JP2005532156A - 流体混合における凝結の減少 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】流体の凝結を最小にするため、異なる組成（１９）（２２）の流体流を混合容器（１０）の内部で混合し、全て蒸気混合物（３４）を生成する、方法と装置とを公開する。

Description

本発明は概して、流体の凝結並びに関連して起り得る腐食を減少もしくは最少化するように、異なる組成の流体の流れを混合することによって蒸気流を発生させるための改良された方法と、本発明の流体混合技術を実践するために特別に設計された流体混合容器とに関する。概して、前記改良された方法は、熱蒸気を、混合領域の出口端に近いところで流体混合領域を取り巻く環状の容器、即ちバッフル領域に導入させる工程と、その後、この高温蒸気を、概して冷たく、入口端の所で混合領域に導入された１種以上の流体に混合させる前に、高温蒸気を、前記容器を通って混合領域の入口端に流すことを可能にする工程とを具備している。バッフル領域内の熱蒸気が、バッフル壁の混合領域側での凝結が起らないような充分高い温度でバッフル壁を保ちながら、前記バッフル壁は、複数の導入された流と混合容器の中心部にある流体混合物との双方との起り得る接触から、混合容器の内部圧力壁の全体を完全に保護している。

本発明の方法と装置とは、異なる温度での流体流の混合が周囲の環境に対して大変腐食性のある流体の凝結を引き起こす可能性がある状況のもとで、特に実用性がある。本発明には、このような応用だけに限られないが、米国特許第５，４６１，１７９、５，６８６，３６９、５，６９５，７２４、５，７３９，０７１号（これら特許は本文中に参考として引用される）の教示による、触媒安定化技術の実践に関連して、アルカリ含有流体（液体もしくは蒸気）に触媒が含まれた脱水素反応器に流れを供給する蒸気を混合させる、特別な応用例がある。

化学処理作業において、異なる温度で流体を、代表的には、比較的高い温度の蒸気を比較的低い温度の流体に混合させて、前記液体を高温の蒸気に接触させて気化させることを望む種々の事例がある。特に、液体が、液体状であるとき、周囲の環境、すなはち容器の壁、バルブ、その他のものに対して腐食性がある場合、液体を出来る限り迅速に気化し、設備の腐食を引き起こす凝結を減少するか最小にすることが望ましい。これら原理の１つの重要な応用例は、脱水素化プロセスで用いられる触媒の原位置での安定並びに／もしくは再生に関連するものである。

例えば、米国特許第５，４６１，１７９、５，６８６，３６９、５，６９５，７２４、５，７３９，０７１号に記載されているように、アルカリ金属を触媒脱水素反応系の原材料に加えると、触媒の働きを再生並びに／もしくは安定させることができる。カリウムに助触媒された酸化鉄触媒をおおって蒸気がある状態におけるエチルベンゼン脱水素化によるエチレン製造向けのものが上記特許の基本製法概念の主な応用例である。このケースにおいて、これら特許の実施例に示されているように、エチルベンゼンの変化並びにスチレンへの精選性双方を促進するためにカリウムが反応材料の流れに加えられる。前記カリウムは、カリウム金属もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）のようなカリウム合成物のいずれかとして取り入れられる。金属が用いられる場合、その金属は、反応材料に固体、液体（溶解点６４℃）もしくは蒸気（通常沸点７７４℃）として取り入れられ、カリウム金属が反応材料の中で蒸気に接触すると、水酸化カリウムに変化する。水酸化カリウムが用いられる場合、それは固体、液体（溶解点４０６℃）もしくは水溶液として取り入れられる。カリウム源が何であっても、進歩した或いは最適の結果を生むために、カリウムは、反応材料が反応器の中の触媒まで達する前に完全に気化され、また反応材料に徹底して混ぜ合わされる必要がある。

カリウム金属は、高反応性である。したがって、安全上の理由で水酸化カリウムの方が多くの場合、一般工業用の触媒安定作業におけるカリウム源としてカリウム金属よりむしろ好まれている。固体の、或いは溶解した水酸化カリウムを使用するのに比べて、水性の水酸化カリウム溶液が多くの場合、水性の液体が周囲温度のもとで取扱い易いという理由でむしろ好まれている。

