JP3114815B2 - 改良帯域間混合装置 - Google Patents
改良帯域間混合装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は温度または組成の異なる
流体を効率的に予備混合するのに適した冷却組立体に関
する。詳細には、本発明は比較的短い混合帯域で多量の
流体と少量の流体とを充分に混合するのに適している。
流体を効率的に予備混合するのに適した冷却組立体に関
する。詳細には、本発明は比較的短い混合帯域で多量の
流体と少量の流体とを充分に混合するのに適している。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】一連の
分離触媒床を収容する反応器で多くの接触方法が行われ
る。このような方法では、往々に、冷却ボックスのよう
な混合手段が床間に配置されている。冷却ボックスの目
的は反応器で処理されている流体流と、外部源から供給
されたより冷たい流体流との急速かつ効率的な混合を行
い、それにより次の触媒床で触媒と接触する工程流の温
度を制御するためである。容易にわかるように、混合が
良好であればあるほど、温度制御および反応制御が良好
であり、従って、反応器の全性能が良好である。
分離触媒床を収容する反応器で多くの接触方法が行われ
る。このような方法では、往々に、冷却ボックスのよう
な混合手段が床間に配置されている。冷却ボックスの目
的は反応器で処理されている流体流と、外部源から供給
されたより冷たい流体流との急速かつ効率的な混合を行
い、それにより次の触媒床で触媒と接触する工程流の温
度を制御するためである。容易にわかるように、混合が
良好であればあるほど、温度制御および反応制御が良好
であり、従って、反応器の全性能が良好である。
【０００３】帯域間混合装置の例は米国特許第 3,143,5
81号、第 3,480,407号、第3,502,445 号、第3,705,016
号、第3,723,072 号、第3,880,961号、第3,895,919
号、第4,235,847 号、および第4,836,989 号に見られ
る。これらの装置の幾つかは複雑である。また、幾つか
は詰まりがちである。さらに、幾つかは望ましい混合度
を得るには実際に比較的大きい空間を必要とする。
81号、第 3,480,407号、第3,502,445 号、第3,705,016
号、第3,723,072 号、第3,880,961号、第3,895,919
号、第4,235,847 号、および第4,836,989 号に見られ
る。これらの装置の幾つかは複雑である。また、幾つか
は詰まりがちである。さらに、幾つかは望ましい混合度
を得るには実際に比較的大きい空間を必要とする。
【０００４】米国特許第4,960,571 号では、公知の冷却
ボックスについて有意な改良をもたらす冷却組立体が述
べられている。今日の競合するプロセス産業では、上記
装置により改良が達成されるにもかかわらず、なお一層
の改良を絶えず求める必要がある。従って、本発明の目
的は２つの反応帯域間の空間で外部源から供給された流
体の流れと主工程流の流体とを充分に混合する装置を提
供することである。
ボックスについて有意な改良をもたらす冷却組立体が述
べられている。今日の競合するプロセス産業では、上記
装置により改良が達成されるにもかかわらず、なお一層
の改良を絶えず求める必要がある。従って、本発明の目
的は２つの反応帯域間の空間で外部源から供給された流
体の流れと主工程流の流体とを充分に混合する装置を提
供することである。
【０００５】また、本発明の目的は特に帯域間の空間で
比較的少量の流体と比較的多量の流体とを効率的に混合
する装置を提供することである。
比較的少量の流体と比較的多量の流体とを効率的に混合
する装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決する手段】本発明の流体混合装置は、流体
を容器内を概ね垂直方向に流すことができる流体入口手
段および流体出口手段を有する垂直配置の容器と、第１
表面、第２表面および中央開口部を有する水平配置の第
１プレートと、この第１プレートの第１表面から垂直方
向に延びる垂直側壁部を有し、第１プレートの中央開口
部を覆うように寸法決めされかつ位置決めされた円筒形
キャップとを備え、このキャップが渦巻き方向に通過す
る流体の流れを第１プレートの中央開口部に差し向ける
ために側壁部に複数の傾斜スロットを有しており、第１
表面、第２表面および周囲に環状リング状に設けられた
複数の開口部を有する水平配置の第２プレートを備え、
この第２プレートの第１表面は第１プレートの第２表面
に面しているが、この第２表面から間隔をへだてられて
いる。この第２プレートの第１表面には、水平配置の円
形台が位置決めされており、この円形台は第１プレート
の中央開口部と軸方向に整合されている。複数の導管が
第２プレートの第２表面から垂直方向に延び、第２プレ
ートの周囲の開口部と連通しており、これらの導管は容
器の半径に対して所定角度で配向されたスロットを有し
ている。中央開口部を有する第３の水平配置のプレート
が第２プレートの第２表面から間隔をへだてられてお
り、この第３プレートは第２プレートとの間にジェット
攪拌混合帯域を構成している。水平配置の流体分散プレ
ートが第３プレートから間隔をへだてられており、この
流体分散プレートは複数の開口部を有しており、それに
より、このプレートに接触する流体はこれらの開口部を
