JP2021502889A - 物質移動アセンブリ、及び分割壁を有するカラム、並びにそれらを伴う方法 - Google Patents

Abstract

物質移動アセンブリは、少なくとも１つの分割壁と、分割壁の両側の物質移動構造のゾーンと、分割壁の両側の物質移動構造のゾーンを通って上昇する蒸気の分離を変化させるように動作可能である蒸気流制限器と、を有する。

Description

本発明は、一般に、物質移動カラムに関し、より具体的には、３つ以上の成分混合物を分離するなどのための、分割壁カラムとして知られている物質移動カラム、及びそれを使用する方法に関する。

物質移動カラムは、特定の組成物及び／又は温度の製品流を提供するために、少なくとも２つの流体流に接触するように構成される。本明細書で使用するとき、用語「物質移動カラム」は、物質及び／又は熱の移動が主目的であるカラムを包含することを意図する。多成分蒸留及び吸収用途で利用されるものなど、気相流を液相流に接触させるいくつかの物質移動カラムがあるが、抽出カラムなど、異なる密度の２つの液相間の接触を促進するように設計され得る他の物質移動カラムもある。しばしば、物質移動カラムは、通常は２つの液相間の密な接触を促進するためにカラムの内部領域に配置されている物質移動構造の表面に沿って、又はその上側で、上昇蒸気流又は液体流を下降液体流と接触させるように構成される。２つの相の間を移動する質量及び熱の速度及び／又は程度は、様々な種類のトレイ、構造化パッキング、ランダムパッキング、又はグリッドパッキングの形態であり得る質量移動構造によって高められる。

分割壁カラムと称されることもある１つの種類の物質移動カラムでは、物質移動カラム内での３つ以上の成分フィード流の分離を可能にするために、１つ以上の垂直方向延在分割壁が物質移動カラム内の開放内部領域内に位置決めされる。一例として、３つの成分フィード流を分離するときに、単一の分割壁は、通常、物質移動カラムの中間セクション内で中央に位置決めされ、物質移動カラムの両側から弦様式で延在する。フィード流は、分割壁の片側のシェルを通して取り入れられ、側部ドローオフは、分割壁の反対側でシェルを通って延在している。

フィード流は、分割壁のフィード側で、低沸点留分及び重沸点留分に分離され、中沸点留分の一部は、物質移動カラムの上部セクションの中へ低沸点留分を伴い、中沸点留分の残部は、重沸点留分と共に、質量移動カラムの下部セクションへと下降する。低沸点留分は、物質移動カラムの上部セクション内の中沸点留分から、より少ない程度で、分割壁のドローオフ側に分離されて、そして、シェルの頂部で塔頂生成物として回収される。高沸点留分は、物質移動カラムの下部セクション内の中沸点留分から、より少ない程度で、分割壁の熱的に連結されたドローオフ側に分離され、そして、塔底生成物としてサンプに回収される。分離された中沸点留分は、物質移動カラムの上方セクション及び下方セクションから、物質移動カラムの中間セクション内の分割壁のドローオフ側へと送達され、そして、側部ドローオフを通して回収される。したがって、分割壁は、３つの成分フィード流を３つの高純度留分に蒸留分離することを可能にする。４つ以上の成分フィード流の分離には、追加の分割壁を使用することができる。分割壁はまた、共沸、抽出、及び反応蒸留プロセスが生じている物質移動カラムでも使用することができる。

物質移動カラムの分割壁の使用は、分割壁が単一の物質移動カラム内で生じることを可能にする同じ処理を達成するための追加の物質移動カラムに対する必要性を排除することができ、その結果、投資及び動作コストを節約するという点で有利である。しかしながら、物質移動カラムにおける分割壁の使用によって、いくつかの設計及び動作の課題が提示される。そうした課題のうちの１つは、物質移動カラムの下部セクションからフィード側へと、及び分割壁のドローオフ側へと上昇する蒸気の分離を制御することに関与する。分割壁のフィード側とドローオフ側との間の蒸気の分離を修正するための様々な設計手法が提案されてきたが、物質移動カラム内で生じる蒸留プロセスの高められた動作の柔軟性及び制御を提供するように蒸気の分離を制御し、かつ調整する能力の更なる向上が必要である。

