JP4392247B2 - 流体を調合するための方法および装置 - Google Patents

Description

本出願は２００２年３月１４日出願の１０／０９８７９８の優先権を主張する。

本発明の分野は流体の調合および分配に関する。

多くの商業プロセスは、特に触媒リアクターおよび大きな分留塔を含む、流体の調合を伴う。このような調合は、特に流体が（液体およびガス／蒸気のような）多相であり、大容積が速く調合される場合、必ずしも単純な事柄ではない。多数の調合装置が既知であり、これらのうちいくつかが、参照として全文が本発明に組み込まれるＪａｃｏｂｓらによる米国特許第６０９８０６５号明細書（２０００年８月）に説明される。Ｊａｃｏｂらは、いくつかの改善を教示しており、そのいくつかは分配プレート上に間隔があけられるバブルキャップを伴う。

バブルキャップは一般的に、流体がキャップとライザーの間のスペースに上方向に流れ、方向を逆流し、次いでライザーの通路を通って下方向に流れるように配列された、ライザーおよびキャップを含む。渦巻き方向がないので、流体の流路は従って一般的に逆「Ｕ」字形状である。バブルキャップは一般的に分配プレートに添着され、ライザーを通る通路は分配プレートのホールで合流する。バブルキャップはしばしば、ライザーおよびキャップの間の環状スペースへのガス相のための入口を提供する、複数のサイドスロットを包含する。ガスは環状スペースに存在する液体に飛沫同伴（ｅｎｔｒａｉｎ）する。例えば、参照として全文が本発明に組み込まれるＳｈｉｈらによる米国特許第５，１５８，７１４号明細書（１９９２年１０月）を参照されたい。

キャップに関してライザーの位置を維持するためのいくつかのメカニズムが必要である。片持ち梁アームまたはその目的のための別のスペーサーを使用することが知られている。例えば、それぞれ参照として全文が本発明に組み込まれるＮｅｌｓｏｎらによる米国特許第５，９８９，５０２号明細書（１９９９年１１月）、およびＨｅａｔｈらによる米国特許第４，３０５，８９５号明細書（１９８１年１２月）を参照されたい。過去においてこのようなスペーサーは、費用を軽減し、いずれの流れの影響も最小限にするために常に最小サイズである。従来技術のスペーサーは従って位置決め機能の役目のみを果たし、実質的に流体の流れまたは調合のいずれの助けにもならない。

スカートの高さは流体の流れおよび調合に実質的に影響を及ぼすことが明らかにされている。例えば、参照として全文が本発明に組み込まれる“Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｂｕｂｂｌｅ−Ｃａｐ Ｔｒａｙ Ｄｅｓｉｇｎ”， Ｂｏｌｌｅｓ， Ｗｉｌｌｉａｍ Ｌ．， ａ ｆｏｕｒ ｐａｒｔ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， Ｖｏｌ． １１， Ｎｏ． ２， ｐｐ ６５−８０； Ｖｏｌ． １１， Ｎｏ． ３， ｐｐ ８２−９５； Ｖｏｌ． １１， Ｎｏ． ４， ｐｐ ７２−７９， Ｖｏｌ． １１， Ｎｏ． ５， ｐｐ １０９−１２０ を参照されたい。この一連の記事においてＢｏｌｌｅｓは、蒸留塔において一般に使用される型のバブルキャップのための設計方法論を紹介している。このような塔において、蒸気流はバブルキャップトレイを通って上方向に流れ、液体流はバブルキャップトレイを横切って横断する。このような流れは、代表的に逆流の流れとして説明される。Ｂｏｌｌｅｓの記事、Ｖｏｌ． １１， Ｎｏ． ３， ｐ． ８７において、１．３ｃｍから３．８ｃｍのスカートの高さが推奨され、スカートの高さが大きいと不利であろうという提案がされている。最近の適用が認識している、高さが３．８ｃｍよりも大きいスカートのための学説、提案、または動機づけは確かにない。