通って流れることにより分散される。また、外部源から
の流体の流れを第１プレートの第１表面側で容器に導入
する手段が設けられている。
を容器内を概ね垂直方向に流すことができる流体入口手
段および流体出口手段を有する垂直配置の容器と、第１
表面、第２表面および中央開口部を有する水平配置の第
１プレートと、この第１プレートの第１表面から垂直方
向に延びる垂直側壁部を有し、第１プレートの中央開口
部を覆うように寸法決めされかつ位置決めされた円筒形
キャップとを備え、このキャップが渦巻き方向に通過す
る流体の流れを第１プレートの中央開口部に差し向ける
ために側壁部に複数の傾斜スロットを有しており、第１
表面、第２表面および周囲に環状リング状に設けられた
複数の開口部を有する水平配置の第２プレートを備え、
この第２プレートの第１表面は第１プレートの第２表面
に面しているが、この第２表面から間隔をへだてられて
いる。この第２プレートの第１表面には、水平配置の円
形台が位置決めされており、この円形台は第１プレート
の中央開口部と軸方向に整合されている。複数の導管が
第２プレートの第２表面から垂直方向に延び、第２プレ
ートの周囲の開口部と連通しており、これらの導管は容
器の半径に対して所定角度で配向されたスロットを有し
ている。中央開口部を有する第３の水平配置のプレート
が第２プレートの第２表面から間隔をへだてられてお
り、この第３プレートは第２プレートとの間にジェット
攪拌混合帯域を構成している。水平配置の流体分散プレ
ートが第３プレートから間隔をへだてられており、この
流体分散プレートは複数の開口部を有しており、それに
より、このプレートに接触する流体はこれらの開口部を
通って流れることにより分散される。また、外部源から
の流体の流れを第１プレートの第１表面側で容器に導入
する手段が設けられている。
【０００７】
【実施例】本発明を、混合装置を２つの触媒床間の帯域
に位置決めした多床接触反応器に使用した場合について
説明する。望むなら、本発明の混合装置を非接触反応容
器に使用することができることはもちろんである。図１
を参照すると、参照番号１０は複数の触媒床を包囲する
垂直な円筒形側壁部１１を有する流体降下流式多床接触
反応器（容器）を示している。従って、この容器１０は
流体流を導入して容器内を下向きに流し、容器内の流通
後、最終的に流れを除去するために上方流体入口（図示
せず）および下方流体出口（図示せず）を有する。
に位置決めした多床接触反応器に使用した場合について
説明する。望むなら、本発明の混合装置を非接触反応容
器に使用することができることはもちろんである。図１
を参照すると、参照番号１０は複数の触媒床を包囲する
垂直な円筒形側壁部１１を有する流体降下流式多床接触
反応器（容器）を示している。従って、この容器１０は
流体流を導入して容器内を下向きに流し、容器内の流通
後、最終的に流れを除去するために上方流体入口（図示
せず）および下方流体出口（図示せず）を有する。
【０００８】図１には、触媒床１２、１３が示されてい
る。触媒床１２は流体をこの床の底部から流出し得る有
孔板や、スクリーンで覆われた格子等のような触媒床支
持体１４により支持されている。当業界で公知なよう
に、ガスが触媒床に入るときにガスの分布を助けるため
に、また容器に触媒を装填するときに触媒粒子が配置さ
れた位置から乱れないようにするために、触媒床の頂部
には、複数のセラミックボール、ラッシヒリング等が配
置されている。図１の実施例では、セラミックボール１
５が触媒床１３の頂部に示されている。かくして、容器
内の多数の触媒床は触媒粒子、下方支持層および覆い層
を備えている。
る。触媒床１２は流体をこの床の底部から流出し得る有
孔板や、スクリーンで覆われた格子等のような触媒床支
持体１４により支持されている。当業界で公知なよう
に、ガスが触媒床に入るときにガスの分布を助けるため
に、また容器に触媒を装填するときに触媒粒子が配置さ
れた位置から乱れないようにするために、触媒床の頂部
には、複数のセラミックボール、ラッシヒリング等が配
置されている。図１の実施例では、セラミックボール１
５が触媒床１３の頂部に示されている。かくして、容器
内の多数の触媒床は触媒粒子、下方支持層および覆い層
を備えている。
【０００９】連続する触媒床１２、１３間には、二次流
体を外部源から導入して混合装置の上の触媒床１２から
出た部分的に反応された工程流体と混合するための混合
装置が介在されている。二次流体は代表的には、工程流
より低い温度を有し、工程流体が次の触媒床に入るとき
にこの工程流体の温度を制御するために導入される冷却
流体である。また、二次流体は、工程流が次の触媒床に
入る前に工程流の組成を調整するために添加されること
がある。
体を外部源から導入して混合装置の上の触媒床１２から
出た部分的に反応された工程流体と混合するための混合
装置が介在されている。二次流体は代表的には、工程流
より低い温度を有し、工程流体が次の触媒床に入るとき
にこの工程流体の温度を制御するために導入される冷却
流体である。また、二次流体は、工程流が次の触媒床に
入る前に工程流の組成を調整するために添加されること
がある。
【００１０】図１に示すように、混合装置は水平に配置
された第１プレート１６を有しており、この第１プレー
ト１６は容器１０を横切って延びており、任意の有利な
方法で固着されている。第１プレート１６は図示のよう
に、流体が容器１０内を進行するときに流通する中央開
口部を有している。また、プレート１６は触媒支持体１
