JP2016510259A - 充填材を有する分配トラフを使用した液体分配機器ならびにそれを含む物質移動カラムおよびプロセス - Google Patents

Abstract

垂直方向に長尺な物質移動カラムの中を下降する液体用の流れの分配器、それを使用した物質移動カラム、および物質移動カラムの中の流体流を処理する方法が提供される。流れの分配器は、外側に延びる複数のサイドアーム部材に液体を送るための中央分配部材を含み、次に、複数のサイドアーム部材は、長尺なサイド部材よりも下方に位置する複数の分配トラフの中に液体を供給する。長尺なサイド部材に対して実質的に直角または実質的に平行に向けることができる分配トラフは、自身の中に配置された充填材料の層を含む。そのような分配器を蒸気−液体または液体−液体カラムの中で使用した結果、カラムの直径全体にわたる液体のより均一な水平分配が得られる。【選択図】図２

Description

背景
本発明は、概して熱伝達および物質移動カラムに関し、より具体的には、そのようなカラムの中で使用される液体流の分配器、およびそのような液体流の分配器を使用して液体を分配する方法に関する。

物質移動カラムは、互いに異なる相の間の物質および／または熱交換を引き起こすために、互いに異なる特性の２つの流体流を接触させるように構成される。本明細書で使用される用語「物質移動カラム」は、物質移動をカラム内流体流の処理の主目的とするカラムに限定するように意図したものではなく、物質移動よりも熱伝達を処理の主目的とするカラムも含むように意図したものである。多成分系蒸留および吸収の用途で使用されるようないくつかの物質移動カラムは、気体流または蒸気流を液体流に接触させるものであるのに対して、抽出カラムのような他のものは、互いに異なる密度の２つの液体相の間の接触を促進するように設計することができる。しばしば、物質移動カラムは、通常、カラム内に配置された複数の物質移動表面に沿って、上昇蒸気流または液体流を下降液体流に接触させるように構成される。一般に、これらの移動表面は、２つの流体相の間の密接な接触を促進するように構成されたランダムまたは構造化充填材料の１つ以上の領域または層の内部に定義される。結果として、２つの相の間を移動する物質および熱の速度および／または程度は、高められる。

物質移動カラムの中の２つの流体相の間の接触を確実に最大にするために、液体がカラムの上方にある領域から充填材層に流入する時には、下降液体相は、均一に分配されなければならない。不均一な分配は、２つの相の間の接触の程度を低下させ、カラムの適切な動作中に実質的に一定に維持されるべき、カラムの断面に沿った液体／蒸気または液体／液体の比率を乱す。充填材層の上面全体にわたって液体を均一に分散させる目的で、様々なタイプの液体分配器が設計されたが、従来通り圧力低下が少なく、詰まりが最小で、能力範囲が広いものであった。

ほとんどの分配器は、滴下点と呼ばれる、充填材の表面上の間隔を開けて配置された多数の位置に液体を送る。事実、滴下点密度は、特定の分配器の分配性能の尺度である。さらに、滴下点で形成された滴のサイズもまた、重要である。もし、滴が大きすぎる場合には、滴下点もまた、大きくなりすぎて、充填材の表面全体にわたる液体の水平分配が妨げられるかもしれない。もし、滴が小さすぎる場合には、液体は、上昇蒸気または気体の中でエントレインメントによってカラムから運び出され、それによってカラム内の熱伝達および／または物質移動の効率を低下させる恐れがある。

従って、間隔を開けて配置された一連の流れの滴下点に沿って、充填材を有する層表面の単位当たりより均一に液体を分配する能力を有する液体分配器のニーズがある。分配器は、従来通り圧力低下が少なく、詰まりにくく、能力低下が少ないなどの望ましい動作特性を示すべきであると同時に、多種多様な熱伝達および物質移動作業で使用されるのに十分に頑丈かつ柔軟であるべきである。

要旨
一形態では、本発明は、垂直方向に長尺な処理カラムの中を下降する液体用の流れの分配器に関する。分配器は、液体流を受け入れるための少なくとも１つの流入口と、自身から液体流の一部を排出するための１つ以上の液体流出口と、を有する中央分配部材を有する。分配器は、中央分配部材の液体流出口から排出された液体流の少なくとも一部を受け入れるように構成された複数の長尺なサイド部材を有する。長尺なサイド部材は、中央分配部材の長さに沿って互いに長手方向に間隔を開けて配置され、自身から液体を排出するための１つ以上の開口を有する。分配器は、長尺なサイド部材に隣接して配置された複数の分配トラフ有する。分配トラフのそれぞれは、一対の長尺な側壁と、実質的に開放されている床と、を有する。長尺な側壁は、自身の間に液体収容空間を定義するために、互いに水平方向に間隔を開けて配置され、液体収容空間は、長尺なサイド部材の開口から排出された液体を受け入れかつ受け入れた液体を実質的に開放されている床から排出するように構成される。液体収容空間の少なくとも一部は、充填材料の層で満たされ、分配トラフの開放されている床から排出された液体は、充填材料の少なくとも一部を通過したものである。

