JP2008501502A

JP2008501502A - 蒸留カラム

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Publication number: JP2008501502A
Application number: JP2007514180A
Authority: JP
Inventors: ベルレン、エティエンヌ; ルクレールコ、フランソワ; ルバン、ジル
Original assignee: レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: EP1756497B1; FR2871073A1; EP1756497A1; PL1756497T3; WO2005119147A1; JP4625075B2; CN1965205B; CN1965205A; ES2662435T3; FR2871073B1; US20080017497A1

Abstract

本蒸留カラムは、流路（１４）を形成する波を有するストリップであって、各流路は、２つのメインピーク（１２；１０）の間に位置し、且つ各流路は、１つのトップメインピーク（１０；１２）により結合される２つの流路の脚部（１６）を有するストリップから形成される交差波形のパッキングモジュールを含む。ストリップ（２）は、前記流路（１４）のうちの１つの断面内に位置し、前記トップメインピーク（１０；１２）に対して反対の方向に向いた第１の中間ピーク（２６）を含む反転部分（２２）を含む。前記反転部分（２２）は、前記トップメインピーク（１０；１２）の方向に向いた第２の中間ピーク（２８；３０）を含む。空気蒸留装置への適用。

Description

本発明は、隣あうストリップで流路の向きが反転した複数のストリップを含む、少なくとも１つの交差波形のパッキングモジュールを含む蒸留カラムであって、前記ストリップはシート材料でできており、且つ第１の方向に向いた第１のメインピークと反対の方向に向いた第２のメインピークを交互に形成する波を含むタイプのものであり、前記波は流路を形成し、各流路は、流路のエッジピーク（edge peak）を形成する２つの第１の隣接したメインピークまたは第２の隣接したメインピークの間に位置し、且つ各流路は、１つのトップメインピークにより結合される２つの流路の脚部（channel leg）を有し、前記流路は、上記液体の全体的な流れ方向に対して傾斜している全体的な方向性を有し、前記ストリップは、さらに、流路のうちの１つの断面内に全体として位置し、且つ２つの流路の脚部を互いに結合する少なくとも１つの反転部分を含み、この反転部分は、前記流路のトップメインピークに対して反対の方向に向いた第１の中間ピークを含む蒸留カラムに関する。

「パッキング」という語は、相を混合する、および／または並流的にまたは向流的に流れるいくつかの相を、互いに接触させることを意図されるデバイスを意味するものと理解される。熱交換および／若しくは物質交換（mass exchange）、並びに／または化学反応は、特に、パッキング中で行われ得る。本発明の１つの具体的な用途は、ガス混合物を分離するカラム、特に空気蒸留カラムである。

交差波形のパッキングモジュール（これは、「パック」とも呼ばれる）を含む蒸留装置が従来技術において述べられている。モジュールは、垂直に配置された波形の金属シートを含み、このシートの波形は、装置内の一般的な流体の流れ方向に対して傾いており、１のシートから次のシートへと交互に傾斜し、一般的に９０°で交差している。

１つのモジュールのシートが、隣り合うモジュールのシートに対して、カラムの軸回りで角度がずれる、一般的に１のシートから次のシートへとに９０°ずれるように、パッキングモジュールを蒸留カラム中に滑り込ませる。

パッキングモジュールを通って流れる液体とガスとの間の交換を改善するために、従来技術において、波形の金属シートに形成された開口を有するということが提案されている。これらの開口は、パッキングの金属シートの一方の側から他の側へのガスの流れにおける変化をもたらし、液体との交換を改善する。

このタイプのパッキングストリップは、文献 EP-A-1 029 588 により知られており、この波は、流路を規定する波の脚部（corrugation leg）により互いに結合されるピークと谷を形成する。このストリップは、各流路内に位置する、「鋸歯（serration）」とも呼ばれる反転部分を含み、各反転部分は、単一の中間ピークを形成する。この反転部分は、これが結合される各波の脚部と９０°の角度を形成する。

このストリップが、薄い平らな金属シートを曲げることにより製造されるとき、この材料は、裂け目（tear）またはプリーツを形成する。従って、最終的なパッキングストリップは、所望の幾何学的形状から逸脱し、よって、最終的なストリップの物質交換または熱交換性能は低減する。

文献 US-A-4 670 196 も、反転部分を持つ波形のパッキングストリップを記載しており、同じ欠点を有する。

本発明の目的は、上記の欠点を軽減し、薄い平らな金属シートから製造することが容易であり、且つ十分な熱交換および／若しくは物質交換（mass exchange）をもたらすパッキングストリップを提供することである。