添付の図面は、明細書の一部を形成し、種々の図において同一の構成要素を示すために同一の番号が使用される。
分割壁を示す物質移動カラム、及び物質移動カラム内の開放内部領域内に位置決めされた概略的に表した構成要素の概略側面図である。 図１ａに示される物質移動カラムに類似しているが、物質移動カラム内の開放内部領域内に位置決めされた２つの分割壁を示す、物質移動カラムの概略側面図である。 分割壁及び蒸気流制限器を組み込んだ物質移動アセンブリの一実施形態を示すために、物質移動カラムのシェルの一部分を破断した、図１ａに示される物質移動カラムの側面斜視図である。 図２の物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分上面斜斜視図であり、図２に使用されている尺度から拡大して示す。 図３に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの一部分の側面図である。 図４に示される物質移動アセンブリの部分斜視図であるが、蒸気流制限器が図４とは異なる配向で示されている。 図４に示されている側の反対側から見た、物質移動アセンブリの部分斜視図であり、図４に使用されている尺度から拡大して示す。 図６に示されている側の反対側から見た、物質移動アセンブリの部分斜視図であり、図６に示される配向とは異なる配向で示されている蒸気流制限器を示す。 蒸気流制限器の代替の実施形態を示す、物質移動アセンブリの部分斜視図である。 蒸気流制限器の別の実施形態を示す、物質移動アセンブリの部分斜視図である。 図９に示される移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、蒸気流制限器が図９に示される配向とは異なる配向である。 物質移動アセンブリの代替の実施形態を示す、物質移動カラムの部分側面図である。 図１１の物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分側面図であるが、蒸気流制限器の代替の実施形態を示す。 図１１に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図である。 図１３に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの拡大部分底面斜視図である。 図１３に示されるものに類似する物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、蒸気流制限器が図１３に示される配向とは異なる配向で再位置決めされている。 図１５に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底平面図である。 図１６に示され、図１６の線分１７−１７に沿って切断した、物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分側面図である。 図１７に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分側面図であるが、蒸気流制限器が図１７に示される配向とは異なる配向で再位置決めされている。 物質移動アセンブリ及び蒸気流制限器の更なる実施形態を示す、物質移動カラムの部分側面図である。 図１９に示される物質移動アセンブリの部分底面斜視図である。 図２０に示される図に類似する物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、蒸気流制限器が図２０に示される配向とは異なる配向で再位置決めされている。 物質移動アセンブリ及び蒸気流制限器のなお更なる実施形態を有する、物質移動カラムの部分側面斜視図である。 図２２に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図である。 図２３に示される物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、蒸気流制限器が図２３に示される配向とは異なる配向で再位置決めされている。 図２２〜図２４の物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、トレイデッキ内の円形蒸気流開口、及び制限器プレート内の円形開口部を有する。 図２２〜図２４の物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、トレイデッキ内の正方形蒸気流開口、及び制限器プレート内の正方形開口部を有する。 図２２〜図２４の物質移動カラム及び物質移動アセンブリの部分底面斜視図であるが、断面円形を有するトレイデッキ上のライザー、トレイデッキ内の円形蒸気流開口、及び制限器プレート内の円形開口部を有する。 図３に示されるものに類似する物質移動カラム及び物質移動アセンブリの一部分の底面斜視図であるが、図２２〜図２４に示される種類の蒸気流制限器を使用する。

一態様において、本発明は、物質移動カラム内の開放内部領域で使用するための物質移動アセンブリを対象とし、物質移動アセンブリは、分割壁と、分割壁の対向する第１及び第２の側部に位置決めされた物質移動構造の１つ以上のゾーンと、第１のサブ領域内に位置決めされた蒸気流制限器と、を備える。蒸気流制限器は、分割壁の両側の第１及び第２のサブ領域を通って上昇するときに蒸気の体積分離の調整を可能にするために、第１のサブ領域を通した第１の蒸気流抵抗を生じさせる第１の配向と、第１の蒸気流抵抗よりも大きい、サブ領域を通した第２の蒸気流抵抗を生じさせる第２の配向との間で運動可能である。一実施形態では、第１のサブ領域を通した第１の蒸気流抵抗は、分割壁の反対側の第２のサブ領域を通した蒸気流抵抗以下であり、第２の蒸気流抵抗は、分割壁の反対側の第２のサブ領域を通した蒸気流抵抗よりも大きい。

別の態様では、本発明は、物質移動カラムを対象とし、この物質移動カラムは、シェルと、当該シェルによって画定された開放内部領域と、当該開放内部領域内に位置決めされた、上で説明した物質移動アセンブリと、を備える。

更なる態様において、本発明は、上で説明した物質移動カラムの方法を対象とする。本方法は、アクチュエータを動作させて、分割壁の両側の第１及び第２のサブ領域を通って上昇するときに蒸気の体積分離を調整するために、第１のサブ領域を通した第１の蒸気流抵抗を生じさせる第１の配向と、第１の蒸気流抵抗よりも大きい、サブ領域を通した第２の蒸気流抵抗を生じさせる第２の配向との間で、第１のサブ領域内に位置決めされた蒸気流制限器を運動させるステップと、フィード流を開放内部領域の中へ取り入れるステップと、フィード流を処理して、蒸気を、第１及び第２のサブ領域を通して上昇させるステップと、物質移動カラムから生成物又は生成物を取り出すステップと、を含む。

以下、図面をより詳細に参照するが、最初に図１を参照すると、物質移動及び熱交換プロセスに使用するために好適な物質移動カラムをいくらか概略的に示し、全体にわたって番号１０で示す。物質移動カラム１０は、多角形を含む他の形状が可能であり、本発明の範囲内であるが、概ね円筒形の形状である直立の外部シェル１２を含む。シェル１２は、任意の好適な直径及び高さを有し、物質移動カラム１０の動作中に存在する流体及び条件と不活性であることが望ましいが、又はそうでなければそれらと適合性がある１つ以上の硬質材料で構築される。

物質移動カラム１０のシェル１２は、流体流間で望ましい物質移動及び／又は熱交換が発生する開放内部領域１４を画定する。１つ以上の分割壁１８及び物質移動構造の１つ以上のゾーン２０を備える物質移動アセンブリ１６は、開放内部領域１４内に位置決めされる。図１ａには、単一の分割壁１８を示すが、この分割壁は、シェル１２の片側からシェル１２の反対側まで弦様式で延在している。分割壁１８は、単一の材料シートとして、又は個々のパネルを一緒に接合することによって形成することができる。分割壁１８は、ボルティングバーを使用すること若しくは溶接することなどによってシェル１２に固定することができ、又はビーム、若しくは物質移動構造を含む他の構造によって、固定せずに支持することができる。