別の一形態では、本発明は、開放内部空間を定義する外側のカラムシェルと、開放内部空間内に配置されかつ上面を有する物質移動層と、液体流を受け入れかつ液体流を物質移動層の上面に分配するための液体分配器と、を有する物質移動カラムに関する。液体分配器は、少なくとも１つの中央分配部材と、複数の長尺なサイド部材と、複数の分配トラフを有する。長尺なサイド部材は、中央分配部材に隣接した位置にあり、中央分配部材の延長軸に対して実質的に直角方向に延びる。分配トラフは、長尺なサイド部材に隣接した位置にある。分配トラフのそれぞれは、水平方向に間隔を開けて配置された一対の長尺な側壁を有する。長尺な側壁の間に定義された空間の少なくとも一部は、充填材料で満たされ、分配トラフの内部に配置された充填材料から流出した液体は、分配トラフから流出した後に、下方にある物質移動層の上面に下降する。

さらに、本発明の別の一実施形態は、物質移動カラムの中の流体流を処理する方法に関する。その方法は、以下のステップ、すなわち、（ａ）物質移動カラムの内部空間内に配置された液体分配器の中に液体流を導入するステップであって、第１方向の第１分配部材の中に液体を送り込むことを含むステップと、（ｂ）上述の液体流を２つ以上の液体部分に分けるステップと、（ｃ）上述の分配部材よりも低い垂直高さに配置された分配トラフの中に上述の液体部分のそれぞれを導入するステップであって、第２方向の上述の分配トラフの中に上述の液体部分を送り込むことを含むステップと、（ｄ）上述の分配トラフの中に導入された上述の液体部分のそれぞれに上述の分配トラフの内部に配置された充填材料の層を通過させるステップと、（ｅ）分配トラフの下部から液体分配器よりも低い垂直高さに配置された物質移動層の上面に複数の液体流を排出するステップと、（ｆ）充填材層の上面に排出された液体の少なくとも一部を上向きに上昇する流体流に接触させ、それによって液体と流体流との間の熱伝達および／または物質移動を引き起こすステップと、を含む。

図面の簡単な説明
図１は、本発明に従って構成されてカラムシェルの内部に配置された液体分配器の一実施形態を示すためにカラムシェルの一部が切断された状態の物質移動カラムの部分側面斜視図である。 図２は、図１に示された液体分配器の上面斜視図である。 図３は、図１および図２に示された液体分配器の下面斜視図である。 図４は、図１〜３に示された液体分配器の、図２の線４−４に沿って垂直に矢印の方向に見た上面斜視図である。 図５は、図１〜４に示された液体分配器の、図２の線５−５に沿った垂直断面で矢印の方向に見た上面斜視図である。 図６は、本発明の別の一実施形態に従って構成された液体分配器の、液体分配器の分配トラフの内部に配置された充填材料を示すために一部が切断された状態の上面斜視図である。 図７は、図６に示された液体分配器の、図６の線７−７に沿った垂直断面で矢印の方向に見た上面斜視図である。 図８は、図６および図７に示された液体分配器の、図６の線８−８に沿った垂直断面で矢印の方向に見た上面斜視図である。 図９は、本発明のさらに別の一実施形態に従って構成された液体分配器の上面斜視図である。 図１０は、図９に示された液体分配器の、図９の線１０−１０に沿った垂直断面で矢印の方向に見た上面斜視図である。 図１１は、図９および図１０に示された液体分配器の分配トラフの内の１つの部分拡大図であり、特に、サイドアーム式分配器の構成および分配トラフの内部の充填材料の層を示す。

詳細な説明
図面についてより詳しく説明するに当たり、まず図１について説明すると、概して符号１０によって示された物質移動カラムは、２つ以上の流体流が内部を反流または並流の関係で流れる開放内部領域１４を定義する直立した円筒形のシェル１２を含む。カラム１０の中の流体流の間の接触の少なくとも一部は、カラム１０の高さに沿った内部領域１４の中の様々な位置に配置された１つ以上の物質移動層１６の中で実行される。物質移動層１６は、構造化充填材、ランダム充填材、およびそれらの組み合わせを含むあらゆるタイプの充填材料を含むことができる。また、物質移動カラム１０は、物質移動層１６よりも上方に配置されかつカラム１０の内部の１つ以上の下降液体流のより均一な水平分配を促進するために使用される少なくとも１つの液体分配器１８を含む。

物質移動カラム１０は、分留生成物を得るために、および／または、そうでなければ互いに異なる相の間の物質移動および／または熱伝達を引き起こすために、２つの流体流を接触させるように構成されたあらゆる適切なタイプの処理カラムで良い。例えば、物質移動カラム１０は、常圧分留、潤滑オイル真空分留、原油真空分留、流動式または熱式分解分留、コーカーまたはビスブレーカ分留、脱歴、コークス除去ガス洗浄、反応体除去ガス洗浄、ガス焼き入れ、食用オイル脱臭、汚染防止洗浄、および他のプロセスが内部で生じるものでも良い。物質移動カラム１０は、１つ以上の上昇蒸気流を下降液体流に接触させるように構成された蒸気−液体カラム、１つ以上の上昇気体流を下降液体流に接触させるように構成された気体−液体カラム、または、様々な密度の上昇液体流と下降液体流との間の相互接触を促進するように構成された液体−液体カラムでも良い。概して図１には円筒形の垂直方向に長尺なシェルを有するように示されているが、物質移動カラム１０のために多角形を含む他の形状が使用されても良い。物質移動カラム１０は、あらゆる適切な直径および高さを有し、物質移動カラム１０の動作中に存在する流体および状態に対して望ましくは不活性またはそうでなければ共存可能な１つ以上の剛性材料で作製される。

