JP2935363B2 - 対称性が調節でき、積み重ね可能な組織化パッキング - Google Patents

対称性が調節でき、積み重ね可能な組織化パッキング

Info

Publication number
JP2935363B2
JP2935363B2 JP10238435A JP23843598A JP2935363B2 JP 2935363 B2 JP2935363 B2 JP 2935363B2 JP 10238435 A JP10238435 A JP 10238435A JP 23843598 A JP23843598 A JP 23843598A JP 2935363 B2 JP2935363 B2 JP 2935363B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
packing
organized
packing element
polyhedron
packing according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP10238435A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11128734A (ja
Inventor
サンダー スワミナサン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of JPH11128734A publication Critical patent/JPH11128734A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2935363B2 publication Critical patent/JP2935363B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32224Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • B01J2219/32234Inclined orientation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32237Sheets comprising apertures or perforations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32248Sheets comprising areas that are raised or sunken from the plane of the sheet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32279Tubes or cylinders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32293Cubes or cubic blocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/72Packing elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00Refrigeration
    • Y10S62/902Apparatus
    • Y10S62/905Column
    • Y10S62/906Packing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、組織化パッキング
に関する。組織化パッキングは、他の用途にも用いられ
るかも知れないが、特に極低温空気分離処理における熱
交換器のような交換カラムに特別な用途を有している。
【0002】ここで用いている“カラム”の用語は、蒸
留又は分留のカラム又は区域で、例えば液相と気相と
が、パッキング要素又はカラム内に取付けられた一連の
垂直方向に間隔をあけられたトレイ又は板の上での液相
と気相との接触によるように、混合流体の分離をもたら
すために、対向流に流れて接触されられるカラム又は区
域を意味している。“パッキング”の用語は、2つの相
の対向流の流れ中の液体−気体の接触面で質量移動が出
来るように、液体表面積を与えるためにカラムの内部に
用いられる、所定の大きさ、形及び形状の固体の又は空
洞のある本体を意味している。パッキングの2つの広い
組分けは、“不規則”及び“組織化”である。
【0003】“不規則パッキング”は、個々の部材が互
いに又はカラムの軸に対し特定の方向を有しないパッキ
ングを意味している。不規則パッキングは、カラムにで
たらめに置かれている構成単位量当り非常に大きな表面
積をもつ小さくて、空洞のある構造をしている。“組織
化”されたパッキングは、個々の部材が互いに又はカラ
ムの軸に対し特定の方向を有しているパッキングを意味
している。組織化されたパッキングは、層状に重ねられ
るか又は螺旋状に巻かれたエクスパンドメタル又は編織
ワイヤから通常は作られている。
【0004】
【従来の技術】蒸留又は直接接触式冷却のような処理に
おいて、液体と気体の対向流の流れ間においての熱伝達
及び質量移動を改善するために、組織化されたパッキン
グを用いることは有利である。不規則なパッキング又は
トレイと比較する場合、組織化されたパッキングは、低
い圧力降下でもって熱伝達及び質量移動をより高い効率
で行うという利点を提供している。それは、不規則パッ
キングよりもっと予想可能な性能をも有している。
【0005】空気の極低温分離は、蒸留カラムを通って
液体と気体とを対向流に流すことによって行われてい
る。混合物の気相がより揮発性の多い成分(例えば窒
素)の濃度を高める一方で、混合物の液相は、より揮発
性の少ない成分(例えば酸素)の濃度を高める。様々な
