JP2573546B2 - 無秩序充填要素及び作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 無秩序充填要素即ち不規則な配向状態に塔内に放下さ
れた充填要素が、気−液接触塔乃至カラムにおいて下方
に流れる液体と上昇する気体或いは蒸気との間での物質
移動表面を提供するために一般に使用される。無秩序充
填要素は、様々の化学及び処理プロセスにおいて、例え
ば精留、ストリッピング、スクラビング、分留、吸収、
分離、洗浄、抽出、その他の化学的及び処理型のプロセ
スにおいて使用されうる。一般に、無秩序充填要素は、
気−液或いは液−液接触塔内で無秩序な配向を与えるよ
うに塔内に放下して集積される。こうした無秩序充填要
素は高い物質移動効率及び良好な液圧特性を有すること
が所望される。

例えば複数のスロット付き壁と内部舌乃至突起を有す
るシリンダ型無秩序充填要素を含めて、従来技術で記載
されそしてまた使用された広く様々の無秩序充填要素が
存在する。金属製でありそして少なくとも２つのこぶを
備える張り出しストリップを有する非円弧型の塔充填要
素が、1967年３月28日付けで発行された米国特許第3,31
1,356号に記載されている。入手しうる他の型式の無秩
序充填要素としては、サドル型或いは円弧型の充填要素
が挙げられ、これらは代表的に化学用せっ器及び磁器の
ようなセラミック型材料またポリプロピレン、フルオロ
カーボン、液晶ポリマ、その他の成型性樹脂のようなプ
ラスチック型材料いずれもから作製される。一般に、サ
ドル型充填物は、円弧状でありそして約12.7mm（1/2イ
ンチ）から7.6cm（３インチ）までの寸法において市販
入手することができる。例えば、サドル型充填物は一般
に厚くされた両外側隆起と厚くされた一つの内部隆起と
を有しそして中実材料から構成されるセラミック製とな
しうる。他方、プラスチックサドル型無秩序充填物は、
サドルの内側部分に開口を有しそしてサドル側面を鋸歯
状にした或いは多数の滴下点を有する成型樹脂から構成
されうる。代表的に、サドル型充填要素は、トーラスの
ほぼ120〜180度のような、円弧部分を構成する。

改善された物質移動効率と良好な液圧特性を有する、
気−液接触塔において使用のための、改善されたサドル
型充填要素、特に金属サドルを提供することが所望され
ている。

発明の概要 本発明は、気−液接触塔において使用のためのサドル
型無秩序充填要素及びそうしたサドル型無秩序充填要素
を多数備えることを特徴とする蒸気−液体或いは液体−
液体接触塔並びにそうしたサドル型無秩序充填要素を作
製する方法に関係する。特に、本発明は、良好な液圧特
性と物質移動効率を有する、製造の容易な、金属製の、
サドル型無秩序充填要素に関する。

本発明は、蒸気−液体或いは液体−液体接触塔におい
て使用のためのサドル型無秩序充填要素にして、トーラ
スの一部、例えば90〜180度を表す円弧状本体を備え、
円弧状本体がその各側辺において第１及び第２の一般に
平行な、離間した、ラジアルな、直立した、長手方向フ
ランジ要素を有するサドル型無秩序充填要素に関係す
る。フランジ要素は、液体をその表面に沿って円弧状本
体の各端に向けて導く役目をなす。円弧状本体は、第１
及び第２フランジ要素間に横断方向に延在する、複数の
Ｖ−形状のアーチ状内側及び外側リブ要素を有して、第
１及び第２フランジ要素間でそしてその上下で円弧状本
体内部に一般に弧状の、三角形状の内側及び外側スペー
スを構成する。アーチ状リブ要素は一般に円弧状本体の
長手方向に沿ってその一端から他端まで伸延し、その場
合円弧状本体の一端から他端まで半径方向外方に突出す
るリブ要素と半径方向内方に突出するリブ要素とが交互
している。内側リブ要素の巾は外側リブ要素の巾より小
さい。内側及び外側リブ要素の数は変更することがで
き、例えば各約３〜12個の範囲をとりうる。