逆に、Ｂａｌｌａｒｄら（Ｕ．Ｓ．３，２１８，２４９）は、蒸気および液体の同時下流のための調合および分配手段としてのバブルキャップの使用を教示している。Ｂａｌｌａｒｄらは「実際的にトレイの上が無距離に相当する高さから、そこから上へ約１フットの距離までの合理的な範囲である、ダウンカマーを通ったガスの流れが密封されない程長い分配トレイの上の・・・」任意の距離の高さのスカートを教示している。Ｂａｌｌａｒｄらは更に、「・・・重力により蒸気相から解かれた液体相は、キャップ毎のガス流速により初期に決定される高さである、ダウンカマーキャップのスロットの深さの下の高さまでトレイ１８上を満たす。もちろん、スロット口のいくつかが、そこを通る蒸気の通路を許容するために液体表面上にさらされる必要がある。キャップがスロットを備えない場合、トレイ上の液体レベルは同じ理由でキャップの縁の底部の下になる。スロットのないキャップが使用される場合、底部の縁およびトレイの間のクリアランスは、その下のガスおよび液体の通路を収容するために維持されなければならない。」と教示している。スロットを有するキャップを通る蒸気の流れは、スカートの高さを実際的に無距離にまで減少させることによって遮断することができないので、Ｂａｌｌａｒｄらによって教示されるスカートの高さの寸法範囲は、明らかにスロットのないキャップに明確に当てはまる。スロットを有するバブルキャップに適した特定の寸法範囲の学説はない。

Ｓｈｉｈら（米国特許第５，１５８，７１４号明細書）は、ライザーに存在する液体の分配を改善するための分散プレートの使用を教示している。Ｇａｍｂｏｒｇら（米国特許第５，９４２，１６２号明細書）は、液体分配の均一性を改善するためにキャップがライザーと非同心円であるように修正された、スロットを有するキャップの使用を教示している。Ｇａｍｂｏｒｇらはこの修正されたバブルキャップを、キャップが上向流管と呼ばれ、ライザーが下向流管と呼ばれる、蒸気リフト管として説明する。それにもかかわらず、流体の流路は、先ず上向流管を通って上方向に流れ、次いで下向流管を通って下方向に流れる逆「Ｕ」文字形状をしている。Ｊａｃｏｂｓら（米国特許第６，０９８，９６５号明細書）は、ライザーに存在する液体の分配を改善するために、ライザー羽根および／またはターゲットプレートの使用を教示している。上に引用した特許は別にして、蒸気および液体の同時下向流のための調合および分配手段として、バブルキャップを使用することにおける技術的進歩を開示する、パブリックドメインでのいずれの他の情報も最近の出願人は認識していない。

バブルキャップを利用するいくつかのシステムは、バブルキャップの上流に流体の粗分配を提供する。Ｓｔａｎｇｅｌａｎｄらに付与された特許（米国特許第５，６９０，８９６号明細書 １９９７年１１月）は、バブルキャップトレイの上に直接的に置かれる孔あき板を含む、粗分配のための装置を説明している。このアプローチにより、孔はガス相流体および液体相流体の両方を通さなければならない。その結果、このトレイ上の優勢な液体レベルは相当低くてよく、よって粗分配の質に不利に影響を与える。Ｇｒｏｔｔらに付与された特許（米国特許第５，８３７，２０８号明細書 １９９８年１１月）は、円筒壁に囲まれた孔あきトレイから成る粗分配のための装置を説明している。このアプローチにより、ガス相流体は孔あきトレイとリアクター壁の間の環状エリアを通って流れることができ、一方では液体相流体は孔を主に通って流れる。このアプローチの一つの欠点は、環状に下向に流れるガス相流体がバブルキャップトレイの液体表面を乱し、よってバブルキャップトレイの性能に不利に影響を与えることである。最後に、上記の両方のアプローチにより、孔あきトレイはバブルキャップトレイの精査およびメンテナンスアクセスを制限する。

従って、バブルキャップトレイおよび粗分配メカニズムの改善を含む、流体の調合および分配のための改善された方法および装置への必要性が未だ存在する。

一つの態様において本発明は、バブルキャップが、ライザーの上部とキャップの底部の間で測定される距離の少なくとも５０％の長さに伸びるデバイダーにより離される、ライザーおよびキャップを有する装置および方法を提供し、この距離は以下「ライザー／キャップスパン」と呼ぶことにする。好ましい実施形態において、デバイダーは好ましくはライザー／キャップスパンの少なくとも７０％であり、より好ましくはライザー／キャップスパンの少なくとも９０％である。デバイダーはライザーおよびキャップのいずれか、または両方に取り付けられてもよく、このようなデバイダーは２つ以上でもよい。

別の態様において本発明は、トレイを通過する液体容積流量に適したスカートの高さを提供するようライザーおよびキャップが共に動作する装置および方法を提供する。液体表面下のライザーおよびキャップの部分は、トレイをクロスフローする液体に対するハイドロリック（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）抵抗として機能する。このハイドロリック抵抗は、トレイ上の液体の深さにおける変動を結果として生じる。より深い液体の深さは、液体がトレイ上に導入されているトレイ上のエリアで生じ、一方より浅い液体の深さは、液体がクロスフローによって達するトレイ上のエリアで生じる。液体の深さにおけるこれらの変動は、トレイデック（ｔｒａｙ ｄｅｃｋ）自体の水平からの物質的変動と同様に、液体分配の均一性にとってまさに有害である。

