JP2866687B2 - 熱及び物質交換装置を有する蒸留塔 - Google Patents

熱及び物質交換装置を有する蒸留塔

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Description

【発明の詳細な説明】 （発明が属する技術分野） 本発明は、下降する液体と上昇するガスとの間での向
流による熱及び物質交換装置を、少なくとも一つの管部
品内に有する精留塔に関し、その熱及び物質交換装置
は、ほぼ垂直な平面に互いにそれぞれ配置された、交互
に平行な波形をもった波付けされた薄板のパックを有す
る種類のもので、波形は、斜めで一つの薄板と次の薄板
とが反対方向に下降しており、各薄板の波形は、薄板の
各横方向の縁部にそれぞれ下向き及び上向きで外側に開
口する第１及び第２の傾斜通路を限定している。
（従来の技術） しばしば“交差波付け充填物”と呼ばれるこれらの装
置は蒸留への応用において、このような充填物を備えた
蒸留塔の各部分の全高さにわたって下降する液体の良好
な分配を保持するという困難な問題を提起している。実
際、液体は充填物を取囲む壁の方へ、壁面を、又は薄板
の縁部に沿って滴り落ちる流れの結果である蓄積によっ
て移動する傾向があり、このことは蒸留塔の性能を低下
させている。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、この“壁効果”を特に経済的な方法で除去
する装置を提供する目的を有している。
（課題を解決するための手段） そのために本発明は、第１通路の下端部に液体流への
障害物を形成し、薄板パックの内部への液体の返送を確
実にする障害手段を、薄板の横方向の縁部に沿って含ん
でいることを特徴とする前記種類の熱及び物質交換装置
を有する蒸留塔を対象としている。
このような障害物を構成するには、各第１通路のもっ
とも大きな傾斜の線が、薄板の局部的変形によって、通
路の下端部の近くではっきりと変えられるのが好まし
い。
本発明の好ましい実施例では、第１通路を形成する波
形の下端部分が、薄板の中央平面の両側に交互に配置さ
れた、ほぼ二等辺三角形の形状を有し、これらの二等辺
三角形の基部が互いに延長上に位置している基部ととも
に引き延ばされて扁平化された区域（７）を形成する。
特に比較的小さい直径の蒸留塔（ほぼ１〜2mの直径ま
で）には、熱及び物質熱交換装置の薄板のパックを蒸留
塔の管部品との直接接触なしに蒸留塔の管部品内に環状
取付け要素によって配置するのが有利である。
特により大きな直径用に、熱及び物質交換装置の薄板
のパックを、その周縁との係合に協働する環状取付け要
素を有する周縁ベルト内に保持することができる。
本発明のいくつかの実施例が、添付した図面を参照し
て以下に述べられるであろう。
（実施例） 第１図は、たとえば空気蒸留のような蒸留塔の問題の
部分の全体的配置を示している。この問題の部分は、全
体として円筒形の充填物の複数要素２を中に積み重ねら
れた円筒スリーブ１を基本的に含んでいる。
いわゆる“交差波付け”型の各要素２は、全体として
長方形で斜めに波付けされた薄板３のパックを含み、波
形は三角形の輪郭を有するのが好ましい。波形の傾斜方
向は、第２図によく見られるように、次の薄板と反対で
ある。
同一要素の全薄板は、平行な垂直平面内に配置され、
同一高さを有する。その代り薄板の長さ又は水平寸法
は、一方端部薄板の最小値から中央薄板の最大値まで増
加し、次いで再び他方端部薄板の最小値まで減少する。
したがって全薄板が互いに押しつけられるとき、第１図
に外形が示された全体として円筒形の要素２が得られ
る。
各薄板は各面で、傾斜した多数の通路を限定する波形
頂部４及び波形凹み５を含んでいる。頂部４はそれぞれ
下部先端4A及び上部先端4Bを有し、凹み５はそれぞれ下
部先端5A及び上部先端5Bを有している。後に見るよう
に、本発明は、横方向にすなわち薄板の横方向の垂直縁
部に下向き6Aに、又は薄板の横方向の垂直縁部に上向き
6Bに開口する通路のみに関するものである。ある薄板の
一つの面の波形頂部は、多数の交差点を形成しながら隣
接する薄板の対向面の頂部と接しており、これらの交差
点は流体の分配と接触を助けている。さらに同じ目的