しかし、水酸化カリウムの使用で１つ困難な点は、水酸化カリウムが、水溶液もしくは溶解した水酸化カリウムのどちらかの場合、とりわけ高い温度で大変腐食し易いことである。水酸化カリウムが完全に気化されて蒸気の状態で留まっていれば一般的に腐食の問題はそれほどない。水溶液が、主プロセス配管に直接導入されると、主プロセス配管と設備とが腐食される可能性が生じる。前記ＫＯＨ溶液は、溶液導入地点とパイプの壁との距離が短いために、概して水酸化カリウムが溶液、固体或いは液体塩素として容器の壁に達するまでに気化するだけの充分な時間が得られないので、容器の壁と接触する。更に、導入装置が、直接に主プロセス配管のパーツとなっている場合、導入ノズル組立て部品 の保守が必要なとき、脱水素化プロセスを中断しなければならない。

一般的に規模が大きく高価なプロセスユニットである脱水素化プロセスユニットを損なったり作業中断をしたりしないようにするためには、脱水素化プロセスに送られる蒸気の少なくとも一部をとって水酸化カリウムをそこで気化し、このカリウムリッチ蒸気を他の反応材料と混合させることによって好結果が得られることを、本発明に関連して分かった。ＫＯＨ溶液を気化させるために、水酸化カリウム溶液は、小さく、その目的のための、定期保守のため必要な作業中断は脱水素化プロセス全部を中断せずに行うことができる“混合容器”の中の蒸気部分へ噴霧される。混合容器及び噴霧ノズル組立て部品が適切に設計されている場合、ＫＯＨ溶液の飛沫は、その飛沫が容器壁もしくは容器排出管に届く前に気化され、この結果、少なくとも理論上は、気化されてない溶液により生じる腐食を減少もしくは最小にすることができる。しかし、このようなシステムを用いた経験で、本発明者達は、混合設備の重大な腐食を防止するには、これだけでは不充分であることが分かった。

このような応用で水酸化カリウムを用いる場合の問題点の一部は、高い脱水素化反応温度でも、これの蒸気圧は低いということである。例えば、前述の米国特許第５，４６１，１７９号の実施例１における反応器の入口の温度が５９８℃の場合、水酸化化カリウムの蒸気圧は、１０パスカルのみにすぎない。万一、この温度でトータル蒸気圧が１００キロパスカルの場合、蒸気の状態での水酸化カリウムの濃度は、この高い温度でさえモルベースで１００万分の１００部を超えることはない。５１４℃で、飽和濃度は、モルベースで１００万分の１０部のみであろう。したがって、カリウムは、完全に蒸気の状態にするためには、比較的大量の高温蒸気でカリウムを希釈されなければならない。

混合容器に送られる蒸気の平均状態が、水性の水酸化カリウム溶液を気化するのに充分である場合でも、混合容器壁の内側表面の温度が、水酸化カリウムの露点より低い場合は、水酸化カリウム蒸気が再凝結することが分かった。気化に必要な高温では大変腐食性がある水酸化カリウムの性質のため、このような混合容器壁での凝結は、深刻な腐食を引き起こす。

このような混合容器内の壁の温度は、容器の中を通る蒸気とほとんど同じ温度と思われているが、前記壁の温度は、蒸気の平均的な温度より驚くほど低いことが分かった。これは以下の技術的な要因による、１）外側に厚い断熱材の層が設けられていても、熱は壁を通して周囲に逃げているのが実態である、２）容器のノズルや支持体のところからもほとんど常時多量の熱が逃げている、３）壁のへの水滴の衝突がなく、ＫＯＨ溶液を完全に気化するために必要な容器の容積及び構造の理由で、蒸気の流れる速度が遅いため、蒸気から壁への熱伝導が少ない。省エネのために制定された工業規格に準拠して断熱を施した一般的にデザインされた容器に対しては、混合容器内の蒸気と容器の壁との温度差は、５０℃ないし１００℃の範囲であることを決定した。

実際に、混合容器壁の部分は、熱損失が比較的高い並びに／もしくはプロセス蒸気からの熱伝導が比較的遅い容器の支持点や容器のノズルの温度より著しく冷たい。例えば、このような容器の人道の蓋の温度は、容器の主要部分の壁の温度より、そこは袋小路になっていて空気の流れがないため、著しく低い。反対に、規格の円筒パイプの壁の温度は、一般的に、含まれた流体流の温度に近い。これは、エコノミーサイズのパイプは、流体速度を高くし、この結果、熱伝導が、かくして、中の流体流とパイプの壁との間の温度差を小さくしているからである。

発明者達は、商業的に入手可能を使用し、一般的な技術を適用することにより、“冷たい”容器の壁による、凝結という問題の解決する可能性のある方法を研究した。しかし下述するように、充分な満足を得られる方法は１つも無かった。

