JP2003534890A - 同方向液流を有するトレイ型接触装置 - Google Patents

同方向液流を有するトレイ型接触装置

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JP2003534890A
JP2003534890A JP2000566008A JP2000566008A JP2003534890A JP 2003534890 A JP2003534890 A JP 2003534890A JP 2000566008 A JP2000566008 A JP 2000566008A JP 2000566008 A JP2000566008 A JP 2000566008A JP 2003534890 A JP2003534890 A JP 2003534890A
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    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
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Abstract

(57)【要約】 気液接触装置は、収容体内において鉛直に積層された複数のトレイ（１５１）と、液体の供給および取出し領域を各トレイの同一位置に与える中央流下路（１５２）とを有し、水平液流パターンが各トレイで同様になる。さらに接触装置は、気体の混合を最小限にするために、各トレイ（１５１）の気体スペース内において液流を横切るように配置された鉛直仕切り（１５４）を含む。トレイ（１５１）は、チューブ配列（２０８）の形状をなした間接熱交換器を含むことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分別蒸留、吸収、放散、混合および分別凝縮（分縮）などの、種々
の設備や工業プロセスにおいて使用されている多段水平トレイ型気液接触装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】
トレイ若しくはプレート型の複合流体気液接触装置においては、直径が大きく
、高さも高く、高コストで、高いエネルギーを必要とし、圧力損失が高くなると
いった、いくつかの公知の制限がある。直径は、溢汪の制限、すなわちローディ
ングによって定まるものである。全高は、トレイの効率およびトレイの高さによ
って定まるものである。トレイの高さは、点効率と泡沫高さとに関係があり、こ
れには相関があり、そして気体インジェクターの形状・構造と堰の高さとによっ
て調節される。トレイの圧力損失は、トレイ液体ヘッドを加えた気体インジェク
ターの損失を含む。必要なエネルギーは、周囲の上の接触部のための再沸要件と
、周囲の下の接触部のための還流要件とによって定まる。カラム内における混合
熱交換（すなわち、熱交換を伴う蒸留）は、要求される外部における再沸および
還流を低減するための一つの方法として知られている。熱交換を伴う蒸留の例は
、米国特許の第３８５，５０４号、２，３３０，３２６号、２，４９２，９３２
号、２，９６３，８７２号、および３，６４２，４５２号に開示されている。上
に列挙した制限はある程度まで相関があり、種々の相殺が可能である。例えば、
要求されるエネルギーは、トレイの追加によって低減でき、その場合カラムの高
さが増加する。逆もまた同様である。直径を大きくすることによって、トレイの
高さおよび全高を低減することなども可能である。
【０００３】 気液接触装置は、蒸留塔、精留塔、放散塔、吸収塔、混合（逆蒸留）塔、吸収
サイクル装置、生体化学反応器、反応蒸留塔、および類似の装置において使用さ
れる。
【０００４】 前述の制限を克服するために、種々のアプローチが従来技術において開示され
ている。高い点効率は、スピニングコーン接触装置を用いて気体の一部に水平速
度を与えることによって達成されている。気体の高ローディングは、局所並流ト
レイに加えて、液体を二段下のトレイに送給する分離装置を用いることによって
達成されている（米国特許４，３６１，４６９号）。局所的な並流を達成するた
めの他のアプローチは、米国特許２，６９３，３５０号、５，７６６，５１９号
および５，７９８，０８６号に開示されている。従来のトレイは、十字流接触型
であり、並流の高ローディング特性を溢汪することななく増加させることができ
ない。液体の高ローディングは多数の流下路によって達成される（米国特許３，
４１０，５４０号）。必要なエネルギーの低減は、熱交換蒸留の開示において達
成されている。前述の種々の制限を克服するための従来技術のアプローチの一つ
の問題点は、それらがたいてい一つの制限しか考慮しておらず、その改良が他の