分割壁１８は、シェル１２の中心垂直軸と交差する垂直平面内を延在するように示されている。示されるように、分割壁１８は、開放内部領域１４を二分し、かつ等しい断面積である分割壁１８の両側の２つのサブ領域２２及び２４を形成する。シェル１２が円筒形状である場合、分割壁１８の両側のサブ領域２２及び２４は、半球形状である。他の実施形態では、分割壁１８は、分割壁１８の両側の領域２２及び２４が不等な断面積であるように、シェル１２の中心垂直軸からオフセットすることができる。分割壁１８は、単一平面内に延在する必要はない。いくつかの実施形態では、分割壁１８は、傾斜セグメントによって相互接続された異なる垂直平面内にあるセグメントを有することができる。他の実施形態では、分割壁１８は、同じ垂直平面内にあり、かつ互いに一部分のみが接続された、又は全く接続されていない、離間されたセグメントを有することができる。

フィード流２６は、物質移動カラム１０のシェル１２のノズル（図示せず）を通して、分割壁１８の片側のサブ領域２２の中へなどの、開放内部領域１４の中へ送達される。フィード流２６は、物質移動カラム１０内で生じる処理によって互いに分離することを意図する複数の成分を含有するものであり得る。側部ドローオフ２８は、シェル１２の別のノズル（図示せず）を通して、分割壁１８の反対側のサブ領域２４からなどの、開放内部領域１４から取り出される。フィード流２６は、物質移動カラム１０の中へ半径方向に方向付けることができる。同様に、側部ドローオフ２８は、物質移動カラム１０から半径方向に取り出すことができる。他の流体流は、物質移動カラム１０の高さに沿って適切な場所に位置決めされた任意の数のフィードノズル（図示せず）を通して物質移動カラム１０の中へ方向付けることができる。同様に、他の側部ドローオフは、適切な場所に位置決めされた任意の数の側部ドローオフノズル（図示せず）を通して、物質移動カラム１０から取り出すことができる。１つ以上の蒸気流はまた、フィードラインを通ってカラム１０に取り入れられるのではなく物質移動カラム１０内で生成され得る。

物質移動カラム１０はまた、シェル１２の頂部に、蒸気生成物又は副生成物を取り出すための塔頂生成物ライン３０も含む。凝縮器３２及び還流リターンライン３４は、蒸気生成物又は副生成物の一部分を液体の形態で物質移動カラム１０に戻すために、塔頂生成物ライン３０と連通して提供することができる。シェル１２の底部には、液体生成物又は副生成物を物質移動カラム１０から取り出すための底部流テイクオフライン３６が提供される。液体生成物又は副生成物の一部分を蒸気形態で物質移動カラム１０に戻すために、再沸騰器３８及び蒸気リターンライン４０を提供することができる。

分割壁１８は、物質移動カラム１０の開放内部領域１４内に様々な高度で位置決めすることができる。図１ａでは、分割壁１８を、物質移動カラム１０の中間セクション内に位置決めして示す。他の実施形態では、分割壁１８は、物質移動カラム１０の上部セクション内に又は下部セクション内に位置決めされる。分割壁１８の高さを変化させて、物質移動カラム１０内で生じるように設計されたプロセス動作を達成することができる。

サブ領域２２及び２４内の物質移動構造のゾーン２０の数及び垂直範囲は、物質移動カラム１０内で生じることを意図したプロセスの種類に応じて変化させることができる。物質移動構造を含む他のゾーン４２及び４４は、それぞれ、物質移動カラム１０の上部セクション及び下部セクション内に位置決めすることができる。物質移動構造は、直交流又は他の種類のトレイ又はパッキングの形態とすることができる。パッキングは、構造化パッキング、ランダムパッキング、及び／又はグリッドパッキングとすることができる。物質移動構造は、ゾーン２０、４２、及び４４の全てにおいて同じ種類である必要はない。例えば、ゾーン２０のいくつかは、ある種類の物質移動構造とすることができ、一方で、ゾーン２０の他のものは、他の種類の物質移動構造である。同様に、ゾーン４２内の物質移動構造は、ゾーン４４又はゾーン２０内の物質移動構造と同じである必要はない。ゾーン２０、４２、及び４４のうちの１つ以上又は全ては、追加的に、液体収集器、液体分配器、及びグリッド支持体などの他の内部装置を含むことができる。

サブ領域２２又は２４のうちの少なくとも１つは、蒸気流制限器４６を含み、これは、サブ領域２２又は２４を通る蒸気流に対する抵抗を増加又は減少させるように動作可能であり、サブ領域には、流動に対する抵抗が、分割壁１８の反対側のサブ領域２２又は２４を通る蒸気流に対する抵抗よりも大きく又は小さくなるように関連付けられる。したがって、蒸気流制限器４６は、分割壁１８の両側のサブ領域２２及び２４を通って開放内部領域１４内を上昇する蒸気の体積分離を変化させるように動作可能である。例えば、蒸気流制限器４６は、サブ領域２４を通るよりもサブ領域２２を通る蒸気の体積流を多くさせるように、又はサブ領域２２を通るよりもサブ領域２４を通る体積流を少なくさせるように動作させることができる。図１ａでは、１つの蒸気流制限器４６のみを示し、この蒸気流制限器は、分割壁１８のフィード側のサブ領域２２と関連付けられている。蒸気流制限器は、代替的に、分割壁１８のドローオフ側のサブ領域２４と関連付けることができ、又は、１つの蒸気流制限器４６をサブ領域２２と関連付け、別の１つの蒸気流制限器４６をサブ領域２４と関連付けることができる。蒸気流制限器４６は、サブ領域２２の下端部に位置決めされて示されているが、代替的に、サブ領域２２の上端部に、又は下端部と頂端部との間の位置に配置することができる。蒸気流制限器４６は、同様に、物質移動構造のゾーン２０の上側、下側、又はその中に配置することができる。