で、各要素２は第１図に見るように、次の要素に対して
角度にして90°ずらされており、各薄板は図示はされて
いないが多数の穴を有している。
第１図及び第２図には、従来方式の交差波付け充填物
が示されており、そこでは薄板が正面でジグザグを形成
するようにはっきりと切断された垂直縁部を有してい
る。経験では、これら公知の充填物に伴なって、壁効
果、すなわちスリーブの壁面にまたは薄板の縁部沿いに
液体が蓄積することが重大であり、本発明による充填物
を示す以下の図面は、次に明らかになるように、“鏡効
果”の創造によってこの問題を効果的に解決できること
を示している。
第３図から第６図には、第１図及び第２図のと同様に
配置されているが、修正された外形の垂直縁部、より正
確には傾斜通路の下向きに開口している垂直縁部6Aを有
する薄板３の使用が示されている。
実際、薄板３をつくるには、長い金属シートから出発
してこれに斜めに波付けし、次いで第18図ないし第20図
について後でさらに詳細に記すように、剪断機によって
シートの長手方向の縁部と直角に所望長さの各薄板に切
り分ける。
このことは、各薄板の前縁部（シートの走行方向を考
慮して）を扁平化する結果となる。波形頂部４及び波形
凹み５は、第３図、第５図及び第６図において、波形頂
部は細かいハッチングで、波形凹みは点で示した二等辺
三角形をした区域７を中央平面Ｐの各側に交互に形成し
ながら前記中央平面Ｐにもってこられる。
正面図（第３図）では、二等辺三角形の基部は、平面
Ｐにおいて互いに延長上に位置している。
実際には、薄板が備えている波付け金属の剛性及び穴
の存在のために材料の引延ばしは完全には一様ではな
く、区域７は完全には二等辺三角形ではないが、局部的
な裂け目のようなこの形に対して多少はずれてもよい。
それ故、第３図から第６図は理論的略図として考えなけ
ればならない。さらに剪断機によって引き起された扁平
化は、薄板の縁部6Aに沿って小さな帯状扁平部８（第４
図から第６図）をつくり出している。
操業中、区域７の存在が、縁部6Aの近くの各通路内
で、この縁部まで液体が流れるのに対して障害物をつく
り出し、いくつかの薄板の波形頂部の交差点の存在と合
わせて充填物内への液体の効果的な返送を確実にするこ
とが確認されている。したがって壁効果は、ほとんど完
全に除かれ、“鏡効果”と置き換えられ、蒸留塔の効率
は著しく増大した。
第７図は、縁部6Aの近くに、縁部6Aに近づけてつくる
ことのできる他の種類の障害物を示しており、縁部6Aに
平行な２本のロッド（図示せず）を互いに近づけなが
ら、波形頂部及び波形凹みに縁部から少しはなれてくり
形が同時に形成される。くり形９と対応する波形頂部５
の下方端部との間に少くとも１個の交差点9aが確実に存
在するのが好ましい。
第８図の変形では、波形凹みは、薄板の両面をわずか
の距離だけ注入、しめつけ、埋め込み、溶接等のできる
適当な充填材料10によって完全にふさがれる。充填の深
さは各波形において、液体が充填物の内部へ確実な方法
で返送されるのに十分なように選ばれる。この施栓を行
うのに都合のよい方法は、最後のパックの外周に開口し
ている全波形をそのパックで全体的にふさぐことにあ
り、その場合顕著な不都合なしに縁部6Bの波形の上部端
部が同様にふさがれる。
第９図から第11図は、薄板の縁部6Aに液体が達するの
を防止する他の方法を示しており、この縁部から波形を
横切る切欠11を設けることからなる。これらの切欠は、
たとえば線状で下降する波形と反対方向の下方に傾斜し
（第９図）、線状で水平であり（第10図）、あるいは水
平な下縁と下降する波形と反対方向に斜めに下降する上
縁とをもつ三角形（第11図）であることができる。前記
のように、これらの切欠は積重ねた薄板に鋸でつけるこ
とができる。
第12図から第17図は、本発明による充填物を組み立て
る有利な方法を示し、その方法は、薄板の縁部6Aに達し
たにもかかわらず液体がスリーブの壁面を流れるのを防
止している。
第12図から第15図は、特に直径約1m及び2mまでの比較
的小さな直径の蒸留塔に対応し、第16図及び第17図は特
に大径に対応している。
第12図及び第13図では、充填物の要素２は、互いにわ
ずかの高さだけはなされた複数の環状気密パッキン12を