本サドル型無秩序充填要素はセラミック及びプラスチ
ックを含め広く様々の材料から作製しうる。しかし、好
ましくは、本サドル型無秩序充填要素は、平坦な金属シ
ートからそれを成形しそして曲げ加工することにより容
易にそして簡単に作製することができる。金属シートは
例えば炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタ
ン、ニッケル合金その他成形及び曲げ加工可能な金属か
ら構成しうる。代表的に、本発明のサドル型無秩序充填
要素は単一の平坦な金属シート材料から形成され、ここ
でアーチ状リブ要素はフランジ要素と共にシート材料の
全表面積を実質上構成する。一般に外側アーチ状リブ要
素、即ち半径方向外側に突出するアーチ状リブ要素の巾
は、内側リブ要素の巾より約200％まで大きな巾を有す
る。特に、これは内側アーチ状リブ要素が充填要素の曲
率中心に向けて突出するから、それらは密集するように
なり、従って小さな巾の内側リブ要素が所望されるから
である。充填要素は一般にその円弧状本体の長手方向の
一端及び他端において外側アーチ状リブ要素を具備す
る。

アーチ状リブ要素は、一具体例において、すべてのリ
ブが同じ高さ及び形状を有するものとされうるし或いは
一つ或いはそれ以上の交互するリブ要素が低い高さのＷ
−形状のような別の高さ或いは形状に形成されうる。ア
ーチ状リブ要素、特に外側リブ要素は、一般に連続性を
有する。しかし、所望なら、内側或いは外側アーチ状リ
ブ要素の一つ或いはそれ以上が切断されうる、即ち不連
続とすることができそして更に内側リブに対してはその
切断端でもって滴下点を形成するように半径方向下方に
そして内方に伸長されうる。アーチ状内側及び外側リブ
要素は、一具体例において、一般に長手方向に沿って中
央に整列したアーチ区画を有する。しかし、別の具体例
においては、内側乃至外側或いは両方のアーチ状リブ要
素は、円弧状本体の長手方向に沿ってその中心から交互
にずらされたアーチ状区画を有するものとされうる。本
発明のサドル型無秩序充填要素は代表的に、蒸気−液体
或いは液体−液体接触塔或いはカラムにおいてその内部
の支持対上に充填要素を無配向に放下することいより使
用される。

サドル型無秩序充填要素は、様々の技術により容易に
そして有効に作製されうる。一つの技術は、ステンレス
鋼のような金属から例えば成る平坦なシート材料を使用
して、カッティング乃至ランシングによる等して一般に
矩形状の平坦なシート材料内に所定の巾の多数の一般に
平行なスリットを形成することを含む技術を使用する。
これらスリットは、シート材料の側辺の手前でそして一
般に平行に終端しそして多数の平坦な状態のリブ要素を
形成する。本方法は、平坦なリブ要素をダイ或いは工具
インサートを使用する等して平坦シートの平面から突出
する交互してのアーチ状の内側及び外側リブ要素に成形
することを含む。本方法はまた、曲げ加工による等し
て、平坦シート材料の側部の一部を一般に短い直立フラ
ンジ要素に成形して円弧状本体の各側で液体の通過のた
めの第１及び第２トラフを形成する一般に平行なフラン
ジ要素を創出することを含む。本方法はその後、アーチ
状要素及び直立フランジを備えるシート材料を定義され
た中心の周りに90〜180度の全体的に円弧状に或いはト
ロイド状に或いはサドル状に成形する或いは別様には曲
げ加工することを含む。これら方法段階は任意の順序で
順次して行うことができる。

多種多様の無秩序充填物がこれまで提唱されそして使
用されてきた。例えば、周知のシリンダ状充填物の一つ
の型式はポールリングであり、これは回転軸線に沿って
見るとき熱及び物質移動のための表面積をほとんど呈し
ない。回転軸線に垂直に見るとき、ポールリングは非常
に大きな面積を呈する。この差異が最小抵抗の通路に沿
って床を通しての蒸気及び液体のチャネリングを生ぜし
めた。本発明の金属サドル型無秩序充填要素は、回転軸
線に沿ってそしてまた回転軸線に垂直な方向両方におい
て充分に大きな投影表面積を有する。本発明の充填要素
は、作製及び使用が簡単でそして容易である細分された
金属構造体から成る。本サドル型無秩序充填要素は高い
効率と良好な圧力特性を提供し、従って気−液接触塔に
おいての使用に著しく適する。

本発明を例示目的で或る種の具体例と関連して記載す
る。しかし、様々の変更、改変、付加及び改善が本発明
の精神及び範囲内で当業者により例示具体例に対してな
しうることを認識されたい。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明のサドル型無秩序充填要素の斜視図
である。