図１に示すように、物質移動カラム１０は、物質移動カラム１０の内部領域１４の中に流体流を導入するための流体流入口２０および２２を含むことができる。物質移動カラム１０の流入口２０および２２の中に導入された流体流は、主として液体流、主として蒸気流、または蒸気流か液体流を結合したものを有することができる。通常、流体流入口２２の中に導入されるのは、液体流であるのに対して、流体流入口２０を通って物質移動カラム１０に流入する流体流は、蒸気流、液体流、または蒸気流と液体流を結合したものでも良い。また、物質移動カラム１０は、物質移動カラム１０の下部の中に主として蒸発流を導入するための蒸気流入口２４を含むことができる。物質移動カラム１０は、図１にはほんの２つの流体流入口２０および２２と単一の蒸気流入口２４とを含むように示されているが、特定の用途のために必要または要望に応じて物質移動カラム１０の高さに沿って適切に配置されたあらゆる適切な数の流体流入口または蒸気流入口を含むことができることを理解しなければならない。

物質移動カラム１０は、さらに、物質移動カラム１０の上部から蒸気生成物を排出するための頭上の蒸気流出口２６と、液体生成物流が回収される下側の液体流出口２８と、を含む。物質移動カラム１０の中には、還流配管、再加熱器、復水器、蒸気警音器などのような他の従来のカラム構成要素も存在することができるが、それらの物が従来と同じでありかつ本発明の理解のために必要であるとは思えないので、本明細書には示さない。

さらに図２〜５について説明すると、本発明の一実施形態に従って構成された液体分配器１８が記載されている。液体分配器１８は、物質移動カラム１０の直径または弦あるいはそれらの少なくとも一部に沿って水平方向に延びる少なくとも１つの中央分配部材３０を有するパイプ式またははしご形の分配器である。中央分配部材３０は、図２〜５に示された一実施形態では、実質的に円筒形の側壁３１を有する長尺な配管部材を有することができる。多角形を含む他の断面形状を有する中央分配部材３０も考えられる。さらに、図２〜５にはほんの１つの中央分配部材３０を含むように示されているが、２つ以上の中央分配部材３０を含む液体分配器１８も十分本発明の範囲内である。

中央分配部材３０は、その中に液体流を受け入れるための少なくとも１つの液体流入口３７を含む。液体が中央分配部材３０を通過すると、複数のより小さい液体部分に分割され、次に、その液体部分が１つ以上の液体流出口３５を通って中央分配部材３０から排出される。図４に具体的に示すように、液体流出口３５は、円形、三角形、または垂直方向に長尺な形のようなあらゆる望ましい形状を有することができ、中央分配部材３０の長さに沿って予め決定された距離だけ互いに間隔を開けて配置される。流出口３５の正確な数とサイズは、特に限定的ではなく、液体分配器１８を通った液体の予測流量に対応するように選定することができる。

流出口３５を通って中央分配部材３０から排出された個別液体流は、中央分配部材３０の長さに沿って長手方向に間隔を開けて配置されかつ中央分配部材３０から概してある角度方向に外側に延びる複数の長尺なサイド部材３６の中に供給される。通常、長尺なサイド部材３６は、互いに実質的に平行であり、中央分配部材３０の中央延長軸３７に対して約３０°から約１５０°まで、約４５°から約１３５°まで、または約６０°から約１２０°までの範囲内のある角度を形成する。必須ではないが、長尺なサイド部材３６のそれぞれは、図２〜５に示すように、中央分配部材３０の延長軸３７に対して実質的に直角方向に延びることができるのが好ましい。本明細書で使用される場合、用語「実質的に」は、５°以内を意味し、「実質的に直角方向に」という要素は、直角方向から５°以内である。下方にある物質移動層の中への望ましい滴下点密度を達成するために、長尺なサイド部材３６のあらゆる数を選定することができる。

中央分配部材３０は、図２〜５に示すように、長尺なサイド部材３６の上方にある関係に構成でき、または、別の方法では、中央分配部材３０および長尺なサイド部材３６は、同一平面上の配置に構成でき、その場合、中央分配部材３０および長尺なサイド部材３６は、実質的に同じ垂直高さに配置される。長尺なサイド部材３６のそれぞれが、図２〜５に示すように別個の上部および下部３６ａおよび３６ｂを含む場合には、一方の上部３６ａ（または３６ｂ、実施形態を示さない）は、中央分配部材３０と同一平面上の関係に構成することができるのに対して、他方の下部３６ｂ（または３６ａ、実施形態を示さない）は、中央分配部材３０よりも低い垂直高さに配置することができる。さらに、上部および下部３６ａおよび３６ｂの両方は、中央分配部材３０と実質的に同じ垂直高さにあっても良い。