スカートの高さを増加することにより、液体クロスフローに対するハイドロリック抵抗は軽減される。特定の適用のための好ましいスカートの高さは、数ある中でも、とりわけトレイを通過する液体容積流量に依存する。低液体速度のために、４ｃｍより少なくないスカートの高さを有するバブルキャップが好ましい。高液体速度では、少なくとも５ｃｍのスカートの高さを有するバブルキャップがより好ましく、更に速い高液体速度では少なくとも７ｃｍのスカートの高さを有するバブルキャップがより好ましい。非常に大きいリアクターにおいて直面するかもしれない、極めて速い高液体速度では、８ｃｍ以上のスカートの高さを有するバブルキャップが企図される。異常に高いスカートの高さは、特に短いキャップを使用するよりもむしろ、特に長いライザーを使用することにより好ましくは達成される。

更に別の態様において本発明は、一つまたは複数の次に続く分配トレイへ流体の粗分配を提供するよう、雁木飾り型（ｃｈｅｖｒｏｎ−ｔｙｐｅ）羽根およびプレート（例えば調合チャンバフロアおよびスプラッシュデック）が協働する、装置および方法を提供する。

本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、同様の符号が同様の構成要素を表す添付の図面と共に、好ましい実施形態の以下の詳細な説明より明白になるであろう。

図１において従来技術のバブルキャップ１０は、スペーサー４０により離されるライザー２０およびキャップ３０を一般的に含む。バブルキャップ１０は分配プレート１５に取り付けられる。スペーサー４０はライザー２０およびキャップ３０両方の長さに対して極めて小さく、スカートの高さ６０は４ｃｍより小さい。バブルキャップを通る流体の流路７０は一般的に逆「Ｕ」文字形状である。

図２Ａおよび２Ｂにおいて、バブルキャップ１００は、複数のデバイダー１４０により離されるライザー１２０およびキャップ１３０を一般的に含む。バブルキャップは流体を局所的に調合するよう分配プレート１１５と共に動作する。（ここで使用されるように、「流体」という用語は、特に蒸気相または液体相を含む、任意の流れるものか、または少なくとも２つの相を含む混合物、を意味する。この用語はまた、商業プロセスにおいて調合および分配される任意の流体をも含む）。

ライザー１２０は上部１２２と、ライザー１２０の上部１２２および分配プレート１１５の上部１１６の間の距離により画定されるライザーの高さ１２５、を有する。ライザー１２０はまた内部通路１９０を画定する。企図されるライザーは、調合される流体の温度および腐食性に多分に応じて、カーボンスチール、ステンレススチールおよび別の合金、プラスチック、およびセラミック、を含む任意の適切な物質から形成されることが可能である。このようなライザーはまた、実質的に任意の適切な総体的寸法を有することもできる。総体的形状はまた変動することもある。円形の水平断面エリアを有する管状ライザーが好ましいが、楕円形、正方形、長方形、または別の水平断面エリアを有する管状ライザーを提供することも企図される。ライザーはその長さに沿って均一の通路を有する必要すらない。好ましいライザーはまた、通路の上または以内（図示せず）の渦巻きダイレクター１５０を有してもよい。

キャップ１３０は、上部１３２と、底部エッジ１３４と、キャップ１３０の上部１３２とキャップ１３０の底部エッジ１３４の間の距離により画定されるキャップの長さ１３５とを有する。キャップ１３０はまた、キャップ１３０の底部エッジ１３４と分配プレート１１５の上部１１６の間の距離として画定される、スカートの高さ１６０も有する。企図されるキャップはまた、調合される物質の温度および腐食性にまた多分に応じて、カーボンスチール、ステンレススチールおよび別の合金、プラスチック、およびセラミック、を含む任意の適切な物質から形成されることが可能である。好ましいキャップは関連したライザーの形状と同様の形状の水平断面エリアを有するが、別の形状を有してもよい。例えば、円筒状断面ライザーが長方形断面キャップを有してよい。