制限を克服するのをより困難にすることである。
【０００５】 従来の十字流トレイは、順序を有するトレイの各々において水平液流の方向が
反対向きとされ且つ気体が混合されないときの点効率１５０％、十分な気体混合
を伴うときの１６７％、液体の方向が各トレイで同じであり且つ気体が混合され
ないときの２００％という、トレイ効率限界に迫ることが知られている。この効
率の増加は、各水平トレイに複数の水平ステージを効果的に有していることによ
り与えられる、すなわちトレイを横切る濃度勾配により与えられる、著しい増加
作用に基づくものである。
【０００６】 本発明の目的として要求されるのは、全体的に向流多段接触の熱力学的な利点
、トレイの十字流接触におけるトレイ効率（カラム高さが減少される）の利点、
ならびに局所的な並流液体の再循環接触における点効率およびローディング（カ
ラム直径が減少される）の利点を達成する、気液接触装置および方法である。接
触装置は、各トレイにおける同方向水平液流に気体混合防止構造を組み合わせる
ことによって、トレイ効率の更なる向上とそれに伴うトレイ数およびカラム高さ
の低減を達成するのが望ましい。さらに、接触装置は必要なエネルギーの低減を
達成するのが望ましい。特にこれら望まれる目的の全てが、併用可能で且つ相乗
作用を引き起こす手段によって、同時に達成されるのが好ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の及び更なる有用な利点は、水平同方向流および鉛直同方向流の少なくと
も一方のタイプの同方向液流が全てのトレイの接触部分に生じる、多段複合構成
の流体質量交換のための装置およびその方法によって得られる。より好適には、
後述のケースにおいて、接触装置は気液接触器を有し、気液接触器は： ａ．収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し； ｂ．各トレイに複数のチャンネル堰を有し、各チャンネル堰は、局所的な並流の
気液上昇流ゾーンをチャンネル堰の一方側に、および液体下降流ゾーンを他方側
に定め；前記チャンネル堰は、液体を下降流ゾーンから並流上昇流ゾーンへ移送
するための液体流路開口を底部に又はその近傍に有し、 ｃ．前記並流上昇流ゾーンの底部において前記トレイを通る、複数の気体流路を
有し、 ｄ．前記チャンネル堰よりも高さの低い、各トレイのレベル調節液体堰を有し、
ｅ．前記液体堰から次の下側のトレイに溢出する液体を移送する流路を有し、 ｆ．前記トレイ積層体の下に気体供給部を有し、かつ ｇ．前記トレイ積層体の上に、液体供給部および気体取出し部を有する。
【０００８】 液体が全ての方向に流れる乱泡領域を有する従来のトレイとは対照的に、上記
に開示したものは、全ての流下路において鉛直の同一方向（下向き）に、および
全ての上昇流路（上昇流領域）において上向きに液体が流れるようになる。
【０００９】 並流上昇流チャンネル内に接触増強媒体を配置することによって、気液接触を
より強力に、すなわち点効率をより高くしまたは泡の高さをより低くすることが
できる。トレイ体積の多くは高くローディングされる空のスペースであり、その
上、全ての流体が上昇流チャンネルを横断するので、必要とされる媒体の量は相
対的に非常に少なくされる。さらに媒体は、化学的な反応蒸留を補助するべく触
媒活性を有するものとできる。したがって、少量の触媒の最大限の利用が達成さ
れる。
【００１０】 チャンネル堰の上に気液分離のための機構をつけることによって、上述のトレ
イローディングを更に増加させ、および／または高さを更に減少させることがで
きる。それによって、気液分離が加速し、単純に開放的なスペースでの分離に頼
るのと比べてより効果的になる。接触装置からの排出液体は下降流ゾーン（流下
チャンネル）に向けることが重要であり、そうでない場合には上昇流気体の中に
再流入させることができる。
【００１１】 各トレイには、レベル調節液体堰が取り付けられ、従来と同様に、堰の溢流は
次の低所のトレイへ送られる。溢流液体を、それぞれ次の又は隣接するトレイに
おける同様の相対位置に送るのが好ましい場合もあり、それによってトレイ効率
は、気体の混合を例えば仕切りによって妨げるときに得られる点効率２００％に
達する。水平液流の方向を隣接するトレイにおいて反対にすると、トレイ効率は
気体を混合しないで点効率１５０％にしか、また完全に混合しても１６７％にし
か達しない。
【００１２】 このことは、他の同方向水平液流のケースを想到させる。そのケースにおける
接触装置は： ａ．収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し、 ｂ．各トレイに対する液体供給領域と各トレイからの液体取出し領域を有し、各
供給及び取出し領域は各トレイの同様の相対的な位置にあり、それによって各ト