第１に、蒸気流を増やすことを考えた。それによって水酸化カリウム蒸気が薄まり露点温度が下がる。また、蒸気流の増加以上に熱のロスが比例して増えない場合に、熱のロスのために生じる蒸気の温度降下をこの方法で減少させることができると考えた。しかし、蒸気流を増やすと、水滴が気化するのに必要な滞留時間の確保のため混合容器は、比較的今までのものより大きくなり、これによって混合容器並びに関連するパイプの口径が太くなることで、熱のロスが増加して、全プロセスにかかる熱関連費用の増大につながること、及び、熱のロスによる経費の増加以上になお、混合容器用のこの規模の小さい蒸気流を熱する効率は脱、水素化プロセス用の効率より低いという理由で、全プロセスのための加熱用のコスト、増大することが分かった。したがって、腐食防止における重大な温度差を生じさせるのに充分な流量に蒸気を増やすことは、事業資金並びに運用経費が増加することになる。
第２の方法では、断熱をより効果的にすれば、恐らく混合容器の熱のロスを下げることができ、容器壁の温度を高くすることができると考えた。しかし、断熱材を厚くしても降下を減らすことになり、高温で厚い断熱材の層をもってしても実際に熱は逃げることが分かった。更に、高温での容器で充分に断熱されたノズルと人道には問題がある、これは、ノズル・フランジ・ボルトが断熱されか、高温の場合（ステンレススチールで約５６５℃以上）、高温クリープによるロスが生じ、締め付けから生じるテンションと温度との組み合わせによりボルのト金属は永久に延ばされる。これらが一旦延ばされると、ボルトは、容器を密閉するの充分に力をフランジに与えることができない。この結果、フランジを充分に断熱しない方が良いということが言えるが、この経験によって、高い極所的な熱のロス、かくして、凝結が生じる混合容器壁にコールドスポットが生じることを知ることができた。

第３の方法は、混合容器の外側の断熱材の下側に電気ヒータと電気トレーサとを設けることを考えた。しかし、温度がおよそ５５０℃以上になると、現状の技術では経費が高くつくことが分かった。しかも、ノズル、容器の支持体、或いは断熱材の不具合などの理由で混合容器からの熱のロスが一様でないため電気ヒータの制御が複雑になることが分かった。金属の温度は、水酸化カリウム蒸気に曝される全ての箇所で凝結が生じないように充分に高くなければならないが、混合容器壁が加熱過ぎにならないようにしないと金属の強さが受け入れがたいほど弱くなる。また上述のように、非常に高温の機材の上にあるノズル・フランジ・ボルトの温度は、高温で金属材料が変形することによって起る熱の漏出を防止する意味で、容器の中身と同じ熱さの温度でないことが望ましい。この方法は、したがって、電熱器をノズル・フランジのエリアに使用するか否かは別にして、ノズルが凝結や腐食にとっての冷熱域、もしくは、熱ロスの特定域のどちらかであることに帰着する。

第４の方法では、熱くて実用的な流れがジャケットを循環して容器を温めるように、混合容器に外側ジャケットを設けることを考えた。しかし、このようなジャケットは、実用的な流体の高温並びに高圧に適合するように設計されたものでなければならない。高温のボルトで密閉するといった従来からの問題の解決には望ましいことであっても、人道を含むノズルを適切にジャケットで覆うことは、蒸気が凝結する際の最も高い温度並びに市販の流体熱伝導器官を操作する際の最高温度を超えることになる。したがって、外側からジャケットで覆う方法での流体熱伝導は、扱い方が難しい溶解塩もしくは液体金属にとっては大変ニーズのある方法と思われるが、運営経費と事業資金が高くなる。

第５の方法では、混合容器への蒸気供給温度を高めることを考えた。これは、混合容器の全ての温度を高め、混合物と水酸化カリウムの露点との間の温度差を増大する。しかし、これには温度をどこまで高くするかといった冶金上の制限がある。８１５℃（１５００°Ｆ）までの温度で、加圧容器とパイプの形成に種々の３００シリーズのステンレススチールを用いることができる。しかし、これ以上の温度では、より高額な金属を用いなければならないし、保守の費用も増加する。ただし、動作温度を冶金制限温度の近くまで引き揚げることは、希釈流蒸気の必要な流量を減少もしくは最小化する上で概して道理に合った方法である。