この目的のために、本発明の主題は、請求項１に記載のカラムである。

具体的な態様によれば、本発明によるカラムのストリップは、以下の特徴、
反転部分は、トップメインピークの方向に向いた第３の中間ピークを含み、第２の中間ピークおよび第３の中間ピークは、第１の中間ピークの両側に位置している、
流路の方向に垂直に取った断面で見て、反転部分は、流路の脚部のそれぞれと１つの地点で結合され、この２つの地点の間で測定される流路の展開長さと反転部分の展開長さは、ほぼ同一である、
反転部分の断面は、第１の中間ピークを形成する第１の円弧と、第２および第３の中間ピークを形成する第２の円弧および第３の円弧を含み、反転部分の中間直線部位が、第１の円弧と第２の円弧および第３の円弧のそれぞれとの間に位置し、この直線部位は、関連する円弧に対して接線方向で結合している、
流路の断面は、トップメインピークを形成するメイン円弧、およびメイン円弧に接線方向で結合する２つのメイン直線部位を含む、
メイン円弧の曲率半径は、第１、第２および第３の円弧の曲率半径の合計と等しく、中間直線部位のそれぞれと関連するメイン直線部位との間の角度は、メイン直線部位の間の角度と等しい、
流路は、流路のトップメインピークと、流路の２つの隣合うメインピーク間に位置する平面との間で測定される高さを有し、トップメインピークと第１の中間ピークとの間の距離は、この高さの２／３倍にほぼ等しい、および
ストリップは、曲げられた金属シートから作られる
の１つ以上を含む。

本発明の主題は、前記したように、第１の方向に向いた第１のメインピークと反対の方向に向いた第２のメインピークを交互に形成する波を含むタイプの、折り曲げた金属シートから作られるストリップであって、前記波は流路を形成し、各流路は、流路のエッジピーク（edge peak）を形成する２つの第１の隣り合うメインピークまたは第２の隣り合うメインピークの間に位置し、且つ各流路は、１つのトップメインピークにより結合される２つの流路の脚部を有し、前記流路は、上記液体の全体的な流れ方向に対して傾斜している全体的な方向性を有し、前記ストリップは、さらに、流路のうちの１つの断面内に全体的に位置し、且つ２つの流路の脚部を互いに結合する少なくとも１つの反転部分を含み、この反転部分は、前記流路のトップメインピークに対して反対の方向に向いた第１の中間ピークを含み、反転部分が、さらに、トップメインピークの方向に向いた第２の中間ピークを含むストリップを製造するための方法であって、上記したように、本方法は、以下の工程、
（ａ）平らな金属シートを曲げて、流路を含む波形の金属シートを形成する工程、
（ｂ）ストリップの少なくとも１つの反転部分の位置において、トップメインピークのラインに交差して、２つのスリットをシートに切り込む工程、および
（ｃ）２つのスリットの間に位置する部分を波に対して反転様式で曲げて、反転部分を形成する工程
を含むことを特徴とする方法である。

本発明のより良い理解が、単に一例として与えられ、および添付した図面に関する以下の記載を読むことにより得られるであろう。

図１は、垂直の全体軸Ｘ−Ｘを有する、本発明による物質交換および／または熱交換カラムＥＣを示す。カラムＥＣは、例えば、極低温の蒸留カラム、とりわけ空気蒸留カラムである。

カラムＥＣは、その上端ＵＥに、カラムＥＣの断面に渡って液体を分配する液体ヘッダーＬＨ内に伸びている液体注入口ＬＩ、並びに気体排出口ＶＯを備える。下端ＬＥには、気体注入口ＶＩと液体排出口ＬＯを備える。カラムＥＣは、さらに、シリンダ状の外殻Ｓを含む。

カラムＥＣは、縦方向に延びる、全体的な流体の流れ方向Ｄ_ｆを規定する。

Ｘ−Ｘ軸に対して横への液体の拡がりを助けるパッキングモジュールＰＭ１が、ヘッダーＬＨの真下に、外殻Ｓ内に置かれている。このようなモジュールＰＭ１は、それ自体既知であり、例えば、穿孔または細い溝を有する交差波形のパッキングを含むパッキングモジュールである。

本発明による複数のパッキングモジュールＰＭ２が、ＰＭ１の下に、外殻Ｓ内に置かれている。下部支持体ＢＳは、パッキングモジュールＰＭ１、ＰＭ２を、所定の位置に保つ。

各パッキングモジュールＰＭ２は、多数の波形のパッキングストリップ２を含む。ストリップ２は、全体方向Ｄ_ｆに対して平行に位置する中央平面Ｐ（図４を参照のこと）を有する。１つのモジュールＰＭ２のストリップ２は、互いに接して、並びに面Ｐが、互いに平行にあるように位置する。２つの隣り合うモジュールＰＭ２のパッキングストリップの面Ｐは、Ｘ−Ｘ回りに角度的にずれており、好ましくは約９０°の角度でずれている。