パッキング又はトレイが、両相間の質量移動を達成する
ために、混合物の液相及び気相を接触させるのに用いら
れている。
【0006】極低温蒸留によって空気をその成分(即ち
窒素、酸素、アルゴン等)に分離するためには多くの処
理がある。典型的な極低温の空気分離装置10が、図1
に概略的に示されている。高圧の供給空気1が高圧蒸留
カラム2の基部に送られる。この高圧カラム2におい
て、空気は窒素の豊富な気体と酸素の豊富な液体とに分
離される。酸素の豊富な液体3は、高圧蒸留カラム2か
ら低圧蒸留カラム4へと送給される。窒素の豊富な気体
5は凝縮器6に送られ、そこで凝縮され、低圧カラム4
での再沸騰の準備をする。窒素の豊富な液体7は、一部
8は取り出され、一部は液体の流れとして低圧カラム4
に送給される。
【0007】低圧カラム4では、極低温蒸留によって送
給路(3,9)が、酸素の豊富な成分と窒素の豊富な成
分に分けられている。組織化されたパッキング20が、
分離される酸素と窒素の液相及び気相を接触させるため
に用いられる。窒素の豊富な成分は気体11として取り
除かれる。酸素の豊富な成分は気体12として取り除か
れる。その代りに酸素の豊富な成分は、リボイラ/凝縮
器を囲んでいる液体だめ(サンプ)の場所から、液体と
して取り除かれる。廃物流13もまた低圧蒸留カラム4
から取り除かれる。低圧蒸留カラム4は、多くの部分に
分けられる。例えば図1には、そのような3つの部分
(4A,4B,4C)が示されている。
【0008】最も普通に用いられている組織化されたパ
ッキングは、垂直方向に重ねられた波状金属板又はプラ
スチック箔又は波状メッシュよりなる。これらの箔は、
熱伝達及び質量移動の効率を改善するために、様々な形
の隙間及び/又は表面を粗くする特徴とを有している。
しかしながら液体と気体の両者の流れは、板状間の空間
に大部分限定されている。そのようなパッキングは対称
性を欠いており、このため流れの特徴が非常に非等方性
である。一組の板の間に導入された液体と気体とは、そ
の組の板の間に限定されて留まる傾向がある。これの解
決策が、典型的には90°の角度で組織化されたパッキ
ング板の連続した層を回転することである。そのような
パッキングの例が米国特許第4,296,050号(メ
イアー氏)によって開示されている。しかしながら各々
の回転が、パッキングよりなるカラムを通る流の圧力降
下を増大させている。
【0009】そのようなパッキングを含むカラムを通る
等方性の流体の流れを多く導くようなパッキングを作り
出すという試みが、過去になされてきた。例えば、米国
特許第4,830,792号(ウイルヘルム氏)は、水
平に重ねられたパッキングの層で、その各々が隣接する
ピラミッド形の構造を与えられた層の使用を開示してい
る。それによって、時計方向及び反時計方向の両方で気
体を上昇させる渦巻状の動きを与える、ファン翼に代わ
るような構造が形成されている。米国特許第5,15
8,712号(ウイルヘルム氏)及び米国特許第5,5
00,160号(スエス氏)には、同様のパッキングの
層が開示されている。しかしながらこれらの従来技術の
パッキングの層は、それらが積み重ねられる点に限定さ
れているので、これらの従来技術のパッキングの層の積
み重ねによって提供される形状及び対称性が限定されて
しまう。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、メ
ッシュ型のパッキングが液体を効率的に広げるのに役立
ち、かつ良好な質量伝達の性能を与えてくれるが、メッ
シュ型のパッキングは最も多い箔型のパッキングよりも
非常に高価であることもまた良く知られている。空気分
離に用いられるような極低温の用途及び他の熱伝達及び
質量移動の用途のために、高性能の特徴を示す特別に組
織化されたパッキングを開発することが望まれている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、“建造物のブ
ロック”として一緒に積み重ねられる多数のパッキング
要素を有する組織化されたパッキングを、交換カラムの
パッキングとして提供することである。各々のパッキン
グ要素は、延在したロッドによって形成された多数の稜
部を有する多面体と、この多面体の中に置かれた少なく
とも1つの伝達シートとを具備している。各々の伝達シ
ートの第1の端部は、多面体の異なった稜部に接続し、
各々の伝達シートの第2の端部は、多面体の別の稜部に
接続している。1つの実施の形態では、伝達シートの少
なくともいくつかは交差している。伝達シートはパッキ
ング要素内の表面流れを与えている。
【0012】組織化されたパッキングを提供するため
に、建造物のブロックの方法で組み立てられたパッキン
グ要素は、多くの多面体のいずれの形状でもよく、その
いくつかが図2の(a)〜(g)に示されている。その
ような多面体は、立方体、平行六面体、円筒体、角錐体
及び平面多面体によって境界とされる他の形態を含む
が、これらに限定されるものではない。
【0013】しかしながら、本発明の好ましい実施の形
態では、パッキング要素は立方体の形をしている。立方
体は、等しい長さの12個の延在したロッドを具備する
12の稜部と1つの中心とを有している。少なくとも1
つの伝達シートが立方体内に置かれている。各々の伝達
シートの第1の端部が立方体の異なった稜部に接続し、
各々の伝達シートの第2の稜部は立方体の対角的に対向
する稜部に接続している。
【0014】好ましい実施の形態の変形例においては、
伝達シートは立方体の中心で実質的に交差しており、か
つ各々の伝達シートは立方体の中心に向って幅が次第に
狭くなっている。各々の伝達シートは、2つの2等辺三
角形を備える形状を有している。各々のそのような三角
形は、底辺と頂点とを有し、その三角形の頂点が立方体
の中心で実質的に交わっており、三角形の底辺は立方体
の対角的に対向する稜部である。
