JP2003220328A - トレーコラム - Google Patents

トレーコラム

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JP2003220328A JP2002351885A JP2002351885A JP2003220328A JP 2003220328 A JP2003220328 A JP 2003220328A JP 2002351885 A JP2002351885 A JP 2002351885A JP 2002351885 A JP2002351885 A JP 2002351885A JP 2003220328 A JP2003220328 A JP 2003220328A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トレーコラムを、流れの場に影響を与えるこ
とにより、個々の仕切トレーに対して改善された物質交
換が達成されるように、さらに発展させること。 【解決手段】 トレーコラム1において、液体51が下
降管3を流れて隣接するトレー2に達し、その際、液体
は下降管3から隣接するトレー上にジェット60の形式
で多数の排出孔32を通して流出し、隣接するトレーに
衝突する際地域的に拡散する流れの場6内に混合し、流
れの場6は縦方向主要流れ方向61に対して流れ速度の
横方向成分を有する。案内要素4が排出孔32に対して
適宜位置に設けられ、案内要素4はそれぞれ分散する流
れの場6に対応する液体の衝突を案内し、それにより、
流れ速度の縦方向要素が主要流れ方向61に垂直な各平
面においてほぼ一定のプロフィルを有するように横方向
速度成分を形成するのに役立つ。排出孔は、隣接する側
方領域より中央領域において小さくなるように異なった
大きさにされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項1の前段に
記載されたトレーコラムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】トレーコラムは、(仕切トレーとしても
公知である)有孔トレーを含み、その上で、いずれの場
合にも、底部から頂部まで交叉流として流れるガス相が
物質の交換のためトレー上を流れる液相と接触せしめら
れる。少なくとも一つの下降管が、各仕切トレーに、こ
のトレーと下記において“負荷されるトレー”と称せら
れるその下にあるトレーとの間に液体を輸送するため設
けられている。トレーコラムはその下降管が特殊な形式
に作られる米国特許第5,454,989号に記載さ
れ、排出孔は下降管の下端を形成する基部に設けられて
いる。基部は、負荷されるトレー上の液体/ガス混合物
の上方境界層によって与えられる高さの上方に間隔をお
いて設けられる。排出孔はある領域に限定され、そこか
らジェットの形式で分散される液体は、流れの主要方向
に対して部分的に横方向に、負荷されるトレー上に拡散
されなければならない。同様の下降管を備えた別のトレ
ーコラムが、米国特許第6,250,611号から公知
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】負荷されるトレー上に
おける液体の拡散は、中央領域において高速を側方領域
において低速を有する、不均一な流れの場において発生
する。不均一な流れの場は、液体が滞留時間の異なった
物質交換容積を通じて流れることを意味する。改善され
た物質交換を達成するため、流れの場は滞留時間が一致
するような影響を受けなければならない。
【0004】本発明の目的は、前記トレーコラムを、流
れの場に影響を与えることにより、改善された物質交換
が個々の仕切トレーに対して得られるように、さらに発
展させることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】トレーコラムは隣接する
トレーの間の液体の輸送のための下降管を有する。液体
輸送は、各下降管において、負荷されるトレー上への多
数の排出孔を通して実施される。ジェットの形式で排出
孔から流出する液体は、負荷されるトレーに衝突する際
地域的に拡散する流れの場に混入し、前記流れの場は縦
方向の流れの主要な方向に対して流れ速度の横方向成分
を有する。案内要素が排出孔の下方にかつ負荷されるト
レーから離して設けられている。これらはそれぞれ液体
の衝撃を分散する流れの場に対応するように案内する。
横方向速度成分の形成は、各平面内の流れ速度の縦方向
成分が主要な流れ方向に対して垂直な多分一定のプロフ
ィルを有するように、案内要素によって制御される。排
出孔は好適には中央の領域において隣接する側方領域に
おけるよりも一層小さくなるように徐々に変化する異な
った大きさに形成される。
【0006】請求項2から10は、本発明によるトレー
コラムの有利な実施例に関するものである。
【0007】下記において、本発明を図面を参照して説
明する。
【0008】
【発明の実施の形態】図1,2に示されたコラムトレー
1は、仕切トレー2を備えている。液相51は下降管3
から、液体/ガス混合物5の形式で、トレー2の上を別
の下降管3へ流出し(矢印51′)、それによって隣接