レイにおいてネット状の水平液流が、同様の方向パターンになり、 ｃ．前記液体の流通方向を横切る、各トレイの気体スペース内の仕切りを有し、
それによって気体混合を最小限にするものである。 かかる区画は、液体及び気体の両方の水平方向の混合を低減し、大きな濃度勾
配およびそれにより与えられる点効率（水平液流が各トレイの各対応部分におい
て同方向となるときに与えられる）に対応するより高いトレイ効率を生み出す。
非常に大きな直径のトレイにおいては、仕切りは気体スペースにのみ必要であり
、小さいトレイにおいては、仕切りは同様に液体の混合を低減するために液体ス
ペース内まで延在させることができる。いずれにせよ、液体送給のための適切な
開口または隙間が設けられる。
【００１３】 トレイの全ての活性部分における良好な液体の再生を増加させるために、それ
ぞれの区画仕切りにおける液体送給開口をずらして、トレイ全体を横切る曲がり
くねった液体流路をなすようにすることができる。区画を通してのネット状の液
体送給に対する液体再循環の相対量は、チャンネル分割部の底部の液体再循環開
口領域に対して区画仕切りの底部の液体送給開口領域を変化させることによって
、およびまた堰の溢流領域を変化させることによって調節することができる。
【００１４】 トレイは、円形、矩形又は他の公知の形状とすることができる。直径は５０〜
１０，０００ｍｍの範囲が考えられる。各トレイを通る気体流路は、オリフィス
、スロット、チューブ、バルブ、バブルキャップおよび類似のものとすることが
できる。孔の直径は０．５ｍｍ〜２０ｍｍ、バルブおよびバブルキャップの場合
にはさらに大径にすることが考えられる。トレイの高さは、５０〜１０００ｍｍ
が考えられる。区画仕切りとチャンネル分割部との間隔としては５〜５００ｍｍ
の範囲にあることが考えられる。溢汪限界としては、気液分離装置の効率にもよ
るが、従来の篩状トレイよりも１０％〜３００％高くなることが予想される。
【００１５】 従来の多段トレイ接触装置は、液体が各トレイに導入されるところ及び取り出
されるところによって、３つのカテゴリーに分類することができる。最も一般的
なものは、外周縁部から入り反対の外周縁部から出るとともに、各トレイを横切
る水平な反対方向の液流を有するものである。このタイプのトレイが大きくなる
と、液体の濃度勾配がトレイを横切るように形成される。不利なことに、液体勾
配をもたらす同様のサイズパラメータは、さらに気体の濃度勾配をもたらす。例
えば、完全な気体混合の防止は、トレイ効率を向上させるファクターを制限する
。
【００１６】 外周縁部−外周縁部のカテゴリーでは同方向水平液流となるように設計するこ
とができる。米国特許第２，９６３，８７２号の図４および５は、この一例を開
示しており、本出願の図５は他の例を開示している。しかしながら、気体の混合
が妨げられる限りは、同方向水平液流の完全な効果は得られない。したがって、
この発明では、あらゆる同方向水平液流の形態に対して少なくとも気体スペース
内に横断仕切りを付加する拡張を行っている。
【００１７】 液体の各トレイへの導入および各トレイからの取出しに係る第２のカテゴリー
は、中央−中央形態である。米国特許第４，０３２，４１０号は、各隣接トレイ
において反対方向の液体水平流を有する、中央−中央形態の一つを開示している
。本出願の図７の１３及び２２は、中央−中央流れ形態を達成するための新規な
アプローチを開示している。それらは、著しく長い堰の長さ、より大きい流下路
のサイズ、および非常に高い流下路の高さの利点を有しており、したがってより
高い液体のローディングに対応する。さらにまた、非常に重要なことに、中央−
中央形態において、濃度勾配を含む、水平同方向液流を達成する簡易な構造が開
示されている。
【００１８】 第３のカテゴリーは混合形態、すなわち中央−外周縁部または外周縁部−中央
の形態である。この例は、オルダーショウ（Oldershaw）の形態および本出願の
図１における複数の流下路において見られるものである。
【００１９】 この出願で開示する新規な中央−中央形態は、従来の設計のような多大なカラ
ムの横断面積を用いることなしに、合理的な堰の長さを維持しながら大きな流下
路領域および高さを得られるという付随的な他の利点も有している。他の利点は
、空の外周縁部または環状部である。これによって、必要となるエネルギーを低
減させるべくカラム内に熱交換器を組み入れることが容易になる。一つのアプロ
ーチは、トレイ壁の外側の環状スペースにおいて液体と熱交換を行うことである
。これは、周囲の壁全体が２相の泡により湿っているので効果的である。しかし
、その体積に対する表面積の効果によって、大径のときにはこれは効果が少なく
なる。他のアプローチは、カラム内の各トレイ上に熱交換チューブを搭載し、泡