【0015】伝達シートの交差が2つのピラミッド形を
形成し、各々のピラミッド形は正方形の底部と、ピラミ
ッド形の角頂で出会う複数の側面とを有している。ピラ
ミッド形の底部は立方体の対向する側部であり、ピラミ
ッド形の角頂は立方体の中心で実質的に交わっている。
【0016】好ましい実施の形態においては、各々のピ
ラミッド形の少なくとも1つの側部は開放されており、
ピラミッド形の他の側部は交差する伝達シートによって
形成され、パッキング要素内に流れ面を提供している。
【0017】別の実施の形態においては、少なくとも1
つの伝達シートが、その表面がざらざらした面(テクス
チャ)を有している。ざらざらした面は、伝達シートの
表面にわたる山部と谷部の代わりをしている細かな溝の
形をした多数の溝の筋を具備している。伝達シートのい
くつか又は全てに、伝達シートにわたって整列した多数
の開口又は穴もまた与えられている。
【0018】各々のパッキング要素の稜部を形成するの
に用いられたロッドは、好ましい実施の形態では実質的
に直線である。別の実施の形態では、ロッドは波のよう
な方法でうねっている。このロッドは実質的に滑らかか
又はざらざらした面を有してもよい。
【0019】隣接するパッキング要素を接続するために
接続手段が設けられている。この接続手段は、パッキン
グ要素の立方体(又は多面体)の少なくとも1つの稜部
に隣接した少なくとも1つの留め釘を備えている。隣接
したパッキング要素の立方体(又は多面体)の稜部に隣
接した少なくとも1つの開口が、留め釘を受け入れるよ
うな大きさとされている。接続手段はまた、隣接したパ
ッキング要素を一緒に留めるための少なくとも1つのク
リップを備えている。
【0020】本発明の別の形態は、第1の相と第2の相
との間の熱及び/又は質量の交換をするための交換カラ
ムであり、この交換カラムは、本発明によるパッキング
要素から組み立てられた少なくとも1つの組織化された
パッキングを有している。
【0021】本発明の別の形態では、液体−気体の接触
が前述のパッキング要素から組み立てられた少なくとも
1つの組織化されたパッキングによって達成されている
少なくとも1つの質量移動区域を含む少なくとも1つの
蒸留カラムで、気体と液体とを対向流で接触させている
極低温空気分離に対する処理が提供されている。隣接し
た要素の層は、他の頂部の上の1つに、互いに隣接して
積み重ねられる。
【0022】本発明の更に別の形態では、2つの液体間
の質量及び/又は熱を交換するための交換カラムが設け
られ、これは少なくとも1つの交換カラムで前記液体を
接触させ、ここで液体−液体の接触が前述のように少な
くとも1つの組織化されたパッキングで達成される。隣
接する要素の層は前述のように詰められている。
【0023】本発明の更に別の形態では、第1の流体と
第2の流体との間の熱及び/又は質量を交換するための
交換カラムが設けられ、この交換カラムは隣接した要素
の層に詰められた多数の実質的に同一のパッキング要素
を具備していて、各々の要素は、2つの流体が互いに対
向流で流れる少なくとも1つの傾斜した流れ面と、流体
が貫通して流れる穴部分とを含んでおり、その要素は、
層内及び隣接した層間の隣接した要素の相対方向が、自
由に決めることができるように積み重ね可能である。
【0024】本発明は、交換カラムを形成するために一
緒に非常に簡単に詰め込まれるパッキング要素を提供し
ている。この要素は大量生産される。カラムに一緒に積
み重ねられた複数のパッキング要素によって設けられた
対称性が、隣接する要素が交換カラムのそのような要素
の層内及び交換カラムのそのような要素のそれぞれの層
の間の両者で、互いに対して位置決めされる方法によっ
て、簡単に決められ、かつ小規模に調節される。要素が
一緒に詰められるので方法及び相対的な方向での大きな
適応性があり、交換カラムの生産者及び使用者にとって
大きな構造上の自由度がある。カラムの平面を横切る両
直交方向での自由な流体流れをもつ流体を広げる特性を
改善した交換カラムが提供される。この要素は機械的強
度が高く、容易に単純に一緒に積み重ねられる“建造ブ
ロック”の形をしている。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
参照として例示の方法で説明する。本発明は、一緒に積
み重ねられた多数のパッキング要素をもつ組織化された
パッキングに関する。“建造ブロック”ように積み重ね
られる個々のパッキング要素は、多くの多面体のいずれ
の形でもよく、そのいくつかが図2の(a)〜(g)に
示されている。
【0026】図3には、立方体の形をした組織化された
パッキング要素30の例が示されている。立方体のパッ
キング要素30は、AからHの印がつけられた8つの角
頂を有している。立方体要素30の中心は、Oで示され
ている。立方体要素30の稜部は、図3に示された例で
は滑らかな真直ぐなロッド31によって形成されてい
る。各々のロッド31は、それぞれ組の隣接した角頂、
例AB,BC,CD,DAをつないでいる。それ故、組
織化されたパッキング要素30は、ケージのような外部
構造を有する。ロッド31は、金属(例えばアルミニウ
ム)又はプラスチックのような適当な材料ならどの材料
から作られてもよい。
【0027】複数の伝達シート32が、A〜Hの角頂の
1組とA〜Hの角頂の別の組とを接続するために提供さ
れる。図3に示された例では、パッキング要素30内の
流れ面を提供する3つの伝達シート32がある。各々の
伝達シート32は、角頂の1つの隣接する組(例えば角
頂AとD)と隣接する角頂の対角的に対向する組(Fと
G)とを接続するため、及び稜部(例えば稜部AD)と
対角的に対向した稜部(FG)とを接続するために用い
られる。伝達シート32は立方体要素30の中心Oで交
差し、伝達シート32の平面が立方体要素30の側面に
対し45°の角度であることが解る。
【0028】図3に示される例では、伝達シート32の