一実施形態では、蒸気流制限器４６は、関連付けられたサブ領域２２を通した蒸気流抵抗を、分割壁１８の反対側のサブ領域２４を通したものよりも小さくさせる第１の配向と、蒸気流制限器４６が、関連付けられたサブ領域２２を通した蒸気流抵抗を、分割壁１８の反対側のサブ領域２４を通したものよりも大きくさせる第２の配向との間で運動可能である。他の実施形態では、蒸気流制限器４６は、第１の配向にあるときに、関連付けられたサブ領域２２を通した蒸気流抵抗を、分割壁１８の反対側のサブ領域２４を通したものとほぼ同じにさせ、第２の配向にあるときに、関連付けられたサブ領域２２を通した蒸気流抵抗を、分割壁１８の反対側のサブ領域２４を通したものよりも大きくさせる。

２つ以上の分割壁１８が使用されるときに、分割壁１８によって形成されるサブ領域の数は、通常、分割壁１８の数よりも１つ以上多くなり、蒸気流制限器４６の最小数は、分割壁１８の数と同じである。図１ｂには、物質移動カラム１０の２つの分割壁１８ａ及び１８ｂの使用の実施例を示す。分割壁１８ａ及び１８ｂは、互いに並列関係で、かつ水平方向に離間されて延在している。分割壁１８ａ及び１８ｂは、先に説明した分割壁１８と同じ構造とすることができる。分割壁１８ａ及び１８ｂは、互いに対して垂直方向に千鳥状に、かつ部分的に重なって示されている。他の実施形態では、分割壁１８ａ及び１８ｂは、いかなる重なりも伴わずに垂直方向に千鳥状とすることができ、又は分割壁は、互いに同一の領域を占めることができる。

分割壁１８ａ及び１８ｂは、物質移動カラム１０の開放内部領域１４を３つのサブ領域４８、５０、及び５２に分割する。サブ領域４８、５０、及び５２は、同じ又は異なる断面積を有し得る。物質移動構造及び任意の他の内部装置を含む１つ以上のゾーン２０は、サブ領域４８、５０、及び５２内に位置決めされる。蒸気流制限器４６は、ゾーン５０及び５２と関連付けられて示されているが、代替的に、ゾーン４８、５０、及び５２のうちの任意の２つ又は３つ全てと関連付けることができる。物質移動構造及び任意の他の内部装置を含むゾーン２０の１つ以上はまた、サブ領域４８、５０、及び５２のうちの２つ又は全ての全体にわたることもできる。側部ドローオフ２８ａ及び２８ｂの２つを使用して、サブ領域５２からなどの、開放内部領域１４内から異なる生成物又は副生成物を取り出すことができる。

図２に示される物質移動アセンブリ１６の実施形態では、物質移動構造のゾーン２０は、分割壁１８の両側のサブ領域２２及び２４内に位置決めされた直交流トレイ５４を備える。加えて、図３〜図６を参照すると、直交流トレイ５４の各々は、トレイデッキ５６と、トレイデッキ５６の蒸気流開口５８と、出口堰６０と、を備える。蒸気流開口５８の各々は、蒸気流開口６０及び固定又は浮動弁カバー６４を備える弁６２の一部であり得る。直交流トレイ５４は、それぞれ、トレイデッキ５６の一方の端部で位置決めされた降下管６６を含み、これは、液体が出口堰６０から溢れたときに液体を受容し、下にある直交流トレイ５４の１つのトレイデッキ５６に送達し、そこで液体は、トレイデッキ５６を横断して流れ、液体がそのトレイデッキ５６の出口堰６０から溢れた後に、別の降下管６６に進入する。したがって、直交流トレイ５４は、液体が各ゾーン２０を通って蛇行する様式で下降するように、連続した直交流トレイ５４の対向端部に位置決めされた降下管６６を伴う、シングルパス配設で配設される。また、直交流トレイ５４のマルチパス配設も使用することができる。

図２〜図６に示される物質移動アセンブリ１６の蒸気流制限器４６は、直交流トレイ５４の１つ以上を備え、そこでは、出口堰６０がトレイデッキ５６の上側に異なる高さに延在するように運動可能である。運動可能な出口堰６０を有する直交流トレイ５４は、別様に固定された出口堰６０を有する直交流トレイと同じであってもよく、又は他の方式で異なっていてもよい。直交流トレイ５４が図５に示されるような第１の配向にあるときに、運動可能な出口堰６０は、トレイデッキ５６の上側に第１の高さまで延在し、直交流トレイ５４が図４に示されるような第２の配向にあるときに、運動可能な出口堰６０は、トレイデッキ５６の上側に、第１の高さよりも高い第２の高さまで延在する。運動可能な出口堰６０の高さを延在又は減少させることによって、トレイデッキ５６の液体が運動可能な出口堰６０の上部から溢れる前に到達しなければならない深さを、対応して増加又は減少させることができる。通常、運動可能な出口堰６０が図５に示される第１の高さであるときには、破線６８ａ及び６８ｂによって表される液体深さが同じであること、並びに運動可能な出口堰６０が図４に示される第２の高さであるときには、破線６８ａによって表される液体深さが破線６８ｂによって表される液体深さよりも深いことがわかる。

