JP2010005604A

JP2010005604A - 接触塔

Info

Publication number: JP2010005604A
Application number: JP2008180562A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakayama; 喬中山
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: EP2179785A4; AU2008287772B8; US8240640B2; CN101784334A; BRPI0813843A2; KR101176277B1; CA2695181A1; WO2009022753A1; AU2008287772A1; EP2179785A1; JP5410044B2; AU2008287772B2; CA2695181C; KR20100041832A; BRPI0813843B1; CN101784334B; US20110210457A1; EP2179785B1

Abstract

【課題】良好な分散状態のもとで２相の流体を接触させることが可能であり、且つ多段化の容易な接触塔を提供する。
【解決手段】接触塔１は、内部を隔壁（垂直壁１０、水平壁２１、３１）により複数のセル２２、３２に分離され、各セル２２、３２は、当該接触塔１内を上昇する上昇流体と、接触塔１内を下降する下降流体との向流接触空間となる。各段の垂直壁１０に設けられた下降流体噴出孔５２は隔壁に堰き止められて溜まった下降流体を隣接する下段側のセル２２、３２に噴出させ、この噴出孔５２の上方側に設けられた上昇流体入口５１は下段側のセル２２、３２からの上昇流体を流入させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、吸収、放散、蒸留等の気液接触や抽出等の液々接触、またスラリー等の固体を含んだ液体と気体との接触反応等の気液固接触等を行うための接触塔に関する。

石油精製やガス精製、石油化学等の産業においては、例えば気体と液体とを接触させたり、２種類の液体同士を接触させたりすることにより、これらの流体間で進行する物質やエネルギーの授受、物質間の反応等を利用して特定の物質の分離や精製、変換を行う吸収、放散、蒸留、抽出、接触反応等のプロセスが多数採用されている。例えば、相の異なる２流体を塔内で接触させ、流体間の界面にて物質移動を進行させる吸収塔、放散塔や抽出塔、塔の高さ方向に温度勾配を付与し、気液平衡を利用して物質の分離、精製を行う蒸留塔等の接触塔は、これらのプロセスに広く採用されている装置である。

一般に接触塔には、２流体を互いによく分散させることにより接触面積を大きくして物質移動や平衡操作の効率を高めるための機構が設けられており、取り扱われる流体や適用されるプロセスに応じて種々のタイプのものが使い分けられている。このような観点から見ると、例えば気液接触塔の主なタイプには、（１）加圧ポンプ等を用いて液体を液滴の状態で塔内に供給し、気相内に液滴を分散させるスプレー塔やジェットスクラバー、液相で満たされた塔内に気泡を分散させる気泡塔、（２）塔内に充填した充填物の表面に液膜状に液体を流すことで気液接触界面を大きくする充填塔、（３）塔内を流下する液体を一時的に滞留させる棚段を一定間隔で設置し、各棚段に設けられた泡鐘や孔を通して棚段上に滞留している液相内に気泡を分散させる棚段塔等がある。

これらの気液接触塔のうちスプレー塔や気泡塔のように液滴や気泡をそれぞれ気相、液相内に分散させるタイプのものは、充填塔等と比較して気体と液体との分散状態がよいという利点があるが、気液接触の時間が比較的短く、塔全体の理論段数が１〜２段相当しかない。このため、例えば吸収塔や放散塔において高い吸収率や放散率を得るためには、複数の接触塔を直列に接続して装置を多段化する等の特別な装置構成が必要となり、装置の複雑化やコスト増大の観点から問題がある。

これに対して充填塔や棚段塔は、充填物の充填高さや棚段の実段数を増減することで接触塔の理論段数を比較的自由に設計できる。しかしながら気液接触の機構に注目すると、気体と液体との接触は主に液膜の表面や液相内の気泡表面にて行われるため、気相側では液が十分に分散された状態にあるとはいえず更なる改善が検討されてきた。また棚段塔では、液相内に気泡を分散させるという接触機構を採用しているため、液相の泡立ちにより処理量や処理効率を低下させてしまうフォーミング現象が接触塔の操作範囲（気体や液体の供給量や供給比率、処理可能な流体の種類等）を狭くしてしまうという問題もあった。

ここで特許文献１には、図２６（ａ）に示すように、棚段塔タイプの気液接触塔１００について、塔内を流下する液体と上昇する気体とを孔のない棚段１０１の表面で並流させながら気液接触を行う技術が記載されている。しかし、本技術の目的は例えば室内に設置可能なコンパクトな接触塔を開発することであり、気体と液体との分散状態の更なる向上を目的とする技術ではない。

また特許文献２には、充填塔タイプの気液接触反応塔１１０につき、図２６（ｂ）に示すように、この気液接触反応塔１１０内を、疎水性の触媒の充填された複数のセル１１１に分離することで、疎水性の触媒を用いることによる液流の偏流を防止する技術が記載されている。更に図２６（ｃ）に示すように、各々のセル１１１の壁面を液体、気体の流れ方向（垂直方向）を横切る方向（水平方向）に波打つ波形に形成することによって、当該波形形状に依存した液流を形成し、気流と液流との接触面積を大きくする技術が記載されている。本技術は、塔内を複数のセルに分離する点において後述する本発明の実施の形態と似た構成を備えているが、気液接触の機構においては、セル１１１の壁面を流下する液の表面にて気体と液体とを接触させるものであり、気相において液を分散させる技術については何ら記載されていない。

また液々接触の例として、本願の発明者は、図２７に示すように、下降する重液（Ｈ）と上昇する軽液（Ｌ）とを接触させる液々接触塔１２０内に、複数段の棚段１２１を設け、この棚段１２１の一部を切り欠いて重軽両液の流路１２３とすると共に、各棚段１２１の流路１２３側の端部から垂直下方に伸びる堰板１２２を設けた液々接触塔１２０を開発した（特許文献３）。この堰板１２２には、開口部１２４を設けてあり、堰板１２２に堰止められて棚段１２１下方に一時的に滞留した軽液（Ｌ_３）は開口部１２４を介して水平方向にジェット状に流出し（Ｌ_１）、下降する重液（Ｈ）からの剪断力を受けて液滴（Ｌ_２）となることにより重液（Ｈ）内に分散し、両液体を効率的に接触させることができる。このような技術に対して本発明者は、液々接触塔における重軽液間の分散状態を更に改善する技術の開発も進めてきた。
特開２００２−３３６６５７号公報：請求項１、第００１０段落、図１特開２０００−２５４４０２号公報：第００１５〜００２０段落、図１、図４特開平７−８０２８３号公報：第００１７〜００１９段落、第００３２段落、図５

本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、良好な分散状態のもとで２相の流体を接触させることが可能であり、且つ多段化の容易な接触塔を提供することにある。

本発明に係る接触塔は、塔内の下部から気体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、気体及び液体を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記上段側のセルの下部には、当該隔壁に堰き止められて溜まった下降流体が前記下段側のセルに噴出するように下降流体噴出孔が設けられると共に下降流体が溜まる領域よりも上方側には、当該下段側のセルからの上昇流体が当該上段側のセルに流入する上昇流体流入口が設けられていることと、を特徴とする。

また、他の発明に係る接触塔は、塔内の下部から液体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、液体同士を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記上段側のセルの下部には、当該上段側のセルに溜まった下降流体がその位置エネルギーにより前記下段側のセルに噴出するように下降流体噴出孔が設けられると共に下降流体噴出孔よりも上方側には、当該下段側のセルからの上昇流体がその浮力により当該上段側のセルに流入する上昇流体流入口が設けられていることと、を特徴とする。

更にまた他の発明に係る接触塔は、塔内の下部から液体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、液体同士を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記下段側のセルの上部には、当該下段側のセルに溜まった上昇流体がその浮力により前記上段側のセルに噴出するように上昇流体噴出孔が設けられると共に上昇流体噴出孔よりも下方側には、当該上段側のセルからの下降流体がその位置エネルギーにより当該下段側のセルに流入する下降流体流入口が設けられていることと、を特徴とする。