内に浮かせておくことである。これは、単純な鉛直軸に沿うコイルを各トレイ上
に付けることで簡単に行うことができる。そのためには、水平軸適合した配列の
コイルが図１３に示すように使用される。ほぼ鏡像配置の２本またはそれ以上の
コイルが各トレイ上に使用され、それはトレイの周囲の１８０℃区分の２つの鏡
像をなすように流れる液体を収容し、それによって完全な向流熱交換がなされる
。例えば、リングトレイのような単一の液体流路を有する他のトレイデザインで
は、外周縁部全体のための単一のコイルが必要になる。ここで再び、気体混合を
妨げる横断仕切りが鍵となる付加的構成である。どのようなタイプのコイルが使
用される場合においても、横断仕切りは、有用なコイルの搭載点および支点を更
に与える。
【００２０】 概略的には、トレイカラムの主要な３つの制限、すなわちカラム高さ、カラム
直径、および必要とされるカラムエネルギーは、相互に両立する相乗作用を引き
起こす特性：気体混合を妨げる仕切りを用いた中央−中央の水平同方向液体送給
；仕切りによって支持された適合した熱交換コイル；およびチャンネル堰に加え
て鉛直同方向液流のための流下路；を有する単一の新規な形態によって改善され
る。さらに、３つの制限が重大でない状況においては、新規に開示される形態の
適切な副次的組合せが、１つの制限または２つまたは３つのあらゆる組合せが改
善されるように適合される。例えば、現存するカラムを改造するとき、より高い
容量が唯一必要な改善点である場合、液体の再循環（同方向水平流）が必要とさ
れ与えられうる。際立った分離（より純粋な製造物）が唯一必要とされる改善点
である場合には、同方向水平流に仕切りを加えることのみを採用すれば良い。さ
らに、必要なエネルギーを低減することが唯一の必要な改善点である場合には、
中央−中央供給に熱交換コイルを加えることが唯一の利用される改善策となりう
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、収容体６９内に鉛直に積層されたトレイ（６１，７１）を示している
。液体は、中央流下路／トレイ堰６８と外周縁部の流下路／トレイ堰７０との交
互配列によって、順序を有するトレイの各々において反対向きの径方向に水平に
流れる。各トレイは、液体を再循環させるように、すなわち同じ鉛直方向に流通
させるように、区画仕切り６２，６３及び６４に加えてチャンネル堰６５，６６
及び６７によって改造されている。各区画部分内には、気体インジェクター（例
えば、打ち抜き穴）が上昇チャンネルの下に設けられるが、流下チャンネルの下
には設けられない。図２は、トレイ６１における液体の流れを示している。区画
仕切りが、次のより高い位置のトレイまでの通路全体に延在していないことに注
意してほしい。これは気体の混合を可能にし、反対向きの流れには有益である。
しかしながらそれは、反対向きの流れにおいて気体仕切りが通路全体の上まで延
在するときには、減少された泡の高さおよびそれによる減少された点効率によっ
て相殺される。
【００２２】 図３は、トレイ１１５の上に区画仕切り１１３およびチャンネル堰１１４を有
する単一の区画部分の詳細を示している。仕切り及び堰を通る液体は、ルーバー
１１６及び１１７によってそれぞれ調節される。図３は、区画部分の流下チャン
ネルへの排出路１１２を有する気液分離器部分１１０をオプションとして含むも
のを示している。この分離器は、溢汪のない高い気体のローディングを可能にす
る。図４は、他のオプションとしての液体の再循環特性の増強、すなわち区画仕
切り１２０により形成される区画部分内におけるトレイ１２３の上の上昇チャン
ネルへの接触媒体１２２の組み入れを示している。トレイ堰１２４は、チャンネ
ル堰よりも高さが低く位置される。媒体は、触媒物質を含ませることができる。
【００２３】 図５は、同方向鉛直流および同方向水平流の両方を有するトレイを示している
。液体は、トレイの上から棚部３３の上に降下し、次いで側板部３４により定ま
るトレイ３０の外周縁部の環状スペース内へ二方向に流れる。液体は、開口３５
を通り、トレイを横断してトレイ３０の接触ゾーンに入り、そして次のトレイに
流下する。これが、外周縁部から外周縁部への同方向水平流である。気体混合は
、液流の方向を横切るように配置された仕切り３１によって妨げられる。気体仕
切りはより高所の次のトレイまで上に延在される。チャンネル堰３６に加えて適
切に配置されたトレイ気体インジェクターによって、各トレイの液体再循環が発
生する。
【００２４】 図６は、米国特許第２，９６３，８７２号に開示されるタイプの、外周縁部か
ら外周縁部への同方向水平流についての他の例を示している。トレイは、バリア
５によって高さのずらされた２つの半割部３，４に分岐されている。液体は、各