図５に具体的に示すように、長尺なサイド部材３６のそれぞれは、長尺なサイド部材３６から、長尺なサイド部材３６に隣接した位置にありかつ長尺なサイド部材３６よりも低い垂直高さに位置する１つ以上の分配トラフ４０の中に液体を排出するための複数の開口３８を含む。開口３８は、長尺なサイド部材３６の最下部に沿って配置され、さらに、または、別の方法では、１つ以上の開口３８は、長尺なサイド部材３６の少なくとも１つの側壁の下部に位置することもできるであろう。図２〜５に示された実施形態では、分配トラフ４０は、長尺なサイド部材３６に対して平行な向きに配置され、中央分配部材３０に対して実質的に直角方向に向けられる。さらに、図２〜５に示された実施形態では、分配トラフ４０に対する長尺なサイド部材３６の比率が１：１であり、個々の長尺なサイド部材３６は、複数の分配トラフ４０の内の単一のものに供給するように構成される。

各分配トラフ４０は、互いに水平方向に間隔を開けて配置されかつ自身の間に液体収容空間４４を定義する一対の長尺な側壁４２ａおよび４２ｂを有する。液体収容空間４４は、長尺なサイド部材３６の開口３８から排出された液体の少なくとも一部を受け入れるように構成される。また、分配トラフ４０は、一対の対向する端壁４６ａおよび４６ｂ、ならびに側壁４２ａと４２ｂとの間に延びかつ実質的に開放している床領域４８を含む。図３に具体的に示すように、分配トラフ４０のそれぞれは、トラフ４０の長さに沿って間隔を開けて配置された１つ以上の水平方向支持要素４７を含むことができ、床領域４８の他の部分は、開放していて、分配トラフ４０のそれぞれから流出した液体を排出するように構成される。水平方向支持要素４７の数および間隔は、液体分配器１８が意図された構成材料および使用状態にある程度依存するが、分配トラフ４０の液体収容空間４４の内部に配置された充填材料のタイプとサイズによって必然的に決めることもできる。

本発明によれば、分配トラフ４０の少なくとも一部または分配トラフ４０のそれぞれは、液体収容空間４４の内部に配置された充填材料５０の層４９を有する。液体が液体収容空間４４の中に導入されると、液体は、床領域４８を通って分配トラフ４０から流出する前に、充填材５０を下向きに通過する。分配トラフ４０の中に供給された液体の全てまたはその液体の少なくともかなりの部分は、液体分配器１８から下方にある物質移動層１６（図１）の上面に排出される前に、充填材料５０の層４９を通過する。機能上は、液体が分配トラフ４０のそれぞれを通って下向きに流れると、充填材料５０の層４９は、液体の水平方向への拡大を加速する。

分配トラフ４０の中で使用される充填材料５０は、構造化充填材、ランダム充填材、およびそれらの組み合わせを含むあらゆる適切なタイプの充填材でも良い。概して図２〜５に示されるように、充填材料５０が構造化充填材を含む場合には、層４９は、垂直方向に延びる波形または網状の充填材の２枚以上の（または少なくとも３枚の）シートを含むことができる。構造化充填材料５０の傾斜角度および波形サイズは、液体の拡大速度および望ましい拡大度合に応じて変化することができる。充填材料は、織られたものでも織られていないものでも良く、また、孔の開いたものでも孔の開いていないものでも良い。層４９の中の充填材料５０の下側エッジの少なくとも一部は、液体分配器１８の下部に鋸歯状の滴下エッジを創出して液体が集まるのを防止するために、縁にぎざぎざをつけるのが好ましい。層４９の内部の充填材料５０のシートの垂直な向きは、下方にある物質移動層の表面全体にわたって、排出された液体の「ライン」を創出する。下方にある物質移動層の上面全体にわたって間隔を開けて配置されたこれらの平行な滴下領域は、分配器１８からの液体の均一な分配を増大させる。

図６〜８について説明すると、本発明の別の一実施形態に従って構成された液体分配器１１８が示されている。図６〜８に示すように、液体分配器１１８は、実質的に水平方向に延びかつ水平方向に間隔を開けて配置された一対の長尺な側壁１３１ａおよび１３１ｂを含む雨樋状の中央分配部材１３０を含む。側壁１３１ａおよび１３１ｂは、最下部が床１３９によって、ならびに端が端壁１３７ａおよび１３７ｂによって接続される。必要に応じて、液体分配器１１８が使用される具体的な用途に応じて、中央分配部材１３０の最上部に沿った開放領域の実質的に全てまたは少なくとも一部を、カバー（図示しない）で覆うことができる。単一の分配部材１３０のみを含むように示されているが、２つ以上の中央分配部材１３０を有する実施形態が考えられ、本発明の範囲に含まれる。

中央分配部材１３０は、液体流を受け入れるための液体流入口（図示しない）と、中央分配部材１３０の側壁１３１ａおよび１３１ｂの内部に定義された、自身から液体を排出するための複数の液体流出口１３５ａおよび１３５ｂと、を含む。別の方法では、中央分配部材１３０の床１３９の長さに沿って、１つ以上の流出口１３５ａおよび１３５ｂを定義することができるであろう。詳細に前述した液体分配器１８と同様に、液体分配器１１８は、さらに、中央分配部材１３０から外側方向に延びる複数の長尺なサイド部材１３６を有する。長尺なサイド部材１３６は、図６〜８に示すように、中央分配部材１３０に対して直角方向に向けられるのが好ましい。液体分配器１１８の長尺なサイド部材１３６は、配管部材の代わりに長尺なトラフを有し、そのトラフのそれぞれは、水平方向に間隔を開けて配置されかつ最下部が床１４７によって、ならびに端が一対の端壁１４３ａおよび１４３ｂによって互いに接続された一対の長尺な側壁１４１ａおよび１４１ｂを含む。図６〜８には２つの略長方形の長尺なサイド部材１３６を有するように示されているが、液体分配器１１８は、半円筒形または多角形を含むあらゆる断面形状を有するあらゆる適切な数の長尺なサイド部材１３６を含むことができる。