４の下方に間隔をへだてて位置決めされている。プレー
ト１６の中央開口部の大きさはプレート１６前後の許容
可能な圧力降下により決まる。一般的な基準として、プ
レート１６の開口面積は容器１０の横断面積の約１パー
セントないし約１５パーセントの範囲である。
された第１プレート１６を有しており、この第１プレー
ト１６は容器１０を横切って延びており、任意の有利な
方法で固着されている。第１プレート１６は図示のよう
に、流体が容器１０内を進行するときに流通する中央開
口部を有している。また、プレート１６は触媒支持体１
４の下方に間隔をへだてて位置決めされている。プレー
ト１６の中央開口部の大きさはプレート１６前後の許容
可能な圧力降下により決まる。一般的な基準として、プ
レート１６の開口面積は容器１０の横断面積の約１パー
セントないし約１５パーセントの範囲である。
【００１１】第１プレート１６から側壁部１９を有する
円筒形キャップ１８が上方に延びており、この円筒形キ
ャップ１８はプレート１６の中央開口部を覆うように位
置決めされている。かくして、キャップ１８はプレート
１６の中央開口部の直径より大きい直径を有している。
また、キャップ１８は触媒支持体１４とプレート１６と
の間の距離より小さい高さ、好ましくはその距離の約１
／２ないし約１／３の高さを有する。キャップ１８は容
器１０内の下方進行中にキャップを通る流体に渦運動を
与えるために複数の傾斜スロット２０を有している。好
ましくは、スロット２０は接線方向に配向されている。
また、図２からわかるように、キャップ１８の円周に
は、１０個のスロット２０が等間隔で設けられている。
もちろん、スロット２０の数は広範囲に変化できる。基
本的には、スロットの数および大きさはキャップ１８を
通して所定の圧力降下をもたらすように選択される。
円筒形キャップ１８が上方に延びており、この円筒形キ
ャップ１８はプレート１６の中央開口部を覆うように位
置決めされている。かくして、キャップ１８はプレート
１６の中央開口部の直径より大きい直径を有している。
また、キャップ１８は触媒支持体１４とプレート１６と
の間の距離より小さい高さ、好ましくはその距離の約１
／２ないし約１／３の高さを有する。キャップ１８は容
器１０内の下方進行中にキャップを通る流体に渦運動を
与えるために複数の傾斜スロット２０を有している。好
ましくは、スロット２０は接線方向に配向されている。
また、図２からわかるように、キャップ１８の円周に
は、１０個のスロット２０が等間隔で設けられている。
もちろん、スロット２０の数は広範囲に変化できる。基
本的には、スロットの数および大きさはキャップ１８を
通して所定の圧力降下をもたらすように選択される。
【００１２】図４および図５に示す本発明の別の実施例
では、円筒形キャップ１８はプレート１６から上方に延
びる側壁部を構成する複数の垂直な羽根１９を有してい
る。図５でわかるように、これらの羽根１９は半径方向
線に対して或る角度、好ましくは、約１５°〜約７５
°、最も好ましくは、約４５°で配位されている。本発
明の好適な実施例では、プレート１６の中央開口部と同
じ直径を有する円筒形の管１７がキャップ１８の高さよ
り短い距離、一般にキャップ１８の高さの約１／２ない
し約３／４、プレート１６から上方に延びている。
では、円筒形キャップ１８はプレート１６から上方に延
びる側壁部を構成する複数の垂直な羽根１９を有してい
る。図５でわかるように、これらの羽根１９は半径方向
線に対して或る角度、好ましくは、約１５°〜約７５
°、最も好ましくは、約４５°で配位されている。本発
明の好適な実施例では、プレート１６の中央開口部と同
じ直径を有する円筒形の管１７がキャップ１８の高さよ
り短い距離、一般にキャップ１８の高さの約１／２ない
し約３／４、プレート１６から上方に延びている。
【００１３】再び図１を参照すると、図示のように、キ
ャップ１８のスロット２０はキャップの高さの約１／３
の高さを有しているが、この寸法は重要ではない。しか
し、好ましくは、キャップ１８のスロット２０は円筒形
管１７の高さ以下の高さを有している。プレート１６の
下方には、水平配置のプレート２１がプレート１６から
間隔をへだてて位置決めされており、このプレート２１
の周囲には、複数の開口部２２が環状リング状に配列さ
れている。複数の導管２３が、プレート２１から垂直下
方に延び、開口部２２と連通する。換言すると、開口部
２２各々ごとに、プレート２１から下方に延び、開口部
２２と連通している１つの導管２３が設けられている。
導管２３は流体が流通する開口部すなわちスロット２４
を有している。これらのスロット２４は流体を容器１０
の中へ半径方向に差し向けるように内方に開口されるの
がよいが、本発明の実施では、導管２３から流出する流
体が渦巻き方向に放出されるように、スロット２４を半
径方向線に対して或る角度で配向するのが特に好まし
い。スロット２４は０°〜９０°、好ましくは半径方向
線に対して約１５°〜約７５°の角度で配向される。実
際、４５°の配向が最も好ましい。
ャップ１８のスロット２０はキャップの高さの約１／３
の高さを有しているが、この寸法は重要ではない。しか
し、好ましくは、キャップ１８のスロット２０は円筒形
管１７の高さ以下の高さを有している。プレート１６の
下方には、水平配置のプレート２１がプレート１６から
間隔をへだてて位置決めされており、このプレート２１
の周囲には、複数の開口部２２が環状リング状に配列さ
れている。複数の導管２３が、プレート２１から垂直下