半割部において反対向きに流れ、次いでトレイ高さの半分だけ他方側へ流れ落ち
る。流下路は各端部に必要とされ、流下路の高さはトレイの全スペースの半分だ
けとされる。新規な特徴は、気体混合を減少させることによってトレイ効率を増
加させる横断気体仕切り６及び７を付加したことである。
【００２５】 流下路高さの減少および二つの流下路の必要性による不利益を避けながらも、
同方向水平流および仕切りによる利益を維持するための努力において、新規な同
方向水平流の形態が考え出されている。図７及び８は、それぞれそのような形態
の一つである。収容体７８内のトレイ７７は、中心部に配置された、傾斜部材７
９および仕切り８０（二つ）および８１（一つ）を有する流下路を有している傾
斜部材７９の上端タブは、上のトレイのためのトレイ仕切りである。
【００２６】 図９及び１０は、それぞれ構成要素８０および７９の斜視図である。液体は、
各トレイの右手側から中央の流下路に出て、１８０°反対（左手側）の部位へ斜
めに流下し、次いで次の液体出口へ向けて接触ゾーンを通りながら外周縁部を二
方向に流れる。気体混合は仕切り８０によって遮断される。
【００２７】 図１１は、円筒状チャンネル堰８２の付加によって、図７の形態に液体再循環
を組み合わせたものを示している。トレイ７７を篩状トレイデザインとする場合
、穴は堰８２の外側にのみ設け、堰８２と仕切り／流下路８０および８１との間
には設けない。
【００２８】 図１２は、図７の形態に熱交換を組み合わせたものを示している。外周の接触
ゾーンに何もないことによって、各トレイ上への螺旋管状熱交換器の付加が容易
になっている。管状コイルは、流れる液体の温度勾配を増加させるという利益を
得るために適合する配列に作ることができる。これにより、利用可能なスペース
が効率的に使用されるとともに、コイルが乱泡領域内に浸漬されるので良好な熱
伝達が行われる。各トレイの熱交換コイルは上または下のトレイのコイルの端部
にそれぞれ接続され、接続チューブは流下路を経由するか、または代わりにトレ
イの適切な切欠部を直接に通すことができる。
【００２９】 この形態は、接触ゾーンを介しての液体の二方向水平流を有するので、完全な
向流を得るべく、二つの鏡像半割部に適合する配列が与えられるべきである。
【００３０】 図１３は、中央流下路同方向水平液体流の他の形態の斜視図である。二つの篩
状トレイ１５０，１５１は、外周の接触ゾーンに４〜１２％の開口領域を有して
いる。六角形の中央流下路は鉛直部材１５２、傾斜部材１５３および仕切り１５
４を有している。部材１５２の上端部は上のトレイのためのトレイ仕切りである
。流下路の一部をなす仕切り１５４の中央部分、および羽部の両方は適合する配
列の支点となるとともに気体遮断仕切りとして機能する。図１４および１５は構
成要素１５２（曲げる前の）および１５３の詳細を示しており、図１６はそれら
を組み立てたものを示している。図１７は、トレイ流下路を収容する切欠部１５
５を有する篩状トレイ１５０を示している。
【００３１】 図１８及び１９は、図１３の形態をパーシャル・コンデンサ（分縮器）に応用
したものの側面図および平面図である。収容体２０１は接触装置および２０２に
排出する昇流気体を収容する。冷媒は２０３から２つの適合する配列へ供給され
、２０４から排出される。中央流下路２０５は、凝縮液のトレイからトレイへの
流通を可能にする。
【００３２】 図２０は、中央流下路および気体遮断仕切りを備えた、熱交換を伴う水平方向
蒸留を行う蒸留塔の全体を示している。上部の２枚のトレイは適合したチューブ
配列によって熱交換を伴うものとされる。次のトレイは熱交換を伴わず、カラム
フィード２０９を受け入れる。次の４枚のトレイは環状熱交換器によって熱交換
を伴うものとされる。第２のカラムフィードは２１０において環状部に供給され
、熱交換を伴ってカラムを還流する間に飽和に近づくように余熱され、最終的に
は液体が部位２１１のトレイ部分に入る。底側の５枚のトレイは環状熱交換器か
ら熱交換により加熱される。底部生成液体等の加熱流体は２１２から環状部へ供
給され、２１３において環状部から取り出される。再沸装置からの気体は２１４
から供給され、液体は２１５から取り出される。この特徴的な塔形態は、ＮＨ3
−Ｈ2Ｏ吸収冷凍ユニットや、他の応用のなかでも使用できることが判明してい
る。
【００３３】 図２１は、図２０の塔における液体が環状部に流入するところの横断面であり
、ヘッダーの一つの可能な形態を示している。熱伝達液体を各トレイの温度勾配
に対して向流的に流すために、ガイドバー２１６を図２０の環状スペースに組み
込むことができる。
【００３４】 トレイ外周縁部の環状熱交換器が液体熱伝達流体を有する場合、特にカラム自
体と略同圧のカラム液体を有する場合、薄肉の側板部２１７を熱交換器の内側表