下降流体噴出孔を備えた上記の各接触塔は、前記上段側のセルと前記下段側のセルとは、互いに一部が上下に積層された位置関係にあり、前記下降流体の噴出孔は、前記上段側のセルの下部側面及び底面の少なくとも一方に設けられるように構成してもよく、また上昇流体噴出孔を備えた接触塔は、前記上段側のセルと前記下段側のセルとは、互いに一部が上下に積層された位置関係にあり、前記上昇流体の噴出孔は、それぞれ前記下段側のセルの上部側面及び天井面の少なくとも一方に設けられるようにしてもよい。また、前記下降流体の噴出孔、上昇流体の噴出孔、上昇流体流入口や下降流体の流入口は、横方向若しくは縦方向に延びるスリット、または横方向若しくは縦方向に多数配列された孔部により構成されていることが好ましい。

また気体を上昇流体とし、液体を下降流体とする接触塔において、下降流体噴出孔には、下段側のセルを流れる上昇流体が当該下降流体噴出孔を介して上段側のセルへと流れ込むことを防止するために、前記隔壁に堰き止められた下降流体の量に応じて開閉する第１のシャッターを設けてもよく、このとき前記第１のシャッターは第１の付勢手段により付勢されて閉じられるように当該下降流体噴出孔の流出側に設けられ、上段側のセルに溜まった下降流体からの圧力、即ち液圧により前記第１の付勢手段の付勢に抗して開かれるように構成してもよい。

また気体を上昇流体とし、液体を下降流体とする接触塔において、下降流体噴出孔がセルの側面に設けられている場合には、前記第１のシャッターはこの下降流体噴出孔を閉じる下降位置と、当該下降流体噴出孔を開く上昇位置との間で昇降するように構成され、上段側のセルに溜まった下降流体の浮力により下降位置から上昇するように構成してもよい。更にこのとき、下降流体噴出孔がセルの底面にも設けられている場合には、前記第１のシャッターは前記下降位置において当該底面の下降流体噴出孔を閉じるように構成するとよい。また下降流体の浮力により昇降する前記第１のシャッターは、上段側のセル側へ向けて横方向に突出する浮力調整部材を備えていてもよい。

この他、気体を上昇流体とし、液体を下降流体とする接触塔において、上昇流体流入口には、下段側のセルから上段側のセルへと流入する上昇流体の圧力に応じて当該上昇流体流入口の一部を開閉する第２のシャッターが設けられていてもよく、この場合、当該第２のシャッターは第２の付勢手段により付勢されて閉じられるように前記上昇流体流入口の流出側に設けられ、上昇流体からの圧力により前記第２の付勢手段の付勢に抗して開かれる構成とする場合等が考えられる。

また、前記セルの底面を、当該セルに設けられた噴出孔に向けて低くなるように傾斜させてもよく、これは下降流体が粉粒体を含むスラリー等である場合に好適である。

さらに、多数の前記セルを縦１列に配置したセル列が複数列配置され、各セル列に属するセルと、そのセル列に隣接するセル列のセルとが段違いに配置させ、各セル列を一方向に沿って横に並べたり、円筒状に形成された接触塔内に、各セル列を同心円状に横に並べたりしてもよい。

本発明に係る接触塔は、上昇流体（気体や液体）と下降流体（液体）との向流接触空間を形成するセルを多段に備え、これらの各セル内では、上段側のセルから噴出孔を介して噴出させた下降流体と、下段側のセルから流入口を介して流入させた上昇流体とを向流接触させるので、各セル内に良好な分散状態を作り出すことができる。この結果、例えば気液接触塔の場合には、吸収操作の吸収効率や放散操作の放散効率を向上させることができる。
またこれらの接触空間は、塔内を隔壁により分離するだけで簡単に形成できるので、容易に多段化することが可能であり、高性能の接触塔を低コストで建設することが可能となる。

本発明に係る実施の形態として、吸収や放散等の気液接触を行う気液接触塔１を例に、図１〜図４を用いてその構造を説明する。図１、図２は実施の形態に係る気液接触塔１の全体構造を模式的に示した縦断面図であり、図３、図４はその内部構造についての説明図である。

気液接触塔１は、例えばステンレススチール製の円筒容器から構成され、この気液接触塔１内を上昇する気体（上昇流体）と、同じく下降する液体（下降流体）とを向流接触させる役割を果たす。図１に示すように、気液接触塔１の塔頂部には、気液接触塔１内に液体を供給するための液体供給部１１と、気体を抜き出すための気体抜出部１４とが設けられており、塔底部には、液体を抜き出すための液体抜出部１２と、気体を供給するための気体供給部１３とが設けられている。

図１に示すように気液接触塔１内には、液体供給部１１と気体供給部１３との間の気液接触領域において、気液接触塔１本体を図１に向かって左右に２等分するように、この気液接触塔１の内周面が描く円の直径位置にて垂直に伸びる垂直壁１０が設けられている。

垂直壁１０により区画された気液接触塔１の左側領域２０には水平壁２１が等間隔に複数段設けられ、これにより左側領域２０の空間が上下方向に複数に区画されている。一方、垂直壁１０により区画された右側領域３０には、前記水平壁２１と段違いにして水平壁３１が等間隔に複数段設けられ、これにより右側領域３０の空間が上下方向に複数に区画されている。なお、右側領域３０の水平壁３１は、左側領域２０において上下に隣接する水平壁２１の中間の高さレベルに位置している。

従って、互いに上下に隣接する２枚の水平壁２１、２１（３１、３１）、気液接触塔１の周壁１５及び垂直壁１０により囲まれる空間をセルと呼ぶと、気液接触塔１内にはこれらのセルを縦１列に多段に配置したセル列が２列形成され、一方のセル列に属するセルと他方のセル列のセルとが段違いに配置された状態となっている。なお、以下の説明では、左側領域２０のセル及び右側領域３０のセルに対して夫々符号２２、３２を割り当てることとする。

これらのセル２２、３２は、気液接触塔１内を流れる気体と液体との向流接触空間を成している。気液接触塔内の各セル２２、３２は互いに似た構成を備えているので、以下、例えば図１中の破線内に示したセル３２を例に説明する。図３（ａ）はセル３２の底面側の水平壁３１の平面図（図１のＡ−Ａ’面より矢視）であり、図３（ｂ）は同じくセル３２の垂直壁１０の側面図（図３（ａ）のＢ−Ｂ’面より矢視）である。また図４は、気液接触塔１内におけるセル３２の内部構造を示した斜視図である。

図３（ｂ）に示すように、垂直壁１０において各水平壁２１、３１の直ぐ下方位置には、水平方向に伸びるスリットからなる気体通流口５１が形成され、また垂直壁１０における各水平壁２１、３１の直ぐ上方位置には、水平方向に伸び、例えば３段のスリットからなる液体通流口５２が形成されている。気体通流口５１は、各水平壁２１、３１の下面とそのスリットの上縁とを共有しており、また液体通流口５２を構成する３段のスリットのうちの最下段のスリットの高さ位置は、後述のように気液接触塔１の運転が定常状態になったときの液溜まりの液面よりも低くなるように設定されている。

以上の構成により、例えば図４の斜視図に示すように、あるセル３２から垂直壁１０を見たとき、上半分側における気体通流口５１及び液体通流口５２は夫々斜め上段（前段）側のセル２２に対して上昇流体である気体を流出する気体流出口及び、斜め上段側のセル２２から下降流体である液体が流入する液体流入口に相当することになる。また、同じく下半分側における気体通流口５１及び液体通流口５２は、夫々斜め下段（次段）側のセル２２から気体が流入する気体流入口及び、斜め下段側のセル２２に対し液体が流出する液体流出口に相当することになる。

即ち、図４に示したセル３２の斜め上段側のセル２２に設けられた液体流出口は、当該セル３２の液体流入口に相当し、斜め下段側のセル２２に設けられた気体流出口は、当該セル３２の気体流入口に相当することになる。このようにして、各セル２２、３２に設けられた気体通流口５１、液体通流口５２によって、気液接触塔１内には、図２に示すように気体の上昇する流路及び液体の下降する流路が形成されることになる。なお図２中に破線で示した矢印は気流１７を示しており、実線で示した矢印は液流１６を示している。

