JP2012050970A - 気液接触装置用規則充填物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄板平面部材を表裏交互に折り曲げて所定の角度及び間隔で並列する波形面を形成させるとともに、隣接する波形同士の稜線間隔を波形の高さに対して3.5倍以上となるようにした波面材を作製し、このような波面材の複数枚を、各々の波形の傾きが互いに交差するように重ね合わせて構成した規則充填物であって、波面材の各折り目に沿って一対の切れ目を多数組設け、各切れ目が形成する小片部分を波形の内側に陥没させて多数の開口部を形成させたことを特徴とする規則充填物。
【選択図】図3
Description
実験では厚さ0.1mmの金属薄板平面を材料とした異なった形状の充填物のそれぞれについて円形開口部の直径を変えて流動状態を観察した。ここで用いた充填物は、波形の傾斜角度が45度、比表面積がほぼ250m2/m3となるようにした。これは現在工業的に広く利用されている充填物に近い形状である。一般的に開口部が小さい場合、開口部は液膜で覆われて液がこの部分を飛び越えて流下する傾向がみられた。この場合、開口部を通過して波形の裏面へ移動する液量は極めて少なかった。多くの充填物で採用されている直径が4mm前後の円形開口部でも、液量が多い場合は小口径の場合と同様に液膜で覆われる傾向がある。この開口部での液膜現象が性能低下の一因と考えられる。この範囲の円形開口部を用いた場合、通常工業的に運転される範囲まで液量を下げると液膜で覆われることはなかった。しかしこの場合でも液が開口部へ流れ込む程度は極めて少量で、大部分は開口部の周囲を迂回するように流下することが観察され、開口部には流れの迂回によって波面上の液を横へ拡散させて充填物の気液接触面積が増加する効果があることが認められた。直径を大幅に大きくすると開口部に流れ込んで波形の裏面へ移動する液が増え、この量は開口部の面積に大きく依存することも確認された。また直径の増大に伴って開口部に流入する液量の増加とともに、波形の折り目を横切ってここを落下する液量が必ずしも減少していないことも明らかとなった。これは開口部の増大が液を横方向へ拡散させる作用があるためと考えられる。また開口部の増大に伴って液の流れと同じ表側でこの下側の開口半円に続く下流域の波面まで廻り込む液量が少なくなり、この領域が液で濡れることなく乾燥状態となる傾向があった。このような理由で、開口径を大きくすることで波形状規則充填物の改善を図ることには限度があることも明らかになった。また開口面積の増大に伴って材料の廃棄量が増加して過大な材料の損失となる。開口部へ流入液量が増加することは波面の裏側へ液が移動するのみではなく、開口部の下側に広がる空間を経て更に下に位置する別の波面へ落下する液量も多くなる。このような流入に伴う流れの変化の過程で液が滴状に細かく分散して滴化する可能性も増大する。液が滴化すれば波面上で別の液滴と合流して再合一も起こる。このような液滴の分散と合一が頻繁に繰り返されれば、気液間の界面も頻繁に更新されて物質移動が促進される。従来の波形状規則充填物の大部分に採用されている円形開口部(径4mm前後)ではここへ流入する液量が限定的で、これを如何に増加させるかが問題である。
材料:厚さ0.1mmのステンレス金属薄板
エレメントのピッチ:48.2mm、エレメントの高さ: 11.6mm(P/H: 4.2)
スリット切り口:水平、 スリット上下の幅:4mm
比表面積: 214(m2/m3)
上記と同じ構造の規則充填物を用いて水/酢酸2成分系で大気圧のもとで全還流運転を行った。その結果以下の運転データが得られた。
表面張力が大きい水を含む系への適用例である。従来の標準的な規則充填物(比表面積250m2/m3)では、同一の条件でHETPが600〜650mmであり、それに対して本規則充填物は低いほどよいHETPが453〜479mmと分離性能がすぐれていることを示している。なおFファクターが増大するにつれて,HETPが下がっていくという従来の規則充填物と違う挙動も観察された。このFファクターは、ガス処理量を表すものであり、塔内ガス空塔速度x√ガス密度で定義され、この値が大きいほど、ガス処理量が大きいことを示している。
従来の標準的な規則充填物(比表面積250m2/m3)では、同一の条件でHETPが300〜350mmという大きなHETPを示しており、205mmから253mmを示す本規則充填物は優位性を示した。なおFファクターが増大するにつれて,HETPが下がっていくという従来の規則充填物と違う挙動も観察された。また同じ構造、系で真空圧力(100mmHgA)のもとでの全還流蒸留では以下の運転データが得られた。
大気圧における結果と同様に、Fファクターの増大にしたがってHETPが減少する傾向が観察された。Fファクターが3.8以上になってもフラッディングとならず、処理量が大きいことが示されている。
規則充填物を用いた装置は圧力損失を低減できる長所があるので、従来から低圧レベルのスチームの利用などトレイ方式に比べて省エネルギーが可能であったが、適用できる対象に限定があった。しかし本発明の充填物は従来の波形状規則充填物を凌駕する特性を持つのみならず、多量の液を処理する場合や充填物の表面が濡れ難い系などトレイ方式に限定されていた分野でも使用できるようになった。本発明によると分離性能の大幅向上によって設備費用が低減でき、また本来の省エネルギーも期待できるので装置全体としての経済性を改善できる。この適用範囲の拡大および経済性の改善により、本発明の充填物は広い範囲にわたってトレイ方式に代替できる可能性が出てきた。
Claims (1)
- 帯状の薄板平面材を長さ方向に同一間隔と角度で表裏交互に折り曲げて35度以上で60度以下の一定傾斜角度で並列する波面を形成させ、かつ波形の山に相当する波の最高位置から谷に相当する最低位置までの波の高さに対して隣り合う波形の山に相当する各稜線間の幅が3.5倍以上となるように加工した後、これを切断して得た複数枚の波面材をそれぞれの幅方向が垂直で隣り合う面の波形の傾きが互いに交差するように重ね合わせて構成させた規則充填物で、波形の山の稜線及び谷の溝を通る波面材の各折り目に沿って一対の切り口を多数組並べて設け、各一対の切り口よって形成される小片部分を波形の内側へ陥没させて多数の開口部を形成させ、かつこれら各開口部で一対を成す上側の切り口が水平または5度以下の傾斜とし,さらに各開口部の上下方向の間隔が3mm以上の切り口の幅が隣り合う各稜線間の波形加工前の平面基準で水平方向距離の50%以上となるようにした充填物。
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