好ましくはチューブの端部から拡散プレート へと分配される液体の容量がチューブの幅を横断して不均一となるのを保証する よう十分に異なるようにする。このようなチューブは例えばある程度文字“Ｂ” に似ている断面を有することができる。これは伝導管の内部で実際に少なくとも 一部が分割された流れを形成することにより拡散が開始されるという特性を有し ている。 使用時、拡散プレート又はこれに取付けられた任意の垂直延長部材の底端部が パッキングの頂部に固定され圧力の相違と変動に応じた相対運動を阻止するよう にすることがしばしば望まれる。この固定装置は通常“抑止バー”と称され任意 の所望の機能的形状とすることができる。 図面の記載 図１は本発明によるトラフ装置の概略断面図を示す。 図２Ａと２Ｂは伝導チューブの断面の２つの異なる形状を示す。 図３は図２Ｂに示される溝チューブを有する本発明のトラフ装置の側面図を示 す。 図４は図２のトラフを具備する他の構造の一部を断面で示す斜面図である。 図５は拡散プレートの垂直延長部が第２のトラフの一方の壁を提供している図 ４に示される実施態様の変更例を示す概略断面図である。 好適な実施態様の記載 本発明はここに、本発明を例示するよう意図されているが本発明の範囲に何ら の限定を加えるものではない図面を特に参照して、記載される。 図１において矩形断面の導管トラフには２つの出口開口２と３が設けられてい る。上側の開口２はオーバーフロー（溢流）状態又は下側の開口が閉塞されるよ うになった場合にのみ用いられるようにする。下側開口はトラフの中の液体が分 配される主要な輸送手段である。図示の開口は円形であるが実際上任意の適当な 形状とすることができる。しばしば、涙滴形状の開口が閉塞される可能性が少な いため好ましい。トラフは典型的には多数の孔を有することができるが同図には 簡単のため２つの孔だけが示されている。 使用時液体はこれらの孔を通ってトラフを出て伝導チューブに流入しここから 傾斜した拡散プレート５に放出され堰６にぶつかるまで拡散プレート上を流れ落 ちるにつれて拡がり、さらに拡散を高める。下方に向って流れる液体は次に好ま しくは織成され又は均一に開口が設けられた垂直延長部材７に接触する。この延 長部材は抑止バー９によりパッキング構造８に固定される。プレート７の下端に は流下する液体がパッキングに分配される複数の滴下点が設けられる。 図２Ａは図１で用いられる伝導チューブの断面の構造を示す。図示のようにチ ューブ４は開口２を覆ってトラフ１の側面に取付けられた円弧状部材によって形 成されている。図２Ｂは図３において用いられる伝導チューブの構造を示す。こ のチューブは液体がトラフの開口を出るときに液体の流れを２つの流れに分割す る“Ｂ”字形の断面を有している。 図３において伝導チューブ４は“Ｂ”形断面を有する。伝導チューブを通過し て傾斜拡散プレート５と接触する液体は拡がりそし て切込みをつけた堰６に接触する。その他の点ではこの構造は図１に示される構 造と非常に似ている。 図４において、高い流量で用いるようにされた設計が示されている。導管、開 口、伝導チューブ及び拡散プレートは前の図面に示されるようなものであるがこ の場合は拡散プレートが壁の少なくとも一方の下側部分に沿って孔11が設けられ た第２のトラフ10に通じている。上記のようにこれらの孔は溝、堰及び／又は切 込みに置換え又はこれらを追加取付けることができる。第２のトラフはこのトラ フの壁の一方のブラケット延長部12によって導管に取付けられる。 図５は図４に示される実施態様の変更例の概略図を示し、拡散プレートは第２ のトラフの壁の一方を提供する垂直延長部13を有している。 上記の構造の多くの変更例が本発明の本質的な構造から逸脱することなく可能 である。例えば図面に示される伝導チューブを導管の側面の開口を覆って取付け られた別体のチューブに置換えることができる。チューブの直径は開口より実質 的に大きくし流れが制限されずに自由に流れるのを保証するのが好ましい。導管 の断面形状の他の変更が可能である。図面においてはこの断面は矩形であるが円 形又はＶ字形のような他の断面が適当でないということはない。断面は開放し又 は閉鎖することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月８日（１９９９．７．８） 【補正内容】 ヨーロッパ特許公開0 501 615においてはトラフの側面の開口から流れる液体 が、隅部に放出口を有する垂直壁によって区画された水平の正方形の拡散プレー トへとチューブを下降するよう案内される。これはトラフオリフィスからの流れ を４つの小さい流れに分割する。 1970年代初期に英国のハイドロニール会社によって市販された他の装置におい ては、液体の流れは適当な深さに設定された水平方向の直径又は弦の両端部に複 数の開口を有する密集した導管によって分配される。