トレイデッキ５６の液体深さ又は液体ヘッドは、湿潤圧力降下を生成し、これは、蒸気がトレイデッキ５６の蒸気流開口５８を通って上昇するときに蒸気流を制限し、次いで、トレイデッキ５６を横断して流れている液体との物質移動及び／又は熱移動を受けるように作用する。したがって、運動可能な出口堰６０の高さの調整は、トレイデッキ５６を通る蒸気流に対する制限を変化させるように作用し、また、この調整を使用して、分割壁１８の両側のサブ領域２２及び２４を通る蒸気流の分離を制御することができる。例えば、破線６８ａによって表される、運動可能な出口堰６０による直交流トレイ５４のトレイデッキ５６の液体深さ、及び破線６８ｂによって表される、分割壁１８の反対側の固定された出口堰６０による１つの直交流トレイ５４のトレイデッキ５６の液体深さがほぼ同じであった場合は、図５に示されるように、分割壁１８の両側の蒸気分離は、ほぼ等しくなり得る。図４に示されるように、破線６８ａによって表される液体深さが、破線６８ｂによって表される液体深さよりも深い場合は、蒸気分離が不等になり、より多くの蒸気の体積流が分割壁１８のドローオフ側のサブ領域２４を通って進行する。サブ領域２２を通るより多くの体積流が所望される場合、サブ領域２２内の直交流トレイ５４の破線６８ａによって表される液体深さが、サブ領域２４内の直交流トレイ５４の破線６８ｂによって表される液体深さよりも浅くなるように、運動可能な堰６０の第１の高さを選択することができる。

図２〜図６に示される蒸気流制限器４６は、運動可能な出口堰６０を第１及び第２の高さの間で運動させるための、運動可能な出口堰と関連付けられたアクチュエータ７０を更に備える。アクチュエータ７０は、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、電動アクチュエータ、磁気アクチュエータ、及び熱アクチュエータなどの、様々な種類のものとすることができる。アクチュエータ７０はまた、アクチュエータ７０をオペレータが手動で調整できることを可能にする手動オーバライドも含むことができ、又はオペレータによって手動で調整できる機械的アクチュエータとすることができる。一実施形態では、運動可能な出口堰６０は、トレイデッキ５６の枢動軸７２を中心に枢動可能に載置されている。アクチュエータ７０は、第１及び第２の高さの間で枢動させるように、運動可能な出口堰６０と動作可能に連結されている。

図６及び図７で最も良くわかるように、アクチュエータ７０は、枢動軸７２を中心に、アクチュエータ７０からの直線運動を出口堰６０の回転運動に変換するリンケージ７４によって接続されている。アクチュエータ７０は、物質移動カラム１０のシェル１２の外側に載置されているように示され、リンケージ７４は、シェル１２内の封止開口部７６を通過する。一実施形態では、リンケージ７４は、出口堰６０に固定されたロッド７８を含む。ロッド７８は、バレルセグメント８０内を回転可能であり、かつ出口堰６０がそれを中心に回転する枢動軸７２としての役割を果たす。

出口堰６０は、その第１の高さであるときに降下管６６の方向に回転する。代替的に、出口堰は、その第１の高さであるときにトレイデッキ５６に向かって回転させることができる。出口堰６０は、その第２の高さであるときに、直立位置まで回転する。出口堰６０は、その第１及び第２の高さの間で回転する必要はない。例えば、出口堰は、第１及び第２の高さの間で垂直方向に運動させることができるように載置することができる。

出口堰６０の運動及び結果として生じる高さ調整は、種々の方式で達成することができる。図８に示される実施形態では、アクチュエータ７０は、ロータリアクチュエータであり、アクチュエータ７０の直線運動を回転運動に変換する図６及び図７に示される他のリンケージ７４構成要素を必要とすることなく、出口堰６０に固定されたロッド７８を直接回転させる。図９及び図１０に示される実施形態では、リンケージ７４が出口堰６０の外面８２に直接接続され、アクチュエータ７０は、直線運動を回転運動に変換するリンケージ７４構成要素を必要とすることなく、出口堰６０の回転を生じさせるリニアアクチュエータである。代替的に、リンケージ７４は、ロッド７８の磁気連結具、又はアクチュエータ７０に対するリンケージ７４の別の構成要素を備えることができる。好適な磁気連結具の１つの例として、駆動用磁石は、アクチュエータ７０の軸に取り付けられ、それによってシェル１２の外側にある場所から駆動される。ロッド７８の一方の端部又はリンケージ７４の他の構成要素は、シェル１２内に位置付けられた別の磁石に取り付けられ、駆動用磁石の回転によって回転する。この磁気連結具は、シェル１２の封止開口部７６に対する必要性を排除する。

図１１〜図１８には、蒸気流開口１５８の総開口面積を変化させるように動作可能である蒸気流制限器１４６の別の実施形態を示すが、図中、図２〜図１０に関連して記載されているものと同様の構成要素には、接頭辞「１」の後に同じ番号を使用する。蒸気流制限器１４６は、分割壁１１８の片側又は両側に１つ以上の直交流トレイ１５４を備える。蒸気流制限器１４６のこの実施形態の第１の配向では、トレイデッキ１５６の蒸気流開口１５８の総開口面積は、蒸気流制限器１４６が第２の配向である場合のトレイデッキ１５６内の蒸気流開口１５８の総開口面積よりも小さい。蒸気流開口１５８は、弁カバー１６４を有する固定バルブ１６２の一部として示されている。