図２は、パッキングストリップ２の一部を示す。

ストリップ２は、２つの平行な端部、上端４と下端６を有し、これらは、方向Ｄ_ｆに対して垂直に位置する。

ストリップ２は、また、ストリップ２の中央平面Ｐに対して１つの方向を向いた（図４を参照のこと）第１のメインピーク１０と、平面Ｐに対して反対の方向を向いた第２のメインピーク１２を交互に形成する波８を有する。この場合に、第２のピーク１２は、谷部を形成する。

波８は、同一であるが、交互に反転した流路１４を形成し、各流路は、２つの第１のメインピーク１０の、または第２のメインピーク１２の間に位置する。流路１４は、２つの上記した方向の一方に、続いて他方に交互に開口している。中間にあるメインピーク１２または１０は、当該流路１４のトップメインピークを形成しており、一方、２つの隣接したピーク１０または１２は、流路のエッジピークを形成する。２つの隣り合うメインピーク１０、１２は、直線部位である流路の脚部１６により結合される。流路１４、よってピーク１０、１２は、端部４、６に対して角度δ傾斜している流路方向Ｄ_ｃに沿って延びている（図２を参照のこと）。１つのモジュールＰＭ２の２つの隣り合うストリップ２の方向Ｄ_ｃは、互いに反転している。

方向Ｄ_ｃに対して垂直に取った断面において、各流路１４は、曲率半径ｒ１の円弧１８を有し、これは、トップメインピーク１０を形成する。流路の脚部１６のメイン直線部位２０は、この円弧１８の両側に接線方向で結合している。この直線部位２０は、結合点２４（以下を参照のこと）と円弧１８の間で測定される長さｄ１を有する。２つの直線部位２０は、それらの間で角度γを形成する。

ストリップ２は、さらに、各流路１４において、多数の同一の反転部分２２を含む。

図４は、これら反転部分２２のうちの１つを示す。反転部分２２は、流路１４の断面内に全体として位置し、換言すれば波脚部１６の厚さｅ内に位置するストリップ２の部分は、反転部分２２の部分を形成しない。反転部分２２は、流路１４の２つの脚部１６を互いに結合し、且つ２つの結合部２４においてそれらに結合している。反転部分は、流路のトップピーク１０に対して反対の方向に向いた第１の中間ピーク２６、並びにトップメインピーク１０の方向に向いており、中間ピーク２６の両側に位置する２つの中間ピーク、第２の中間ピーク２８と第３の中間ピーク３０を形成する。

反転部分２２の断面は、３つの円弧３２、３４、３６を含む。円弧３４、３６は、同じ曲率半径ｒ２を有し、第２の中間ピーク２８、および第３の中間ピーク３０を形成するのに対して、円弧３２は、曲率半径ｒ３（＞ｒ２）を有し、第１の中間ピーク２６を形成する。反転部分２２の直線部位３８が、円弧３２と、円弧３４、３６のそれぞれの間に延びており、この直線部位は、円弧３２、３４、３６のそれぞれに対して接線方向で結合している。直線部位３８は、同じ長さｄ２を有する。

有利には、円弧３４、３６は、流路の脚部１６に対して接線方向で結合している。結果として、変形中に金属シートの応力を殆ど生じない。

２つの直線部位３８のそれぞれは、隣接する波の脚部１６と、角度αを形成する。

反転部分２２の展開長さは、２つのメイン直線部位２０と円弧１８の展開長さと同一である。つまり、材料は、曲げ中に、引き伸ばされず、またはわずかに引き伸ばされるのみである。

さらに、流路１４は、流路のトップメインピーク１０と、２つの隣接するメインピーク１２により規定される平面Ｑとの間で測定される高さｈを有する。トップメインピーク１０と第１の中間ピーク２６との間の距離ｄ４は、この高さｈの約２／３である。言い換えれば、ｄ４＝（２／３）ｈである。

つまり、第１の中間ピーク２６は、流路の断面の重心Ｂの場所に、ほぼ位置する。物質の最も高い濃度、または流路１４中を流れるガスの最も高い温度が存在するのがこの場所である。従って、ストリップ２は、十分な熱交換および／または物質交換をもたらす。

さらに、流路１４と反転部分２２は、対称面Ａに対して対称であり、且つ面ＰとＱに対しては垂直であり、対称面は、トップメインピーク１０と第１の中間ピーク２６により規定される。