ここで、既述のように液体通流口５２がスリット状の狭い流路として構成されていることにより、この液体通流口５２は、図４に示すように、セル３２内に流入した液体が斜め下段側のセル２２へと流出する際の抵抗として機能する。この結果、各セル２２、３２内の下方側の空間は、そのセル２２、３２内を流れる液体を垂直壁１０によって堰き止めて溜める滞留部５３となり、セル２２、３２内を流れる液体はこの滞留部５３に液溜まりを形成してから液体通流口５２を介して下段側のセル３２、２２へと送り出されることになる。この滞留部５３に溜まる液溜まりの深さ（液深）は、液体供給部１１より供給される液体の流量によって決まり、流量が大きいほど液深は深くなり、流量が小さいと液深は浅くなる。

以上に説明した構成に基づいて、本実施の形態に係る気液接触塔１の作用を図５、図６を参照しながら説明する。図５は、図４に示したセル３２内における気流１７と液流１６との気液接触機構を説明するための斜視図であり、図６は気液接触塔１内の気液接触の状態を模式的に示した縦断面図である。

図１に示す液体供給部１１より気液接触塔１内に供給された液体は、重力によって各セル２２、３２を通りながら塔内を下降し、図５に示すセル３２の斜め上段側のセル２２に到達する。ここで既述のように、上段側のセル２２に供給された液体は、垂直壁１０に堰き止められることにより滞留部５３に滞留して液溜まりを形成している。滞留部５３に液溜まりが形成されると、この液溜まり内の液体の持つ位置エネルギーが液体通流口５２にて運動エネルギーに変換され、液体を下段側のセル３２側へ押し出す力となる。この結果、下段側のセル３２から見ると、図５に示すように、上段側のセル２２の滞留部５３に溜まっていた液体が、スリット状の液体通流口５２を介し、シート状の液流１６となって噴出する。これらの作用から分かるように、スリット状の液体通流口５２は垂直壁１０に堰き止められて滞留部５３に溜まった液体を下段側のセル３２に噴出させる噴出孔としての役割を果たす。

一方で気体供給部１３より気液接触塔１内に供給された気体は、気体を押し込む圧力や気体に働く浮力によって各セル２２、３２を通りながら気液接触塔１内を上昇して、図５に示すセル３２の斜め下段側のセル２２に到達し、気体通流口５１を介して当該セル３２へと送り出される。既述のように気体通流口５１はスリット状に構成されているため、図５に示すように、当該セル３２側から見ると気体はシート状の速い気流１７となって気体通流口５１より導入される。

ここで、既述のようにセル３２の気体通流口５１は、液体通流口５２の直ぐ下方位置に設けられているため、気流１７は、この気流１７がセル３２の空間内で拡大して減速する前に液流１６と交差し、この液流１６を下から吹き上げるようにして流れる。この結果、液流１６には気流１７と交差したことによる剪断力が働き、図６に示すように液滴となってセル３２の空間内に分散される。このように、液体通流口５２と気体通流口５１とが互いに上下に配置されていることにより、セル３２は液流１６と気流１７とを向流接触させる空間として機能する。

また、気体通流口５１を出た直後の速い気流１７は、その気流１７の周りに圧力低下を生ずるため、液体通流口５２の近傍を通過する際に液体を引き込んで液流１６の噴出を促進する作用を得ることもできる。

セル３２内に分散した液滴表面では、周囲の気体との間で物質移動が行われ、吸収塔の場合には気体から液体へ、放散塔の場合には液体から気体へと物質の移動が進行する。一方、セル３２内の空間の水平断面積は気体通流口５１の開口面積より広いため、気流１７は液流１６と交差した後、徐々に減速しながらセル３２内を上昇していく。気流１７の流れが遅くなると、液滴を吹き上げる気流１７の力が弱くなり、液滴は滞留部５３へと沈降を開始して気体と液体とが分離される。一方、気流１７の流れが減速した場合であっても、微小液滴が気流に同伴される向流接触においては、気体通流口５１にデミスターを設置することにより液滴を十分に分離させることができる。

そしてセル３２内を上昇する気体は、上面側の水平壁３１に到達すると、垂直壁１０に設けられた気体通流口５１を介して斜め上段側のセル２２へと送り出される。一方で滞留部５３へと沈降した液滴は、滞留部５３に形成されている液溜まりに合流し、ここで濃度が均一化された後に液体通流口５２を介して斜め下段側のセル２２へと送り出される。

このようにして気液接触塔１内の各セル２２、３２では、液体を液滴にして気体内に分散し気液接触を行う動作と、気液接触後の気体と液体とを分離し、それぞれの流路に沿って下流側のセル２２、３２へと送り出す動作とが繰り返して行われ、気液間の吸収や放散が進行する。そして液体が塔底に達すると、液体は気体との接触を終えて液体抜出部１２へと抜き出される。また気体についても同様に塔頂に到達した後、液体との接触を終えて気体抜出部１４へと抜き出される。

以上に説明した本実施の形態に係る気液接触塔１によれば以下のような効果がある。気液接触を行う気液接触塔１内を気体と液体との向流接触空間を形成する複数のセル２２、３２に区画し、各セル２２、３２の滞留部５３に溜まった液体を、噴出孔としての役割を果たす液体通流口５２を介して下段側のセル２２、３２に噴出させたり、これらのセル２２、３２内を気体が上昇する力を利用して、上段側のセル２２、３２に送り出したりする。このため特別な加圧手段を用いずに夫々の流体を隣接するセル２２、３２に勢いよく送り出すことができる。そして、各セル２２、３２内では、例えばシート状に噴出した液流１６と気流１７とが向流接触し、気相内に液滴が分散して、良好な分散状態を作り出すことができる。この結果、ＨＥＴＳ（一理論段数あたりの高さ：Height Equivalent to a Theoretical Stage）が低くなって吸収効率や放散効率等の向上に寄与する。

また、既述のようにＨＥＴＳが低いことに加え、本実施の形態に係る気液接触塔１内では気体や液体が複数のセル２２、３２を通過する際に塔内を蛇行しながら上昇、下降するので、直線状に上昇、下降する従来の棚段塔等に比べて、塔内における気体や液体の滞留時間が同じであっても気液接触塔１の高さを更にコンパクトにできる。

また、スプレー塔等と比較して各セル２２、３２内で形成される液滴が大きいので、気体の流れが速くても気液の分離が容易であり、単位断面積あたりの処理量を大きくすることや、同じ処理量であれば塔径を小さくすることができる。

また、棚段上に滞留させた液相内に気体を分散させて気液接触を行う棚段塔とは異なり、本実施の形態に係るセル２２、３２では、気流が液相内を通過する機構とはなっていないため、フォーミング（液相の泡立ち）の発生を回避または抑えることができる。また棚段塔とのこのような接触機構の違いにより、気流の圧力損失も小さくなって、気液接触塔１に気体を送り込むために必要な動力が小さくなり省エネルギーにも貢献する。

またこれらのセル２２、３２は、気液接触塔１内を垂直壁１０や水平壁２１、３１で分離するだけで簡単に形成できるので、容易に多段化することが可能であり、高性能の気液接触塔１を低コストで建設することが可能となる。

更に、液体通流口５２や気体通流口５１をスリット状に設けることにより、セル２２、３２内に液流１６や気流１７をシート状にして交差させることができるので、気流１７から液体により強い剪断力を加え、液流１６はより小さな液滴に分散されやすくなって、良好な分散状態を得られる。なお、これら液体通流口５２や気体通流口５１等の形状は、図３（ｂ）に示したものに限定されるものではなく、例えば図７（ａ）に示すように液体通流口５２を更に短いスリットを多数配列したり、図７（ｂ）に示すように円形の孔部を成す液体通流口５２を多数配置したりするようにしてもよい。また図７（ｃ）に示すように、液体通流口５２を垂直方向に細長いスリットを複数並べた状態で設けてもよいし、更に例えば気体通流口５１のスリットを分割して横方向に多数配列してもよい。更に、図示は省略するが、図７（ｂ）に示した液体通流口５２と同様に、孔部を成す気体通流口５１を横方向に多数配列してもよい。