したがって、１つ以上の直交流トレイ１５４のトレイデッキ１５６内の蒸気流開口１５８の総開口面積の調整は、トレイデッキ１５６を通る蒸気流に対する制限を変化させるように作用し、またこの調整を使用して、分割壁１１８の両側のサブ領域１２２及び１２４を通る蒸気流の分離を制御することができる。例えば、サブ領域１２２内の蒸気流制限器１４６の蒸気流開口１５８の総開口面積が、サブ領域１２４内の分割壁１８８の反対側の直交流トレイ１５４の各々の蒸気流開口１５８の総開口面積よりも小さい場合、分割壁１８の両側の蒸気分離は、不等になり、より多くの蒸気の体積流が、サブ領域１２４を通って上昇する。サブ領域１２２を通るより多くの体積流が所望される場合、サブ領域１２２内の蒸気流制限器１４６の蒸気流開口１５８の総開口面積は、サブ領域１２４の分割壁１８８の反対側の直交流トレイ１５４の蒸気流開口１５８の総開口面積よりも大きくなるように、制限器プレート８４の運動によって増加させる。他の実施形態では、蒸気分離は、サブ領域１２２及び１２４の分割壁１１８の両側に位置決めされた蒸気流制限器１４６の制限器プレート８４の運動によって制御することができる。

蒸気流制限器１４６はまた、シェル１２の外側に載置することができ、かつ制限器プレート８４の運動を制御するために制限器プレート８４と動作可能に関連付けられた、アクチュエータ１７０も備える。制限器プレート８４は、蒸気流制限器１４６の一部を形成する直交流トレイ１５４のトレイデッキ１５６の下に載置することができる。図１２に示されるように、アクチュエータ１７０は、アクチュエータ１７０の直線運動を制限器プレート８４に伝達するリンケージ１７４によって、制限器プレート８４と連結することができる。１つの代替例として、図１１に示されるように、リンケージ１７４は、アクチュエータ１７０の直線運動が制限器プレート８４に伝達されるときに、直線運動を増加させるように調整することができる。

図１３〜図１８で最も良くわかるように、制限器プレート８４は、支持ガイド８８に静置され、かつそれに沿って摺動する、１つ以上のセグメント８６を備える。制限器プレート８４のセグメント８６は、図１５〜図１７に示されるように、蒸気流開口１５８のいくつか又は全てと整列させることができ、また、図１４及び図１８に示されるように、そのような整列を解除することができる。蒸気流制限器１４６が第１の配向にあるときに、セグメント８６は、蒸気流制限器１４６のトレイデッキ１５６の蒸気流開口１５８の総開口面積が、分割壁１１８の反対側の直交流トレイ１５４のトレイデッキ１５６の蒸気流開口１５８の総開口面積よりも小さくなるように、蒸気流制限器１５８のいくつか又は全てと整列するように運動する。この結果、蒸気流制限器１４６が位置決めされているサブ領域１２２を通るよりも多くの蒸気の体積流を、サブ領域１２４に通すことができる。蒸気流制限器１４６が第２の配向にあるときに、セグメント８６は、蒸気流制限器１４６のトレイデッキ１５６の蒸気流開口１５８の総開口面積が、分割壁１１８の反対側の直交流トレイ１５４のトレイデッキ１５６の蒸気流開口１５８の総開口面積よりも大きくなるように再位置決めされる。この結果、蒸気流制限器１４６が位置決めされているサブ領域１２２を通るよりも多くの蒸気の体積流を、サブ領域１２４に通すことができる。

直交流トレイ１５４は、シングルパス配設で図１１〜図１８に示されているが、代替的に、図１９〜図２１に示されるツーパス配設などのマルチパス配設で構築することができ、図中、同様の構成要素には、接頭辞「２」を使用する。蒸気流制限器２４６において、アクチュエータ２７０は、リンケージ２７４によって、トレイデッキ２５６の下に位置決めされた２つの制限器プレート２８４に接続されている。リンケージ２７４は、アクチュエータ２７０の直線的な延在がロッド２７８の回転運動を生じさせるように配設される。ロッド２７８は、別々のリンク２９０によって、ロッド２７８の回転が制限器プレート２８４を運動させて蒸気流開口２５８のいくつか又は全てと整列及び配列解除するように、２つの制限器プレート２８４に接続されている。これは、サブ領域２２２及び２２４を通した蒸気分離を、先に説明した様態で変化させることを可能にする。

図２２〜図２４に示される実施形態では、物質移動アセンブリは、番号３１６によって示され、物質移動構造２０としての構造化パッキング９２との本発明の使用を例示する。この実施形態では、同様に番号付けされた構成要素には、接頭辞「３」を使用する。構造化パッキング９２の波形シートは、蒸気流制限器３４６の上側に離間されたグリッドサポート９４の上で支持される。構造化パッキング９２の代わりに、ランダムパッキング又はグリッドパッキングを使用することができる。

蒸気流制限器３４６は、トレイデッキ１００から上方へ延在しており、かつトレイデッキ１００の蒸気流開口１０２を取り囲んでいるライザー９８を有するチムニートレイ９６を備える。例示される実施形態では、ライザー９８は、矩形断面を有し、かつキャップ１０４によって覆われている。蒸気流制限器３４６は、トレイデッキ１００の下に載置された制限器プレート３８４と、リンケージ３７４によって制限器プレート３８４と連結されたアクチュエータ３７０と、を含む。制限器プレート３８４は、ガイド１０６内を摺動し、また、セグメント３８６が、制限器プレート３８４の摺動運動によって、蒸気流開口１０２の１つ以上又は全てと整列及び整列解除して、制限器プレート８４に関して説明した様態に類似する様態で、蒸気流開口１０２の総開口面積を変化させるように構築される。このようにして、サブ領域３２２及び３２４を通した蒸気分離を制御することができる。