スカートの高さ１６０は、ライザーの高さ１２５と、キャップの長さ１３５と、ライザー１２０の上部１２２とキャップ１３０の上部１３２の間の距離と相関関係にある。好ましいバブルキャップは、４ｃｍより少なくないスカートの高さを提供するよう共に動作するライザー１２０およびキャップ１３０を有する。より好ましいバブルキャップは少なくとも４．５ｃｍのスカートの高さを有し、更により好ましいバブルキャップは少なくとも５ｃｍ、少なくとも７ｃｍ、少なくとも８ｃｍ、および少なくとも１０ｃｍのスカートの高さを有する。異常に高いスカートの高さは、全ての組み合わせが企図されるが、特に短いキャップを使用するよりもむしろ、特に長いライザーを使用することにより好ましく達成される。

分配プレート１１５の上部１１６上で移動する流体のクロスフローを高めるので、いずれの特定の理論または企図される動作モードにも限定されることなく、本発明者は少なくとも４ｃｍのスカートの高さが有利であることを企図する。分配プレート１１５の上部１１６を渡って、またその後ライザー１２０およびキャップ１３０の間のスペース１８０とライザー通路１９０を通って運ばれる液体相の量に多分に応じて、８ｃｍまで、またはそれ以上のスカートの高さもまた有利であることを、ハイドロリック計算は示している。現在好ましい実施形態として考察されないが、分配プレート上のバブルキャップは必ずしも全てが同じスカートの高さを有する必要がないことも企図される。例えば、いくつかのスカートの高さは５ｃｍより小さく、一方で別のスカートの高さは５ｃｍよりも大きい。あるいは、全てのスカートの高さは５ｃｍよりも大きく、いくつかは７ｃｍより大きくてよい。比較的高いスカートの高さを有するバブルキャップが、分配プレートの周囲のあたりに位置決めされるか、またはいくつかの別の方法において、流体が分配プレートに導入される場所に少なくとも部分的に応じて位置決めされることも更に有利である。

あるいは、スロットが延長されることも可能である。好ましいスロットは少なくとも６ｃｍの長さであり、より好ましくは少なくとも９ｃｍの長さであり、更により好ましくは少なくとも１０ｃｍの長さであり、また最も好ましくは少なくとも１２ｃｍの長さである。

図２Ａおよび２Ｂにおけるデバイダー１４０は好ましくは、キャップ１３０の側壁からライザー１２０の側壁までの全体距離に本質的にかかる。デバイダーはライザー１２０の上部１２２付近に位置決めされる。しかしながら、別の実施形態もまた企図される。例えば、デバイダーは現在、ライザー１２０およびキャップ１３０の間のスペース１８０に流れる流体のハイドロリクスに著しい影響を与えるのに十分長いものと企図される。好ましいデバイダー１４０はライザー／キャップスパンの少なくとも５０％の長さ、好ましくはその距離の７０％、より好ましくはその距離の９０^＋％、を有することにより流体ハイドロリクスに影響を与える。代替の実施形態（図示せず）において、デバイダーはキャップの上部からキャップの底部エッジ１３４までずっと伸びることができる。デバイダーの長さの合計がライザー／キャップスパンの少なくとも５０％である限り、デバイダーは連続的である必要はなく、いくつかの短いデバイダーで構成されてよい。企図されるデバイダー（図示せず）はまた、デバイダーがライザー１２０およびキャップ１３０の間のスペース１８０に上昇する流体に渦巻きを与えるように、非垂直に位置決めされてもよい。更に、特に２つ、３つ、４つ、５つ、または６つからのデバイダーを含む、任意の適切な数のデバイダーは、任意の所与のバブルキャップで利用されるよう企図される。

デバイダー１４０はライザー、キャップ、またはライザーおよびキャップの両方に取り付けられてよい。取り付けは直接的または間接的でよい。デバイダーのうちいくつかはライザーのキャップへの位置決めの維持を助けることが可能であり、またこの点について、いくつかはそれほど、または全く助けとならない。好ましい取り付け方法は、タック溶接、スティッチ溶接、または任意の別の溶接手段のような溶接を含む。デバイダーは任意の適切な１つまたは複数の物質を含んでよい。渦巻きダイレクター１５０は、ライザー１２０の上部１２２に添着される。渦巻きダイレクター１５０は、ライザー１２０およびキャップ１３０の間のスペース１８０からの流体１７０を、円周の流路のライザー通路１９０へ向け、流体１７０がライザー通路１９０に存在するので、ライザー１２０の内部壁と流体１７０のリング形状排出パターンをより均一に湿らせる結果が明らかに生じる。渦巻きダイレクターはライザー１２０と連続的でよいか、または、溶接または任意の別の適切な方法によってライザー１２０に添着してよい。動作において流体１７０は、スカートの高さ１６０により画定される、分配プレート１１５の上部１１６とキャップ１３０の底部エッジ１３４の間の開口１１７を通って、バブルキャップ１００に入る。バブルキャップ１００がキャップ１３０の側上に１つ以上のスロットを有する場合、流体はまたそこも通ってバブルキャップ１００に入る。次いで流体１７０はライザー１２０、キャップ１３０、および２つのデバイダー１４０、の間のスペース１８０に入る。次いで流体１７０は、スペース１８０を通って上向きに流れ、流体１７０が調合される渦巻きダイレクター１５０を通って流れる。次に流体はライザー１２０に入り、ライザー通路１９０を通って下向きに流れる。キャップの長さ１３５は図１のキャップの長さ３５よりも短く、よってスカートの高さ１６０が図１のスカートの長さ６０よりも長くなるのを許容する。２つの隣接したバブルキャップ１００が異なる高さの場合、多分傾けられた分配トレイ１１５のため、２つのデバイダー１４０およびスカートの高さ１６０は、図１の２つの隣接したバブルキャップ１０の場合よりも、２つの隣接したライザーの間を流体１７０がより均一に分配されるのを許容する。