前述と同様の方法では、中央分配部材１３０は、図６〜８に示すように、長尺なサイド部材１３６に対して上方にある位置に配置することができ、または、別の方法では、中央分配部材１３０および長尺なサイド部材１３６が実質的に同じ水平面内にあるように、同一平面上の位置に構成することができる。図７に具体的に示すように、長尺なサイド部材１３６のそれぞれは、各側壁１４１ａおよび１４１ｂの中に定義されかつ長尺なサイド部材１３６のそれぞれから１つ以上の下方にある分配トラフ１４０の中に液体を排出するように構成された複数の開口１４５ａおよび１４５ｂを含む。

図６〜８に示す液体分配器１１８は、分配トラフ１４０が長尺なサイド部材１３６の延びる方向に対して実質的に直角方向に延びるように、直角構成に配置される。その結果、長尺なサイド部材１３６のそれぞれは、長手方向に間隔を開けて配置された排出開口１４５ａおよび１４５ｂを通って、個々の長尺なサイド部材１３６の対向する側壁１４１ａおよび１４１ｂの長さに沿って配置された少なくとも２つの互いに異なる分配トラフ１４０に供給するように構成される。図６〜８に示すように、開口１４５ａおよび１４５ｂは、水平方向に間隔を開けて配置されたペア１５９で配置され、ペア１５９の内の一方の開口１４５ａは、一方の側壁１４１ａによって定義され、ペア１５９の内の他方の開口１４５ｂは、対向する側壁１４１ｂによって定義される。各ペア１５９の開口１４５ａおよび１４５ｂは、互いに真向かいに間隔を開けて配置することができ、または、開口１４５ａおよび１４５ｂの内の一方は、他方の１４５ｂまたは１４５ａから水平方向および／または垂直方向にオフセットすることができる（実施形態を示さない）。１つ以上の開口１４５ａまたは１４５ｂは、側壁１４１ａ、ｂの下部の内部に定義するように示されているが、長尺なサイド部材１３６の側壁１４１ａおよび１４１ｂの内部または床１４７の内部の異なる位置に定義することもできるであろう。

図６〜８に示すように、直角配置に構成される場合には、ペア１５９の各開口１４５ａおよび１４５ｂは、同じ分配トラフ１４０に供給するように構成することができる。開口１４５ａおよび１４５ｂのペア１５９の数は、長尺なサイド部材１３６から供給されるように構成された分配トラフ１４０の数と略一致している。さらに、概して図６〜８に示されているように、１つよりも多い長尺なサイド部材１３６が、同じ分配トラフ１４６に供給するように構成することもできる。分配トラフ１４６の内の単一のものに供給するために、サイズおよび具体的なカラム動作に応じて、少なくとも２つ、少なくとも３つ、または少なくとも４つの長尺なサイド部材１３６を適切に構成することができる。

液体分配器１１８は、また、長尺なサイド部材１３６と分配トラフ１４０との間の液体の流れを促進するための複数のサイドアーム式分配器１７０を含むことができる。図６〜８に示すように、サイドアーム式分配器１７０は、間隔を開けて配置された一対の側壁１７４ａおよび１７４ｂと、サイドアーム式分配器１７０の外側の端に配置された単一の端壁１７６と、を含む。長尺なサイド部材１３６の側壁１４１ａおよび１４１ｂは、サイドアーム式分配器１７０の側壁１７４ａおよび１７４ｂに他方の端で接続する。通常、図８に示すように、サイドアーム式分配器１７０は、最上部が開放され、液体が長尺なサイド部材１３６から分配トラフ１４０のそれぞれの中に流れることを可能にするための床１７８を含む。図８に示すように、サイドアーム式分配器１７０の床１７８のそれぞれは、分配トラフ１４０の中に液体を排出するための複数の孔１７５を有する。サイドアーム式分配器１７０のそれぞれは、サイドアーム式分配器１７０から流出した液体を、分配トラフ１４０全体にわたって分配トラフ１４０のそれぞれの延びる方向に対して実質的に直角方向に拡大させるように機能する。床１７８（または、その代わりに、側壁１７４ａ、ｂの下部）の中に定義された孔１７５は、分配トラフ１４０に対して望ましい量の液体をトラフ１４０の内部の望ましい位置に供給するために、予め決定された距離だけ間隔を開けて配置される。

図６〜８に示すように、分配トラフ１４０のそれぞれは、自身の間に液体収容空間１４４を定義するために、互いに水平方向に間隔を開けて配置された一対の長尺な側壁１４２ａおよび１４２ｂを含む。分配トラフ１４０は、また、液体収容空間１４４の略対向する複数の端に配置された一対の端壁１４６ａおよび１４６ｂを含む。分配トラフ１４０の最上部は、開放され、床領域１４７もまた、トラフの長さに沿った予め決定された距離で側壁１４２ａと１４２ｂとの間に延びる、分配トラフ１４０の形状を維持するための、かつ／または、その中に充填材料を支持するための少数の水平方向支持部（図示しない）を除いて、実質的に開放されていても良い。