また、図１〜図６を用いて説明した実施の形態においては、気液接触塔１内を垂直に２列に分割し、隣接するセル同士が段違いに配置された構造となっているが、気液接触塔１内のセル列の数や各セル２２、３２の形状は当該実施の形態に限定されるものではない。例えば図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、気液接触塔１の内周面が描く円を垂直に３分割して３列のセル列が一方向に沿って横に並ぶようにし、各セル列内のセル２２、３２、４２が隣接するセル２２、３２、４２と段違いに配置されるようにしてもよい。

更にセルは、図１や図８（ａ）に示したようにそのＸ−Ｚ断面が矩形のものに限定されるものではない。例えば図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、上段側のセル２２、３２、４２と下段側のセル２２、３２、４２との一部が互いに上下に積層されるように構成し、滞留部５３の体積が大きくなるようにしてもよい。またこれとは反対に、図９（ａ）の各セル２２、３２、４２の天地を反転させて、滞留部５３の体積が小さくなるように構成してもよい。

またこのように上段側と下段側とのセル２２、３２、４２の一部が互いに上下に積層されるように構成する場合には、液体通流口５２は、これまで例示してきたように垂直壁１０に設ける場合に限定されるものではなく、図９（ａ）〜図９（ｃ）に併せて示してあるように、セル２２、３２の底面側の水平壁２１、３１に液体通流口５２を設けるように構成してもよい。更にまた図１０（ａ）〜図１０（ｃ）には気液接触塔１内を垂直方向に同心円状に分離して、円筒状のセル列を同心円状に横に並べた構造の気液接触塔１の例を示しており、このようなタイプの気液接触塔１も本発明には含まれる。なお図中の１８は内側のセル２２、３２を支えるための梁である。

続いて図１１（ａ）、図１１（ｂ）には、液体に粉粒状の固体不純物を含むスラリーを処理する吸収塔や放散塔、触媒を含んだスラリーと気体とを接触させて反応させる接触反応塔等に用いられる気液接触塔１を例示している。気液接触塔１塔内でスラリーを処理する場合には、水平壁２１、３１上にスラリー内の粉粒体が沈降、堆積することにより塔内を下降するスラリーの流れを阻害してしまうおそれがある。そこで図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示した気液接触塔１では、水平壁２１、３１に傾斜を設けてあり、この傾斜が気体通流口５１へ向けて低くなっていることによりスラリー内の粉粒体を水平壁２１、３１上に堆積させずに下流のセル２２、３２へと排出できる。なお、このような気液接触塔１を適用可能な処理対象は、粉粒体を含むスラリーに限定されるものではなく、気液接触塔１内を流下する粉粒体（固体）と気体との固気接触、液体との固液接触にも適用することができる。

本実施の形態に係わる気液接触塔１は、例えば図５、図６にて説明したように滞留部５３に液溜まりを形成して液体通流口５２から噴出させた液流１６と、気体通流口５１を介して上昇してきた気流１７とを交差させ、当該液流１６を吹き上げると共に液流１６に剪断力を加え、各セル２２、３２内に液滴を分散させることにより気体と液体との良好な分散状態を作り出している。ここで例えば気液接触塔１を低処理量で運転している場合などには、気体通流口５１から流出する気流１７の流速が低下し、液流１６を吹き上げる力や剪断力が弱まって気液の分散状態が悪化する場合もある。

また図６では、液体通流口５２を成す全てのスリットから液体を噴出している状態を示しているが、低処理運転時などには液溜まりの液深が上段側に設けられたスリットの位置よりも低くなることがある。この場合には、液溜まりよりも高い位置に設けられているスリットからは液体が噴出されなくなり、下段側のセル３２と上段側のセル２２とが当該スリットを介して連通した状態となる。この結果、下段側のセル３２内を上昇する気体の一部が連通したスリットを介して上段側のセル２２へと流れ込み、気体通流口５１を通過する気流１７の流速が低下して気液の分散状態が悪化する場合もある。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すセル２２、３２は、こうした低処理運転時などにおける気液の分散状態の悪化を防止する機構を備えている。図１２（ａ）は、例えば図１３（ａ）に示すセル２２の垂直壁１０を下流側のセル３２から見た正面図であり、図１２（ｂ）は、当該セル２２を図１２（ａ）に示したC１-C１’面より矢視した縦断側面図である。以下の図１２〜図１８に示す例では、各セル２２、３２は垂直壁１０に設けられた２本のスリットと水平壁２１、３１に設けられた１本のスリットとの合計３本のスリットからなる液体通流口５２を備えている場合について説明する。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示した例において、セル２２は液溜まりの液深が液体通流口５２のスリットが設けられている位置よりも低くなった場合に、隣り合うセル３２と連通された状態となることを防ぐための第１のシャッターを備えている。本例では第１のシャッターは垂直壁１０に上下２段に設けられた液体通流口５２（スリット）の上段側に設置されている。第１のシャッターは例えばスリットよりも一回り大きな矩形状のシャッタープレート７１を備え、このシャッタープレート７１の上端部には左右水平方向に突出する回動軸７１１が設けられている。

シャッタープレート７１は、図１２（ｂ）に示すように、液溜まりの形成されるセル２２から見て液体通流口５２（スリット）の出口側、即ち、液流１６が流出する下流側のセル３２内の垂直壁１０面に設置される。当該垂直壁１０面には、例えばリング状の軸受部７１２が固定されており、この軸受部７１２に前述の回動軸７１１を貫通させることによりシャッタープレートが回動軸７１１より懸垂された状態で設置される。

既述のように、シャッタープレート７１は液体通流口５２をなすスリットよりも一回り大きなサイズに形成されているので、図１２（ｂ）に示すセル３２の方向から力が加わっても、シャッタープレート７１はスリットを塞いだ状態で垂直壁１０面にて係止される。一方、同図に示すセル２２の方向から力が加わった場合には、シャッタープレート７１は加わる力に応じて下段側のセル３２の内側へ向かって回動し、塞がれていたスリットを開放することができる。ここで例えば前記シャッタープレート７１を閉じる方向、即ちシャッタープレート７１を垂直壁１０の壁面に押し付ける方向に付勢された例えば巻きバネなどの付勢手段を回動軸７２１と組み合わせて設け、シャッタープレート７１が開き始める際の液流１６の流量を調節してもよい。

次に気体通流口５１に設けられた第２のシャッターの構成について説明すると、第２のシャッターは、既述の第１のシャッターと同様に、細長い矩形状のシャッタープレート７２と、シャッタープレート７２の上端部に設けられ左右水平方向に突出する回動軸７２１と、この回動軸７２１を貫通させる軸受部７２２と、を備えている。ここで第２のシャッターのシャッタープレート７２は、本例ではその幅がスリット状に形成された気体通流口５１よりも一回り大きく、高さが気体通流口５１の半分程度の大きさに形成されている。そして例えば回動軸７２１の張設される位置が気体通流口５１のほぼ中央の高さとなるように、気流１７の流出するセル２２側に軸受部７２２を配置して回動軸７２１を貫通させることによりシャッタープレート７２は当該回動軸７２１に懸垂された状態で配設される。

この結果、シャッタープレート７２は、気体通流口５１の一部、例えば下側半分を塞いだ状態となり、図１２（ｂ）に示すセル３２の方向からシャッタープレート７２を持ち上げられないような小さな力が加わったとしても、シャッタープレート７２は気体通流口５１の一部を塞いだままの状態で殆ど動かない。しかし、セル３２の方向から加わる力が更に大きくなっていくと、シャッタープレート７２は回動軸７２１を中心としてセル２２の内側へ向けて回動し、塞がれていた気体通流口５１が徐々に開放されることとなる。ここで例えば前記シャッタープレート７２を閉じる方向、即ちシャッタープレート７２を垂直壁１０の壁面に押し付ける方向に付勢された例えば巻きバネなどの付勢手段を回動軸７２１と組み合わせて設け、シャッタープレート７２が開き始める際の気流１７の流量を調節してもよい。