第６の方法では、混合容器壁の金属をアップグレードして、できれば、水酸化カリウムの凝結が引き起こす腐食に耐える合金にすることを考えた。しかし、これら高温の下で大変活発になる水酸化カリウムの性質のために金属にかかる経費がひどく高くなり、結果として混合容器にかかる事業経費が莫大に増加することになる。しかも水酸化カリウムの凝結を思うに任せると容器内に溜まることになって定期的な除去作業が必要となり、望むように反応システムに送ることができなくなる。

問題を解決するための手段

凝結の問題に取り組もうとするには、これらやその他先行技術に不足しているもの、もしくは応用に限度のあるもの、並びに問題に取り組むために種々考えられる過去の技術の応用の試みは、本発明の改良された凝結の減少の方法並びに関連する混合容器の設計意匠を適応することによって、それらの全部もしくはそのうちの１部の解決が図られる。

したがって、本発明の全般的な目的は、異なる組成の流体流を混合することによって高温蒸気流を発生させ、蒸気の凝結を減少もしくは最小にする、改良された方法、並びに本発明の方法の実践に相応しい概念上の混合容器設計意匠を提供することにある。

本発明の主要な目的は、熱が外に逃げることによって混合容器壁に発生する凝結を防ぐ経済的な方法を提供することで、その方法を用いて、１つは熱蒸気の流れ（希釈流）と、純粋成分液、固体／液体スラリ、蒸気、浮遊固体物質を含むガスのいずれかである少なくとも他のもう１つの流れ（導入流）との少なくとも２種の流れを混合して、希釈流供給温度より概して冷たい全気化混合物を生成する。潜在的に凝結しやすい成分は、導入流の中にある成分か、もしくは混合したとき複合流からなる成分の間の反応によって生まれるもののどちらかである。

本発明の特別な目的の１つは、液体を混合する前に、一般により高温の希釈流を混合容器の中心部を囲むくバッフル壁もしくは容器の中に、及び混合容器の外側の圧力壁の近くに流すことによって混合容器内での凝結を減少もしくは最小にしながら流体を異なる温度で混合して蒸気流を生成するための概念的な混合容器設計意匠を提供することである。

本発明の更に特別な目的は、概念的な混合容器設計デザイン及びこれを使用する方法を提供することである。これは、腐食を減少もしくは最小にする目的で混合容器の内壁もしくは露出した表面にある水酸化カリウムの凝結を減少もしくは最小にしながら、水酸化カリウム溶液の触媒を含んだ脱水素反応ユニットに送る蒸気への混合を効果的にする。

本発明のその他の目的並びに有用性については下文において一部明白になっていると同時に、一部表現されている。本発明は必然的に、これだけに限らないが、多くの工程と種々の構成要素、及び本文の記述と付属図面で例示されているように、このような工程の１つ以上の関係と工程、それぞれに関連する構成要素等を包含した方法とそれに関連する装置を具備している。本文に記述されている方法と装置に関する種々の修正や変形は本技術に精通した技術者には明瞭に理解できるものであり、このような全ての修正と変形は本発明の範囲内である。

概して、本発明は加圧された容器壁と実質的に並列している内部バッフル壁が、ほぼ環状の緩衝域もしくはバッフル領域を形成している混合容器を具備する。前記バッフル壁は容器圧力壁の内部のほぼ全域を容器の中心部にある流体混合物の流入から遮蔽している。一方、環状のバッフル領域にある熱蒸気は、バッフル壁の混合領域側で生じる凝結を、少なくとも実質的に、防ぐに充分な温度でバッフル壁内部を維持している。

図１は、本発明の実施形態の１つを示している。希釈流は、容器の一端部でバッフル壁と容器壁との間の環状のスペースに導入される。この導入流は、容器の他端部で容器内部の混合領域に流れる、そして、容器のほぼセンターを通って容器の出口の方に流れる。希釈流は、導入流と混合する前に。容器を縦に流れて環状のスペースに入る。バッフル壁は導入流の入り込むところの丁度その手前、そこは容器に延びたパイプの終点にあたる、で終わっている。希釈流は、導入流の入り込むところの周辺に流されて、環状のバッフル領域から容器内部の混合領域に導入させられる。希釈流は、混合容器内の混合領域へ導入流が入り込むところで導入流を取り巻き、内部バッフル壁に入り込む地点で、蒸気混合物の温度変化を阻む役割をする。蒸気混合物になった流れは、容器を縦に流れ、希釈流の流れに対して逆の方向に向かってバッフル領域を通って希釈流がバッフル領域に入ったところと同じ容器の端部から出る。合流した２種の流れは、混合容器の中心域を通って流れるにつれて混合し、何らかの、状態の変化もしくは反応を起こす。