介挿してスリーブ１に直接取りつけられる。これらのパ
ッキンは、薄板３の縁部がその中にわずかに入り込む種
類の、第13図に見るような軟かいもので、スリーブから
所定の距離を保っている。
パッキン12は、第14図に示されたように、その内面に
波形を有する単一のパッキン13に置き換えることができ
る。
第15図の変形においては、複数のリングで構成され、
内側をネジ15によって充填物に固定され、かなり気密性
を保ちながら外側をスリーブに当接している一連の分離
部材14を介挿して、要素２がスリーブに取りつけられ
る。充填物と接したリングの部分は、わずかの高さを有
し、スリーブからはなされている。図示されたように、
下部のリングは、要素２の支持及び蒸留塔の軸方向への
液体返送部材に同時に役立つ支持フランジ16を有するこ
とができる。ネジ15の頭部又は他の位置決め部材は、要
素２とスリーブ１との間に最小の遊び間隙を保証するの
に用いられる。
大きな直径用には（第16図及び第17図）、薄板のパッ
クの荷扱いを容易にするために薄板パックを保持する中
間装置を備えるのが好ましく、この装置は適当な手段
（図示せず）によって蒸留塔のスリーブ内に順番に取り
つけられる。複数の環状リブ18及び場合によっては支持
フランジ19を備えた周縁ベルト17が用いられる。リブ18
は、積み重ねた薄板に入り込み（第16図）又は単に薄板
の縁部に押しつけられる（第17図）。当然この場合、上
昇ガスが充填物をバイパスするのを避けるために、スリ
ーブと薄板との間のかなりな気密性が同時に保証され、
たとえばベルト17は、第12図のパッキン12又は第15図の
リング14のような環状気密部材を外観上支持できる。こ
の部材は、蒸留塔のスリーブに対し気密なように取りつ
けられ、一方、ベルト17と薄板との間の気密性はリブ18
によって得られる。
第12図から第17図の配置のそれぞれでは、充填物の要
素２とそれを取り巻く円筒状壁（スリーブ１又はベルト
17）との間につくられた環状空間は、上昇ガスにある高
さについて液体がバイパスする可能性を与え、このこと
はある場合に、特に高純度の生産が望まれるときの蒸留
塔頂部で不利となるかもしれない。これを避けるため
に、この環状空間の一部を、要素２の構造より細かい構
造をもった充填物2A、たとえばフエルト又は金属織物に
よって満たすことができる。充填物2Aは、二つ又は三つ
の環状空間についてその全空間を（第16図）、これらの
全空間の一部、好ましくは液体が集まる下部を（第17
図）あるいはこれら空間の中の特定の空間のみをその一
部を占めることができる。
第18図から第20図は、前に問題になった剪断が行われ
る方法を示している。
工具類又は剪断機20は、最初の波付けシート21の走行
する水平方向ｆと直角の垂直平面Ｑに対して対称であ
る。剪断機は、 −その上部稜23が直線、水平でかつ平面Ｑに平行な２個
の下部固定刃部材22。２個の刃部材22の向き合った面24
は下の方へ向って互いがわずかにはなれており、稜23は
垂直と約30°傾けられた外面23Aによって外側を縁どら
れている。
−同様に直線、水平で平面Ｑに平行な下部稜26を有して
いる垂直に可動な上部帯板プレス25。各稜26は、対応す
る稜23の真上に位置し、同様に垂直と約30°傾けられた
面26Aによって外側を縁どられている。各帯板プレス
は、平面Ｑに平行な他の面27を向き合って有している。
−面27の間を垂直に滑動して案内される上部二枚刃28。
その下端部は、方向ｆと直角に見ると（第18図及び第19
図）逆Ｖ字形を有し、面27と隣接する２個の切断稜29を
限定している。第20図に見るように、各稜は、方向ｆに
従って見ると非常に口の開いた逆Ｖ字形を有している。
を含んでいる。
操業中、帯板プレス25及び刃28は持ち上げられ（第18
図）、帯板21は２個の稜23に支えられて、帯板の所定長
さが加硫の稜23から下流方向（矢印ｆを考慮して）へ通
り過ぎるまで前進させられる。
そのとき帯板プレス25を降下させると、向き合った各
稜26及び23の間に帯板21を二重に挟むこととなり、狭い
帯部８と同様前記した区域７を形成する金属の扁平化が
行われ、帯部８の巾は稜23及び26の巾に対応する。この
操業中に、区域７は傾斜面23A及び26Aにぴったりと合
