JP4515569B2

JP4515569B2 - 流体を装置へ供給する方法及び同方法を実施可能なカラム

Info

Publication number: JP4515569B2
Application number: JP32688699A
Authority: JP
Inventors: フェリックスモーゼル
Original assignee: Sulzer Chemtech AG
Current assignee: Sulzer Chemtech AG
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: DE59906177D1; ES2201655T3; CN1121893C; US6341765B1; JP2000176201A; ATE244048T1; BR9907427A; CN1256960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を装置へ供給する方法及び同方法を実施可能なカラムに関し、より詳しくは、装置（特にカラム）内に流体を供給する方法であって、同装置において、流体の供給管が偏向ユニットへ開通し、偏向ユニットは装備品（特にカラム充填材）から垂直方向に離間して配置され、二つの分流が偏向ユニット内で形成され、これらの分流が装置の内壁に沿ってほぼ鏡面対称をなすように流れ、再び合流したのち、後方へ移動する流れを形成し、後方へ移動する流れの水平方向の速度成分が径方向に偏向ユニットへと向かう方法と、同方法を実施可能なカラムとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体と気体との間で熱又は物質のうちの少なくとも一方を交換する装備品を収容する向流カラムにおいて、気体は、上方へ向かって装備品の中においてできるだけ均質に流れるように、装備品の下から供給されなければならない。これに対して、種々の公知の処置が提供されている。これらの処置は単独で使用しても、組み合わせて使用してもいいが、不都合な点を有する。これらの処置は、気体が供給される箇所と、気体が供給される方法とに関するものである。１．気体供給箇所と装備品との間の空間で、流れの沈静化が起こる。沈静化のために高さを十分大きく選択することは、それ自体有効であるが、例えば価格が高かったりスペース的な問題があるなどの種々の理由からしばしば不可能である。２．供給された気体の流入速度が小さいと、流れが急速に沈静化する。供給管の数を多くしたり、供給管の直径を大きくしたり、あるいはそれらの両方を行うことによって、気体を低速で流入させることもできるが、これも、既知の理由から、概して実現不可能である。３．気体を均一に分配可能にする特別な構成は、複雑であるが故に高価であるか、又は圧力損失が大きく生じるため低圧［一般に１０⁴Ｐａ（１００ミリバール）］での使用については考慮されないかの少なくともいずれか一方である。
【０００３】
供給された気体流れに対する偏向ユニットとして作用する、簡単な気体分配器について知られている。この偏向ユニットは、供給管の入口接合部の先方に垂直方向に配置されたバッフルプレートを備え、同バッフルプレートは、入口接合部の上下で２枚の水平方向のプレートによりカラム壁に連結される。この種の偏向ユニットを用いると、分配プロセスにおいて、２つの分流が形成される。それらの分流は、カラムの内壁に沿ってほぼ鏡面対称となるように流れ、再び合流した後、後方へ移動する流れを形成する。後方へ移動する流れの水平方向の速度成分は径方向に偏向ユニットへと向けられる。この後方へ移動する流れのため、偏向ユニットの上には、比較的大きい沈静化スペースの高さが必要とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、気体や別の流体の分配を行うべく構成が簡単な偏向ユニットを提供することにある。この分配は、カラムや、そうでなければ例えば浸水させた固体床反応器のような別の装置において起こる。同反応器において、液体は固体床の上又は下に分配される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。請求項２及び３は本発明による方法の好適な実施形態に関し、請求項４乃至１０は、本発明の方法により流体を中へ供給することができる装置（特にカラム）に関する。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、装置内に流体を供給する方法であって、同装置において、流体の供給管が偏向ユニットへ開通し、偏向ユニットは充填材から垂直方向に離間して配置され、第１および第２の分流が偏向ユニット内で形成され、第１および第２の分流が装置の内壁に沿ってほぼ鏡面対称をなして流れ、再び合流したのち、後方へ移動する流れを形成し、後方へ移動する流れの水平方向の速度成分が径方向に偏向ユニットへと向かう方法において、少なくとも１つの第３の分流が偏向ユニットにより形成され、第３の分流は第１および第２の分流が再び合流したものである後方へ移動する流れに関して径方向かつ対向する方向に向き、第３の分流は、後方へ移動する流れがカラムの中心部を通過するのをほぼ防止する程度の強さに形成されることを特徴とする方法をその要旨としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、第３の分流が偏向ユニットによって適量に配分され、偏向ユニットから離れる際に、３つの分流の運動量はほぼ等しい大きさであるが第３の分流の運動量は第１および第２の分流よりも大きい。