以上に説明した２つのシャッターのうち、第１のシャッターの作用を説明すると、図１３（ａ）に示すように気液接触塔１の処理量が低く、各セル２２、３２の滞留部５３に形成される液溜まりの液位（下降流体の液量）が液体通流口５２をなす上段側のスリットに達していない場合には、第１のシャッターのシャッタープレート７１を回動させようとする力が働かない。このため、シャッタープレート７１は回動軸７１１から懸垂された状態で、また例えば下段側のセル３２と上段側のセル２２内、または下段側のセル２２内と上段側のセル３２内との圧力差によってシャッタープレート７１が垂直壁１０面に押し付けられた状態でスリットを塞ぐ。

この結果、下段側のセル３２、２２内を上昇する気体がこのセルを介して上段側のセル２２、３２へと流れ込むことを防止し、気体通流口５１を通過する気流１７の流速を落とさないよにすることができる。一方、気液接触塔１の処理量が増え、液溜まりの液位が前記上段側のスリットに達すると、シャッタープレート７１を回動させる力が加わり、図１３（ｂ）に示すように塞がれていたスリットを開放して液溜まりの液位（液量）に応じて液流１６を噴出させることができる。

次に第２のシャッターの動作を説明すると、処理量の低い図１３（ａ）に示す状態では、各セル２２、３２内を上昇する気体の量が少ないことからシャッタープレート７２に働く圧力が小さく、当該シャッタープレート７２は気体通流口５１の下側半分を塞いだまま殆ど動かない。この結果、気体通流口５１の開口面が小さくなり、各セル２２、３２内を上昇する気体の量が少ない場合であっても当該通流口５１を通過する気流１７の流速の低下を抑えることができる。

そして図１３（ｂ）に示すように気液接触塔１の処理量が増えると、各セル２２、３２内を上昇する気体の量も増えて気体から受ける圧力も大きくなることによりシャッタープレート７２が回動し、塞がれていた気体通流口５１を開放して気流の通過する開口面が大きくなる。この結果、開口面が小さいままの状態と比べて圧力損失がそれ程大きくならずに、必要な流速を保った気流１７を形成することができる。

これら第１のシャッター、第２のシャッターを設けることにより、気液接触塔１の処理量が低い場合であっても、気体通流口５１を通過する気流１７の流速低下を抑え、液体通流口５２から噴出する液流１６を吹き上げる力や液流に１６に働く剪断力を維持して気液の良好な分散状態を維持することができる。

ここで第１のシャッターの構成は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示した回動式のものに限定されない。例えば図１４〜図１５に示すように、シャッタープレート７３を例えば内部が中空のステンレス部材などで構成し、各セル２２、３２内に溜まった液溜まりからの浮力を受けて垂直壁１０に沿って昇降することにより、液体通流口５２（スリット）を開閉するようにしてもよい。図中、７３２はシャッタープレート７３の移動方向をガイドするガイド部材であり、７３１はシャッタープレート７３とガイド部材７３２との間に介設され、ガイド部材７３２内を走行するスライダーである。

本例においてシャッタープレート７３は、垂直壁１０に上下２段に設けられた２つのスリット（液体通流口５２）を開閉できるように構成されており、例えば図１６（ａ）に示すように気液接触塔１を低処理運転している場合には、液溜まりの液位が低くシャッタープレート７３は下降位置から殆ど上昇せずに垂直壁１０に設けられたスリット（液体通流口５２）は閉じられた状態となっていて、液流１６は水平壁２１に設けられたスリット（液体通流口５２）からのみ噴出している。

そして気液接触塔１の処理量が増え、滞留部５３内の液溜まりの液位が上昇し始めると、液溜まりからの浮力を受けたシャッタープレート７３が上昇位置まで上昇し、垂直壁１０の下段側のスリット（液体通流口５２）が開いて液流１６の噴出を開始する。そして更に処理量が増えると上段側のスリット（液体通流口５２）も開いて、図１６（ｂ）に示すように全てのスリットから液流１６が噴出する。

ここで液溜まりの浮力によって昇降するシャッタープレート７３の構成は図１４〜図１６（ｂ）に示した平板形状に限定されるものではなく、例えば図１７（ａ）に示すように、シャッタープレート７３ａの下端部に水平壁２１に沿って突出する突出プレート７４を設けてプレート７３ａ全体の断面形状がＬ字型となるように構成してもよい。この場合には、図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示すように液溜まりの液位に応じて水平壁２１、３１に設けられたスリット（液体通流口５２）の開閉も行うことができる。

また図１７（ｂ）に示すように、シャッタープレート７３ｂの予め決めた高さ位置に上段側のセル２２内向けて横方向に突出する浮力調整部材７５を設けてプレート７３ｂ全体の断面形状がＴ字型となるように構成してもよい。浮力調整部材７５を設けることによって、例えば図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示すようにシャッタープレート７３ｂに働く浮力を液溜まりの液位に応じて変化させることが可能となる。この結果、例えば浮力調整部材７５を設ける高さ位置を変化させることにより、各スリット（液体通流口５２）が開閉される際の滞留部５３内の液溜まりの液位を調整することができる。
なお、液溜まりからの浮力を受けて昇降するシャッタープレート７３、７３ａ、７３ｂは、内部が中空の部材で構成する場合に限定されず、例えばプラスチックなど、気液接触塔１にて処理される液体よりも比重の軽い部材で構成してもよい。

以上に説明したセル２２、３２、４２の構成のしかたの様々なバリエーションは、例えば、気液接触塔１の処理量、各セル２２、３２、４２内の気体や液体の滞留時間、吸収、放散の効率、取り扱う気体や液体の流れ易さ、メンテナンスや建設のし易さ等を考慮して総合的に決定するとよい。

更にまた本発明に係る気液接触塔１は、図１９に示すように、例えば液体を分離、精製する蒸留塔にも適用することができる。図１９に示した気液接触塔１は、例えば予め加熱された液体を供給する液体供給部１１を気液接触塔１の中段に設け、塔頂側と塔底側との間に温度勾配をつけて、各セル２２、３２内の温度に応じた気液平衡状態に近づけることにより、塔頂の気体抜出部１４から軽質分を抜き出し、塔底の液体抜出部１２から重質分を抜き出すようになっている。なお図１９中の６１は気体抜出部１４から抜き出された気体を凝縮させるためのコンデンサーであり、６２は液体抜出部１２から抜き出された液体を再加熱するためのリボイラーである。

以上これまでは、気体と液体とを接触させる気液接触塔１に関する実施の形態及びその変形例を説明してきたが、本発明に係る接触塔で取り扱い可能な流体の組み合わせはこれに限られない。第２の実施の形態として、例えば塔内を上昇する軽液（上昇流体）と、塔内を下降する重液（下降流体）との間の液々接触により、例えば抽出等を行うための液々接触塔１ａにも本発明は適用することができる。

図２０は、第２の実施の形態に係る液々接触塔１ａの内部の状態を模式的に示した縦断面図であり、第１の実施の形態と同様の構成のものには図６と同じ符号を付してある。本実施の形態では、液々接触塔１ａの全体構成は、１１を重液供給部、１２を重液抜出部とし、１３を軽液供給部、１４を軽液抜出部とした以外は、例えば図１に示した気液接触塔１と同様の構成を備えているので図示を省略する。また、各セル２２、３２の構成も図４に示したものと同様であり図示は省略するが、５１を軽液通流口、５２を重液通流口とした点が、第１の実施の形態に係るセル２２、３２とは異なっている。

第２の形態に係る液々接触塔１ａにおいては、上段側のセル２２、３２に溜まった重液がその位置エネルギーにより、スリット状に設けられた重液通流口（噴出孔）５２を介して下段側のセル２２、３２へとシート状に噴出する。一方、下段側のセル２２、３２からは重液通流口５２の直ぐ下方に設けられたスリット状の軽液通流口５１より、軽液が浮力により上昇しながらシート状の流れとなって上段側のセル２２、３２に流入する。