各々は2つの2等辺三角形を備える“砂時計”の形をし
ている。各々の伝達シート32は、立方体要素30の中
心Oに向って幅が次第に狭くなる。こうしてそれぞれの
伝達シート32は、立方体要素30の中心Oでほとんど
1点で交差している。想像されるように、本発明は伝達
シートが立方体の中心で交差する必要がある。他に、こ
れらの伝達シートがほぼ交差すること、即ちかなり小さ
な限られた間隔で互いに離されることでもよい。そのよ
うな間隔は機構上の完全な状態を増加するのに有効であ
る。交差する伝達シート32は、立方体要素30の中心
Oで交わる頂点と立方体要素30の対向する側部ABC
D,EFGHと共同する平面である底辺とでそれぞれの
正方形の底部をしたピラミッド構造33,34を形成し
ている。
【0029】8つの角頂と6つの側部〔立方体(図2
(a)に示される)又は平行六面体(図2(f)に示さ
れる)又は各々4つの角頂を対向端側にもつ他のどんな
立方体でもよい〕とを有する立方体のパッキング要素3
0であって、伝達シート32がその要素30の対角的に
対向する稜部を接続するのに用いられているパッキング
要素においては、最大で4つのそのような伝達シート3
2が用いられる。1から4の何れかの数の伝達シート3
2が、そのような要素30に用いられる一方で、ピラミ
ッド構造33,34が、流体が通って流れる開放部分を
有することが最も好ましい。図3に示される例では、3
つの伝達シート32がそのような要素30にある。この
方法で、伝達シート32によって与えられた各々のピラ
ミッド構造33,34は、流体が通って流れる開放面3
3,34を有している。パッキング要素30に用いられ
る構造上の特徴が何であれ、伝達シート32によって要
素30の中心に形成された構造物を通る流体の流れのた
めの開放通路を残すことが好ましい。
【0030】伝達シート32のいくつか又は全てが、伝
達シート32上を流れる流体流間の質量及び/又は熱の
移動を高めるのに、要素30の性能を改善するざらざら
した面(テクスチャ)を与えられることが好ましい。特
に伝達シート32は、ここでは“溝”と称している平行
で、規則的に間隔があけられた筋(バンド)35を有し
ている。溝35は、例えば型成形、押圧成形又は適当な
型での回転による等のそれ自体公知の方法で、伝達シー
ト32の表面へのかなり細かな溝36又はしわ又は縞に
よって形成されている。溝35の筋は、厳密に平行であ
る必要もなくまた一様に間隔があけられる必要もない。
【0031】伝達シート32のいくつか又は全てに、図
3の伝達シート32の1つに示されているように、伝達
シート32を横切って整列した多数の開口又は貫通穴3
7が設けられている。この開口又は貫通穴37は、伝達
シート32を横切って規則的に整列してもよいし、又は
不規則に分布されてもよい。溝35の筋と貫通穴37の
各々は、そのようなパッキング要素30から組み立てら
れた質量又は熱の交換カラムを通る流体流の間の質量及
び/又は熱の移動を、効率的に改善している。
【0032】実施例においては、立方体のパッキング要
素30は8.5mmの長さの一側面を有し、500m2
3 の容積に対する表面積の比率を与えている。これ
は、容積に対する表面積の比率が高く、本発明のパッキ
ング要素30によって高い効率的な特性が達成されるこ
とを示している。
【0033】図4には、図3のパッキング要素の変形例
が示されている。図4の実施例では、連結ロッド31が
真直ぐではなく、頂角のそれぞれの組の間で波のような
方法でうねっている。このロッド31は、付加的に又は
代りにざらざらした面を有してもよい。うねっている及
び/又はざらざらした面を有しているロッド31を提供
することによって、パッキング要素30を通って流れる
液体の広がりと排出が改善される。
【0034】パッキング要素30は、空気分離カラムの
ような交換カラムに使用されるパッキング要素30のカ
ラムを形成するため、一緒に積み重ねられる。1つの水
平な層には、数個のパッキング要素30があり、多くの
層がカラムの中で他の層の頂部の上に積み重ねられてい
る。一つの層内か又は層間であっても、各々の要素30
が隣接した要素30に対し回動することが有利である。
例えば垂直軸(図面にZで示されている)に沿って動か
すと、各々の要素30は、上下の要素30に対し垂直軸
の回りを90°回動させられる。ある状況では、一方向
(例えば垂直方向上方に)で動かす場合、その回動が同
じ方向(即ち時計方向又は反時計方向)であることが望
ましいし、又はその回動が、垂直方向上方に動いている
隣接ブロックに対し、代りに時計方向及び反時計方向で
あるように、交替することが望ましい。回動を他に変え
ることも可能であり、それは必要とされる性能に対して
選択される。カラムを通る流体の対向流の流れがある交
換カラムにおいては、伝達シート32の全てが垂直方向
に対し45°の角度であることが好ましい。
【0035】交換カラムにおいては、パッキング要素3
0は、他の頂部の上に、互いに隣接して積み重ねること
が簡単にできる。しかしながらある状況においては、隣
接するパッキング要素30を一緒に連結し、積み重ねら
れた要素30の取り扱いを楽にすることが望ましい。こ
の実施例が図5と6に示されている。4つの先の尖った
部分41を有するクリップ40が、これらのパッキング
要素30の隣接する頂角で、8つの隣接したパッキング
要素30を一緒に留めるのに用いられる。伝達シート3
2は、パッキング要素30を一緒に接続できるように、
クリップ40の先の尖った部分41が通る、パッキング
要素30の頂角に隣接した小さな貫通穴(開口)を有し
ている。
【0036】隣接した要素30を接続するための接続手
段の別の実施例が、図7と8に示されている。この実施
例では、パッキング要素30のA〜Hの角頂の各々に
は、少くとも1つの受け口42又は留め釘43が設けら
れている。ロッド31は、留め釘43のための強い基部