本発明は、１種以上の導入流がある状況において適用可能である。

多くの場合、導入流の質量は、希釈流の質量より少ないのが普通だが、本発明はこれと反対の条件にも適用可能である。

本発明は全ての操作圧力にも適合する。

本発明の１つの実施例は、バッフル壁は圧力壁に溶接できるか、緩く接合することができる比較的薄い内部容器である場合の容器も含む。

本発明の他の実施例は、環状のバッフル壁スペースは２つの同じ厚さの壁で規定され、この環状のバッフル壁スペースは、入口と出口を除き、密閉されているジャケットで覆われた容器をも含む。

本発明は、凝結し易い混合物が腐食性を帯びている状況での凝結の減少もしくは実質的に除去する装置と方法として、特に実用性がある。

図１は本発明に従った混合容器の実施形態の１つを概略的に示している。本発明の方法は、図１に関する下記の記述を参照することによって良く理解されるが、いかなるやり方においても、本発明は図１だけに限定されることはない。

図１は、流体用入口と出口付近をも含め、容器内部の凝結を減少、最小化、もしくは少なくとも実質的に除去するよう設計された本発明による混合容器／気化器１０の概略断面図である。本発明が少なくとも実質的に減少、最小化、もしくは除去を意図している凝結は、１もしくは複数種の、導入流の化合物によるもの、或いは、混合容器に送られる様々な材料の化合物の化学反応で生成する１つ以上の化合物によるもののどちらかである。図１に示す混合容器１０は、容器の内部の流体混合領域１４の中空領域を規定している、好ましくは鋼のような金属で作られた、ほぼ円筒形で、内部が圧力、即ち真空にさらされる壁１２を具備する。この壁１２は、容器１０の第１の（入口）端部にある第１の流体用入口１６と、容器１０の第２の（出口）端部にある流体用出口１８とによって貫通されている。好ましい実施の形態において、前記流体用入口１６は、水酸化カリウムのような流体１９を混合領域１４に導入するためのノズル１７もしくは、本技術に精通する技術者に知られているような、その他の流体を導入する機器を具備する。その他、好ましい実施の形態において、流体用入口１６及び流体用出口１８は、容器１０を貫く縦方向の中心線２０に沿ってほぼ軸線上に配列されている。

壁１２は、また、流体用出口１８の近くの例えば容器１０の第２の（出口）端部のところもしくはほぼ近いところで第２の流体用入口２２により貫通されている。図１が示すように、流体用入口１６と２２並びに流体用出口１８は、壁１２を貫通するか、壁１２から突き出ているパイプを有することができる。また、好ましい実施の形態において、図１が示すように、壁１２は、出口端部のところでより小さい直径のシリンダに先細りになっている。本発明のその他好ましい実施の形態において、図１が示すように、容器１０の壁１２は、必然的に流体用入口と出口のところを除いて、断熱材２４の層で完全に取り巻かれている。

混合容器１０は、更に、好ましくは鋼のような金属で作られていて、混合領域１４のほぼ全域を囲み、またほぼ環状の形をした領域もしくはバッフル壁２６と内部側壁１２との間にバッファー領域２８を確保するため少なくとも内部側壁１２と多少離れているバッフル壁構造もしくは内壁２６を有する。図１に示すように、前記バッフル壁２６は、容器１０の出口端部、即ち出口ノズル１８の所で壁１２により、もしくはその他の支持材によっその位置に接続かつ支持されている。バッフル壁２６は。入口１６の近くで終端している。第２の流体用入口２２は、熱蒸気３０がバッフル領域２８の中へと流れるようにバッフル領域２８に流体接続されている。

本発明に従った混合容器１０の動作は、理解されるであろう。蒸気のような熱蒸気３０は、流体用入口２２を通って容器１０の出口端部近くでバッフル領域２８の中へと流れる。熱蒸気３０は、更に、混合領域１４を通って混合された流体の流れに対してほぼ逆の方向に向かってバッフル領域２８を通って、容器１０の入口端部の方向に流れる。バッフル壁２６は、混合領域１４の内容物を壁１２の内面から効果的に分別する仕切りになっている。この結果、腐食性のあるあらゆる凝結から壁の内面を保護している。同時に、バッフル領域２８を通る熱蒸気３０の流れは、バッフル壁２６の混合領域側で起る凝結を減少もしくは防止することができるほどの高い温度でバッフル壁２６を維持している。