するトレー2へさらに輸送され、その間ガス状部分を分
離する。ガス相52は底部から頂部にトレー2の孔23
を通って流れ(矢印52′)、泡の形式の横流れとして
液体/ガス混合物5を横切る。物質および熱のいずれか
一方または双方の交換が、共存する相51と52の間に
実施される。
【0009】液体/ガス混合物5は、その上方境界が高
さ50にある液体を富む下方領域と、高さ50の上方に
位置するガスを富む泡よりなる。泡は図1,2には図示
されていない。多数の排出孔32を備えた基部は、下降
管3の下端を形成している。基部は、高さ50の上方の
ある距離に位置している。
【0010】排出孔32はある領域32′に制限され、
そこからジェット60の形式で分散される液体51が、
負荷されるトレー2上に拡散される。排出孔32から流
出する液体ジェット60は、負荷されるトレー2に衝突
する際地域的に分散する流れの場6内に混合し、前記流
れの場は縦方向主要流れ方向61に対して横方向の速度
成分を有する。排出孔32は、少なくとも部分的に、そ
れぞれ液体ジェット60の衝突を案内する、分散する流
れの場6の所望の形成に対応する案内要素4を備え、こ
れに関連してとくに流れ速度の横方向成分が十分に大き
くなるのに役立つ。
【0011】排出孔32は、コラム壁10に隣接するリ
ングセグメント32′に設けられている。液体ジェット
60は、一方ではコラム壁10により、他方では、少な
くとも部分的に、それぞれ排出孔32のリムに設けられ
るベーン状案内要素4を通って案内される。各案内要素
4は、その位置とその傾斜が達成されるべき横方向速度
要素に対応するように設計される。流れの場6の横方向
領域における案内要素4のために、速度の一致がそれら
の内部区域に生じ、それにより滞留時間の一致そしてま
た交換プロセスの進歩した結果が生ずる。
【0012】トレー2の孔は、例えば図3,4に示され
たような多数の格子要素20によって設けられている。
(トレー2は、たとえば、ふるい状基板として作ること
もできる)。格子要素20はそれぞれ台形をなし、台形
の平行でない側辺21a,21bは底辺22より長い。
底辺22は主要流れ方向に対して横方向に設けられてい
る。格子要素20の側辺は、溝23として形成されてい
る。格子要素20は、溝23を通って排出されるガス5
2が液体51の輸送の際輸送作用を奏するように、主要
流れ方向61に傾斜している。すべての格子要素20
は、好適には、すべて同じ向きを有しかつ規則的格子2
5の交差点25aに設けられている。
【0013】記載されたトレーコラム1は、円形断面を
有する。下降管3が各トレー2に設けられている。隣接
するトレー2の下降管3は互いに直径方向反対側に設け
られている。
【0014】内壁30と基部31の直ぐ上のコラム壁1
0の間の空間領域を占める下降管3の部分は、傾斜した
壁部分30bのため下方に傾斜した形状を有する。堰を
通って下降管に流れ込む液体/ガス混合物は、傾斜部分
の一定の高さ50′までせき止められる。ガス相52は
混合物から凝縮される(52″)。流入する液体51に
よって駆動される液体ローラ53が形成される。液体5
1のあるものは排出孔32を通って液体ローラ53から
連続的に輸送される。
【0015】液体ローラ53の形成のため、液体流の運
動エネルギは部分的に消失するに過ぎない。残存する運
動エネルギは分散する流れの場に影響を与えるため、負
荷されるトレー2上にさらに輸送された後に使用され
る。
【0016】運動エネルギの避けられない消失が排出孔
32からの液体の流出の間に生じないように、排出孔3
2は列をなして設けられている。第1実施例が図5に示
されている。排出孔32は内面を部分的に切り開くこと
により(切開端33)、また内面を端部34の周りを曲
げることによって作られる。
【0017】案内要素4は、異なった傾斜角度ψを有す
る。排出孔32の列の中心Zに対して、傾斜角度ψは中
心Zとの距離が増加するに連れて徐々に増大し、とくに
0°から60°まで、好適には45まで増大する。
【0018】図1,2,5に基づいて記載された実施例
において、排出孔32は異なった大きさに作られてい
る。列状配置において、排出孔32は、列の中心領域3
5において、中央領域35に隣接する二つの周辺区域3
6におけるよりも、実際とくに多くの液体が列の長さに
対して一層大きい排出孔32を通って分配されるように
小さい。このことは液体51の付加的量が分散する流れ
の場61の横方向領域に対して負荷されるトレー2にお
いて要求されるため必要であり、前記の量は下降管3の
周辺領域36を通って側方領域に分配されなければなら
ない。
【0019】図6に示す排出孔32の実施例において、
これらは異なった向きを有する。湾曲端部34は、もは
やコラム壁10に垂直ではない。簡単のため、すべての
排出孔32は同じ大きさに図示されている。しかしなが
ら、排出孔32を側方領域において大きくすることも必
要である。湾曲端部34とコラム壁10の間の角度は、
可変パラメータとすることができる。
【0020】図7の実施例において、一点鎖線で示され
た条片32′に設けられた、排出孔32の列は中心に溝
状孔37を有し、その領域のみにおいてコラム壁10は