分配プレート１１５は好ましくは円形であり、直径は約９０ｃｍおよび約６１０ｃｍの間の長さであり、厚さは約０．１５ｃｍおよび１ｃｍの間の長さである。サイズは一般的に、利用されるリアクターのサイズに依存する。最近では、好ましい分配プレートは、カーボンスチール、プラスチック、およびセラミックを含む、任意の適当な物質もまた企図されるが、ステンレススチールおよび別の合金から形成される。約６０より少ない数または約１２００より多い数のバブルキャップもまた企図されるが、代表的な分配プレート１１５は約６０および約１２００の間のバブルキャップを支持する。ライザー１２０は代表的に、ライザー通路１９０が分配プレート１１５のホール１１８と一致するように、分配プレート１１５に巻き入れられる。

別のバブルキャップに関して上記で参照したＪａｃｏｂｓ特許に描写されるように、チャンバ調合および／または粗分配が上流にて達成されてよいので、分配プレート１１５は、再分配プレートを実際に含んでよい。従って、任意の調合リアクターでの別のプロセスおよび装置に関し、分配プレート１１５は任意の適切な位置に置かれてもよい。

図３において、バブルキャップ２００が２つのデバイダー１４０の代わりに４つのデバイダー２４０を有すること以外は、バブルキャップ２００は図２Ａおよび２Ｂのバブルキャップ１００と同様である。図３において、４つのデバイダー２４０は２つのデバイダー二組に組織され、それぞれの組はスペース２８０内の離れた垂直平面に配置される。それぞれの組の中において、２つのデバイダーはスペース２８０内の１つの垂直平面内に配置され、スペース２８０内で離される。結果として流体２７０は、ライザー２２０とキャップ２３０の間に４つのデバイダー２４０を通して形成される、スペース２８０を通過してよい。

図４において、バブルキャップ３００が、キャップの長さ１３５よりも短いキャップの長さ３３５、およびライザーの高さ１２５よりも短いライザーの高さ３２５を有すること以外は、バブルキャップ３００はまた図２Ａおよび２Ｂのバブルキャップ１００と同様である。結果得られるのは、ライザーの高さおよびキャップの長さが異なるのに、バブルキャップ１００のスカートの高さ１６０と等しいスカートの高さ３６０である。

図５においてバブルキャップ４００は、多側面スロット４９５が配置される円筒状の湾曲側面４３３を有する。任意の所与のスロット４９５のスロットの長さ４９７が上部４９６からキャップ４３０の底部４３４までの距離であるように、多側面スロット４９５のそれぞれはキャップ４３０の底部４３４に下方向に伸びる。スロットの高さ４９８は、スロット４９５の上部４９６と分配プレート４１５の上部４１６の間の距離として画定される。数ある中で、このような側面スロット４９５は、通路が、調合され分配される流体４７０のバブルキャップ４００の中へ入るのを許容する。