図６〜８に示すように、液体分配器１１８は、また、液体収容空間１４４の内部に配置された充填材料１５０の層１４９を含む。層１４９は、分配トラフ１４０の中に供給された液体が、分配トラフ１４０の実質的に開放されている床領域１４７から流出する前に、充填材料１５０の少なくとも一部を通過するように構成される。上述のように、充填材料１５０は、概して図６〜８に示すように、構造化充填材またはランダム充填材でも良く、ワイヤメッシュまたは網タイプの充填材を含むことができる。その代わりに、分配トラフ１４０の中に前述のあらゆる他のタイプの充填材または充填材配置を使用することもできるであろう。液体分配器１８と同様に、分配器１１８の分配トラフ１４０は、充填材料１５０を含む、液体分配器１１８の唯一の構成要素である。中央分配部材１３０および長尺なサイド部材１３６の両者は、内部に配置されたあらゆる種類の充填材料を含まない実質的に中空の液体収容空間を定義する。

図９から図１１までについて説明すると、液体分配器２１８として示された液体分配器１１８の変形物は、中央分配部材２３０と、長尺な分配トラフ２４０に隣接した位置に配置されかつ長尺な分配トラフ２４０よりも高い垂直高さに配置された複数の長尺なサイド部材２３６と、を有するように示されている。前に図６〜８に示された実施形態について説明したように、中央分配部材２３０は、一対の側壁２３１ａおよび２１１ｂならびに開放端を有するトラフと、一対の対向する端壁２３７ａおよび２３７ｂと、中央分配部材２３０の中に受け入れた液体を長尺なサイド部材２３６のそれぞれの中に供給するための複数の液体流出口２３５と、を含む。中央分配部材２３０は、概して図９および図１０に示されるように、長尺なサイド部材２３６のそれぞれよりも高い垂直高さに配置することができるが、中央分配部材２３０および長尺なサイド部材２３６が同一平面上の配置に構成される実施形態も考えられ、本発明の範囲内である。

図９〜１１に示された液体分配器２１８は、分配トラフ２４０が長尺なサイド部材２３６の延びる方向に対して実質的に平行な方向に延びるように、平行配置に構成される。長尺なサイド部材２３６のそれぞれは、分配トラフ２４０の内の２つ以上の互いに異なるものに供給するように構成されるが、分配トラフ２４０のそれぞれは、長尺なサイド部材２３６の内の単一のものから供給される。しかしながら、図９および図１０に示すように、平行配置に構成される場合には、側壁２４１ａまたは２４１ｂの内の所定の一方に配置された排出開口は、図９および図１０に示すように、分配トラフ２４０の内の単一のものの中に液体を供給するように構成することができる。従って、この配置では、分配トラフ２４０のそれぞれは、長尺なサイド部材２３６の内の単一のものから液体を受け入れるように構成される。

また、長尺なサイド部材２３６と分配トラフ２４０との間の液体の流れは、排出開口２４５のそれぞれに隣接した位置に配置された複数のサイドアーム式分配器２７０によって促進することができる。この実施形態での使用に適したサイドアーム式分配器２７０は、図１１に提供された拡大図に具体的に示されたものであり、対向する側壁２８６ａおよび２８６ｂと開放上面とを有しかつ分配トラフ２４０の側壁２４２ｂを通り抜けて液体収容空間２４４の中まで延びる長尺な部材２８８を有する。長尺な部材の一部分２８８ａは、長尺な部材２８８ｂの他の部分２８８ｂよりも低い垂直高さに配置することで、サイドアーム式分配器２７０に略階段状の外形を与えることができる。長尺なサイド部材２３６の排出開口２４５から液体が流れ出ると、液体は、長尺な部材２８８に流入し、側壁２４２ｂを通り抜けて分配トラフ２４０の液体収容空間２４４の中に流れ込む。その後、液体は、床領域２４８（図示しない）を通って分配部材２４０から排出される前に、充填材料２５０の層２４９を通って下降する。分配トラフ２４０は、サイドアームタブ２８０を介し、サイドアーム式分配器２７０によって長尺なサイド部材２３６に物理的に接続することができ、サイドアームタブ２８０は、長尺な部材２８８の上側エッジから水平方向に延び、分配トラフ２４０の側壁２４２ａ内の対応したスロットの中に挿入するように構成される。この取り付け機構は、代表的なものであるが、他の手段または構造体を本発明の範囲内で使用することができる。

図９〜１１に示すように、液体分配器２１８は、その充填材料２５０の層２４９の中にランダム充填材の要素を使用するように示されている。さらに、または、別の方法では、構造化充填材またはワイヤメッシュ充填材も使用することができ、充填材料２５０についての詳細は、前述の内容と同様である。

再度図１を参照すると、下降する液体が液体分配器１８の分配トラフ４０から排出されると、液体は、物質移動層１６の上面１７に落下する。カラム１０は、図２〜５について説明したように、液体分配器１８を含むように示されているが、図６〜８について説明したように構成された液体分配器１１８、または、図９〜１１について説明したように構成された液体分配器２１８を含むことができることを理解しなければならない。さらに、カラム１０が２つ以上の物質移動層１６を含む場合には、カラム１０は、液体流を受け入れかつ液体流を各物質移動層１６の上面に同様な方法で排出するように構成された２つ以上の液体分配器１８、１１８、２１８を含むこともできる。