面として及び収容体の圧力管２０１を外側表面として利用すると非常に便利であ
る。しかしながら、液圧がカラム圧よりも大幅に高いとき、および／または熱伝
達流体が燃焼排ガスのような気体であるときには、収容体自体を内側表面として
利用するのが便利である。高温排ガスの場合、収容体の外表面に熱伝達フィンを
つけるのが有利である。
【００３５】 前述の中央流下路・同方向水平液流の形態はともに、外周縁部の接触ゾーンに
二方向の液流を有する。それらは中央流下路の形状が四角形であるか六角形であ
るかで異なっている。他の横断面、例えば円形、多角形、楕円形、不規則形も可
能であることが判るであろう。その交換条件は、トレイ堰の長さ、活動する接触
領域および製造の容易性である。六角形状はこれらのファクターの全般を良好に
解決するものである。
【００３６】 いくつかの付随的な事項としては、外周縁部の接触ゾーンにおいて一方向の液
流を有する中央流下路同方向水平液流を有するのが望ましい。例えば、小径の塔
にとっては、一方向流を有する各トレイに対して望まれる数の水平ステージを達
成するのが困難であるかもしれない。さらに、熱交換を伴う蒸留では、完全なる
向流のために単一の適合した配列のコイルが各トレイ上に必要とされる。
【００３７】 図２２はそのような、四角形流下路２２０、円筒チャンネル堰２２１および単
一の適合した配列の熱交換コイル２２２を有するトレイが示されている。このト
レイの形態は、各トレイの上には液体バリア（温度バリア）２２３に特徴があり
、それによって液体はトレイ堰２２４を越えて溢出し、次いでその液体は内部構
造２２５によって四角形部の次の面へ向けて下及び上へ方向付けられる。図２３
は、四角形流下路２２０および内部構造２２５の詳細を示している。仕切り２２
６は気体混合を遮断するとともにコイルを支持し、更にトレイの間隔および合成
を保持する。
【００３８】 図示のように、液体再循環のない熱交換を伴う蒸留および／または同方向水平
液流は組み合わせることが可能である。しかしながら、液体再循環を有すること
が特に有益であるときには、２つの例がある。一つは、液体再循環を伴うことが
可能な高い気体容量が望ましい場合である。もう一つは、著しい下降が望まれる
場合である。泡は、液体再循環によってちょうどチャンネル堰の上か、そうでな
い場合、気体スペースにおいて適合した配列に応じて著しく下降したところに、
相対的に一定の高さに保たれる。また、著しい下降を必要とするときの一つのや
り方として、気体インジェクターとして穴の代わりにバルブを用いることができ
る。
【００３９】 上述の図面は、この技術の小さなサイズのに向けたものであるが、容易に理解
できるようにあらゆるサイズに設計することができる。各トレイに、複合的な熱
交換器の配列や他のデザインの熱交換器を有する場合には、塔は非常に大きくな
るであろう。同様に、一つのみの中央流下路に代えて、複数の中央流下路を存在
させることもできる。各トレイの上昇流チャンネルには、前述のとおり触媒か又
は熱交換器を存在させることができるが、さらに種々の方法で両者を存在させる
こともできる。一つの方法として鉛直に積層することもできるし、他の方法とし
てチューブを触媒でコートすることもできる。
【００４０】 各トレイにおける静止中の液体レベルは、通常運転におけるトレイ堰高さ以上
かつチャンネル堰高さ以下とすべきである。したがって、トレイ堰の高さは、チ
ャンネル堰の高さ以下でなければならない。トレイ堰の高さとしては、５〜２０
０ｍｍが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、同方向鉛直液流で反対向き水平液流の気液接触装置の要部破断図であ
る。
【図２】 図２は、流れ方向を示す要部破断斜視図である。
【図３】 図３は、上昇流路、流下路、堰、気体インジェクターおよび分離部を示す単一
の区画の詳細図である。
【図４】 図４は、接触媒体または即売を上昇チャンネル内に有する例を示す図である。
【図５】 図５は、気体仕切りを含み、外周縁部から外周縁部への同方向水平流を達成す
る新規な方法の一例を示す図である。
【図６】 図６は、同方向水平流を達成する一般的な方法に気体仕切りが付加されたもの
を示す図である
【図７】 図７は、中央−中央の同方向水平液流を有する新規な手法の破断図である。
【図８】 図８は、中央−中央の同方向水平液流を有する新規な手法の破断図である。
【図９】 図９は、図７の構成要素パーツの斜視図である。
【図１０】 図１０は、図７の構成要素パーツの斜視図である。
【図１１】 図１１は、同方向水平流をもたしめるために図７のものに対してチャンネル堰
を付加したものを示す図である。
【図１２】 図１２は、図１１の態様に、一対の適合した配列のコイルの形態をした熱交換