図５のバブルキャップ４００は少なくとも８個のスロット４９５を有し、そのうち４つが図示される。スロットの長さ４９７は７ｃｍであり、スロットの高さ４９８は１１ｃｍである。代替の実施形態において、スロットの長さ４９７は、約４から３０ｃｍのあたりであろうことが企図される。スロット４９５は、三角形または別の先細形状や、ジグザグ形状等のような、任意の他の適当な形状を有してよいが、一般的に長方形の形状を代表的に有する。図６において、分配プレート５１６は複数のバブルキャップ５００を包含する。ライザー５２０およびキャップ５３０がクロスフローに対するハイドロリック抵抗を起こしながら、流体５７０は分配プレート５１６上をジグザグ型５５０に流れる。クロスフローする流体５７０の部分５５５は、バブルキャップにより調合および分配される。複数のバブルキャップ５００は、様々な要因に応じて、数量が変動してよい。要因のうち２つは、分配トレイエリアのユニットごとのキャップ数に影響を与えるキャップの中心から中心への間隔あけと、流体を調合および分配するのに使用されるリアクターか、または任意の別の商業プロセスの寸法である。更に、複数のバブルキャップ５００は任意の方法において、好ましくは流体の対称的分配を達成するための対称的方法において、分配プレート５１６上に分配されてよい。クロスフロー５５０を修正するために、分配プレート５１６内または上に配置される、湾入、チャネル、隔壁、または別の通路（図示せず）があってよいし、またはなくてもよい。

図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃにおいて、粗分配装置６００は複数の雁木飾り型羽根６１０を包含する。羽根は調合装置６２０の排出口およびスプラッシュデック６３０の間に配置される。スプラッシュデック６３０の存在により、調合装置内に存在する流体は、通路６１３に沿って雁木飾り型羽根６１０によって形成される通路６１２を通って外側に押し流される。スプラッシュデック６３０は好ましくは孔があいていないが、（最終分配トレイでもよい）次に続く分配トレイ６５０上に下向きに流体部分が通過するのを許容するための開口部（図示せず）を包含してよい。

参照のため、図７Ｂは１つまたは複数の次に続く分配トレイ６５０の下の触媒ベッド、およびリアクター壁６６０を描写する。

好ましい実施形態において、雁木飾り型羽根６１０は、調合チャンバ（図示せず）の実質的に孔のあいていないフロアの下、実質的に孔のあいていないスプラッシュデック６３０の上、および上流調合チャンバ（図示せず）の１つまたは複数の排出開口部６２０の周囲、に位置決めされる。これにより形成される羽根通路６１２は、そこを通過して流れる流体の方向を好ましくは少なくとも二回変え、上流調合チャンバと下流の次に続く分配トレイ６５０の間に流体連通の単独手段を提供する。雁木飾り型羽根６１０は、羽根通路６１２に存在する流体のより均一な速度プロファイルを結果としてもたらし、それによって流体のより有効な粗分配を次に続く分配トレイ６５０に提供する。その中で調合される流体を渦巻きにする調合チャンバと関連して使用される場合、雁木飾り型羽根６１０はまた流体速度の接線構成要素を減少する助けともなる。調合チャンバの中心排出開口部と同心円の円形レイアウトに配列される場合、雁木飾り型羽根６１０は、液体が環状リング（図示せず）内の次に続く分配トレイ６５０に供給されるように、羽根通路６１２から出る液体排出パターンを増進する。この環状リング供給パターンは、液体により生じるリングの直径が最適に近い条件で、液体を次に続く分配トレイ６５０に供給する極めて有効な方法である。最適なリング直径は最終分配トレイ６５０の幾何学に依存し、ハイドロリック計算により決定されることが可能である。雁木飾り型羽根は図７Ａ、７Ｂ、７Ｃに描写されるが、流れの方向を変える別の型の羽根が企図されている。いくつかの例が図８および９に描写される。

図８において波プレート型羽根７１０は、流体がそこを通過するための流路７１３を提供する、羽根通路７１２を形成するように間隔があけられる。

図９においてスタッガードチャネル型羽根８１０は、流体がそこを通過するための流路８１３を提供する、羽根通路８１２を形成するように間隔があけられる。

明確化のため、たくさんのスロットを有するスカートの高さとスロットの長さとの多くの異なる組み合わせが、商業的に重要であるよう企図される。次の表は、それらの組み合わせのうちいくつかを載せている。

液体表面下のライザーおよびキャップの部分は、トレイをクロスフローする液体に対するハイドロリック抵抗として機能する。再度図５に関して、トレイデックの上の液体表面の高さは、スカートの高さ４６０足す、スロットの長さ４９６引く、さらされる（または液中に入らない）スロットの高さ、と等しい。ガスは、さらされるスロット４９５それぞれの部分を通って、キャップおよびライザーの間のスペースに入る。

垂直な長方形スロットを有するバブルキャプにおいて、さらされるスロットの高さは次の方程式から概算されることが可能である。
さらされるスロットの高さ（ｃｍ）＝４４．２×Ｘ^０．５２
ここで、
Ｘ＝Ｑ_ｖ×（Ｗ_ｓ×Ｎ_ｓ）^−１×［ρ_ｖ／（ρ_ｌ−ρ_ｖ）］^０．５であり、
Ｑ_ｖ＝キャップを通って流れる蒸気／ガスの容積流量（実際のｍ^３／分）
Ｗ_ｓ＝平均スロット幅（ｃｍ）
Ｎ_ｓ＝スロットの数
ρ_ｖ＝蒸気／ガス密度（ｋｇ／ｍ^３）、および
ρ_ｌ＝液体密度（ｋｇ／ｍ^３）
である。