液体51を案内するようになっている。
【0021】排出孔32を設計するため下記のように実
施することができる。図8に図示されたように、仕切ト
レー2は、下降管3の基部31(平面図参照)と次の下
降管3の排出堰31aとの間の領域において楕円65に
よって2N個の条片Sn(n=1,・・・N;たとえば
N=4)に分割されている。楕円の長軸は主要流れ方向
61にあるコラムの直径と一致する。短軸はそれぞれ一
定量b(=d/N)だけ相違し、最小の楕円は、直径d
上にある長さまで短縮される。条片Snの中心の長さ
は、(n=1,・・・N)によって示される。
【0022】基部31は、等しい大きさの角度α/2N
を有する2N個の扇形S′n(n=1,・・・N)に分
割され、ここにαはコラム中心において基部31によっ
て画成される中心角である。各扇形S′nはそれに関連
した面積Anを有する排出孔32を有する。液体ジェッ
ト60は、そのような排出孔32を通って容積流Vn
通過する。VnとAnの比は流出指数μnである。この指
数は排出孔32の構造による流出減少の目安である。流
出指数μnは案内要素4の形状、とくにその傾斜角度ψ
に依存する。一つの排出孔32の代わりに、扇形S′n
当たり一つ以上の排出孔32を設けることができる。下
記においては、各扇形S′nがただ一つの下降管32の
みを有する場合を論ずる。
【0023】流れの場における滞留時間が一致するよう
に、対応する条片Snにおける滞留時間に比例する比率
n対Vnは、各条片Snにおいて同じ大きさでなければ
ならない。こうして面積Anに対して図8に記載された
関係が得られる。全容積流(=2V1+2V2+・・・+
2VN)を予め設定することにより、面積Anの設計が実
施可能となり、それは流出指数μnが公知であることが
(例えば試験が実施されたことにより)前提である。
【0024】図9に図示された堰状流れブレーカ7は、
下降管3の下方のそして条片32′に設けられた(図示
しない)排出孔32下方の仕切トレー2上に設けられ
る。トレーコラム1の外壁は、図面では省略され、一点
鎖線で図示されているに過ぎない。少なくとも案内要素
4のあるものは、流れブレーカ7の溢流端部70に設け
られている。
【0025】流れブレーカ7は、いずれの場合にも、金
属板条片から作るのが有利である。案内要素4は、金属
板条片から部分面積の切断および曲げによって簡単に製
造可能である。流れブレーカ7は、多数の部品から組合
わせることができる。図9に示されたように、それは曲
げられているが、しかしながら、多数の真直ぐな部分を
有する多角形の列の形状を備えることができる。
【0026】流れブレーカ7が使用されるとき、いかな
る案内要素も排出孔32に設けないことも可能である。
この場合、案内要素4は下降管3のいかなる部分でもな
く、流れブレーカ7そのものに過ぎない。排出孔32は
まったく同じ大きさにすることができる。
【0027】上記実施例に加えて、下降管3の別の変
形、すなわち、少なくとも請求項1の変形b)および
c)に対応する下記のものも可能である。
【0028】図1,5に示された実施例の変形に関し
て、変形b)において、案内要素4は下方には曲げられ
ていないが、排出孔32前方上流の流入割合に影響を与
えるため、上方には曲げられる。流れは、均一な流れの
場に対して必要な横方向衝突成分が発生するように、上
流に設けられた案内要素4によっても影響をうけること
ができる。
【0029】別の実施例の変形に関して、変形c)にお
いて、基部31の代わりに、垂直壁片31′は下降管3
の下端の部分を形成している(図10,11参照)。図
10は図1,5の実施例に対応する実施例を示してい
る。図11は図9に示されたものと同じ実施例を示して
いる。そこでは、流れブレーカ7が案内要素4の前方に
設けられている。流れブレーカ7の案内要素の一つだけ
が、図11に見られる。しかしながら、図9の実施例に
おけるように、多数の案内要素4が存在する。
【図面の簡単な説明】
【図1】二つの隣接した仕切トレーを有する縦方向に切
断した本発明によるトレーコラムの断面図。
【図2】図1に示されたトレーコラムの仕切トレーにお
けるおよびその上の流れ比率図。
【図3】仕切トレーの格子要素の図。
【図4】格子要素を備えた格子装置の図。
【図5】本発明によるトレーコラム用の下降管の排出孔
の列の図。
【図6】排出孔の変形実施例の図。
【図7】排出孔の別の変形実施例の図。
【図8】排出孔に対する設計方法の図。
【図9】仕切トレーの下降管の下方に設けられる案内要
素を備えた流れブレーカの図。
【図10】本発明による下降管の変形実施例の図。
【図11】本発明による下降管の別の変形実施例の図。
【符号の説明】
1 トレーコラム 2 トレー 3 下降管 4 案内要素 5 ガス/液体混合物 6 流れの場 7 流れブレーカ 10 コラム壁 20 格子要素 23 溝 31 中央領域 32 排出孔 33 切断端 34 周辺領域 35 中央領域 51 液相 52 ガス相 60 ジェット 61 主要流れ方向

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体(51)が流れかつ隣接するトレー