方に延び、開口部２２と連通する。換言すると、開口部
２２各々ごとに、プレート２１から下方に延び、開口部
２２と連通している１つの導管２３が設けられている。
導管２３は流体が流通する開口部すなわちスロット２４
を有している。これらのスロット２４は流体を容器１０
の中へ半径方向に差し向けるように内方に開口されるの
がよいが、本発明の実施では、導管２３から流出する流
体が渦巻き方向に放出されるように、スロット２４を半
径方向線に対して或る角度で配向するのが特に好まし
い。スロット２４は０°〜９０°、好ましくは半径方向
線に対して約１５°〜約７５°の角度で配向される。実
際、４５°の配向が最も好ましい。
【００１４】図１および図３に示すように、導管２３は
スロット２４を切り抜いた概ね円筒形の管部分である。
変更例として、導管２３は図６に示すような概ねＵ字形
の部材であってもよい。この形態では、Ｕ字形の部材は
プレート２１からプレート２５まで延びており、また図
１および図２の導管２３のスロット２４と同じように斜
めに配向されたＵ字形開口部２４を有している。
スロット２４を切り抜いた概ね円筒形の管部分である。
変更例として、導管２３は図６に示すような概ねＵ字形
の部材であってもよい。この形態では、Ｕ字形の部材は
プレート２１からプレート２５まで延びており、また図
１および図２の導管２３のスロット２４と同じように斜
めに配向されたＵ字形開口部２４を有している。
【００１５】図１でわかるように、水平プレート２１の
下方には、水平配向のプレート２５が位置決めされてお
り、このプレート２５はこれを水平プレート２１から間
隔をへだてさせる垂直方向に延びた環状リング即ちアー
ム部分２６を有している。また、プレート２５は大きい
中央開口部を有している。この開口部は一般に、反応器
の全横断面積の約２５％ないし約７５％、好ましくは約
５０％以上の範囲である。
下方には、水平配向のプレート２５が位置決めされてお
り、このプレート２５はこれを水平プレート２１から間
隔をへだてさせる垂直方向に延びた環状リング即ちアー
ム部分２６を有している。また、プレート２５は大きい
中央開口部を有している。この開口部は一般に、反応器
の全横断面積の約２５％ないし約７５％、好ましくは約
５０％以上の範囲である。
【００１６】プレート２１には、これから上方に延びる
円筒形台３７が中央に位置決めされている。この円筒形
台３７はプレート１６の中央開口部の直径に少なくとも
等しい直径を有している。かくして、台３７は水平プレ
ート１６の中央開口部の下方になるようにプレート２１
に位置決めされている。台３７はプレート２１とプレー
ト１６との間隔の約１／２ないし１／３の距離にわたっ
て上方に延びている。
円筒形台３７が中央に位置決めされている。この円筒形
台３７はプレート１６の中央開口部の直径に少なくとも
等しい直径を有している。かくして、台３７は水平プレ
ート１６の中央開口部の下方になるようにプレート２１
に位置決めされている。台３７はプレート２１とプレー
ト１６との間隔の約１／２ないし１／３の距離にわたっ
て上方に延びている。
【００１７】本発明の好適な実施例では、改良帯域間混
合装置は容器１０内に水平方向に配置された流体分散プ
レート２８を有しており、この流体分散プレート２８は
水平プレート２５から間隔をへだてている。図１でわか
るように、プレート２８は複数の開口部２９を有してお
り、これらの開口部２９から導管３０が上方に延びてお
り、これらの導管３０には、分散プレート２８を通る流
体の流れを制御するための標準バブルキャップ３１が設
けられている。
合装置は容器１０内に水平方向に配置された流体分散プ
レート２８を有しており、この流体分散プレート２８は
水平プレート２５から間隔をへだてている。図１でわか
るように、プレート２８は複数の開口部２９を有してお
り、これらの開口部２９から導管３０が上方に延びてお
り、これらの導管３０には、分散プレート２８を通る流
体の流れを制御するための標準バブルキャップ３１が設
けられている。
【００１８】キャップ１８と触媒支持体１４との間に
は、容器１０の外側の源（図示せず）から二次流体を導
入するための管すなわち導管３２が位置決めされてい
る。この管３２は中央に位置決めされたリングスパージ
ャ３２Ｓで終わっており、このスパージャ３２Ｓは二次
流体を工程流流体の概ね下方の流れに対して横方向に供
給するための複数の開口部３３を有している。
は、容器１０の外側の源（図示せず）から二次流体を導
入するための管すなわち導管３２が位置決めされてい
る。この管３２は中央に位置決めされたリングスパージ
ャ３２Ｓで終わっており、このスパージャ３２Ｓは二次
流体を工程流流体の概ね下方の流れに対して横方向に供
給するための複数の開口部３３を有している。
【００１９】容易にわかるように、本発明の装置は上昇
流反応容器に使用するのに同等に適している。この構成
は図７に概略的に示してある。この実施例では、帯域間
混合装置の種々の部材が下降流反応容器と同様に実質的
に同じ機能および互いに対する同じ関係を共有してお
り、従って、種々の構成要素を簡単に説明する。これら
の部材に関する全体の詳細は下降流反応器の説明の再検
討から確認することができる。
流反応容器に使用するのに同等に適している。この構成
は図７に概略的に示してある。この実施例では、帯域間
混合装置の種々の部材が下降流反応容器と同様に実質的
に同じ機能および互いに対する同じ関係を共有してお
り、従って、種々の構成要素を簡単に説明する。これら