台形または三角形状スロットのような異なる形状のスロットにおけるさらされるスロットの高さを概算するために、同様な方程式が得られ利用されることが可能である。スロット幅は０．１ｃｍから２．５ｃｍ以上に変動してよい。好ましいスロット幅は０．２５ｃｍから１．２５ｃｍの範囲内である。利用されるスロットの数は、例えばキャップの寸法および幾何学、およびキャップを通って流れるガス容積流量に応じて、１から１０以上に広範囲にわたって変動してよい。

別の用語で述べると、本発明の主題は、１．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧７．５か、１５か、２２．５か、または３０となるように、スカートの高さが少なくとも４ｃｍに構成され、また、液体流体およびガス状流体がライザーとキャップの間のスペースに上向きに並流するよう配置された、少なくとも１つ、３つ、５つ、または７つのスロットを有するキャップ、およびライザーを含む、バブルキャップに属する。

このように、流体を調合および分配する特定の実施形態および適用が開示されている。しかしながら、ここに示す本発明の構想から離れることなく、既に説明したものの他にもより多くの修正が可能であることが同業者にとって明白でなければならない。本発明の主題は、従って、添付の請求項の精神以外において制限されるものではない。更に、明細書および請求項両方の解釈において、全ての用語は内容と首尾一貫した、できる限り広範囲な方法において解釈されるべきである。特に、「含む」および「含んでいる」という用語は、限定されない方法での要素、構成要素、またはステップへの言及として解釈されるべきであり、このことは、参照される要素、構成要素、またはステップが、特別に参照されない別の要素、構成要素、またはステップと共に存在してよい、または共に利用されてよい、または共に組み合わされてよい、ことを表す。

従来技術のバブルキャップの垂直断面図である。 本発明の態様によるバブルキャップの垂直断面図である。 図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿って見られるバブルキャップの水平断面図である。 多数のデバイダーおよび、減少したキャップの長さのために増加したスカートの高さを有する、別のバブルキャップの垂直断面図である。 多数のデバイダーおよび、増加したライザーの高さのために増加したスカートの高さを有する、別のバブルキャップの垂直断面図である。 スライドスロットを図示している、図２Ａおよび２Ｂのバブルキャップの側面図である。 流体クロスフローを図示している、多数のバブルキャップを有する分配プレートの斜視図である。 雁木飾り型羽根を有する分配装置の斜視図である。 図７Ａの線７Ｂ−７Ｂに沿って見られる分配装置、および周囲の装置の垂直断面図である。 図７Ｂの線７Ｃ−７Ｃに沿って見られる分配装置における雁木飾り型羽根の水平断面図である。 波プレート型羽根の水平断面図である。 スタッガードチャネル型羽根の水平断面図である。

Claims (16)