以上により、本発明は、記載された及び開示された構造体に固有の他の利点と共に、上記目的及び目標の全てを実現するようによく適合されたものであることがわかるであろう。

特定の特徴及びサブコンビネーションは有用なものであり、個別に他の特徴及びサブコンビネーションに関係なく使用されてもよいことが理解されるであろう。これは本特許請求の範囲によって想到されるものであり、本特許請求の範囲内である。

本明細書に開示された発明の範囲から逸脱することなく、多くの考えられる実施形態が本明細書に開示された発明から作られてよいため、本明細書に記載された又は添付図面に示された全ての事項は実例として解釈されるべきで、限定的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

Claims (41)

1. 垂直方向に長尺な処理カラムの中を下降する液体用の流れの分配器であって、
   液体流を受け入れるための少なくとも１つの流入口および自身から前記液体流の一部を排出するための１つ以上の液体流出口を有する中央分配部材と、
   前記中央分配部材の前記１つ以上の液体流出口から排出された液体の少なくとも一部を受け入れるように構成され、前記中央分配部材の長さに沿って互いに長手方向に間隔を開けて配置され、自身から液体を排出するための１つ以上の開口を有する複数の長尺なサイド部材と、
   前記複数の長尺なサイド部材に隣接した位置に配置された複数の分配トラフと、を有し、
   前記複数の分配トラフのそれぞれは、一対の長尺な側壁を有し、前記一対の長尺な側壁は、自身の間に液体収容空間を定義するために互いに水平方向に間隔を開けて配置され、前記液体収容空間は、前記複数の長尺なサイド部材の前記１つ以上の開口から排出された液体を受け入れ、その液体を前記分配トラフから排出するように構成され、
   前記液体収容空間の少なくとも一部は、充填材料の層で満たされ、前記分配トラフから排出された液体は、前記充填材料の少なくとも一部を通過したものである分配器。
2. 前記複数の長尺なサイド部材は、少なくとも第１の長尺なサイド部材および第２の長尺なサイド部材を有し、前記複数の分配トラフは、少なくとも第１および第２分配トラフを有し、前記第１の長尺なサイド部材は、前記第１および前記第２分配トラフのそれぞれの中に液体を排出するように構成される請求項１に記載の分配器。
3. 前記第２の長尺なサイド部材は、前記第１および前記第２分配トラフのそれぞれの中に液体を排出するように構成される請求項２に記載の分配器。
4. 前記第１の長尺なサイド部材は、第１および第２の一対の液体流出口を有し、前記第１の一対の液体流出口は、前記第１分配トラフの中に液体を排出するように構成され、前記第２の一対の液体流出口は、前記第２分配トラフの中に液体を排出するように構成される請求項２に記載の分配器。
5. 前記第１の長尺なサイド部材は、前記長尺なサイド部材の対向する複数の側面に配置された少なくとも第１の一対の液体流出口を有し、前記第１の一対の液体流出口の内の一方の流出口は、前記第１分配トラフの中に液体を排出するように構成され、前記第１の一対の液体流出口の内の他方の流出口は、前記第２分配トラフの中に液体を排出するように構成される請求項２に記載の分配器。
6. さらに、第３および第４分配トラフを有し、前記第１の長尺なサイド部材は、前記第１および前記第２分配トラフの中に液体を排出するように構成され、前記第２の長尺なサイド部材は、前記第３および前記第４分配トラフの中に液体を排出するように構成される請求項２に記載の分配器。
7. さらに、第３および第４分配トラフを有し、前記第１および前記第２の長尺なサイド部材のそれぞれは、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４分配トラフのそれぞれの中に液体を排出するように構成される請求項２に記載の分配器。
8. 前記第１および前記第２の長尺なサイド部材の延長軸は、互いに実質的に平行であり、前記第１および前記第２の長尺なサイド部材は、前記中央分配部材の延長軸に実質的に直角である請求項２に記載の分配器。
9. 前記第１および前記第２分配トラフの延長軸は、前記第１および前記第２の長尺なサイド部材の延長軸に実質的に直角である請求項８に記載の分配器。
10. 前記第１および前記第２分配トラフの延長軸は、前記第１および前記第２の長尺なサイド部材の延長軸に実質的に平行である請求項８に記載の分配器。
11. 前記中央分配部材は、前記複数の長尺なサイド部材の少なくとも一部よりも高い垂直高さに配置される請求項１に記載の分配器。
12. 前記中央分配部材は、前記複数の長尺なサイド部材の少なくとも一部と実質的に同じ垂直面内にある請求項１に記載の分配器。
13. 前記複数の長尺なサイド部材のそれぞれは、約３０°から約１５０°までの範囲の角度で前記中央分配部材から外側に延びる請求項１に記載の分配器。
14. 前記液体収容空間の内部に配置された前記充填材料の少なくとも一部は、構造化充填材料である請求項１に記載の分配器。
15. 前記構造化充填材料は、垂直方向に延びる波形または網状の充填材料の少なくとも２枚のシートを含む請求項１４に記載の分配器。