の部材に関する全体の詳細は下降流反応器の説明の再検
討から確認することができる。
【００２０】図７を参照すると、参照番号７０は複数の
触媒床を包囲する垂直な円筒形側壁部を有する流体上昇
流多床接触反応器（容器）を示している。従って、この
容器７０は流体流を導入して容器内を上昇させ、容器内
の通過後、最終的に流れを除去するための上方流体出口
（図示せず）および下方流体入口（図示せず）を有して
いる。
触媒床を包囲する垂直な円筒形側壁部を有する流体上昇
流多床接触反応器（容器）を示している。従って、この
容器７０は流体流を導入して容器内を上昇させ、容器内
の通過後、最終的に流れを除去するための上方流体出口
（図示せず）および下方流体入口（図示せず）を有して
いる。
【００２１】図７には、触媒床１２、１３が示されてい
る。触媒床１２は触媒床支持体１４により支持されてい
る。連続する触媒床１２、１３間には、冷却流体のよう
な二次流体を導入し混合するための混合装置が介在され
ている。図７に示すように、この混合装置は水平配置の
第１プレート７６を有しており、このプレート７６は流
体が容器７０内を進行するときに流通する中央開口部を
有している。また、プレート１６が触媒床１３の上方に
触媒床１３から間隔をへだてて位置決めされている。
る。触媒床１２は触媒床支持体１４により支持されてい
る。連続する触媒床１２、１３間には、冷却流体のよう
な二次流体を導入し混合するための混合装置が介在され
ている。図７に示すように、この混合装置は水平配置の
第１プレート７６を有しており、このプレート７６は流
体が容器７０内を進行するときに流通する中央開口部を
有している。また、プレート１６が触媒床１３の上方に
触媒床１３から間隔をへだてて位置決めされている。
【００２２】側壁部７９を有する円筒形キャップ７８が
第１プレート７６から垂直方向下方に延びており、この
キャップ７８はプレート７６の中央開口部を覆うように
位置決めされている。キャップ７８は容器７０内を上方
に進行する際にキャップを通る流体に渦運動を与えるた
めに複数の傾斜スロット８０を有している。本発明の好
適な実施例では、プレート７６の中央開口部と同じ直径
を有する円筒形管７７がプレート７６から下方に延びて
いる。
第１プレート７６から垂直方向下方に延びており、この
キャップ７８はプレート７６の中央開口部を覆うように
位置決めされている。キャップ７８は容器７０内を上方
に進行する際にキャップを通る流体に渦運動を与えるた
めに複数の傾斜スロット８０を有している。本発明の好
適な実施例では、プレート７６の中央開口部と同じ直径
を有する円筒形管７７がプレート７６から下方に延びて
いる。
【００２３】プレート７６の下方には、水平配置のプレ
ート８１がプレート７６から間隔をへだてて位置決めさ
れており、このプレート８１の周囲には、複数の開口部
８２が環状リング状に配列されている。プレート８１か
ら垂直方向上方には、開口部８２と連通する複数の導管
８３が設けられている。この導管８３は流体が流通する
開口部すなわちスロット８４を有している。
ート８１がプレート７６から間隔をへだてて位置決めさ
れており、このプレート８１の周囲には、複数の開口部
８２が環状リング状に配列されている。プレート８１か
ら垂直方向上方には、開口部８２と連通する複数の導管
８３が設けられている。この導管８３は流体が流通する
開口部すなわちスロット８４を有している。
【００２４】水平プレート８１の上方には、水平配向の
プレート８５が位置決めされており、このプレート８５
はこれを水平プレート８１から間隔をへだてさせる垂直
方向に延びる環状のリングすなわちアーム部分８６を有
している。また、プレート８５は大きい中央開口部を有
している。プレート８１には、これから下方に延びる円
筒形の台８７が中央に位置決めされている。
プレート８５が位置決めされており、このプレート８５
はこれを水平プレート８１から間隔をへだてさせる垂直
方向に延びる環状のリングすなわちアーム部分８６を有
している。また、プレート８５は大きい中央開口部を有
している。プレート８１には、これから下方に延びる円
筒形の台８７が中央に位置決めされている。
【００２５】本発明の好適な実施例では、改良帯域間混
合装置は容器７０内に水平方向に配置された流体分散プ
レート８８を有しており、この流体分散プレート８８は
水平プレート８５から間隔をへだてている。図７でわか
るように、プレート８８は複数の開口部８９を有してお
り、これらの開口部８９から導管９０が上方に延びてお
り、これらの導管９０には、分散プレート８８を通る流
体の流れを制御するための標準バブルキャップ９１が設
けられている。
合装置は容器７０内に水平方向に配置された流体分散プ
レート８８を有しており、この流体分散プレート８８は
水平プレート８５から間隔をへだてている。図７でわか
るように、プレート８８は複数の開口部８９を有してお
り、これらの開口部８９から導管９０が上方に延びてお
り、これらの導管９０には、分散プレート８８を通る流
体の流れを制御するための標準バブルキャップ９１が設
けられている。
【００２６】キャップ７８と触媒床１３との間には、容
器７０の外側の源（図示せず）から二次流体を導入する
ための管すなわち導管９２が位置決めされている。この
管９２は中央に位置決めされたスパージャ９２Ｓで終わ
っており、このスパージャ９２Ｓは二次流体を工程流流
体の概ね下方の流れに対して横方向に供給するための複
数の開口部９３を有している。