同一の展開長さという取り決めを順守するために、以下の幾何学的条件を満たす必要がある。

α＝γの場合（図示せず）に、
ｒ１＝２ｒ２＋ｒ３。

図３に示される場合においては、角度αとγは同じでない。この場合に、以下の条件を満たす必要がある。

波８および反転部分２２の曲率半径ｒ１、ｒ２、ｒ３は、好ましくは、少なくとも１ｍｍであり、とりわけ少なくとも２ｍｍであり、そうすることで、材料の破断を伴わずに、反転部分２２を形成することがより容易になる。

本発明によるストリップ２は、以下の工程、
（ａ）平らな金属シートをまず曲げて、流路１４を含む波形シートを形成する工程、
（ｂ）続いて２つのスリットを、各反転部分２２の位置において、シートに切り込む工程、
（ｃ）最後に、２つのスリット間にある部位を、波に対して反転した様式で曲げて、反転部分２２を形成する工程
を含む方法に従って製造する。

少なくとも１つの第２の中間ピークの存在のために、ストリップ２は、結合部２４においてわずかに変形するのみである。従って、ストリップ２が、これらの結合部で破損する可能性が殆どない。波８の展開長さは、結合部２４の間の反転部分２２のものと同じであるために、完成したストリップ２は、なだらかであり、その全表面に渡ってほぼ同じである厚さｅを有する。さらに、曲げ中のストリップ２の破損の恐れは低い。

変形として、平らなシートを曲げる前にスリットを切り、従って、工程（ｂ）が、工程（ａ）の前に行われる。

また、変形として、工程（ｂ）と（ｃ）は、同時に行われる。つまり、反転部分のための切断工具と曲げ工具を同期させる必要はない。

変形（図示せず）によれば、中間ピーク２６は、流路１４の断面の重心Ｂの近くに、例えば流路１４の高さｈの０．２０倍未満である点Ｂからの距離に位置する。従って、中間ピーク２６は、高い濃度領域または高い温度領域内に留まる。

態様に応じて、本発明によるパッキングストリップ２は、以下の特徴を含む。

流路１４の方向に対して垂直に取った断面において、反転部分２２は、その全体の展開長さに渡って連続しており、
反転部分２２は、鋭角を持たずに流路の脚部１６を結合しており、
第２の円弧３４、および第３の円弧３６は、接線方向で、流路の脚部１６に結合されており、
流路１４は、流路のトップメインピーク１０、１２と、流路の２つの端のメインピーク１２、１０との間に位置する平面Ｑとの間で測定される高さｈを有し、流路１４の断面領域は、重心Ｂを有し、並びに反転部分２２の第１の中間ピーク２６は、高さの０．２０倍未満である、重心からの距離に位置し、
流路１４および反転部分２２は、トップメインピーク１０と第１の中間ピーク２６により規定される対称面Ａに対して対称であり、
ストリップ２の厚さｅは、その全表面に渡ってほぼ同一である。

本発明は、また、上記した少なくとも１つのパッキングモジュールを含む、極低温蒸留装置、特に空気蒸留装置に関する。

交差波形のパッキングモジュールを含む、本発明による物質交換および／または熱交換カラムの長手方向における概略図。本発明によるカラムのパッキングストリップの平面図。図２のストリップの一部の透視図。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った、より大きなスケールでのストリップの断面図。