    (2)の間の液体の輸送のための下降管(3)を有し、
    液体輸送は負荷されるトレー上に多数の排出孔(32)
    を通して各下降管に発生しかつ液体はジェット(60)
    の形式で排出孔から流出し負荷されるトレーに衝突する
    際に地域的に拡散する流れの場(6)内に混合し、前記
    流れの場は縦方向主要流れ方向(61)に対して流れ速
    度の横方向成分を有するトレーコラム(1)において、
    案内要素(4)が a)排出孔の下にかつ負荷されるトレーから離して、ま
    たは b)排出孔上にかつ上方に、または c)排出孔の後方に 配置され、 前記案内要素(4)がそれぞれ分散する流れの場に対応
    する液体の衝突を案内し、それにより流れ速度の縦方向
    要素が主要流れ方向に垂直な各平面において十分に一定
    のプロフィルを有するように横方向速度成分を形成する
    のに役立つこと、 および、排出孔が好適には隣接する側方領域より中央領
    域において徐々に小さくなるように異なった大きさにさ
    れていることを特徴とするトレーコラム。
  2. 【請求項2】 排出孔(32)が列をなして設けられて
    いること、案内要素(4)がそれぞれ排出孔の一つと関
    連していること、および各案内要素が例えばそれに溶接
    される関連する排出開口のリム(33,34)に隣接す
    ることを特徴とする請求項1に記載されたトレーコラ
    ム。
  3. 【請求項3】 排出孔(32)がコラム壁(10)に隣
    接するリングセグメント(32′)に設けられているこ
    と、および排出孔から流出する液体(51)が一方では
    コラム壁により、他方では少なくとも部分的に案内要素
    (4)によって案内可能であること、または排出孔(3
    2)が垂直壁部片(31′)に設けられ、各案内要素が
    ベーン状に作られその位置および傾斜が発生されるべき
    横方向速度成分に対応することを特徴とする請求項2に
    記載されたトレーコラム。
  4. 【請求項4】 排出孔(32)が少なくとも部分的に切
    開かれた内面によって形成されかつ内面が端部(34)
    の周りに曲げられること、および曲げられた内面がベー
    ン状案内要素(4)を形成し、案内要素が異なった傾斜
    角度ψを有すること、および傾斜角度が、中央領域の中
    心Zに対して、中心Zとの距離が増加するとき、とくに
    0°から60°まで、好適には45°まで、徐々に変化
    することを特徴とする請求項3に記載されたトレーコラ
    ム。
  5. 【請求項5】 堰状流れブレーカ(7)がいずれの場合
    にも個々のまたはすべての下降管(3)の排出孔(3
    2)の下方にまたは前方に設けられること、および少な
    くとも案内要素(4)のあるものが、たとえばそれらが
    溶接される、流れブレーカの溢流リム(70)に設けら
    れていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1
    項に記載されたトレーコラム。
  6. 【請求項6】 流れブレーカ(7)がそれぞれ金属板条
    片から作られていること、および案内要素(4)が部分
    区域の切断および曲げによって製造されることを特徴と
    する請求項5に記載されたトレーコラム。
  7. 【請求項7】 案内要素(4)が流れブレーカ(7)の
    部分のみにあることを特徴とする請求項5または6に記
    載されたトレーコラム。
  8. 【請求項8】 排出孔(32)がそれぞれ下降管(3)
    の下端または下方部分を形成する壁部片に設けられ、壁
    部片がとくに水平基部(31)または垂直壁部片(3
    1′)であること、および内壁(30,30b)と基部
    のすぐ上のコラム壁(10)の間の空間領域を占める、
    下降管の部分が下方に傾けられていることを特徴とする
    請求項1から7のいずれか1項に記載されたトレーコラ
    ム。
  9. 【請求項9】 トレー(2)が、それぞれ台形の形状を
    有し、台形の平行でない側辺(21a,21b)が底辺
    (22)より長い、多数の格子要素(20)を有するこ
    と、および底辺がさらに主要流れ方向(61)に対して
    横方向に設けられ、格子要素の側辺が溝(23)として
    形成され、格子要素が主要流れ方向に傾斜し、好適には
    すべての格子要素が同じ向きを有し、かつ規則的点格子
    (25)上に設けられていることを特徴とする請求項1
    から8のいずれか1項に記載されたトレーコラム。
  10. 【請求項10】 円形断面を有すること、下降管(3)
    が各トレー(2)に設けられていること、および隣接す
    るトレーの下降管が互いに直径方向反対側に設けられて
    いることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に
    記載されたトレーコラム。
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