1. 蒸気密度を有するガス状流体および液体密度を有する液体流体がリアクタ内を下向きに並流するリアクタにおいて使用するためのバブルキャップであって、
   バブルキャップが、少なくとも１つの垂直で長方形のスロットを有するキャップ、およびライザーを含み、キャップがライザーを周囲で取り囲んでおり、１．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧７．５（ｃｍ）となるように、スカートの高さが少なくとも４ｃｍに構成され、
   さらされるスロットの高さが４４．２×Ｘ^０．５２ の方程式から概算され、
   ここで、ＸがＱ_Ｖ×（Ｗ_Ｓ×Ｎ_Ｓ）^−１×［ρ_ｖ／（ρ_ｌ−ρ_ｖ）］^０．５であり、Ｑ_Ｖがキャップを通って流れる蒸気の容積流量（ｍ ^３ ／分）であり、Ｗ_Ｓが平均スロット幅（ｃｍ）であり、Ｎ_Ｓがスロットの数であり、ρ_ｖが蒸気密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、ρ_ｌが液体密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、
   液体流体およびガス状流体がライザーとキャップの間のスペースに上向きに並流するようにバブルキャップが配置された、バブルキャップ。
2. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧１５（ｃｍ）である、請求項１に記載のバブルキャップ。
3. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧２２．５（ｃｍ）である、請求項１に記載のバブルキャップ。
4. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧３０（ｃｍ）である、請求項１に記載のバブルキャップ。
5. 蒸気密度を有するガス状流体および液体密度を有する液体流体がリアクタ内を下向きに並流するリアクタにおいて使用するためのバブルキャップであって、
   バブルキャップが、少なくとも３つの垂直で長方形のスロットを有するキャップ、およびライザーを含み、キャップがライザーを周囲で取り囲んでおり、１．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧７．５（ｃｍ）となるように、スカートの高さが少なくとも４ｃｍに構成され、
   さらされるスロットの高さが４４．２×Ｘ^０．５２ の方程式から概算され、
   ここで、ＸがＱ_Ｖ×（Ｗ_Ｓ×Ｎ_Ｓ）^−１×［ρ_ｖ／（ρ_ｌ−ρ_ｖ）］^０．５であり、Ｑ_Ｖがキャップを通って流れる蒸気の容積流量（ｍ ^３ ／分）であり、Ｗ_Ｓが平均スロット幅（ｃｍ）であり、Ｎ_Ｓがスロットの数であり、ρ_ｖが蒸気密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、ρ_ｌが液体密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、
   液体流体およびガス状流体がライザーとキャップの間のスペースに上向きに並流するようにバブルキャップが配置された、バブルキャップ。
6. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧１５（ｃｍ）である、請求項５に記載のバブルキャップ。
7. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧２２．５（ｃｍ）である、請求項５に記載のバブルキャップ。
8. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧３０（ｃｍ）である、請求項５に記載のバブルキャップ。
9. 蒸気密度を有するガス状流体および液体密度を有する液体流体がリアクタ内を下向きに並流するリアクタにおいて使用するためのバブルキャップであって、
   バブルキャップが、少なくとも５つの垂直で長方形のスロットを有するキャップ、およびライザーを含み、キャップがライザーを周囲で取り囲んでおり、１．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧７．５（ｃｍ）となるように、スカートの高さが少なくとも４ｃｍに構成され、
   さらされるスロットの高さが４４．２×Ｘ^０．５２ の方程式から概算され、
   ここで、ＸがＱ_Ｖ×（Ｗ_Ｓ×Ｎ_Ｓ）^−１×［ρ_ｖ／（ρ_ｌ−ρ_ｖ）］^０．５であり、Ｑ_Ｖがキャップを通って流れる蒸気の容積流量（ｍ ^３ ／分）であり、Ｗ_Ｓが平均スロット幅（ｃｍ）であり、Ｎ_Ｓがスロットの数であり、ρ_ｖが蒸気密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、ρ_ｌが液体密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、
   液体流体およびガス状流体がライザーとキャップの間のスペースに上向きに並流するようにバブルキャップが配置された、バブルキャップ。
10. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧１５（ｃｍ）である、請求項９に記載のバブルキャップ。
11. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧２２．５（ｃｍ）である、請求項９に記載のバブルキャップ。
12. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧３０（ｃｍ）である、請求項９に記載のバブルキャップ。
13. 蒸気密度を有するガス状流体および液体密度を有する液体流体がリアクタ内を下向きに並流するリアクタにおいて使用するためのバブルキャップであって、
    バブルキャップが、少なくとも７つの垂直で長方形のスロットを有するキャップ、およびライザーを含み、キャップがライザーを周囲で取り囲んでおり、１．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧７．５（ｃｍ）となるように、スカートの高さが少なくとも４ｃｍに構成され、
    さらされるスロットの高さが４４．２×Ｘ^０．５２ の方程式から概算され、
    ここで、ＸがＱ_Ｖ×（Ｗ_Ｓ×Ｎ_Ｓ）^−１×［ρ_ｖ／（ρ_ｌ−ρ_ｖ）］^０．５であり、Ｑ_Ｖがキャップを通って流れる蒸気の容積流量（ｍ ^３ ／分）であり、Ｗ_Ｓが平均スロット幅（ｃｍ）であり、Ｎ_Ｓがスロットの数であり、ρ_ｖが蒸気密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、ρ_ｌが液体密度（ｋｇ／ｍ^３）であり、
    また、液体流体およびガス状流体がライザーとキャップの間のスペースに上向きに並流するよう配置された、バブルキャップ。
14. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧１５（ｃｍ）である、請求項１３に記載のバブルキャップ。
15. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧２２．５（ｃｍ）である、請求項１３に記載のバブルキャップ。
16. １．５×スカートの高さ（ｃｍ）＋［スロットの長さ（ｃｍ）−さらされるスロットの高さ（ｃｍ）］≧３０（ｃｍ）である、請求項１３に記載のバブルキャップ。

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