第２図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の上面図
である。

第３図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の底面図
である。

第４図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の一側面
の側面図であり、他側面を同じである。

第５図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の一端面
の端面図であり、他端面も同じである。

第６図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の別の具
体例の底面図である。

第７図は、第１図のサドル型無秩序充填要素のまた別
の具体例の底面図である。

第８図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の追加具
体例の上面図である。

第９図は、第１図のサドル型無秩序充填要素の追加具
体例の底面図である。

第10図は、本発明のサドル型無秩序充填要素の作製に
使用されるシート材料のスリット形成後の上面図であ
る。

第11図は、第10図のシート材料のリブ要素形成後の側
面図である。

第12図は、第11図のシート材料の端面図である。

第13図は、第10及び11図で示したシート材料の円弧状
に成形した後の側面図である。

具体例の説明 6cm（２−1/2インチ）の曲率半径の円のほぼ90度を構
成するサドル型無秩序充填要素10を示す第１〜５図を参
照すると、この充填要素10は一般に垂直に突出する、平
行な、離間した直立フランジ12及び14を含み、狭い平行
なトラフ（導通溝）20及び22を形成する。これらトラフ
はそれに沿って液体の通過をもたらすことを目的として
いる。充填要素10は、複数の平行なアーチ状内側及び外
側リブ要素16及び18を有している。内側及び外側リブ要
素16及び18は、充填要素の長手軸線に沿って実質上整列
しており、その各々は同じ高さを有しそして充填要素の
長手方向に沿って曲率の中心に向けて放射状に配列され
ている。内側リブ要素16は外側リブ要素18より近接して
放射状に配列されそして短い巾を有している。アーチ状
内側及び外側リブ要素16及び18の数は、それぞれ６個及
び７個として例示してあるが、その数を例えば４〜12及
び、特には６〜10の範囲で変更することができる。アー
チ状リブ要素16及び18は、全体的にＶ−形状でありそし
て同じ高さを有しており、その場合Ｖの中心線は充填要
素の中心と長手方向に沿って整列している。

第６図は、無秩序充填要素の別の具体例24の底面図で
あり、ここではアーチ状内側リブ要素16は充填要素の中
央長手軸線から僅かに交互にずらして、即ち食い違い関
係に配列されている。

第７図は、無秩序充填要素の別の具体例26の底面図で
あり、ここではアーチ状内側リブ要素16の２つのリブ要
素32及び34は中央内側リブ要素36の各側で切断されてお
り、その各側で放射状に突出する切断部分を提供する。
所望なら、内側リブ要素16の幾つか或いはすべてが切断
されそして充填要素の中心に向けて湾曲されうる。

第８図及び第９図は、本発明の無秩序充填要素の更に
別の具体例38のそれぞれ上面図および底面図であり、こ
こでは外側アーチ状リブ要素18は充填要素の長手軸線か
ら交互にずらして、即ち食い違い関係で配列されそして
また内側アーチ状リブ要素16も充填要素の長手軸線から
交互にずらして、即ち食い違い関係で配列されている。

第10図は、平坦な金属製矩形シート材料40の上面図で
あり、例えば5.2cm（２−1/16インチ）の長さと3.8cm
（１−1/2インチ）の巾を有しそして複数のまだ曲げら
れていないリブ要素１−９、11及び13の各側辺部で例え
ば3/16インチの非切断領域44及び46を形成するようにシ
ート材料内に複数のランス或いはスリットを示してい
る。スリット巾は例えば4.8mm（3/16インチ）である。

第11図は、リブ要素１−９、11及び13を交互に外側及
び内側に曲げ加工してアーチ状の内側及び外側リブ要素
を形成し（アーチ状内側リブ要素３及び７はＷ字形に加
工）そして非切断領域44及び46、即ち側辺部を平行な直
立フランジ48及び50を形成するように外側に曲げ加工し
た後の金属シート材料40の側面図である。 第12図は、
第11図の端面図である。内側リブ要素３及び７は全体的
にＷ字形に曲げられそしてフランジ48及び50間の中心よ
り上下に延在しそしてシートを円弧状としたとき残りの
内側リブ要素１、５及び９に対して一層多くの余地空間
を与える。

第13図は、第11及び12図のアーチ状リブ要素を形成し
たシート材料を半円状サドル形に曲げた後の無秩序充填
要素52の側面図である。第10〜13図は、平坦なシート材
料40をスリット形成し、そこから複数のアーチ状内側及
び外側リブ要素１−９、11及び13を曲げ加工しそして側
部フランジ48及び50を直立状態に曲げ加工し（第11及び
12図）、そして後全体をサドル或いは円弧形態に曲げ加
工する（第13図）ことにより本発明の無秩序充填要素を
作製する位置方法を例示する。