を与えるため、及び受け口42のための十分の支持を与
えるために、51で示されるように角頂に向ってフレア
ーをつけられている。留め釘43の各々は、立方体のパ
ッキング要素30の1つの稜部に平行な方向で、立方体
のパッキング要素30から突出している。各々の角頂A
〜Hに設けられた留め釘43と受け口42の存在及び数
が、要素30が一緒に積み重ねられるときに、特定の要
素30の留め釘43が隣接した要素30の受け口42と
係合できるか、またはこれと逆に係合できるようにされ
ている。
【0037】本発明は、従来のシート状のパッキング要
素よりも多くの利点を有している。パッキング要素30
は、交換カラムのためのパッキングを提供するために、
建造ブロックの方法で簡単に組み立てられる。1つのパ
ッキング要素から別のパッキング要素への対称性が、小
さな規模で調整され、変えられる。パッキング要素30
より構成された交換カラムを通るかなりの等方性の流れ
が、達成できて、カラムを通って流れる流体の非常に効
率のよい混合が行える。交換カラムに用いられた特定の
層内(即ち後の変形例)か又は垂直方向内での隣接した
要素30の相対的な方向の点からのどちらか異なった方
法で、パッキング要素30を配列することによって、非
常に多様な構造が得られる。パッキング要素30の大き
さは必要に応じて変えられる。ある状況では、異なった
大きさや、構造又は単一の交換カラム内の伝達シート3
2の異なった配置とを有するパッキング要素30を用い
ることが有利である。パッキング要素30は強い機械的
強度を有している。ロッド31は、積み重ねられた要素
30の全ての負荷に事実上たえることができ、このこと
は伝達シート32が非常に薄いことを意味している。こ
れは、熱及び/又は質量の移動を有効に改善している方
で、材料と重量の節約を意味している。伝達シート32
は、それぞれのロッド31に三角形の形状の全底部に沿
って接続されており、更に伝達シート32の機械的強度
を増している。個々のパッキング要素30は、大量生産
され、組み立てられる。
【0038】伝達シート32は、いろいろな方法で作ら
れる。実施例によれば、図3に示された2つの開放ピラ
ミッド33,34よりなる全体のピラミッドの形成は、
1回のプレス作業、型成形、鋳造又は他の成形であって
もよい。代りに、各々のピラミッドの形成33,34
が、単一又は複数の合わせた成形であってもよいし、か
つこれらの成形されたピラミッドの形成33,34が、
要素30の組み立て中にそれらの角頂で結合されてもよ
い。
【0039】本発明の実施の形態が、例示された実施例
を特別に参照して説明されている。しかしながら、特許
請求の範囲に記載の範囲内において、説明された実施例
に変更や修正が可能であることが解るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、空気分離装置の概略図である。
【図2】図2の(a)〜(g)は、本発明のいくつかの
パッキング要素に採用されているいくつかの多面体の形
状を示している。
【図3】図3は、パッキング要素の第1の実施例の斜視
図である。
【図4】図4は、パッキング要素の第2の実施例の斜視
図である。
【図5】図5は、隣接したパッキング要素を一緒に接続
するためのクリップの平面図である。
【図6】図6は、隣接したパッキング要素を一緒に接続
するためのクリップの正面図である。
【図7】図7は、接続手段を有するパッキング要素の実
施例の斜視図である。
【図8】図8は、図7の要素の接続手段の詳細図であ
る。
【符号の説明】
1…高圧供給空気 2…高圧蒸留カラム 3…酸素の豊富な液体 4…低圧蒸留カラム 5…窒素の豊富な気体 6…凝縮器 7…窒素の豊富な液体 30…パッキング要素 31…ロッド 32…伝達シート 33,34…ピラミッド構造 35…溝 37…貫通穴 40…クリップ 42…受入れ口 43…留め釘
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−43582(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 19/30

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッキング要素において、このパッキン
    グ要素が、 多数の稜部を有する多面体と、 この多面体の中に配置され、第1と第2の端部を有する
    少なくとも1つの伝達シートであって、各々の伝達シー
    トの第1の端部が多面体の1つの異なる稜部に接続し、
    その第2の端部が多面体の別の稜部に接続している伝達
    シートと、 を具備しているパッキング要素。
  2. 【請求項2】 多数のパッキング要素が一緒に積み重ね
    られた組織化パッキングにおいて、各々のパッキング要
    素が、 延在するロッドによって形成された多数の稜部を有する
    多面体と、 この多面体の中に配置され、第1と第2の端部を有する
    少なくとも1つの伝達シートであって、各々の伝達シー
    トの第1の端部が多面体の1つの異なる稜部に接続し、
    その第2の端部が多面体の別の稜部に接続している伝達
    シートと、 を具備している組織化パッキング。
  3. 【請求項3】 その又は各々のパッキング要素が多数の
    前記伝達シートを具備しているところの請求項1又は2
    に記載のパッキング要素又は組織化パッキング。
  4. 【請求項4】 伝達シートの少なくともいくつかが交差
    しているところの請求項3に記載のパッキング要素又は
    組織化パッキング。
  5. 【請求項5】 その又は各々のパッキング要素の多面体
    が、1つの中心と、等しい長さの12個の延在するロッ
    ドを備えている12の稜部とを有する立方体であり、か
    つその又は各々の伝達シートが、伝達シートの第1の端