Claims

隣り合うストリップで流路の向き（Ｄ_ｃ）が反転した複数のストリップ（２）を含む、少なくとも１つの波形のパッキングモジュールを含む蒸留カラムであって、前記ストリップはシート材料から作られ、且つ第１の方向を向いた第１のメインピーク（１０；１２）と、反対の方向を向いた第２のメインピーク（１２；１０）を交互に形成する波（８）を含むタイプのものであり、前記波（８）は流路（１４）を形成し、２つの第１の隣り合うメインピーク（１０；１２）または第２の隣り合うメインピーク（１２；１０）の間に位置する各流路は、流路のエッジピーク（edge peak）を形成し、且つ各流路は、１つのトップメインピーク（１０；１２）により結合される２つの流路の脚部（channel leg）（１６）を有し、前記流路（１４）は、上記液体の全体的な流れ方向（Ｄ_ｆ）に対して傾斜している全体的な方向（Ｄ_ｃ）を有し、前記ストリップ（２）は、さらに、前記流路（１４）のうちの１つの断面内に全体的に位置し、且つ２つの前記流路の脚部（１６）と結合する少なくとも１つの反転部分（２２）を含み、前記反転部分（２２）は、前記流路のトップメインピーク（１０；１２）に対して反対の方向を向いた第１の中間ピーク（２６）を含み、ここで、前記反転部分（２２）は、前記トップメインピーク（１０；１２）の方向を向いた第２の中間ピーク（２８；３０）をさらに含むことを特徴とする蒸留カラム。
前記ストリップの反転部分（２２）が、前記トップメインピーク（１０；１２）の方向を向いた第３の中間ピーク（３０；２８）を含み、前記第２の中間ピーク（２８；３０）および第３の中間ピーク（３０；２８）が、前記第１の中間ピーク（２６）の両側に位置することを特徴とする請求項１に記載のカラム。
前記流路（１４）の方向に対して垂直に取った断面で見て、前記ストリップの前記反転部分（２２）が、前記流路の脚部（１６）のそれぞれと地点（２４）において結合しており、２つの前記地点（２４）との間で測定される、前記流路（１４）の展開長さと前記反転部分（２２）の展開長さが、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載のカラム。
前記ストリップの前記反転部分（２２）の断面は、第１の中間ピーク（２６）を形成する第１の円弧（３２）、並びに前記第２の中間ピーク（２８、３０）および第３の中間ピーク（３０、２８）を形成する第２の円弧（３４、３６）および第３の円弧（３６、３４）を含み、並びに前記反転部分（２２）の中間直線部位（３８）が、前記第１の円弧（３２）と前記第２の円弧（３４、３６）、第３の円弧（３６、３４）との間に位置することを特徴とし、この直線部位（３８）は、関連する円弧（３２、３４、３６）に対して接線方向で結合している請求項２に記載のカラム。
前記ストリップの前記流路（１４）の断面が、前記トップメインピーク（１０；１２）を形成するメイン円弧（１８）と、前記メイン円弧（１８）に対して接線方向で結合する２つのメイン直線部位（２０）とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラム。
前記メイン円弧（１８）の曲率半径（ｒ１）は、前記第１の円弧（３２）、第２の円弧（３４、３６）および第３の円弧（３６、３４）の曲率半径の合計に等しく、前記中間直線部位（３８）のそれぞれと、関連する前記メイン直線部位（２０）との間の角度（α）は、前記メイン直線部位（２０）の間の角度（γ）に等しいことを特徴とする併せた請求項４および５に記載のカラム。
前記流路（１４）が、前記流路の前記トップメインピーク（１０；１２）と、前記流路の２つの隣り合うメインピーク（１２；１０）間に位置する平面（Ｐ）との間で測定される高さ（ｈ）を有し、並びに前記トップメインピーク（１０；１２）と、前記第１の中間ピーク（２６）との間の距離ｄ４が、前記高さ（ｈ）の２／３倍にほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のカラム。
前記ストリップが、曲げられた金属シートから作られることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のカラム。
第１の方向に向いた第１のメインピーク（１０；１２）、および反対方向に向いた第２のメインピーク（１２；１０）を交互に形成する波（８）を含むタイプの、曲げられた金属シートから作られるストリップであって、前記波（８）が、流路（１４）を形成し、各流路は、流路のエッジピークを形成する２つの第１の隣り合うメインピーク（１０；１２）、または第２の隣り合うメインピーク（１２；１０）の間に位置し、各流路は、１つのトップメインピーク（１０；１２）により結合される２つの流路の脚部（１６）を有し、前記流路（１４）は、上記液体の全体的な流れ方向（Ｄ_ｆ）に対して傾斜している全体方向（Ｄ_ｃ）を有し、前記ストリップは、さらに、前記流路（１４）のうちの１つの断面内に全体として位置し、且つ２つの前記流路の脚部（１６）を互いに結合する少なくとも１つの反転部分（２２）を含み、前記反転部分（２２）は、前記流路のトップメインピーク（１０；１２）に対して反対の方向に向いた第１の中間ピーク（２６）を含み、前記反転部分（２２）は、さらに、前記トップメインピーク（１０；１２）の方向に向いた第２の中間ピーク（２８；３０）を含むストリップを製造するための方法であり、ここで、以下の工程、
（ａ）平らな金属シートを曲げて、前記流路（１４）を含む波形の金属シートを形成する工程、
（ｂ）前記ストリップの少なくとも１つの反転部分（２２）の位置において、トップメインピーク（１０；１２）の線と交差して、２つのスリットをシートに切り込む工程、および
（ｃ）前記２つのスリットの間に位置する部位を、前記波（８）に対して反転する様式で曲げて、前記反転部分（２２）を形成する工程
を含むことを特徴とする方法。