本発明によって次の温度状態が充足される、１）希釈流の露点は、混合物の露点以下でなければならない、２）均衡混合温度（流体を同質に混合することを想定して）は、蒸気の状態でなければならないあらゆる化合物の露点より高くなければならない、３）バッフル領域２８にある希釈流の温度もまた混合物の露点以上でなければならない。ほとんどの場合、希釈流は、導入流に比較して熱いし、流量が多いことが想定されているが、本発明は複数の導入流が希釈流よりより熱く、また（もしくは）流量がより多い状況にも適合する。

容器１０の入口端部のところで、バッフル壁２６は、入口１６の少し手前で終端している。好ましい実施の形態において、断熱スリーブ３２が、入口のパイプ１６を囲い、ノズル１７の中で終端している。熱蒸気３０の流れがノズル１７を通過するのに従って、比較的低温の流体１９が熱蒸気３０に導入され、低温の流体は浮遊状態になって運ばれて混合領域１４で混合され、液体並びに／もしくは固体から蒸気へと状態の変化が起る。容器１０の出口端部で、混合領域１４からの混合された蒸気３４が、出口１８を通って容器１０から流れ出る。

図１が示すように、本発明の混合容器は、通常、工業意匠において典型的な形である円筒形をしている。しかし、球形、もしくは方形のような形や構造をしている混合容器もまた本発明の範囲内である。また本発明によれば、混合容器の方位は水平、垂直、斜めの角度もしくはその他あらゆる方位をしている。

更に本発明の他の実施の形態において、希釈流は、図１に示されているように、容器１０の比較的短径の出口端部の周辺の環状のスペースに導入させられる。この短径の環状のスペースは、熱い希釈流をバッフルスペースの他の部分に送る働きをしている。

本発明は、従来の流体混合技術の、全てでなくても多くの問題に取り組んでいる上に、従来技術と比較して多くの利点を有している。

１． バッフル壁の温度は、多くの場合、希釈流の温度と、混合した混合流の温度の範囲内なので、バッフル壁には凝結は起らないか、実質的に減少される。何故なら、希釈流の温度は、混合領域にある混合流の露点より高いからである。容器壁や断熱材を通って周囲に出る熱は、凝結や腐食を引き起こす恐れのある混合物もしくは化合物を含んだ混合流から取り入れられるのではなく，導入される希釈流によって補充される。

２． 腐食が起っても、この腐食は、バッフル壁に影響を与えるだけであり、容器全体を取り替えるより安い経費でバッフル壁だけを取り替えることができる。

３． バッフル壁が腐食する場合、それは安全策を伴う事故になることはないが、容器壁の腐食の場合は熱い、また（もしくは）腐食性のある蒸気を周囲に放出することになる。

４． バッフル壁の温度は、普通導入される希釈流と混合流の温度、これらは共に混合流の化合物の露点より高い温度によって決まるので、また不完全断熱、ノズル、容器支柱、その他の付属部品によって生じる混合容器壁の局所的な低温にあまり影響されることがないので、一般的には極めて均質である。したがって、凝結を引き起こすコールドスポットは事実上除去される。バッフル壁の温度は、環状のスペースを狭めて希釈流の速度を速めることによって高くなり、より速度を増した希釈流の圧力低下のお蔭で、希釈流からバッフル壁への熱の伝導が促進される。

５． ノズルと容器の付属品の複雑な構造のために、従来の混合容器において、特定の局所の金属温度を確実に予測することはほとんど不可能である。対照的に、本発明のバッフル壁装置によって、混合流に曝されている表面の温度についての不確実な予測が減少するか、ほとんど無くなる。

６． 本発明の一実施の形態は、非常に耐腐食性のある金属でバッフル壁を作ることである。バッフル壁は、最小限の圧力差だけを考えて設計されればよいので、混合容器壁と比して比較的薄くすることができ、これは経済的にも実現可能である。混合容器壁を同じようにして守るには、設計温度で設計圧力をカバーするため壁をかなり厚くしなければならないが、全ての混合容器壁を耐腐食性金属で作ること、或いは、これもまた経費が高いが、耐腐食性金属の覆いをかけること、のどちらかが必要である。