    部から立方体の対角的に対向する稜部に接続していると
    ころの請求項1〜4のいずれか1項に記載のパッキング
    要素又は組織化パッキング。
  6. 【請求項6】 少なくとも1つの伝達シートのそれぞれ
    が、立方体の中心に向って幅が次第に狭くなっていると
    ころの請求項5に記載のパッキング要素又は組織化パッ
    キング。
  7. 【請求項7】 多数の伝達シートの各々が2つの2等辺
    三角形を備える形状をしていて、各々の三角形が1つの
    底辺と1つの頂角を有しており、かつ三角形の頂角が立
    方体の中心で実質的に交わり、三角形の底辺が立方体の
    対角的に対向する稜部であるところの請求項6に記載の
    パッキング要素又は組織化パッキング。
  8. 【請求項8】 伝達シートの交差が2つのピラミッド形
    を形成し、各々のピラミッド形が1つの正方形の底部と
    ピラミッド形の角頂で交わる複数の側面とを有してい
    て、そのピラミッド形の底部が立方体の対向する側部
    で、ピラミッド形の角頂が立方体の中心で実質的に交わ
    っているところの請求項7に記載のパッキング要素又は
    組織化パッキング。
  9. 【請求項9】 各々のピラミッド形の一側面が開放され
    ており、ピラミッド形の他の側面が、交差する伝達シー
    トによって形成されているところの請求項8に記載のパ
    ッキング要素又は組織化パッキング。
  10. 【請求項10】 多面体が円筒体であるところの請求項
    1〜4のいずれか1項に記載のパッキング要素又は組織
    化パッキング。
  11. 【請求項11】 多面体が平行六面体であるところの請
    求項1〜4のいずれか1項に記載のパッキング要素又は
    組織化パッキング。
  12. 【請求項12】 少なくとも1つの伝達シートが、その
    表面がざらざらした面(テクスチュア)を有していると
    ころの請求項1〜11のいずれか1項に記載のパッキン
    グ要素又は組織化パッキング。
  13. 【請求項13】 ざらざらした面が、伝達シートの表面
    にわたって山と谷とを交互に形成する細かな溝の形をし
    た多数の溝の筋を備えているところの請求項12に記載
    のパッキング要素又は組織化パッキング。
  14. 【請求項14】 少なくとも1つの伝達シートに多数の
    開口を更に含んでいる請求項1〜13のいずれか1項に
    記載のパッキング要素又は組織化パッキング。
  15. 【請求項15】 その又は各々の多面体の稜部が延在す
    るロッドによって形成されているところの請求項1〜1
    4のいずれか1項に記載のパッキング要素又は組織化パ
    ッキング。
  16. 【請求項16】 ロッドが実質的に真直ぐであるところ
    の請求項15に記載のパッキング要素又は組織化パッキ
    ング。
  17. 【請求項17】 ロッドが波のようにうねっているとこ
    ろの請求項15に記載のパッキング要素又は組織化パッ
    キング。
  18. 【請求項18】 ロッドがざらざらした面を有している
    ところの請求項15,16又は17に記載のパッキング
    要素又は組織化パッキング。
  19. 【請求項19】 隣接するパッキング要素を接続するた
    めの接続手段を更に具備していて、前記接続手段が、 パッキング要素の多面体の少なくとも1つの稜部に隣接
    した少なくとも1つの留め釘と、 隣接したパッキング要素の多面体の少なくとも1つの稜
    部に隣接した少なくとも1つの開口であって、前記少な
    くとも1つの開口が少なくとも1つの留め釘を受け入れ
    る大きさになっている開口と、 を具備している請求項2〜18のいずれか1項に記載の
    パッキング要素又は組織化パッキング。
  20. 【請求項20】 第1の相と第2の相との間で熱及び/
    又は質量を交換するための交換コラムにおいて、この交
    換コラムが、請求項2に記載の組織化パッキングを少な
    くとも1つ有している熱及び/又は質量の交換コラム。
  21. 【請求項21】 前記組織化パッキングが、請求項3〜
    19のいずれか1項に記載の組織化パッキングである請
    求項20に記載の熱及び/又は質量の交換コラム。
  22. 【請求項22】 極低温空気分離処理方法において、こ
    の処理方法が、少なくとも1つの質量移動区域を含んで
    いる少なくとも1つの蒸留カラムで、気体と液体とが対
    向流で接触することを具備していて、液体−気体の接触
    が、請求項2に記載された少なくとも1つの組織化パッ
    キングによって行われる極低温空気分離処理方法。
  23. 【請求項23】 この組織化パッキングが、請求項3〜
    19のいずれか1項に記載の組織化パッキングであると
    ころの請求項22に記載の極低温空気分離処理方法。
  24. 【請求項24】 2つの液体間の質量及び/又は熱を交
    換するための処理方法において、この処理方法が、少な
    くとも1つの交換コラムで前記2つの液体を接触するこ
    とを具備していて、液体−液体の接触が、請求項2に記
    載された少なくとも1つの組織化パッキングによって行
    われる2つの液体間の質量及び/又は熱の交換処理方
    法。
  25. 【請求項25】 この組織化パッキングが、請求項3〜
    19のいずれか1項に記載の組織化パッキングであると
    ころの請求項24に記載の2つの液体間の質量及び/又
    は熱の交換処理方法。
  26. 【請求項26】 第1の流体と第2の流体との間の熱及
    び/又は質量を交換するための交換コラムにおいて、 この交換コラムが、隣接した要素の層内に詰められた多