以上例示しそして説明したように、本発明のサドル型
無秩序充填要素は、低コストで容易にそして有効に作製
することができそして気−液接触塔において高い効率と
低圧力降下を有する良好な液圧特性を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フシエ，チャン リー アメリカ合衆国 01741 マサチューセ ッツ，カーライル，リチフィールド ド ライブ 210 (56)参考文献 実公 昭62−38737（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気−液体或いは液体−液体接触塔におい
   て使用のためのサドル型無秩序充填要素にして、 （ａ）各側辺部に第１及び第２の、全般に平行な、離間
   した、半径方向に直立した、円弧状の長手方向フランジ
   要素を有する円弧状本体と、 （ｂ）前記第１及び第２フランジ要素間で前記円弧状本
   体から突出して該円弧状本体に一般に円弧状のスペース
   を形成する複数の、全般に平行な、横断方向の、Ｖ−形
   状のアーチ状内側及び外側リブ要素と を備え、 （ｃ）前記リブ要素が前記円弧状本体の長手方向一端か
   ら他端まで該円弧状本体に沿って延在し、該リブ要素が
   該円弧状本体の一端から他端まで半径方向外方及び半径
   方向内方に交互に突出し、そして前記内側リブ要素の巾
   が前記外側リブ要素の巾より小さいことを特徴とするサ
   ドル型無秩序充填要素。
2. 【請求項２】外側リブ要素が内側リブ要素の巾より200
   ％まで大きな巾を有している請求項１の充填要素。
3. 【請求項３】内側リブ要素の一つ以上が不連続でありそ
   して半径方向内方に突出して滴下点を形成する請求項１
   の充填要素。
4. 【請求項４】外側リブ要素が長手方向に中央に整列し
   た、同じ高さの、全般にＶ−形状のアーチ状区画を有す
   る請求項１の充填要素。
5. 【請求項５】内側リブ要素が円弧状本体の中心から長手
   方向に沿って交互にずらされているＶ−形状のアーチ状
   区画を有する請求項１の充填要素。
6. 【請求項６】充填要素が90〜180度の円弧状を構成する
   請求項１の充填要素。
7. 【請求項７】外側リブ要素が長手方向に中央に整列され
   そして内側リブ要素が長手方向に交互にずらされている
   請求項１の充填要素。
8. 【請求項８】蒸気−液体或いは液体−液体接触塔におい
   て使用のためのサドル型無秩序充填要素にして、 （ａ）各側辺部に第１及び第２の、全般に平行な、離間
   した、半径方向に直立した、円弧状の長手方向フランジ
   要素を有する円弧状本体と、 （ｂ）前記第１及び第２フランジ要素間で前記円弧状本
   体から突出して該円弧状本体に一般に円弧状のスペース
   を形成する複数の、全般に平行な、横断方向の、Ｖ−形
   状のアーチ状内側及び外側リブ要素と を備え、 （ｃ）前記リブ要素が前記円弧状本体の長手方向一端か
   ら他端まで該円弧状本体に沿って延在し、該リブ要素が
   該円弧状本体の一端から他端まで半径方向外方及び半径
   方向内方に交互に突出し、そして前記内側リブ要素の巾
   が前記外側リブ要素の巾より小さいサドル型無秩序充填
   要素を多数備えることを特徴とする蒸気−液体或いは液
   体−液体接触塔。
9. 【請求項９】サドル型無秩序充填要素を作製する方法に
   して、 ａ）一般に矩形状の平坦なシート材料に所定の巾の一般
   に平行なそしてシート材料の両側辺より手前で終端する
   複数のスリットを形成して、複数の平坦な内側及び外側
   リブ要素を形成し、その場合該内側リブ要素の形成巾が
   該外側リブ要素の形成巾より小さいものとすること、 ｂ）前記平坦なリブ要素をシート材料から両側側部を残
   して交互に突出する、Ｖ−形状のアーチ状の内側及び外
   側リブ要素に成形して、前記シート材料に円弧状のスペ
   ースを創出すること、 ｃ）前記シート材料の両側部を短い直立した長手方向フ
   ランジ要素に成形することと、 ｄ）前記アーチ状リブ要素を成形したシート材料を90〜
   180度の全体的に円弧状に成形して、一端から他端まで
   長手方向に沿って半径方向外方及び半径方向内方に突出
   するリブ要素を備える円弧状本体を提供することを包含
   するサドル型無秩序充填要素を作製する方法。
10. 【請求項１０】内側及び外側アーチ状リブ要素を外側リ
    ブ要素が長手方向に中央に整列されそして内側リブ要素
    が長手方向に交互にずらされるように成形することを含
    む請求項９の方法。
11. 【請求項１１】内側リブ要素の巾より200％まで大きな
    巾の外側リブ要素を成形することを含む請求項９の方
    法。