トレイデッキ１００の蒸気流開口１０２の総開口面積を変化させるために使用される制限器プレート３８４のセグメント３８６は、様々なサイズ及び形状とすることができる。一実施形態では、セグメント３８６は、トレイデッキ１００の蒸気流開口１０２と同じ又は類似のサイズ及び形状である制限器プレート３８４の開口部１０８を形成し、取り囲むように構築される。開口部１０８は、制限器プレート３８４の摺動運動が開口部１０８を蒸気流開口１０２のいくつか又は全てと整列及び整列解除させるような場所で、制限器プレート３８４に位置決めされる。

チムニートレイ９６は、各ライザー９８が、ライザー９８の断面と同じサイズ及び形状である蒸気流開口１０２の１つを取り囲むように、図２２〜図２４及び図２７に示されるように構築することができる。図２５及び図２６に示されるような他の実施形態では、ライザー９８の各々は、その各々がライザー９８の断面よりも小さいサイズである蒸気流開口１０２の複数のものを取り囲むことができる。ライザー９８の断面形状は、図２２〜図２４に示される矩形、図２７に示される円形、又は四角形などの、様々な好適な形状のうちのいずれかから選択することができる。同様に、蒸気流開口１０２の形状は、図２２〜２４に示される矩形、図２５及び図２７に示される円形、並びに図２６に示される四角形などの、様々な好適な形状のうちのいずれかから選択することができる。制限器プレート３８４の開口部１０８、トレイデッキ１００の蒸気流開口１０２、及びライザー９８の断面は、例示される実施形態の各々で同じ形状を有するが、他の実施形態では、異なる形状とすることができる。

図２２〜図２７に示される及び／又は上で説明した蒸気流制限器３４６は、物質移動構造が構造化又はランダムパッキング以外である物質移動アセンブリと共に使用することができる。例えば、図２９に示されるように、蒸気流制限器３４６は、図２〜図６に関して上で先に説明した直交流トレイ５４を備える物質移動構造と共に使用される。

上で説明した物質移動カラムは、分割壁１８の両側の第１のサブ領域２２及び第２のサブ領域２４を通して上昇するときに蒸気の体積分離を調整するために、第１のサブ領域２２を通した第１の蒸気流抵抗を生じさせる第１の配向と、第１の蒸気流抵抗よりも大きい、サブ領域２２を通した第２の蒸気流抵抗を生じさせる第２の配向との間で、第１のサブ領域２２内に位置決めされた蒸気流制限器４６を運動させて、アクチュエータ７０を動作させるステップを含む方法で動作させることができる。本方法は、フィード流を開放内部領域１６の中へ取り入れることと、フィード流を処理して蒸気を第１のサブ領域２２及び第２のサブ領域２４を通して上昇させることと、物質移動カラム１０から生成物又は生成物を取り出すことと、を含む。フィード流は、３つ以上の成分を有するものとすることができ、処理には、フィード流を高純度成分に分離することを含むことができる。本明細書に開示される他の実施形態によって、類似する方法を実施することができる。

以上により、本発明は、その構造に固有である他の利点と共に上記の本明細書の目的及び目標を全て実現するようによく適合された発明であることがわかるであろう。

特定の機能及び部分的組み合わせは有用なものであり、他の機能及び部分的組み合わせと関係なく使用され得ることが理解されるだろう。これは本発明の範囲によって想到されるものであり、本発明の範囲内である。