図２０に示した液々接触塔１ａは、重液が分散相、軽液が連続相となるように構成されたものであって、軽液は重液通流口５２付近の下方側に設けられた軽液通流口５１にて流速が急速に上昇し、流速が最大となった状態で上段側のセル２２、３２に流入した後、軽液通流口５１から離れるにつれ流速が急低下していく。この軽液が流入する領域に、縦方向に設置された複数の重液通流口５２よりシート状に噴出する重液が突入すると、重液のシート状の流れは、図２０に示すように波板状に変形増幅されて、液々界面積の拡大が進行し、最終的には分裂して多数の液滴となる。さらに、上方側の重液通流口５２で生成した液滴は下降し、その一段下から最下段に至るまでの重液通流口５２で生成した重液のシートあるいはそれから分裂生成した液滴に衝突して、合一あるいは分散あるいは分裂する。各セル２２、３２に開口している重液通流口５２の数及び／または面積が大きいほど液滴の合一、分裂の頻度が高い。この液滴が生成する過程で、重液と周囲の軽液との液々界面積が極めて大きくなるうえ、生成後の液滴が合一、分散、分裂を繰り返すため、物質移動が進行し、例えば特定の物質の抽出を効果的に行うことができる。さらに、生成した多数の液滴は大きさ、滴径が揃っており、微小液滴が生成しにくいため、例えばフラッディングが発生しにくくなる。なお、かかる液々接触塔１ａにおいても図８〜図１１を用いて説明したバリエーションを適用してもよいことは勿論である。

一方、界面張力が大きい抽出系、あるいは重液と軽液の粘度が高い抽出系では、生成する液滴径がやや大きく、抽出を効率よく行えない場合もある。そこで図２１に示すように、例えば本実施の形態に係わる液々接触塔１ａからなる抽出塔１ｄの塔底部である下方静置部に脈動発生器１９を接続するかあるいは空気パルスを送ることにより発生させた脈動を併用して、生成液滴をより小さくし、抽出をより効果的に行える。なお、図２１中において１１ａは重液供給部、１２ａは重液抜出部、１３ａは軽液供給部、１４ａは軽液抜出部である。

一方、軽液を分散相、重液を連続相とする場合には、図２２に示した液々接触塔１ｂのように、図４に示したセル３２の天地を反転させ、当該図中の５１が重液通流口（重液通流口５１ａと記す）、５２が軽液通流口（軽液通流口５２ａと記す）となっている点が、図２０にて説明した液々接触塔１ａとは異なっている。

当該液々接触塔１ｂにおいては、下段側のセル２２、３２に溜まった軽液がその浮力により、スリット状に設けられた軽液通流口（噴出孔）５２ａを介して上段側のセル２２、３２へとシート状に噴出する。一方、上段側のセル２２、３２からは軽液通流口５２ａの直ぐ上方に設けられたスリット状の重液通流口５１ａより、重液が位置エネルギーにより下降しながらシート状の流れとなって下段側のセル２２、３２に流入する。

この結果、軽液通流口５２ａ付近の上方側に設けられた重液通流口５１ａより、流速が最大の状態で重液がシート状に流入している領域に、軽液通流口５２ａよりシート状に噴出する軽液が突入すると、軽液のシート状の流れは図２２に示すように波板状に変形増幅されて、液々界面が拡大し、最終的には分裂して多数の液滴となる。さらに縦方向に連設された軽液通流口５２ａのうち、下方側の軽液通流口５２ａで生成した液滴は上昇し、その一段上から最上段に至るまでの軽液通流口５２ａで生成した軽液のシートあるいはそれから分裂生成した液滴に衝突して、合一あるいは分散あるいは分裂する。各セル２２、３２に開口している軽液通流口５２ａの数及び／または面積が大きいほど液滴の合一、分裂の頻度が高い。この結果、図２０を用いて説明した既述の液々接触塔１ａと同様に、重液と周囲の軽液との液々界面積が極めて大きくなるうえ、生成後の液滴が合一、分散、分裂を繰り返すため、物質移動が進行し、効果的な抽出を行うことができるだけでなく、生成した多数の液滴は大きさ、滴径が揃っており、微小液滴が生成しにくいため、例えばフラッディングが発生しにくくなる。なお、当該液々接触塔１ｂにおいても、例えば軽液通流口５２ａへ向けて高くなる傾斜を水平壁２１、３１に設けて、軽液を排出し易くしてもよく、また上段側のセル２２、３２と下段側のセル２２、３２との一部が互いに上下に積層されるようにして、軽液通流口５２ａを天井面側の水平壁２１、３１にも設けるようにしてもよい。一方、界面張力が大きい抽出系、あるいは重液と軽液の粘度が高い抽出系では、効率よく抽出を行う上で生成する液滴径がやや大きい場合もある。そこで既述の図２２の例と同様に、例えば本実施の形態に係わる液々接触塔１ｂからなる抽出塔の塔底部である下方静置部に例えば脈動発生器１９を接続するかあるいは空気パルスを送ることにより発生させた脈動を併用して、生成液滴をより小さくし、抽出をより効果的に行える。

以上に説明したように、図２０及び図２２に示した第２の実施の形態では、図２７を用いて背景技術にて説明した液々接触塔１２０と比較してシート状に噴出する分散相である重液（あるいは軽液）と連続相である軽液（あるいは重液）とをより勢いよく交差させることができるので、液滴生成時の液々界面積をより増大させ、生成後の液滴の合一、分裂の頻度を高め、物質移動速度をより増大させることが可能となり、抽出効率を向上させることができる。さらに、従来の液柱状の噴出とは異なり、シート状に重液（あるいは軽液）を噴出させるので、生成液滴の大きさ、滴径がより均一になり、微小液滴の生成を抑制でき、例えばフラッディング速度を向上させることができる。

以上、第１、第２の実施の形態において説明した接触塔１、１ａでは、円筒状の塔内を垂直壁１０や水平壁２１、３１、４１からなる隔壁にて分離して複数のセル２２、３２、４２を形成したものを例示したが、本発明に含まれる接触塔は、これらの例のように隣り合うセル２２、３２、４２同士で隔壁を共有するものに限定されない。例えば、立方体形状を備えたセル２２、３２、４２を個別に製作し、隣り合うセル２２、３２、４２の液体通流口５２、気体通流口５１同士を夫々配管にて接続して段違いになるようにした接触塔も本発明に含まれる。

（実験１）
図８（ａ）、図８（ｂ）に示したものとほぼ同様の構成を備えた気液接触塔１を製作し、気液接触の状態を確認した。
Ａ．実験方法
気液接触塔１の本体には塔径が２１０ｍｍ、高さが１，２００ｍｍの塩ビ製で透明な円筒管を用い、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の隔壁（垂直壁１０、水平壁２１、３１）を用いてセル２２、３２、４２を形成した。各セル２２、３２、４２の高さは２００ｍｍとし、５段に積み上げたセル列が横方向に３列並ぶように前記円筒管内を分離した。各セル２２、３２、４２の側面は、図３（ｂ）に示したものとほぼ同様の構成であり、液体通流口５２のスリットの上下方向の高さを３ｍｍとし、気体通流口５１のスリットではこれを１０ｍｍとした。

上述の気液接触塔１に液体供給部１１より水を供給し、気体供給部１３より空気を供給しこれらを向流接触させた。
（実施例１）空気を空塔速度０．５ｍ／ｓで供給し、水の空塔速度を０．５、１．０、１．５ｃｍ／ｓと変化させた。
（実施例２）空気の空塔速度を１．０ｍ／ｓとし、実施例１と同様の条件で水の空塔速度を変化させた。
（実施例３）空気の空塔速度を１．５ｍ／ｓとし、実施例１と同様の条件で水の空塔速度を変化させた。
（実施例４）空気の空塔速度を１．０ｍ／ｓとし、水の代わりに発泡性の水溶液である低濃度（０．５ｗｔ％）エタノール水溶液を供給し、空塔速度を０．５、１．０、１．５ｃｍ／ｓと変化させた。
（実施例５）空気の空塔速度を１．０ｍ／ｓとし、水の代わりに発泡性の水溶液として界面活性剤ＴＲＩＴＯＮＸ−１００の微量を水に混入（５ｍｇ／Ｌ）し、これを０．５、１．０、１．５ｃｍ／ｓと変化させた。