器７０の外側の源（図示せず）から二次流体を導入する
ための管すなわち導管９２が位置決めされている。この
管９２は中央に位置決めされたスパージャ９２Ｓで終わ
っており、このスパージャ９２Ｓは二次流体を工程流流
体の概ね下方の流れに対して横方向に供給するための複
数の開口部９３を有している。
【００２７】明らかに、本発明の帯域間混合装置におけ
る種々の帯域、開口部、導管等の正確な寸法は許容可能
な圧力降下、混合装置に利用できる床間の空間等のよう
な種々の要因により決まる。帯域間混合装置の作動を、
触媒床１４から流出し、容器１０内を下方に流れる流体
の工程流と関連して説明する。この工程流はスパージャ
３２Ｓを経て容器に導入される冷却流体と予め混合され
る。次いで、冷却流体および工程流は開口部２０から混
合装置に入り、プレート１６の中央開口部を通って下方
に流れ始めるときに渦運動が与えられる。もちろん、こ
の渦運動の結果、工程流と二次流体すなわち冷却流体と
が混合される。次いで、プレート１６の開口部を通過
後、混合された冷却流体および工程流は台２７により水
平方向に差し向けられ、この台２７はこれらの流体が外
側開口部２２まで外方に移動するときに新しいトロイド
状の流れパターンを与える。次いで、流れが管２３の開
口部２４を通して斜めに噴霧されるときに、混合作用を
再び発生し、それにより水平プレート２１の下方に別の
渦パターンを生じる。最後に、流体がプレート２５の中
央領域を下方に流れる際、これらの流体は水平プレート
２５の下方に配置されたバブルキャップトレーディスト
リビュータにより分散される。
る種々の帯域、開口部、導管等の正確な寸法は許容可能
な圧力降下、混合装置に利用できる床間の空間等のよう
な種々の要因により決まる。帯域間混合装置の作動を、
触媒床１４から流出し、容器１０内を下方に流れる流体
の工程流と関連して説明する。この工程流はスパージャ
３２Ｓを経て容器に導入される冷却流体と予め混合され
る。次いで、冷却流体および工程流は開口部２０から混
合装置に入り、プレート１６の中央開口部を通って下方
に流れ始めるときに渦運動が与えられる。もちろん、こ
の渦運動の結果、工程流と二次流体すなわち冷却流体と
が混合される。次いで、プレート１６の開口部を通過
後、混合された冷却流体および工程流は台２７により水
平方向に差し向けられ、この台２７はこれらの流体が外
側開口部２２まで外方に移動するときに新しいトロイド
状の流れパターンを与える。次いで、流れが管２３の開
口部２４を通して斜めに噴霧されるときに、混合作用を
再び発生し、それにより水平プレート２１の下方に別の
渦パターンを生じる。最後に、流体がプレート２５の中
央領域を下方に流れる際、これらの流体は水平プレート
２５の下方に配置されたバブルキャップトレーディスト
リビュータにより分散される。
【００２８】以下の例は本発明の装置により達成される
有意な混合の向上を実証するものである。この例では、
以下の試験手順を採用した。試験手順Ａ この混合試験では、空気の流れを混合装置に下方に通
し、下記の例における混合装置を通過する全空気流の１
〜５容量％に及ぶヘリウムの流れを混合装置の直ぐ前方
の位置で空気流の外側縁部へ注入した。この試験混合装
置は２８個の等間隔の周出口を有していた。標準較正し
た熱伝導率検出器を使用して、２８個の全出口のうちの
８個のほとんど等間隔の周出口からの試料をヘリウム含
有量について分析した。この検出器はヘリウム含有量に
対して線形応答を示すので、この検出器を使用して空気
流のヘリウム含有量を確実に測定することができる。ヘ
リウム含有量を熱伝導率信号から算出した。
有意な混合の向上を実証するものである。この例では、
以下の試験手順を採用した。試験手順Ａ この混合試験では、空気の流れを混合装置に下方に通
し、下記の例における混合装置を通過する全空気流の１
〜５容量％に及ぶヘリウムの流れを混合装置の直ぐ前方
の位置で空気流の外側縁部へ注入した。この試験混合装
置は２８個の等間隔の周出口を有していた。標準較正し
た熱伝導率検出器を使用して、２８個の全出口のうちの
８個のほとんど等間隔の周出口からの試料をヘリウム含
有量について分析した。この検出器はヘリウム含有量に
対して線形応答を示すので、この検出器を使用して空気
流のヘリウム含有量を確実に測定することができる。ヘ
リウム含有量を熱伝導率信号から算出した。
【００２９】個々のヘリウム含有量測定値を使用して、
平均値からのヘリウム濃度の絶対正規偏差を平均化する
ことによって平均値からのヘリウム含有量の算術偏差を
算出した。１００を掛けた平均偏差をパーセント平均算
術偏差（ＡＲＤ）として得た。このＡＲＤ値は装置に起
こる混合の目安である。完全な混合を０％のＡＲＤ値で
表し、即ち、すべての試料が同じヘリウム含有量を有し
ている。かくして、高いＡＲＤ値は混合装置を出る低い
ヘリウム含有量の一様性および低い混合性能に相当し、
低いＡＲＤ値は良好な混合性能に相当する。例１ 本発明の指示に従って、直径１０．１６ｃｍ（４イン
チ）の頂プレートと、直径７．６２ｃｍ（３インチ）の
オリフィスと、半径方向線に対して１５°で傾斜し、高
さ１．２７ｃｍ（０．５インチ）および深さ１．２７ｃ
ｍ（０．５インチ）の２６個の羽根とを備えた装置を構
成した。オリフィスの下方のボックスは深さが７．６２
ｃｍ（３インチ）であった。このボックスはオリフィス
の下方に中央に位置決めされた直径２０．３２ｃｍ（８
インチ）および高さ３．８１ｃｍ（１．５インチ）の円
筒形台を収容していた。ボックス直径は６６．０４ｃｍ