    数の実質的に同一のパッキング要素を備えており、 各々の要素が、互いに2つの流体が対向流で流れる少な
    くとも1つの傾斜した流れ面と、流体が流れる穴部分と
    を含んでいて、これらの要素が、層内及び隣接した層間
    の隣接した要素の相対的な方向が自由に決められるよう
    に積み重ねることができる2つの流体間の熱及び/又は
    質量の交換コラム。
JP10238435A 1997-08-25 1998-08-25 対称性が調節でき、積み重ね可能な組織化パッキング Expired - Lifetime JP2935363B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/918175 1997-08-25
US08/918,175 US5901575A (en) 1997-08-25 1997-08-25 Stackable structured packing with controlled symmetry

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11128734A JPH11128734A (ja) 1999-05-18
JP2935363B2 true JP2935363B2 (ja) 1999-08-16

Family

ID=25439923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10238435A Expired - Lifetime JP2935363B2 (ja) 1997-08-25 1998-08-25 対称性が調節でき、積み重ね可能な組織化パッキング

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5901575A (ja)
EP (1) EP0899011A1 (ja)
JP (1) JP2935363B2 (ja)
CN (1) CN1220913A (ja)
CA (1) CA2245084A1 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1016457B1 (en) 1998-12-28 2003-05-07 Nippon Sanso Corporation Vapour-liquid contactor, cryogenic air separation unit and method of gas separation
US6585237B2 (en) 2000-10-16 2003-07-01 Pradeep Khasherao Pagade Fluid contacting device used as structured packing and static mixer
US6811147B2 (en) * 2002-08-30 2004-11-02 Apollo Separation Technologies, Inc. Structured random packing for column
US7722832B2 (en) 2003-03-25 2010-05-25 Crystaphase International, Inc. Separation method and assembly for process streams in component separation units
FR2892644B1 (fr) * 2005-10-28 2008-02-08 Snecma Propulsion Solide Sa Structure de garnissage pour colonne d'echange de fluides
FR2929532B1 (fr) * 2008-04-07 2010-12-31 Air Liquide Colonne a garnissage d'echange de chaleur et/ou matiere
WO2013036859A1 (en) 2011-09-07 2013-03-14 Carbon Engineering Limited Partnership Target gas capture
PL2822683T3 (pl) 2012-03-06 2016-11-30 Wypełnienie konstrukcyjne
FR3040894A1 (fr) * 2015-09-15 2017-03-17 Ifp Energies Now Structure de garnissage optimisee pour colonne de mise en contact de fluides et procede de fabrication
US10744426B2 (en) * 2015-12-31 2020-08-18 Crystaphase Products, Inc. Structured elements and methods of use
US10054140B2 (en) 2016-02-12 2018-08-21 Crystaphase Products, Inc. Use of treating elements to facilitate flow in vessels
CN108790176B (zh) * 2018-05-22 2020-01-03 中北大学 一种3d打印超重力旋转床用规整填料的方法
CN109506495B (zh) * 2018-12-19 2024-03-19 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种四角体松化料层填料
MX2022007367A (es) 2019-12-20 2022-07-12 Crystaphase Products Inc Resaturacion de gas en una corriente de alimentacion liquida.