Ｂ．実験結果
目視による気液状態の観察結果によると、（実施例１）〜（実施例３）のいずれの条件においても、各セル２２、３２内にて水は液滴となって分散すると共に、その後、気相から分離され滞留部５３に液溜まりが形成されることを確認できた。また（実施例４）及び（実施例５）では発泡が全くないことを確認した。低濃度エタノール水溶液や微量界面活性剤含有水溶液に気体を分散させると、液体の上層部に気泡層が生成するため、棚段塔での気液接触ではフォーミングが発生し、処理能力が低下する問題が生ずる。しかし、本例のように気体中に液滴を分散させると、発泡が回避でき、気泡層が生成しないため、フォーミングによる処理能力低下を防ぐ効果が得られる。

（実験２）
図９に示したものと同様に、垂直壁１０及び水平壁２１、３１に液体通流口５２を設け、垂直壁１０側の液体通流口５２の直ぐ下方位置に気体通流口５１を設け、列数が２のセル２２、３２を製作し（図２３）、既設の蒸留塔に組み込んで、蒸留試験、放散試験を行った。
Ａ．実験方法
蒸留塔は塔内径１９８ｍｍ、高さ３，３００ｍｍで、これに２列７段（合計１４段）のセル２２、３２を設置した。各セル２２、３２の高さは４００ｍｍ、気体通流口５１は２０ｍｍ幅、液体通流口５２は水平壁に３ｍｍ幅スリットが２列、垂直壁に３ｍｍ幅スリットが３列とした。また当該蒸留塔は、塔底部にリボイラー６２を備え、塔頂部にコンデンサー６１を備えている。

最初にエチルベンゼン−クロロベンゼン混合液を用い、全還流条件下で、蒸留試験を行った。
つぎに、原料であるエチルベンゼンとクロロベンゼンの混合物を蒸留塔の塔頂に供給して、原料供給量ならびにリボイラー６２の温度を変え、還流なしで放散試験を行った。いずれの実験においても、塔頂からの蒸気をコンデンサー６１に導き、圧力を大気圧に保った。
（実施例６）
エチルベンゼン−クロロベンゼン混合液（エチルベンゼン重量分率０．５０、クロロベンゼン重量分率０．５０）を蒸留塔の塔底に仕込んだ後、この一部をリボイラー６２に送り、リボイラー出口液を塔底に戻しながら、塔底液を所定温度まで上昇させた。塔頂から流出する蒸気はコンデンサー６１に導き、冷却液化させた後、留出液全量を塔頂に還流する。コンデンサー６１の圧力を大気圧に保ち、リボイラー出口、塔底、塔頂の各液温度、還流流量が一定になってから、塔頂液、塔底液をサンプリングし、ガスクロマトグラムで分析した。定常状態に達したときの塔頂液、塔底液の測定結果を表１に示す。
（実施例７）
エチルベンゼン−クロロベンゼン混合液（エチルベンゼンモル分率０．３７９、クロロベンゼンモル分率０．６２１）を放散塔の塔頂に連続的に供給し、塔頂から留出液全量、塔底から缶出液を抜き出した。定常状態に達した後、塔頂液、塔底液をサンプリングし、ガスクロマトグラムで分析した。測定結果を表２に示す。
（実施例８）
放散塔への原料（エチルベンゼンモル分率０．４２６、クロロベンゼンモル分率０．５７４）供給量を実施例７より約１７％増加させ、同じ方法で運転し、データを採取した。測定結果を表２に示す。
（表１）

（表２）

Ｂ．実験結果
（表１）に示した実験結果によれば、（実施例６）の全還流蒸留試験において、仕込み時の組成と比較して塔頂部にて低沸点のクロロベンゼン（１３２℃）の濃度が高くなり、塔底部にて高沸点のエチルベンゼン（１３６．２℃）の濃度が高くなっているので、蒸留塔内にて両成分の分留が行われていることがわかる。リボイラー６２の出口温度１３７．４℃、コンデンサー６１からの還流量２６１ｋｇ／ｈのとき、測定した塔頂、塔底の各組成（モル分率（mol fr.））から計算した理論段数は６．９段であり、総括セル効率は４９％であった。

また（表２）に示した実験結果によると、（実施例７）、（実施例８）のいずれにおいても混合液のフィード組成に対して塔頂部からの留出液では低沸点のクロロベンゼン濃度が高くなり、塔底部からの缶出液では高沸点のエチルベンゼン濃度が高くなっているので、蒸留塔内では軽質分の放散が行われていることがわかる。

（実施例７）の放散試験では、リボイラー６２の出口温度を１３６．４℃に保ち、放散塔への原料供給量を２６０ｋｇ／ｈに設定すると、留出量２５３ｋｇ／ｈ、缶出量７ｋｇ／ｈとなり、総括セル効率は５０％であった。さらに処理量を増した（実施例８）の放散試験では、リボイラー６２の出口温度を１３６．６℃に保ち、放散塔への原料供給量を３０５ｋｇ／ｈとすると、留出量２３８ｋｇ／ｈ、缶出量６７ｋｇ／ｈとなり、総括セル効率は６４％となった。処理量を上げ、各セルでの液滞留量を増加させると、接触効率が向上した。

（実験３）
以下の比較例ならびに実施例においては、いずれも濃度２９ｗｔ％の酢酸水溶液（以下、原料という）から、酢酸を酢酸エチル８０vol％＋シクロヘキサン２０vol％の混合溶剤（以下、溶剤という）で抽出する液々抽出操作を行った。
（比較例１）
抽出装置として、図２４に示す構造をもつ堰板型液々抽出塔１２０（特許文献３）を用いた。当該液々抽出塔１２０は内径が２０８ｍｍであり、棚段１２１の液流路１２３開口面積比（液流路面積／塔断面積）を３２%とし、分散相液流路として２５ｍｍ×２０ｍｍの矩形の開口部１２４を４個有する堰板型棚段１２１を、棚段間隔１００ｍｍで２５段配置した。
原料が重液、溶剤が軽液であり、前者を分散相として、溶剤比（溶剤／原料の重量比）を２／１に選び、温度約２０℃、大気圧下で液々向流接触させた。
原料供給量２１８ｋｇ／ｈ、溶剤（酢酸濃度０％）供給量４３６ｋｇ／ｈのとき、抽残量は液流量１３１ｋｇ／ｈで酢酸濃度２．３ｗｔ％であった。液々平衡計算を行って一理論段数当りの高さ（以下、「ＨＥＴＳ」という。）を求めたところ、０．６４ｍであった。
原料および溶剤の供給量を増加し、原料３３５ｋｇ／ｈ、溶剤６７０ｋｇ／ｈとしたとき、フラッディングが発生した。

（実施例９）
抽出装置として、図２５に示す構造を備えた本発明の実施の形態に係るセル式抽出装置（液々接触塔１ｃ）を用いて実験を行った。内径２０８ｍｍの塔内に３列１２段のセル２２、３２、４２を設置し、各セル２２、３２、４２の高さを２００ｍｍ、重液通流口５２のスリットを幅５ｍｍ、２列とし、軽液通流口５１の幅を２０ｍｍとした。原料及び溶剤の供給量以外の条件は比較例１と同様にした。
原料供給量２１８ｋｇ／ｈ、溶剤（酢酸濃度０％）供給量４３６ｋｇ／ｈのとき、抽残量は液流量１３２ｋｇ／ｈで酢酸濃度１．５ｗｔ％であった。液々平衡計算を行ってＨＥＴＳを求めたところ、０．５４ｍであった。
原料供給量３３５ｋｇ／ｈ、溶剤（酢酸濃度０％）供給量６７０ｋｇ／ｈのとき、抽残量は液流量２０５ｋｇ／ｈで酢酸濃度１．２ｗｔ％であった。液々平衡計算を行って一理論段数当りの高さ（以下、「ＨＥＴＳ」という。）を求めたところ、０．４９ｍであった。
原料および溶剤の供給量を増加し、原料４５０ｋｇ／ｈ、溶剤９００ｋｇ／ｈとしたとき、フラッディングが発生した。
比較例１と本発明による処理量、抽出効率をまとめると、表３の通りである。