う。
次いで刃28を降下させ、２個の下部刃部材の間に裁ち
屑30（第19図）を切り離し、所定長さの薄板３を切り分
ける。
剪断機の対称性により、長さにまだ切られていない帯
板21の前縁部は、切り分けられた薄板３の後縁部と似通
った、それどころか同一の外形を有している。したがっ
て各薄板は類似した前縁部及び後縁部を有し、このこと
は液体の分配に関しては本質的役割を果していないが、
要素２を構成するのに互いに対して薄板をより容易に滑
動させることによって薄板の配置を容易にしている。こ
うして剪断された縁部は鋭くないので、薄板及び／又は
積み重ねを取り扱う人間の安全増加がこれに加わるので
ある。
（図面の簡単な説明） −第１図は、交差波付け充填物を備えた蒸留塔の全体的
配置を斜視図で図式的に示し、 −第２図は、公知の構造の薄板を有する第１図の充填物
の一要素の構成を破断斜視図で示し、 −第３図は、本発明に適合した充填物の一薄板の図式的
正面図であり、 −第４図は、第３図の線IV−IVによる断面図であり、 −第５図は、第３図の薄板の平面図であり、 −第６図は、同じ薄板を斜視図で示し、 −第７図及び第８図は、本発明の他の二つの実施態様を
斜視図で示し、 −第９図ないし第11図は、周縁の切欠を設けた本発明に
よる充填物を図式的に示し、 −第12図は、本発明による充填物が蒸留塔のスリーブ内
に取りつけられる方法を図式的に示し、 −第13図は、第12図の線XIII−XIIIによる部分断面図で
あり、 −第14図は、第12図の組み立ての一変形の部分をなす部
材を示し、 −第15図は、第12図の組み立ての他の変形を図式的に示
し、 −第16図は、本発明による充填物が蒸留塔のスリーブ内
に取りつけられる他の方法を図式的に示し、 −第17図は、第16図の組み立ての一変形を図式的に示
し、 −第18図及び第19図は、本発明による薄板の製造に用い
られる剪断機の長手方向断面図を図式的に示し、 −第20図は、第18図のXX−XXによる図である。
図において、１は円筒スリーブ又は管部品、２は充填
物又はパックの要素、2Aは多孔性充填物、３は薄板、４
は波形頂部又は波形、4Aは波形頂部又は波形４の下部先
端、4Bは同上部先端、５は波形凹み又は波形、5Aは波形
凹み又は波形５の下部先端、5Bは同上部先端、6A,6Bは
薄板３の横方向の縁部、７は二等辺三角形をした区域、
８は帯状扁平部、９はくり形、9aは交差点、10は充填材
料、11は切欠、12は気密パッキン、13は波形パッキン、
14は分離部材、15はネジ、16,19は支持フランジ、17は
周縁ベルト、18は環状リブ又は環状取付け要素、20は剪
断機、21は波付けシート又は帯板、23は波付けシート又
は帯板21の上部稜、26は同下部稜、22は下部固定刃部
材、24は刃部材22の対向面、25は上部帯板プレス、27は
帯板プレス25の対向面、28は上部二枚刃、29は二枚刃28
の切断稜、30は裁ち屑、Ｐは中央平面、Ｑは垂直平面で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルマン・ジヤン‐イベ フランス国 94700 メゾン アルフオ ル ドマイヌ シヤトー ガイラル 27 (72)発明者 ルプランス‐ラング・ブルノー フランス国 75015 パリ リユ グー テンベルク 44 (72)発明者 オキシジユニオ・ドー・ブラシル ブラジル国 01000 サンパウロ 44- ビイ ピイ 42341 プラサ ナミ ジ ヤフエツト （番地なし) (56)参考文献 特開 昭62−110701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−131960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−178001（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−1401（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭40−28452（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭58−54162（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭48−25396（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭40−8841（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ほぼ垂直な平面に互いにそれぞれ配置され