（２６インチ）であり、その外周には、直径０．９２３
ｃｍ（０．３７５インチ）の２８個の等間隔の出口が位
置決めされていた。空気の流量は5.１２Ｎｍ3 ／ｍｉｎ
（１８１ＳＣＦＭ）であり、ヘリウムの流量は0.０５２
Ｎｍ3 ／ｍｉｎ（１．８ＳＣＦＭ）であった。上記の試
験手順概要を使用して、１５°羽根混合装置についての
ＡＲＤ値は４３％であった。例２ 半径方向線に対する羽根の角度を３０°にし、その他の
すべての寸法を同じに保って例１の羽根混合装置を変更
した。また、ガスの流量も同じにした。ＡＲＤ値を測定
した結果、２２％であり、この数値は羽根のより急な角
度による向上を示している。例３ 半径方向線に対する羽根の角度を45°にし、その他のす
べての寸法を同じに保って例２の羽根混合装置を変更し
た。この場合の空気の流量は5.０９Ｎｍ3 ／ｍｉｎ（１
８０ＳＣＦＭ）であり、ヘリウムの流量は0.０５２Ｎｍ
3 ／ｍｉｎ（1.８３ＳＣＦＭ）であった。ＡＲＤ値を測
定した結果、９％であり、この数値は例１および例２の
装置と比較して羽根のより急な角度による向上を示して
いる。例４ 例１の装置において、頂プレートの直径を１５．２４ｃ
ｍ（６インチ）とし、中央孔の直径を１２．７０ｃｍ
（５インチ）とし、半径方向線に対して１５°、高さ
１．２７ｃｍ（０．５インチ）および深さ１．２７ｃｍ
（０．５インチ）の３５個の羽根と、高さ１．９０５ｃ
ｍ（０．７５インチ）および直径１２．７０ｃｍ（５イ
ンチ）のスペーサと、高さ３．８１ｃｍ（１．５イン
チ）および直径６６．０４ｃｍ（２６インチ）の混合ボ
ックスとを設けた。ヘリウムトレーサを混合装置の上方
に設置された真直ぐな管スパージャを通して導入した。
このスパージャは直径０．４０６ｃｍ（０．１６イン
チ）の２４個の孔を有していた。１８.7ｍ3 ／ｍｉｎ
（６６０立方フィート／分）の空気と0.１９ｍ3 ／ｍｉ
ｎ（６．８立方フィート／分）のヘリウムとを混合する
ことにより試験を行った。ＡＲＤ値を測定した結果、２
３％であった。
平均値からのヘリウム濃度の絶対正規偏差を平均化する
ことによって平均値からのヘリウム含有量の算術偏差を
算出した。１００を掛けた平均偏差をパーセント平均算
術偏差（ＡＲＤ）として得た。このＡＲＤ値は装置に起
こる混合の目安である。完全な混合を０％のＡＲＤ値で
表し、即ち、すべての試料が同じヘリウム含有量を有し
ている。かくして、高いＡＲＤ値は混合装置を出る低い
ヘリウム含有量の一様性および低い混合性能に相当し、
低いＡＲＤ値は良好な混合性能に相当する。例１ 本発明の指示に従って、直径１０．１６ｃｍ（４イン
チ）の頂プレートと、直径７．６２ｃｍ（３インチ）の
オリフィスと、半径方向線に対して１５°で傾斜し、高
さ１．２７ｃｍ（０．５インチ）および深さ１．２７ｃ
ｍ（０．５インチ）の２６個の羽根とを備えた装置を構
成した。オリフィスの下方のボックスは深さが７．６２
ｃｍ（３インチ）であった。このボックスはオリフィス
の下方に中央に位置決めされた直径２０．３２ｃｍ（８
インチ）および高さ３．８１ｃｍ（１．５インチ）の円
筒形台を収容していた。ボックス直径は６６．０４ｃｍ
（２６インチ）であり、その外周には、直径０．９２３
ｃｍ（０．３７５インチ）の２８個の等間隔の出口が位
置決めされていた。空気の流量は5.１２Ｎｍ3 ／ｍｉｎ
（１８１ＳＣＦＭ）であり、ヘリウムの流量は0.０５２
Ｎｍ3 ／ｍｉｎ（１．８ＳＣＦＭ）であった。上記の試
験手順概要を使用して、１５°羽根混合装置についての
ＡＲＤ値は４３％であった。例２ 半径方向線に対する羽根の角度を３０°にし、その他の
すべての寸法を同じに保って例１の羽根混合装置を変更
した。また、ガスの流量も同じにした。ＡＲＤ値を測定
した結果、２２％であり、この数値は羽根のより急な角
度による向上を示している。例３ 半径方向線に対する羽根の角度を45°にし、その他のす
べての寸法を同じに保って例２の羽根混合装置を変更し
た。この場合の空気の流量は5.０９Ｎｍ3 ／ｍｉｎ（１
８０ＳＣＦＭ）であり、ヘリウムの流量は0.０５２Ｎｍ
3 ／ｍｉｎ（1.８３ＳＣＦＭ）であった。ＡＲＤ値を測
定した結果、９％であり、この数値は例１および例２の
装置と比較して羽根のより急な角度による向上を示して
いる。例４ 例１の装置において、頂プレートの直径を１５．２４ｃ
ｍ（６インチ）とし、中央孔の直径を１２．７０ｃｍ
（５インチ）とし、半径方向線に対して１５°、高さ
１．２７ｃｍ（０．５インチ）および深さ１．２７ｃｍ
（０．５インチ）の３５個の羽根と、高さ１．９０５ｃ
ｍ（０．７５インチ）および直径１２．７０ｃｍ（５イ
ンチ）のスペーサと、高さ３．８１ｃｍ（１．５イン
チ）および直径６６．０４ｃｍ（２６インチ）の混合ボ
ックスとを設けた。ヘリウムトレーサを混合装置の上方
に設置された真直ぐな管スパージャを通して導入した。
このスパージャは直径０．４０６ｃｍ（０．１６イン
チ）の２４個の孔を有していた。１８.7ｍ3 ／ｍｉｎ
（６６０立方フィート／分）の空気と0.１９ｍ3 ／ｍｉ
ｎ（６．８立方フィート／分）のヘリウムとを混合する
ことにより試験を行った。ＡＲＤ値を測定した結果、２
３％であった。
【００３０】本発明が、反応物または部分的に反応した
反応物と冷却流体を均一に混合してかかる物質の温度分
布、組成またはそれらの両方を制御する種々の接触プロ
セスに使用するのにもちろん適していることは容易にわ
かるはずである。実際、流体は容器で行われるプロセス
の性質に応じてあらゆる気体または液体である。従っ