器を付加したものを示す図である。
【図１３】 図１３は、中央から中央への同方向水平液体フィード、トレイ間の六角形流下
路、および適合した配列の熱交換コイルを有する、２枚のトレイの斜視図である
。
【図１４】 図１４は、図１３のトレイの流下路の構成パーツを示す図である。
【図１５】 図１５は、図１３のトレイの流下路の構成パーツを示す図である。
【図１６】 図１５は、図１３のトレイの流下路の構成パーツを示す図である。
【図１７】 図１７は、トレイを示す図である。
【図１８】 図１８は、トレイを収容体に内装した図である
【図１９】 図１９は、トレイを収容体に内装した図である
【図２０】 図２０は、開示される特徴および２タイプの熱交換器を有する蒸留塔の全体を
示す図である。
【図２１】 図２１は、環状タイプの熱交換器を有するトレイの断面図である。
【図２２】 図２２は、中央−中央同方向水平流を達成する他の新規な方法を採用したトレ
イの断面図である。
【図２３】 図２３は、組み合わされたトレイ流下路の詳細図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月８日（２０００．８．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 19/00 Ｂ０１Ｊ 19/00 ３０１Ｂ ３１１ ３１１Ｚ Ｆ２８Ｄ 1/047 Ｆ２８Ｄ 1/047 Ａ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ．収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し、 ｂ．各トレイへの液体供給領域と各トレイからの液体取出し領域を有し、各供給
    及び取出し領域は各トレイの同様の相対的な位置にあり、それによって各トレイ
    においてネット状の水平液流が、同様の方向パターンになり、 ｃ．各トレイの気体スペース内に仕切りを有し、前記仕切りは前記液体の流通方
    向を横切るように配置され、それによって前記仕切りが気体混合を最小限にする
    、 気液接触装置。
  2. 【請求項２】各トレイの液体流路がトレイを横断している請求項１記載の接
    触装置。
  3. 【請求項３】各トレイの液体流路が、外周縁部において二方向をなし、外周
    縁部の接触ゾーンを通過する、請求項１記載の接触装置。
  4. 【請求項４】各トレイの液体流路が、外周縁部において一方向をなし且つ中
    央に配置された流下路を更に有する、請求項１記載の接触装置。
  5. 【請求項５】各トレイの液体流路が、放射状をなし且つ隣接トレイとは反対
    向きとされている、請求項１記載の接触装置。
  6. 【請求項６】各トレイの気液接触ゾーンと熱的に接触する熱交換器を更に含
    む、請求項１記載の接触装置。
  7. 【請求項７】各トレイに液体下降流チャンネルおよび気液上昇流チャンネル
    を更に有する、請求項１記載の接触装置。
  8. 【請求項８】ａ．鉛直に積層されたトレイを有し、 ｂ．各トレイに連続的に配された鉛直区画を有し、 ｃ．各区画は、 i．液体再循環 ii．熱伝達流体との熱交換 の少なくとも一方を行うように改造されている、 複合流体の分別蒸留装置。
  9. 【請求項９】ａ．各トレイにおける同様の相対的な取出し位置から液体を取
    り出し、それをより低所の各トレイにおける同様の相対的な送給位置へ送給する
    、各トレイのための流下路と、 ｂ．より高所の次のトレイの底部まで延在する、各トレイの上の気体スペース内
    の仕切りと、 を更に含む請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】ａ．収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し
    ； ｂ．各トレイに複数のチャンネル堰を有し、各チャンネル堰は、局所的な並流の
    気液上昇流ゾーンをチャンネル堰の一方側に、および液体下降流ゾーンを他方側
    に定め；前記チャンネル堰は、液体を下降流ゾーンから並流上昇流ゾーンへ移送
    するための液体流路開口を底部に又はその近傍に有し、 ｃ．前記並流上昇流ゾーンの底部において前記トレイを通る、複数の気体流路を
    有し、 ｄ．前記チャンネル堰よりも高さの低い、各トレイのレベル調節液体堰を有し、
    ｅ．前記液体堰から次の下側のトレイに溢出する液体を移送する流路を有し、 ｆ．前記トレイ積層体の下に気体供給部を有し、かつ ｇ．前記トレイ積層体の上に、液体供給部および気体取出し部を有する、 気液接触装置。
  11. 【請求項１１】各上昇流ゾーンの上に気液分離部を更に有する、請求項１０
    記載の接触装置。