    た、交互に平行な波形（4,5）をもった波付けされた薄
    板（３）のパックを有する種類のもので、波形は、斜め
    で一つの薄板と次の薄板とが反対方向に下降しており、
    各薄板の波形は、薄板の各横方向の縁部（6A,6B）にそ
    れぞれ下向き及び上向きで外側に開口する第１及び第２
    の傾斜通路を限定している、下降する液体と上昇するガ
    スとの間での向流による熱及び物質交換装置を、少なく
    とも一つの管部品（１）内に有する蒸留塔において、外
    方向に流れる流体を防ぐ障害物を形成し、薄板のパック
    に流体が返送するのを確実にする下端部の第１通路を最
    初に少なくとも部分的に遮る手段（7;9;10;11;12;13;1
    4）を薄板（３）の縁部（6A,6B）に沿って、構成する障
    害手段を備えることを特徴とする前記種類の熱及び物質
    交換装置を有する蒸留塔。
  2. 【請求項２】各第１通路のもっとも大きな傾斜の線が、
    薄板（３）の局部的変形によって、通路の下端部（4A,5
    A）の近くではっきりと変えられることを特徴とする請
    求項１記載の蒸留塔。
  3. 【請求項３】第１通路を形成する波形の下端部分が、薄
    板（３）の中央平面（Ｐ）の両側に交互に配置された、
    ほぼ二等辺三角形の形状を有し、これらの二等辺三角形
    の基部が互いに延長上に位置している基部とともに引き
    延ばされて扁平化された区域（７）を形成することを特
    徴とする請求項１記載の蒸留塔、
  4. 【請求項４】障害手段が、下端部（4A,5A）に第１通路
    を形成する波形の部分的扁平部（９）を備えることを特
    徴とする請求項２記載の蒸留塔。
  5. 【請求項５】障害手段が、少なくとも部分的に前記下端
    部（4A,5A）を妨げる付加材料（10,12,13,14,18）を有
    することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に
    記載の蒸留塔。
  6. 【請求項６】各薄板（３）が方形の輪郭を有し、薄板の
    パックが円筒形外側輪郭を全体として有することを特徴
    とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蒸留塔。
  7. 【請求項７】熱及び物質交換装置が、環状取付け要素
    （12,13,14）によって管（１）内に配置されることを特
    徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の蒸留
    塔。
  8. 【請求項８】熱及び物質交換装置が、薄板のパックの周
    縁との係合に協働する環状取付け要素（18）を有する周
    縁ベルト（17）内に保持されることを特徴とする請求項
    ７記載の蒸留塔。
  9. 【請求項９】取付け要素（12,13,18）間の環状空間の少
    なくともいくつかが、薄板のパックよりも細かい構造を
    もった多孔性充填物（2A）によって満たされていること
    を特徴とする請求項７又は８記載の蒸留塔。
  10. 【請求項１０】パック（２）の基部に、パックの下方に
    半径方向内側に突出した支持フランジ（16;19）が設け
    られていることを特徴とする請求項７から９のいずれか
    １項に記載の蒸留塔。
  11. 【請求項１１】薄板（３）が金属シートで形成されてい
    ることを特徴とする、空気精留用の請求項１から10のい
    ずれか１項に記載の蒸留塔。
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