（表３）

（表３）に示した実験結果によれば、液供給量を同じ条件（原料２１８ｋｇ／ｈ、溶剤４３６ｋｇ／ｈ）にした場合において、（比較例１）の堰板型の液々抽出塔１２０と、（実施例９）のセル型の液々抽出塔１ｃとの抽出実験の結果を比較すると、（実施例９）の方が（比較例１）よりもＨＥＴＳの値が約１５．６％小さく、抽出効率がよい。また（比較例１）にてフラッディングが発生する液供給量（原料３３５ｋｇ／ｈ、溶剤６７０ｋｇ／ｈ）においても、（実施例９）ではフラッディンを生じずに抽出操作が可能であった。

発明の実施の形態に係る気液接触塔の全体の構造を示す縦断面図である。前記気液接触塔内を気体及び液体が流れる方向を模式的に示した説明図である。前記気液接触塔内部の接触空間の構造を示す説明図である。前記接触空間の構造を示す斜視図である。前記接触空間の作用を説明するための斜視図である。前記接触空間の作用を説明するための縦断面図である。前記接触空間に供給される気体や液体の入出口の変形例を示した側面図である。前記接触空間の変形例を示した説明図である。前記接触空間の第２の変形例を示した説明図である。前記接触空間の第３の変形例を示した説明図である。前記接触空間の第４の変形例を示した説明図である。第１、第２のシャッターを備えたセルの正面図及び縦断面図である。前記第１、第２のシャッターを備えたセルの作用を示す説明図である。前記第１のシャッターの第１の変形例に係わるセルの正面図である。前記第１の変形例に係わるセルの縦断面図である。前記第１の変形例に係わるセルの作用を示す説明図である。前記第１のシャッターの第２、第３の変形例に係わるセルの縦断面図である。前記第２、第３の変形例に係わるセルの作用を示す説明図である。前記気液接触塔内部の蒸留塔への適用例を示す縦断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る液々接触塔の作用を説明するための縦断面図である。上記第２の実施の形態に係わる液々接触塔を適用した抽出塔の構成例を示す縦断面図である。上記第２の実施の形態の変形例を示す縦断面図である。実施例中の実験に使用した蒸留塔の構成を示す縦断面図である。他の実施例中の比較例実験に使用した液々抽出塔の構成を示す縦断面図である。上記他の実施例中の実験に使用した液々抽出塔の構成を示す縦断面図である。気液接触塔の従来技術に関する説明図である。液々接触塔の従来技術に関する説明図である。

符号の説明

１気液接触塔
１ａ〜１ｃ液々接触塔
１０垂直壁
１１液体供給部、重液供給部
１２液体抜出部、重液抜出部
１３気体供給部、軽液供給部
１４気体抜出部、軽液抜出部
１５周壁
１６液流
１７気流
１８梁
２０左側領域
２１水平壁
２２セル
３０右側領域
３１水平壁
３２セル
４１水平壁
４２セル
５１気体通流口、軽液通流口
５１ａ重液通流口
５２液体通流口、重液通流口
５２ａ軽液通流口
５３滞留部
６１コンデンサー
６２リボイラー
７１、７２、７３、７３ａ、７３ｂ
シャッタープレート
７１１、７２１
回動軸
７１２、７２２
軸受部
７３１スライダー
７３２ガイド部材
７４突出プレート
７５浮力調整部材

Claims

塔内の下部から気体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、気体及び液体を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記上段側のセルの下部には、当該隔壁に堰き止められて溜まった下降流体が前記下段側のセルに噴出するように下降流体噴出孔が設けられると共に下降流体が溜まる領域よりも上方側には、当該下段側のセルからの上昇流体が当該上段側のセルに流入する上昇流体流入口が設けられていることと、を特徴とする接触塔。
前記下降流体噴出孔には、下段側のセルを流れる上昇流体が当該下降流体噴出孔を介して上段側のセルへと流れ込むことを防止するために、前記隔壁に堰き止められた下降流体の量に応じて開閉する第１のシャッターが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接触塔。
前記第１のシャッターは第１の付勢手段により付勢されて閉じられるように当該下降流体噴出孔の流出側に設けられ、上段側のセルに溜まった下降流体からの圧力により前記第１の付勢手段の付勢に抗して開かれることを特徴とする請求項２に記載の接触塔。
前記下降流体噴出孔はセルの側面に設けられ、前記第１のシャッターはこの下降流体噴出孔を閉じる下降位置と、当該下降流体噴出孔を開く上昇位置との間で昇降するように構成され、上段側のセルに溜まった下降流体の浮力により下降位置から上昇することを特徴とする請求項２に記載の接触塔。
前記下降流体噴出孔は更にセルの底面にも設けられ、前記第１のシャッターは前記下降位置において当該底面の下降流体噴出孔を閉じるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の接触塔。
前記第１のシャッターは、上段側のセル側へ向けて横方向に突出する浮力調整部材を備えていることを特徴とする請求項４に記載の接触塔。
前記上昇流体流入口には、下段側のセルから上段側のセルへと流入する上昇流体の圧力に応じて当該上昇流体流入口の一部を開閉する第２のシャッターが設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の接触塔。
前記第２のシャッターは第２の付勢手段により付勢されて閉じられるように前記上昇流体流入口の流出側に設けられ、上昇流体からの圧力により前記第２の付勢手段の付勢に抗して開かれることを特徴とする請求項７に記載の接触塔。
塔内の下部から液体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、液体同士を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記上段側のセルの下部には、当該上段側のセルに溜まった下降流体がその位置エネルギーにより前記下段側のセルに噴出するように下降流体噴出孔が設けられると共に下降流体噴出孔よりも上方側には、当該下段側のセルからの上昇流体がその浮力により当該上段側のセルに流入する上昇流体流入口が設けられていることと、を特徴とする接触塔。
前記上段側のセルと前記下段側のセルとは、互いに一部が上下に積層された位置関係にあり、
前記下降流体の噴出孔は、前記上段側のセルの下部側面及び底面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の接触塔。
前記下降流体の噴出孔は、横方向若しくは縦方向に延びるスリット、または横方向若しくは縦方向に多数配列された孔部により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の接触塔。
前記上昇流体の流入口は、横方向若しくは縦方向に延びるスリット、または横方向若しくは縦方向に多数配列された孔部により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の接触塔。
前記セルの底面は、当該セルに設けられた噴出孔に向けて低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の接触塔。
塔内の下部から液体である上昇流体を供給すると共に、前記塔内の上部から液体である下降流体を供給して、液体同士を向流接触させる接触塔において、
前記上昇流体及び下降流体の向流接触空間を形成するセルを、上昇流体及び下降流体の流路に沿って互いに隣接する上段側のセルと下段側のセルとが段違いになるように多段に設けたことと、
前記上段側のセルと前記下段側のセルとを隔壁により分離したことと、
各段の隔壁において、前記下段側のセルの上部には、当該下段側のセルに溜まった上昇流体がその浮力により前記上段側のセルに噴出するように上昇流体噴出孔が設けられると共に上昇流体噴出孔よりも下方側には、当該上段側のセルからの下降流体がその位置エネルギーにより当該下段側のセルに流入する下降流体流入口が設けられていることと、を特徴とする接触塔。
前記上段側のセルと前記下段側のセルとは、互いに一部が上下に積層された位置関係にあり、
前記上昇流体の噴出孔は、それぞれ前記下段側のセルの上部側面及び天井面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の接触塔。
前記上昇流体の噴出孔は、横方向若しくは縦方向に延びるスリット、または横方向若しくは縦方向に多数配列された孔部により構成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の接触塔。
前記下降流体の流入口は、横方向若しくは縦方向に延びるスリット、または横方向若しくは縦方向に多数配列された孔部により構成されていることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか一つに記載の接触塔。
多数の前記セルを縦１列に配置したセル列が複数列配置され、各セル列に属するセルと、そのセル列に隣接するセル列のセルとが段違いに配置されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか一つに記載の接触塔。
前記各セル列は、一方向に沿って横に並んでいることを特徴とする請求項１８に記載の接触塔。
接触塔は円筒状に形成され、前記各セル列は同心円状に横に並んでいることを特徴とする請求項１８に記載の接触塔。