本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例示として解釈されるべきで、限定する趣旨ではないことが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 物質移動カラム内の開放内部領域で使用するための物質移動アセンブリであって、
   前記分割壁の両側に第１及び第２のサブ領域を形成している、分割壁と、
   前記分割壁の前記両側の前記サブ領域内に位置決めされた物質移動構造の１つ以上のゾーンと、
   前記第１のサブ領域内に位置設定され、かつ前記分割壁の前記両側の前記第１及び第２のサブ領域を通って上昇するときに蒸気の体積分離の調整を可能にするために、前記第１のサブ領域で第１の蒸気流抵抗を生じさせる第１の配向と、前記サブ領域で、前記第１の蒸気流抵抗よりも大きな第２の蒸気流抵抗を生じさせる第２の配向との間で可動である、蒸気流制限器と、を備える、物質移動アセンブリ。
2. 前記第１のサブ領域での前記第１の蒸気流抵抗が、前記分割壁の反対側の前記第２のサブ領域での蒸気流抵抗以下であり、
   前記第２の蒸気流抵抗は、前記分割壁の前記反対側の前記第２のサブ領域での前記蒸気流抵抗よりも大きい、
   請求項１に記載の物質移動アセンブリ。
3. 前記蒸気流制限器が、トレイデッキと、前記トレイデッキ内の蒸気流開口と、出口堰とを有する直交流トレイを含み、
   前記直交流トレイが前記第１の配向にあるときに、前記出口堰は、前記トレイデッキの上側の第１の高さまで延在し、
   前記直交流トレイが前記第２の配向にあるときに、前記出口堰は、前記第１の高さよりも高い、前記トレイデッキの上側の第２の高さまで延在する、
   請求項２に記載の物質移動アセンブリ。
4. 前記蒸気流制限器が、前記第１及び第２の高さの間で前記出口堰を移動させるように、前記出口堰と関連付けられたアクチュエータを更に備える、請求項３に記載の物質移動アセンブリ。
5. 前記出口堰が枢動可能に載置され、
   前記アクチュエータは、前記トレイデッキの上側の前記第１及び第２の高さの間で前記出口堰を枢動させるように、前記出口堰と動作可能に連結されている、
   請求項４に記載の物質移動アセンブリ。
6. 前記蒸気流制限器が、トレイデッキと、前記トレイデッキ内の蒸気流開口と、を有するトレイ、を備え、
   前記トレイが前記第１の配向にあるときに、前記蒸気流開口の総開口面積が、前記トレイが前記第２の配向にあるときの前記蒸気流開口の前記総開口面積よりも小さい、
   請求項２に記載の物質移動アセンブリ。
7. 前記蒸気流制限器が、前記蒸気流開口の前記総開口面積を変化させるように移動可能である制限器プレートと、前記制限器プレートの運動を制御するための、前記制限器プレートと関連付けられたアクチュエータと、を更に備える、請求項６に記載の物質移動アセンブリ。
8. 前記制限器プレートが、前記トレイの前記トレイデッキの下に摺動可能に載置され、
   前記アクチュエータは、前記制限器プレートの前記摺動運動を生じさせるように、前記制限器プレートと動作可能に連結されている、
   請求項７に記載の物質移動アセンブリ。
9. 前記トレイが、直交流トレイである、請求項８に記載の物質移動アセンブリ。
10. 前記トレイが、チムニートレイであり、前記分割壁の前記第１の側部の前記物質移動構造のゾーンの少なくとも１つが、パッキングを含む、請求項８に記載の物質移動アセンブリ。
11. 前記分割壁の別の１つを含み、
    前記分割壁が、水平方向に離間され、かつ互いに並列となるように位置設定されている、
    請求項１に記載の物質移動アセンブリ。
12. 物質移動カラムであって、
    シェルと、
    前記シェルによって画定された開放内部領域と、
    前記開放内部領域内に位置設定された請求項１に記載の物質移動アセンブリと、を備える、物質移動カラム。
13. 前記第１のサブ領域での前記第１の蒸気流抵抗が、前記分割壁の前記反対側の前記第２のサブ領域での蒸気流抵抗以下であり、
    前記第２の蒸気流抵抗は、前記分割壁の前記反対側の前記第２のサブ領域での前記蒸気流抵抗よりも大きい、
    請求項１２に記載の物質移動カラム。
14. 前記蒸気流制限器が、トレイデッキと、前記トレイデッキ内の蒸気流開口と、前記トレイデッキから上方へ延在している出口堰と、を有する直交流トレイと、前記出口堰と動作可能に関連付けられたアクチュエータと、を備え、
    前記直交流トレイが前記第１の配向にあるときに、前記出口堰は、前記トレイデッキの上側の第１の高さまで延在し、
    前記直交流トレイが前記第２の配向にあるときに、前記出口堰が、前記第１の高さよりも高い、前記トレイデッキの上側の第２の高さまで延在し、
    前記アクチュエータは、リニア又はロータリアクチュエータであり、かつ前記第１及び第２の高さの間で前記出口堰を移動するように動作可能である、
    請求項１３に記載の物質移動カラム。
15. 前記蒸気流制限器が、トレイデッキを有するトレイと、前記トレイデッキ内の蒸気流開口と、前記蒸気流開口の前記総開口面積を変化させるように運動可能である制限器プレートと、前記制限器プレートの運動を制御するための、前記制限器プレートと関連付けられたアクチュエータと、を備え、
    前記トレイが前記第１の配向にあるときに、前記アクチュエータは、前記蒸気流開口の前記総開口面積は、前記トレイが前記第２の配向にあり、かつ前記アクチュエータが前記制限器プレートを再度位置設定するときの前記蒸気流開口の前記総開口面積よりも小さくなるように、前記制限器プレートを位置決めする、請求項１３に記載の物質移動カラム。
16. 前記制限器プレートが、前記トレイの前記トレイデッキの下に摺動可能に載置され、
    前記アクチュエータは、リニア又はロータリアクチュエータであり、かつ前記制限器プレートの前記摺動運動を生じさせるように、前記制限器プレートに動作可能に連結されている、
    請求項１５に記載の物質移動カラム。
17. 前記トレイが、直交流トレイ又はチムニートレイである、請求項１６に記載の物質移動カラム。
18. 前記トレイが直交流トレイであるときに、前記分割壁の前記第１の側部の前記物質移動構造のゾーンの少なくとも１つは、直交流トレイを備え、
    前記トレイがチムニートレイであるときに、前記分割壁の前記第１の側部の前記物質移動構造のゾーンの少なくとも１つは、パッキングを備える、
    請求項１６に記載の物質移動カラム。
19. 前記分割壁の別の１つを含み、前記分割壁が、水平方向に離間され、かつ互いに並列となるように位置設定されている、請求項１２に記載の物質移動カラム。
20. シェルと、前記シェルによって画定された開放内部領域と、前記開放内部領域内に位置決めされた請求項１に記載の物質移動アセンブリと、を備える、物質移動カラムを動作させる方法であって、
    アクチュエータを動作させて、前記分割壁の前記両側の前記第１及び第２のサブ領域を通って上昇するときに蒸気の体積分離を調整するために、前記第１のサブ領域での第１の蒸気流抵抗を生じさせる第１の配向と、前記サブ領域での、前記第１の蒸気流抵抗よりも大きい第２の蒸気流抵抗を生じさせる第２の配向との間で、前記第１のサブ領域内に位置設定された前記蒸気流制限器を運動させるステップと、
    フィード流を前記開放内部領域の中へ取り入れるステップと、
    前記フィード流を処理して、蒸気を、前記第１及び第２のサブ領域を通して上昇させるステップと、
    前記物質移動カラムから生成物又は生成物を取り出すステップと、を含む、方法。
    
    

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