  12. 【請求項１２】ａ．各上昇流ゾーン内の接触媒体、および ｂ．各上昇流ゾーン内の熱交換手段、 のうちの少なくとも一方を更に含む請求項１０記載の接触装置。
  13. 【請求項１３】収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し、 各トレイが、 ａ．液体入口と、 ｂ．液体出口と、 ｃ．前記入口と出口との間の複数の並流液体再循環区画と、 ここに、各区画は、 i．区画仕切りと、 ii．区画を上昇流チャンネルと流下チャンネルとに分ける、底部に液体再
    循環開口を有するチャンネル分割部と、 iii．各上昇流チャンネルの底部においてトレイを通過する気体噴射通路
    と、 iv．前記区画仕切りの底部の液体送給開口と、 V．各チャンネル分割部の上の気液分離スペースと、 を有し、 ｄ．各トレイの液体出口からより低所の次のトレイの液体入口への流体流通路と
    、 を有する、 気液接触装置。
  14. 【請求項１４】全てのトレイにおける液体入口および出口は、同様の位置に
    それぞれ存在し、それによって同方向水平流を得る、請求項１３記載の接触装置
    。
  15. 【請求項１５】前記区画仕切りがより高所の次のトレイまで延在し、かつ圧
    力均一化開口または隙間を有する、請求項１４記載の接触装置。
  16. 【請求項１６】各上昇流チャンネル内の流体との熱交換を行う手段を、更に
    有する請求項１３記載の接触装置。
  17. 【請求項１７】ａ．鉛直方向に並ぶトレイにおいて昇流気体を液体と接触さ
    せること、 ｂ．各トレイにおける接触が、 i．各前記トレイにおいて前記液体を同方向に流し、前記トレイ上での気
    体混合を阻止すること、 ii．各トレイにおいて前記液体を、昇流気体気体とともに上向きに及び前
    記気体を除いて下向きに、それぞれ鉛直に流すこと、 iii．前記トレイ上のコイル状とされた配列チューブならびに前記トレイ
    を取り囲む環状部のうちの少なくとも一方の内部の熱伝達流体と熱交換を行うこ
    と、 のうちの少なくとも一つを含むこと、 を含む複合流体の分別蒸留方法。
  18. 【請求項１８】前記トレイにおける接触は、３つの前記ステップii、ii、及
    びiiiの全てを含む、請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】収容体内において鉛直に積層された複数のトレイを有し、 各トレイが、 ａ．中央に位置された液体供給領域を有し、 ｂ．気液接触ゾーンによって前記供給領域から隔てられ、中央に位置された液体
    取出し堰を有し、前記堰は前記トレイの少なくとも１０ｍｍ上まで延在しており
    、かつ ｃ．前記気液接触ゾーンと熱的に接触する少なくとも一つの熱交換手段を有する
    、 気液接触装置。
  20. 【請求項２０】前記熱交換手段が、前記液体と向流熱交換するように配置さ
    れた、少なくとも一本の適合した配列のコイル状チューブである、請求項１９記
    載の接触装置。
  21. 【請求項２１】前記熱交換手段が、前記トレイの周囲にあるとともに前記収
    容体により構成されている、外周請求項１９記載の接触装置。
  22. 【請求項２２】ａ．収容体に内装された複数の接触トレイと、 ｂ．各トレイの所定位置から液体を取出してその液体を次のトレイの異なる位置
    に送給する、中央に位置されたトレイ流下路と、ここに取出し位置と送給位置と
    は各トレイにおいて同様の相対的な位置とされ、 ｃ．前記流下路の周囲に位置し且つ接触ゾーンを定める、各トレイの気体インジ
    ェクターと、 を有する複合流体の多段質量交換装置。
  23. 【請求項２３】前記送給位置が、前記取出し位置から１８０°変位したとこ
    ろにあり、液体が前記トレイの外周縁部を二方向に流れる、請求項２２記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】前記送給位置が、前記取出し位置から１８０°より小さい角
    度変位したところにあり、送給及び取出し位置間における外縁のインジェクター
    接触ゾーンに液体及び熱のブロック手段を更に有し、それによって液体が各トレ
    イの外周縁部を一方向に流れる、請求項２２記載の装置。
  25. 【請求項２５】接触ゾーンの上に、気体混合を抑制する複数の仕切りを有す
    る、請求項２２記載の装置。
JP2000566008A 1998-08-25 1998-08-25 同方向液流を有するトレイ型接触装置 Pending JP2003534890A (ja)

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