導管の中の液体は孔を通っ て流出し垂直の板金の拡散プレート上で形成された液体の薄膜をパイプの直下の 垂直の穴あきプレートに導入する下方部分を有する垂直の板金拡散プレートと接 触し、それにより液体が穴あきプレートの両側を下降するようにする。好ましい 形式ではこの垂直の穴あきプレートはこれと直角に設けられた同様の垂直の穴あ けプレートに接触する。これは液体の一部を流れの残り部分に直角に拡散させそ れにより流下する液体が最終的に供給されるパッキングを横切って均一に分配さ れるのを高める作用をする。この配置構造は工合良く作動するが上記した問題の 多くを有している。 さらに他の従来技術の装置においては、導管はガスが上方に向って流れること ができるライザー（上昇管）が設けられたデッキ（棚板）と下方に向って流れる 液体が通過できる複数の孔とからなる形式を有している。これは空間の問題をな くするが、液体を装置を通過する均一の流れを促進する滴下点とは異なる流れと して分配する。 本発明は上記の装置に対する新規で有利な代わりの装置を提供する。これは閉 塞を最小とする比較的大きな孔を用いることができまた同時に広範囲の流れ条件 のもとで流れの非常に広いかつ均一の分 配を可能にする利点を有している。 液体の流れの速度が比較的低い場合、すなわち毎分平方フィート当り３ガロン (0.12ｍ³／分／ｍ²)、特に毎分平方フィート当り２ガロン以下(0.08ｍ³／分／ｍ² )の場合は、拡散プレートが薄膜の液体が放出される縁で終わるのが好ましい。 これに代えまた好ましくはこの縁は液体を制御して下側に位置するパッキングに 分配する多数の滴下点に置換えられる。 下方の末端部に滴下縁又は滴下点を有する垂直の延長部材で終わる拡散プレー トが好ましいことが多い。この垂直の延長部材はまた液体をその表面を横切って 通過させさらにプレートの厚さを貫通するよう穴があけられる。滴下点は底縁が 多数のこれらの穴を通過できるようにすることによりこの穴あきプレートに設け ることができる。滴下点はまた延長部材の底縁からのフィンガー延長部によって 提供することができる。この配置構造はフィンガーをプレートの平面の外に変形 させることによりプレート自体の幅より厚い帯体として拡散させる潜在的な利点 を有している。 しかし上記の構造は流量が約３ガロン／分／平方フィート(0.12ｍ³／分／ｍ²) を超えるにしたがって増々効果的でなくなり、そしてこのような場合には拡散プ レートが液体を孔、溝、堰、切込み、その他の開口のような複数の液体分配手段 を有する収集トラフの中に供給するのが好ましい。 この収集トラフは好ましくは底部材によって接合された対向する封止壁を具備 しまた液体分配手段は好ましくは壁の少なくとも一方の下側部分に沿って設けら れる。これは、効率的な作用のための伝導チューブ／拡散プレート装置の処理能 力を超過した時でも収集トラフにおける全ての手段にわたって均一の流量を保証 するという効果がある。 収集トラフは拡散プレートから完全に分離できそしてこれは収集 トラフが増加した能力の要求を処理するのに都合の良い旧型装置の改造として取 付けられた場合に望ましいことである。しかし液体分配装置が初めから高能力装 置として設計された時は拡散プレートの垂直延長部が収集トラフの壁の一方を形 成するよう設けるのが便利である。 収集トラフは便利には導管の下側に直接取付けられる。これは、少なくともそ の長さの一部に沿って導管に直接取付けられた収集トラフの一方の壁の延長部を 設けることにより行うことができる。 図４は収集トラフを具備する他の構造の一部を断面で示す斜面図である。 図５は拡散プレートの垂直延長部が収集トラフの一方の壁を提供している図４ に示される実施態様の変更例を示す概略断面図である。 好適な実施態様の記載 本発明はここに、本発明を例示するよう意図されているが本発明の範囲に何ら の限定を加えるものではない図面を特に参照して、記載される。 図１において矩形断面の導管トラフには２つの出口開口２と３が設けられてい る。上側の開口２はオーバーフロー（溢流）状態又は下側の開口が閉塞されるよ うになった場合にのみ用いられるようにする。下側開口はトラフの中の液体が分 配される主要な輸送手段である。図示の開口は円形であるが実際上任意の適当な 形状とすることができる。しばしば、涙滴形状の開口が閉塞される可能性が少な いため好ましい。トラフは典型的には多数の孔を有することができるが同図には 簡単のため２つの孔だけが示されている。 使用時液体はこれらの孔を通ってトラフを出て伝導チューブに流入しここから 傾斜した拡散プレート５に放出され堰６にぶつかるまで拡散プレート上を流れ落 ちるにつれて拡がり、さらに拡散を高める。