CN111569817A (zh) * 2020-06-09 2020-08-25 浙江大学 一种填料单体、填料组件及其在液液萃取体系中的应用
WO2022056154A1 (en) 2020-09-09 2022-03-17 Crystaphase Products, Inc. Process vessel entry zones

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2325819A (en) * 1941-04-30 1943-08-03 Standard Oil Co Vapor and liquid contacting apparatus
US4014962A (en) * 1972-03-23 1977-03-29 Del Notario Pedro Perez Heat and/or mass exchanger operating by direct contact between a liquid and a gas
CH617357A5 (ja) * 1977-05-12 1980-05-30 Sulzer Ag
US4600544A (en) * 1982-11-29 1986-07-15 Merix Corporation Packing unit and method of making
DE3515300A1 (de) * 1985-04-27 1986-10-30 Gerd Dr Wilhelm Pyramidenpackung fuer die verfahrenstechnik
DE3907573A1 (de) * 1989-03-09 1990-09-20 Sulzer Ag Mehrzuegige wirbelpackung
US5100448A (en) * 1990-07-20 1992-03-31 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Variable density structured packing cryogenic distillation system
EP0638358B1 (de) * 1993-07-26 2000-05-03 Sulzer Chemtech AG Wirbelpackung für Stoffaustauschkolonnen und statische Mischer
JP3426675B2 (ja) * 1993-12-24 2003-07-14 関西電力株式会社 整流装置
US5730000A (en) * 1996-05-14 1998-03-24 Air Products And Chemicals, Inc. Structured packing element and a mass and heat transfer process using such packing element

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11128734A (ja) 1999-05-18
US5901575A (en) 1999-05-11
CN1220913A (zh) 1999-06-30
EP0899011A1 (en) 1999-03-03
CA2245084A1 (en) 1999-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2935363B2 (ja) 対称性が調節でき、積み重ね可能な組織化パッキング
KR100218573B1 (ko) 2-방향성 표면 조직을 가진 구조적 충전 재료, 및 그 충전 재료를 사용하는 질량 및 열 전이 방법
US4374542A (en) Undulating prismoid modules
US5632934A (en) Packing with improved capacity for rectification systems
JP3554248B2 (ja) ストラクチャード充填物、それを用いる交換塔及び交換方法、並びにストラクチャード充填物取り付け方法
US6874769B2 (en) Structured packing plate and element and method of fabricating same
US4304738A (en) Packing Material and apparatus
JPH11514568A (ja) ストラクチャード・パッキング
JPS62110701A (ja) 交換塔用充填要素
US20020063344A1 (en) Fluid contacting device used as structured packing and static mixer
AU755288B2 (en) Film fill-pack for inducement of spiraling gas flow in heat and mass transfer contact apparatus with self-spacing fill-sheets
JPH03505303A (ja) 多層角形充填物
US4731205A (en) Random packing for fluid contact devices and method of preparing said packing
KR20010112103A (ko) 구조화된 패킹
US6119481A (en) Horizontal structured packing
JP3319174B2 (ja) 充填物及び空気分離装置
US5637263A (en) Multifold packing and method of forming
AU711580B2 (en) Tower packing element
US5996974A (en) Device for material and heat exchange
EP1464390A1 (en) Juxtaposition of structured packing
EP0639402B1 (en) Ordered packing
TWI829970B (zh) 結構化交叉通道填料元件及其用途和包括其之質量轉移管柱
CZ155898A3 (cs) Zařízení na výměnu tepla a hmoty
JPH0780288A (ja) 充填部材
JPS61238000A (ja) 物質交換塔および熱交換器などの充填材