16. 前記構造化充填材は、織られた構造化充填材を含む請求項１５に記載の分配器。
17. 前記構造化充填材は、孔の開いた構造化充填材を含む請求項１５に記載の分配器。
18. 前記構造化充填材は、下側滴下エッジを定義し、前記下側滴下エッジの少なくとも一部は、鋸歯状である請求項１５に記載の分配器。
19. 前記液体収容空間の内部に配置された前記充填材料は、ランダム充填材料である請求項１に記載の分配器。
20. 開放内部空間を定義する外側のカラムシェルと、
    前記開放内部空間内に配置されかつ上面を有する物質移動層と、
    液体流を受け入れかつ液体流を前記物質移動層の前記上面に分配するための液体分配器と、を有し、前記液体分配器は、
    中央分配部材と、
    前記中央分配部材に隣接した位置にあり、前記中央分配部材の延長軸に対して実質的に直角方向に延びる複数の長尺なサイド部材と、
    前記複数の長尺なサイド部材に隣接した位置にある複数の分配トラフと、を有し、
    前記複数の分配トラフのそれぞれは、水平方向に間隔を開けて配置された一対の長尺な側壁を有し、前記一対の長尺な側壁の間に定義された空間の少なくとも一部は、充填材料の層で満たされ、前記分配トラフの内部に配置された前記充填材料から流出した液体は、前記分配トラフから流出した後に前記物質移動層の前記上面に下降する物質移動カラム。
21. 各長尺なサイド部材は、単一の分配トラフの中に液体を排出するように構成される請求項２０に記載のカラム。
22. 前記複数の長尺なサイド部材のそれぞれは、２つ以上の分配トラフの中に液体を排出するように構成される請求項２０に記載のカラム。
23. 前記中央分配部材の中央延長軸は、前記複数の分配トラフの延長軸に実質的に直角である請求項２０に記載のカラム。
24. 前記中央分配部材の中央延長軸は、前記複数の長尺なサイド部材の延長軸と実質的に同じ水平面内にある請求項２０に記載のカラム。
25. 前記中央分配部材は、配管部材を有する、かつ／または、前記複数の長尺なサイド部材の少なくとも一部は、配管部材を有する請求項２０に記載のカラム。
26. 前記中央分配は、トラフを有する、かつ／または、前記複数の長尺なサイド部材の少なくとも一部は、トラフを有する請求項２０に記載のカラム。
27. 前記充填材料の層は、構造化充填材料を含む請求項２０に記載のカラム。
28. 前記充填材料は、織られたかつ／または孔の開いた充填材料である請求項２７に記載のカラム。
29. 前記充填材料は、下側滴下エッジを定義し、前記下側滴下エッジの少なくとも一部は、鋸歯状である請求項２７に記載のカラム。
30. 前記物質移動層は、構造化充填材の垂直方向に延びる少なくとも２枚のシートを含む請求項２９に記載のカラム。
31. 前記充填材料の層は、ランダム充填材の要素を含む請求項２０に記載のカラム。
32. 前記物質移動カラムは、蒸気−液体分離カラムである請求項２０に記載のカラム。
33. 前記物質移動カラムは、液体−液体分離カラムである請求項２０に記載のカラム。
34. 物質移動カラムの中の流体流を処理する方法であって、
    （ａ）前記物質移動カラムの内部空間内に配置された液体分配器の中に液体流を導入するステップであって、第１方向の第１分配部材の中に液体を送り込むことを含むステップと、
    （ｂ）前記液体流を２つ以上の液体部分に分けるステップと、
    （ｃ）前記第１分配部材よりも低い垂直高さに配置された分配トラフの中に前記２つ以上の液体部分のそれぞれを導入するステップであって、第２方向の前記分配トラフの中に前記２つ以上の液体部分を送り込むことを含むステップと、
    （ｄ）前記分配トラフの中に導入された前記２つ以上の液体部分のそれぞれに前記分配トラフの内部に配置された充填材料の層を通過させるステップと、
    （ｅ）前記分配トラフの下部から前記液体分配器よりも低い垂直高さに配置された物質移動層の上面に複数の液体流を排出するステップと、
    （ｆ）前記充填材層の前記上面に排出された液体の少なくとも一部を上向きに上昇する流体流に接触させ、それによってその液体とその流体流との間の熱伝達および／または物質移動を引き起こすステップと、を含む方法。
35. 前記第１通過方向および前記第２通過方向は、互いに実質的に直角である請求項３４に記載の方法。
36. 前記第１通過方向および前記第２通過方向は、互いに実質的に平行である請求項３４に記載の方法。
37. 前記液体分配器は、前記第１分配部材から外側に延びる複数の長尺なサイド部材を有し、前記導入するステップ（ｃ）の少なくとも一部は、前記複数の長尺なサイド部材を使用して実行される請求項３４に記載の方法。
38. 前記充填材料の層は、垂直方向に延びる構造化充填材の少なくとも２枚のシートを含む請求項３４に記載の方法。
39. 前記構造化充填材は、織られたかつ／または孔の開いた充填材を含む請求項３８に記載の方法。
40. 前記構造化充填材は、下側滴下エッジを定義し、前記下側滴下エッジの少なくとも一部は、鋸歯状である請求項３８に記載の方法。
41. 前記充填材料の層は、ランダム充填材を含む請求項４０に記載の方法。

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