７． 本発明のバッフル壁方式を用いれば、人道やその他ある一定のノズルは内部から断熱されることによって熱のロスが減り、運営経費の削減ができる。またノズルボルトの温度の低下によるフランジからの熱の漏出リスクを減少できる。バッフル壁方式を用いなければ、内部からのノズルの断熱には問題が生じる。何故なら、このような断熱方法では混合容器内に流体を閉じ込めることは難しい。ノズル内部に隣接する蒸気の中に凝結し易い化合物がある場合、これら化合物は断熱材を通ってもしくはそれらの四方に冷たいノズル端まで拡散し、そこで恐らく腐食を引き起こす。

８． 希釈流の流れを増加させることに比較して、内部バッフル壁を追加する方が混合容器のサイズを小さくできるし、運用経費を削減することができる。

９． 断熱材を更に追加することに比較して、ほとんどの場合断熱材を追加することだけが唯一の問題解決方法だけに、このバッフル壁の方法の方が効果的に問題を解決することができる。

１０． 混合容器の外に電気ヒータを付加することに比較して、１つノバッフル壁を追加する方が経費を削減でき、簡単に工事することができ、高温の架線工事や保守に必要な多温度制御装置の設置の必要性などがなく、前向きに凝結問題の解決を図ることができる。

１１． 外側の熱ジャケットを設けることに比較して、高温の場合このバッフル壁方式の方がはるかに経済的である。何故なら、外側の熱ジャケットは、外の電気ヒータと温度に依存する風変わりな伝熱流体が必要とされるからである。

１２． 凝結から生じる腐食に対抗するために、冶金の質をグレードアップすることに比較して、このバッフル壁方式は材料費を削減し、混合容器内の混合流用出口の中に凝固物質が溜まるのを防ぐことができる。

下記は本発明の実施例を例示したものである。これはあくまで例であり、いかなる方法でも、本文の請求項が限定されるものではない。

水酸化カリウム流に、２００キロパスカルの絶対圧力で蒸気を混合する。熱のロス及び水酸化カリウム流を熱するために必要な温度を計算に入れた後の均衡混合温度は７００℃である。

この混合方法用の混合容器は本発明によるのではなく、従前の実施例によって設計されたもので、また熱のロスと混合物から壁への限られた熱伝導のため混合容器壁の最も冷たい部分は６００℃であると想定した場合、導入されるべき水酸化カリウムの最大量は蒸気１００ｋｇ−モルにつき、水酸化カリウム５．３ｇ−モルである。これは水酸化カリウムの蒸気圧が６００℃で限度としている。

対照的に、これと同じ流体混合方法が本発明に従って設計された混合容器で行われる場合、水酸化カリウム蒸気に曝される金属温度は、混合流用出口の温度７００℃より低いことはない。これによって加えられる制限基準はもっと高くなって蒸気１００ｋｇ−モルにつき、４６．７ｇ−モルになる。したがって、混合流の一定の滞留時間を基にすると、本発明に従って設計されたバッフル壁方式を利用すれば混合容器サイズはおよそ９倍小さくなる。

異なる温度で流体を混合する上述の装置及び方法において、本発明の範囲から逸脱することなく他の変更及び修正がなされ得ること、また、本記述に含まれている全ての事象を決して制限する目的ではなく、実例をもって説明することを意図していることが、本技術に精通している技術者にとって明らかであろう。

本発明に従った混合容器の実施形態の概略断面図である。

Claims (20)