下方に向って流れる液体は次に好ま しくは織成され又は均一に開口が設けられた垂直延長部材７に接触する。この延 長部材は抑止バー９によりパッキング構造８に固定される。延長部材７の下端に は流下する液体がパッキングに分配される複数の滴下点を設けることができる。 図２Ａは図１で用いられる伝導チューブの断面の構造を示す。図 示のようにチューブ４は開口２を覆ってトラフ１の側面に取付けられた円弧状部 材によって形成されている。図２Ｂは図３において用いられる伝導チューブの構 造を示す。このチューブは液体がトラフの開口を出るときに液体の流れを２つの 流れに分割する“Ｂ”字形の断面を有している。 図３において伝導チューブ４は“Ｂ”字形断面を有する。伝導チューブを通過 して傾斜拡散プレート５と接触する液体は拡がりそして切込みをつけた堰６に接 触する。その他の点ではこの構造は図１に示される構造と非常に似ている。 図４において、高い流量で用いるようにされた設計が示されている。導管、開 口、伝導チューブ及び拡散プレートは前の図面に示されるようなものであるがこ の場合は拡散プレートが壁の少なくとも一方の下側部分に沿って孔11が設けられ た収集トラフ10に通じている。上記のようにこれらの孔は溝、堰及び／又は切込 みに置換え又はこれらを追加取付けることができる。収集トラフはこのトラフの 壁の一方のブラケット延長部12によって導管に取付けられる。 図５は図４に示される実施態様の変更例の概略図を示し、拡散プレートは収集 トラフの壁の一方を提供する垂直延長部13を有している。 請求の範囲 １．複数の液体分配開口を有する導管と、該導管の壁に直接取付けられた複数 の伝導チューブとを具備し、該伝導チューブの各々が、垂直に整列された開口を 通って導管を出てくる液体の流れを受取りかつ該液体を少なくとも一部が導管の 下側に位置し75°以下の角度で水平面の下方に傾斜している角度のついた拡散プ レートに直接放出し、導管を出てくる液体が比較的薄い流れに拡散されるように している、液体分配装置。 ２．拡散プレートが水平面に対し10°から70°の角度で傾斜している請求項１ に記載の液体分配装置。 ３．拡散プレートには堰が設けられている請求項１に記載の液体分配装置。 ４．拡散プレートには下方に延びる垂直の延長部材が設けられている請求項１ に記載の液体分配装置。 ５．拡散プレートの垂直延長部が複数の滴下フィンガーで終わっている請求項 ４に記載の液体分配装置。 ６．拡散プレートが複数の滴下フィンガーで終わっている請求項１に記載の液 体分配装置。 ７．拡散プレートが第２のトラフの上方に位置する下縁で終わっており、第２ のトラフは封止壁を具備し該封止壁はその少なくとも一方に複数の分配孔が設け られている請求項１に記載の液体分配装置。 ８．拡散プレートの垂直の延長部が収集トラフの封止壁を提供し、収集トラフ には少なくとも一方の封止壁に複数の分配手段が設けられている請求項４に記載 の液体分配装置。 ９．伝導チューブが該チューブの内部に少なくとも２つの内溝を 区画形成する断面を有している請求項１に記載の液体分配装置。 10．伝導チューブが導管の側面に取付けられている請求項１に記載の液体分配 装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の液体分配開口を有する導管と、該導管に直接取付けられ前記開口を 通って導管から出てくる液体の流れを受取りかつ該液体を導管の下側に少なくと も一部が位置し水平面とは75°以下の角度で傾斜している拡散プレートに導くよ うにした伝導チューブ、とを具備している液体分配装置。 ２．拡散プレートが水平面に対し10°から70°の角度で傾斜している請求項１ に記載の液体分配装置。 ３．拡散プレートには堰が設けられている請求項１に記載の液体分配装置。 ４．拡散プレートには垂直の延長部材が設けられている請求項１に記載の液体 分配装置。 ５．拡散プレートの垂直延長部が複数の滴下フィンガーで終わっている請求項 ４に記載の液体分配装置。 ６．拡散プレートが複数の滴下フィンガーで終わっている請求項１に記載の液 体分配装置。 ７．拡散プレートが第２のトラフの上方に位置する下縁で終わっており、第２ のトラフは封止壁を具備し該封止壁はその少なくとも一方に複数の分配孔が設け られている請求項１に記載の液体分配装置。 ８．拡散プレートの垂直の延長部が第２のトラフの封止壁を提供し、第２のト ラフには少なくとも一方の封止壁に複数の分配手段が設けられている請求項４に 記載の液体分配装置。 ９．伝導チューブが該チューブの内部に少なくとも２つの内溝を区画形成する 断面を有している請求項１に記載の液体分配装置。 10．伝導チューブが導管の側面に取付けられている請求項１に記 載の液体分配装置。