て、本発明による帯域間混合装置の構成の多くの変形例
があり、本発明を特許請求の範囲によってのみ限定すべ
きであることは容易にわかるであろう。
反応物と冷却流体を均一に混合してかかる物質の温度分
布、組成またはそれらの両方を制御する種々の接触プロ
セスに使用するのにもちろん適していることは容易にわ
かるはずである。実際、流体は容器で行われるプロセス
の性質に応じてあらゆる気体または液体である。従っ
て、本発明による帯域間混合装置の構成の多くの変形例
があり、本発明を特許請求の範囲によってのみ限定すべ
きであることは容易にわかるであろう。
【図１】少なくとも２つの触媒床を収容し、本発明のよ
る帯域間混合装置を有する下降流容器の垂直断面図であ
る。
る帯域間混合装置を有する下降流容器の垂直断面図であ
る。
【図２】本発明の帯域間混合装置の円筒形キャップのス
ロット付き開口部を示す図１の線２─２に沿った断面図
である。
ロット付き開口部を示す図１の線２─２に沿った断面図
である。
【図３】本発明の装置のジェット攪拌混合帯域に開口す
るスロット付き導管の詳細図である。
るスロット付き導管の詳細図である。
【図４】本発明の帯域間混合装置の一部を構成する別の
円筒形キャップの概略図である。
円筒形キャップの概略図である。
【図５】図４の円筒形キャップの羽根の配置の平面図で
ある。
ある。
【図６】本発明のジェット攪拌混合帯域に開口する別の
スロット付き導管の平面図である。
スロット付き導管の平面図である。
【図７】少なくとも２つの触媒床および本発明の帯域間
混合装置を有する上昇流容器の垂直断面図である。
混合装置を有する上昇流容器の垂直断面図である。
【符号の説明】 １０ 流体下降流多床接触反応器 １２、１３ 触媒床 １４ 触媒支持体 １６ 第１プレート １７ 円筒形管 １８ 円筒形キャップ １９ 羽根 ２０ スロット ２１ プレート ２２ 開口部 ２３ 導管 ２４ スロット ２５ プレート ２８ 流体分散プレート ３０ 導管 ３１ バブルキャップ ３２ 管 ３３ 開口部 ３７ 円筒形台
フロントページの続き (72)発明者 ジョン セオドア ワイアット 米国 ニュージャージー州 07932 フ ロラムパーク オーチャード ロード 28 (72)発明者 ロバート マーティン コーロス 米国 ニュージャージー州 07090 ウ ェストフィールド ノーマンディー ド ライヴ 58 (56)参考文献 米国特許3787189（ＵＳ，Ａ) 米国特許4836989（ＵＳ，Ａ) 米国特許4235847（ＵＳ，Ａ) 米国特許4960571（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 3/00 - 5/26
Claims (7)
- 【請求項１】 縦型容器で二次流体と主工程流とを混合
する帯域間混合装置において、第１表面、第２表面およ
び中央開口部を有する水平配置の第１プレートと、第１
プレートの第１表面から垂直方向に延びる側壁部を有す
る円筒形キャップとを備え、該キャップは第１プレート
の中央開口部を覆うように寸法決めされかつ位置決めさ
れており、キャップは流体の流れを第１プレートの中央
開口部に向けて渦巻き方向に差し向けるために側壁部に
複数の傾斜開口部を有しており、第１表面および第２表
面を有する水平配置の第２プレートを備え、該第２プレ
ートは第１プレートの第２表面から間隔を隔てられてお
り、第２プレートはその周囲に環状リング状の複数の開
口部を有しており、第２プレートの第１表面に位置決め
され、第１プレートの中央開口部と整合された水平配置
の台と、第２プレートの第２表面から垂直方向に延び、
その周囲の開口部と連通する複数の導管とを備え、該導
管は容器の半径に対して所定の角度で配向されたスロッ
トを有しており、第１表面および第２表面を有する水平
配置の第３プレートを備え、該第３プレートの第１表面
は第２プレートの第２表面から間隔を隔てられており、
第３プレートは中央開口部を有しており、第３プレート
の第２表面から間隔をへだてられ、複数の開口部を有す
る水平配置の流体分散プレートと、二次流体を第１プレ
ートの第１表面側に導入する手段とを備えたことを特徴
とする帯域間混合装置。 - 【請求項２】 第２プレート上の台は円筒形であり、第
１プレートの中央開口部の直径に少なくとも等しい直径
を有することを特徴とする請求項１に記載の帯域間混合
装置。 - 【請求項３】 キャップの側壁部の複数の傾斜開口部は
均等に間隔をへだてられ、接線方向に配向されているこ
とを特徴とする請求項２に記載の帯域間混合装置。 - 【請求項４】 円筒形キャップの側壁部は接線方向に配
向された複数の垂直な羽根よりなることを特徴とする請
求項２に記載の帯域間混合装置。 - 【請求項５】 第１プレートの中央開口部と同じ直径を
有し、キャップの高さより短い距離にわたって第１プレ
ートから垂直方向に延びる円筒形管を備えたことを特徴
とする請求項３または４に記載の帯域間混合装置。 - 【請求項６】 導管のスロットは容器の半径に対して約
０°〜約９０°の角度で配向されていることを特徴とす
る請求項５に記載の帯域間混合装置。 - 【請求項７】 二次流体を導入する手段は二次流体を半
径方向外方に導入するための複数の開口部を有する中央
に位置決めされた円筒形スパージャ管で終わっている導
管であることを特徴とする請求項６に記載の帯域間混合
装置。
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