1. 内部スペースを規定している外壁を有する容器と、
   少なくとも１種の希釈流を受けるために、これの外側と前記外壁の内側との間に環状のスペースを形成するように前記内部スペース内で前記外壁に近いところに位置し、混合スペースと前記希釈流を前記環状のスペースから前記混合スペースに吐出させるためのバッフル壁開口部とを規定している内側を有するバッフル壁と、
   混合蒸気流の露点温度より低い露点温度の蒸気である前記混合蒸気流を混合蒸気流の露点温度より高い温度で環状のスペース中に供給するように前記外壁を貫通して延びている少なくとも１つの導入流用の入口と、
   前記混合蒸気流を前記容器から排出するように、前記外壁を通って延びている少なくとも１つの混合蒸気流用の出口と、
   を具備し、混合されると、周囲の温度より高い温度で凝結して液体並びに／もしくは固体状にする１つ以上の成分を含む蒸気流を生成する、複数の流れを混合する装置。
2. 前記容器は、円筒形である請求項１に記載の装置。
3. 前記導入流用の入口は、前記混合蒸気流用の出口に対して反対側の前記容器の端部に位置している請求項１に記載の装置。
4. 前記導入用の入口は、更に容器のセンターに沿って位置している請求項３に記載の装置。
5. 前記導入流用の入口は、ノズルを有している請求項１に記載の装置。
6. 希釈流を前記環状のスペースから前記混合スペースに供給するためのバッフル壁の前記開口部は、前記導入流用の入口の近くに位置している請求項１に記載の装置。
7. 前記バッフル壁は、前記混合蒸気流用の出口の近くで前記容器の外壁に接続されている請求項１に記載の装置。
8. 前記容器の外側には、断熱材が設けられている請求項１に記載の装置。
9. 前記ノズルに至る導入流用の入口パイプの内部は、断熱されている請求項５に記載の装置。
10. 前記容器の出口端は、小さい直径となるように、先細りになっている請求項３に記載の装置。
11. （ａ）最終的に混合される蒸気流の露点温度より低い露点温度の蒸気を含んだ少なくとも１種の希釈流を、前記混合蒸気流の露点より高い温度で、容器の壁の内側とバッフル壁の外側とにより形成されている前記容器内の環状のスペースを供給し前記希釈流が前記環状のスペースを通って、バッフル壁の開口部に流れ、更に前記バッフル壁の内側により形成されている前記容器内の内部混合スペースへと流れさせることと、
    （ｂ）少なくとも１種の導入流を前記内部混合スペース中へと供給することと、
    （ｃ）前記内部混合スペース内で前記希釈流と前記導入流とを混合して、混合蒸気流を生成することと、
    （ｄ）前記混合蒸気流を、前記内部混合スペースから容器の出口を通して排出することとを具備し、
    混合されると、周囲の温度より高い温度で凝結して液体並びに／もしくは固体状にする１つ以上の成分を含む蒸気流を生成する、複数の流れを混合する方法。
12. 前記希釈流は、前記容器の端部に供給され、前記環状のスペースを通って前記バッフル壁開口部に流れ、前記混合蒸気流に対して逆流する請求項１１に記載の方法。
13. 前記バッフル壁開口部は、前記導入流の供給部近くに位置されている請求項１２に記載の方法。
14. 前記希釈流は、過熱された蒸気であり、また、前記導入流は、液体である請求項１１に記載の方法。
15. 前記導入流は、イオン性アルカリ金属を含有している液状の、水溶液である請求項１４に記載の方法。
16. 前記イオン性アルカリ金属は、カリウムを含んでいる請求項１５に記載の方法。
17. 前記希釈流は、前記導入流に含まれる成分と反応する成分を含んでいる請求項１１に記載の方法。
18. 前記導入流は、純粋成分液、溶液、固体／液体スラリ、蒸気、もしくは浮遊固体物質を含んだガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
19. 内部スペースを規定している外壁を有する容器と、
    少なくとも１種の希釈流を受けるために、これの外側と前記外壁の内側との間に環状のスペースを形成するように前記内部スペース内で前記外壁に近いところに位置し、混合スペースと前記希釈流を前記環状のスペースから前記混合スペースに吐出させるためのバッフル壁開口部とを規定している内側を有するバッフル壁と、
    混合蒸気流より低い初期凝固点温度の液体であり、混合蒸気流も高い初期凝固点温度を有する希釈流を前記環状のスペース中に供給するように前記外壁を貫通して延びている少なくとも１つの導入流用の入口と、
    前記混合蒸気流を前記容器から排出するように、前記外壁を通って延びている少なくとも１つの混合蒸気流用の出口と、
    を具備し、混合されると、周囲の温度より高い温度で凝結して液体並びに／もしくは固体状にする１つ以上の成分を含む蒸気流を生成する、複数の流れを混合する装置。
20. （ａ）最終的に混合された流体流より低い初期凝固点温度の液体を含んだ、少なくとも１種の希釈流を、容器の壁の内側とバッフル壁の外側とにより形成されている前記容器の環状のスペースに、前記混合蒸気流の凝固点温度より高い温度で供給し、前記希釈流が前記環状のスペースを通って、バッフル壁の開口部に流れ、更に前記バッフル壁の内側により形成されている前記容器内の内部混合スペースの中へと流すことと、
    （ｂ）少なくとも１種の導入流を、前記内部混合スペース中へと供給することと、
    （ｃ）前記内部混合スペース内で前記希釈流と前記導入流とを混合して、混合液体流を生成することと、
    （ｄ）前記混合液体流を、前記内部混合スペースから容器の出口を通して排出することと
    を具備し、
    混合されると、周囲の温度より高い温度で凝結して液体並びに／もしくは固体状にする１つ以上の成分を含む蒸気流を生成する、複数の流れを混合する方法。

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