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の方法において、流体が気体か又は気体と液体との混合物であり、流体は充填材の下に供給され、偏向ユニットと充填材との間の距離が、充填材へと流体が流入する位置において、流れの速度の垂直方向の成分が充填材の横断面の３分の２以上にわたってほぼ等しい大きさである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、カラムであって、横断面が円形であり、密度の異なる２つの流体の間で熱又は物質のうちの少なくともいずれか一方の交換を行う充填材を備え、密度が小さい方の流体の供給管を充填材の下に備え、供給管より開通される偏向ユニットを備え、偏向ユニットにより供給された流体を２つの分流に分岐させることが可能であり、２つの分流は水平方向に反対方向へ離れて流れていくカラムにおいて、偏向ユニットにより、供給管の入口接合部とカラム中心部との間であってかつ偏向ユニットのバッフルプレートに設けられた孔が解放され、孔を通って第３の分流は径方向へ流入可能であることを特徴とするカラムをその要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のカラムにおいて、偏向ユニットがバッフルプレートを備えた状態で自身の機能を果たし、バッフルプレートは供給管の入口接合部の先方に、カラム壁に対して平行な方向に配置され、かつ入口接合部の上下の２つの水平方向のプレートによりカラム壁に連結され、バッフルプレートは孔を中心部に有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカラムにおいて、前記孔は円形、楕円形、又は矩形であるか、複数の部分から形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載のカラムにおいて、カラムの直径が４ｍよりも小さく、供給管の直径ｄの値が、入口接合部の位置で、カラムの直径の１５％よりも大きく、偏向ユニットの上面と充填材のキャリアとの間の距離が、直径ｄよりも大きい。
請求項８に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載のカラムにおいて、カラムの直径が２ｍよりも小さく、供給管の直径ｄの値が、入口接合部の位置で、カラムの直径の１５％よりも大きく、偏向ユニットの上面と充填材のキャリアとの間の距離が、直径ｄよりも大きい。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれかに記載のカラムにおいて、偏向ユニットのバッフルプレートが少なくともほぼ矩形であり、しかも水平な両側端部と同様、垂直な両側の端部も備え、バッフルプレートは入口接合部より先方に０．４ｄ乃至０．８ｄの距離に配置され、バッフルプレートの高さは１．２ｄ乃至１．５ｄに相当し、バッフルプレートの垂直方向の側面の端から端までの距離が１．５ｄ乃至２ｄである。
【００１３】
請求項１０に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載のカラムにおいて、同様な偏向ユニットを備えた複数の供給管が入口接合部の位置に設けられる。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のカラムにおいて、２つの供給管が径方向に対向する配置で設けられる。
【００１４】
請求項１２に記載の発明は、請求項４乃至１１のいずれか一項に記載のカラムにおいて、偏向ユニットが、更なる分流を下方へ流出させる更なる孔を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら説明する。図１乃至３のカラムは、例えば規則正しい充填材の形をした装備品１０を収容する。同装備品１０内で気体４及び液体が相互作用することができ、同装備品１０はキャリヤ１１の上に取り付けられる。気体４は、供給管２（内径ｄ）及び偏向ユニット３を介して、液体表面１３とキャリヤ１１との間の空間１２に供給される。この偏向ユニット３は、バッフルプレート（じゃま板）３０を備え、同バッフルプレート３０の中心部には第３の分流４３を排出するための孔３３が設けられている。分流４３は、図３に示されるように、側面の開口部を通って排出される２つの分流４１，４２と共に、空間１２（沈静な空間）へと流入する。２つの水平方向かつ反対方向を向いた分流４１，４２は、カラム１の内壁側面に沿ってほぼ鏡像対称をなすように移動し、それから再び合流した後、後方へ移動する流れ４４を形成する。後方へ移動する流れ４４の水平方向の速度成分は、径方向に、偏向ユニット３へと向けられる。第３の分流４３は径方向へと再び合流された分流４１及び４２の後方へ移動する流れ４４へと径方向へ向けられる。この際、第３の分流４３は、本発明により、流れ４４がカラムの中心部を通過するのをほぼ防止し得るよう、後方へ移動する流れ４４が空間的部分５において上方へ曲げられる程度の強さに形成される。この際、第３の分流４３も対応する方法で上方へ曲げられる。第３の分流４３及び後方へ移動する流れ４４が相互に影響を及ぼし合うことによって、空間１２の上部には、流れ場が生じる。この流れ場は、孔３３を有さない（したがって分流４３を有さない）偏向ユニット３に対する流れ場と比較して実質的に、より均一である。第３の分流４３を、２つの分流４１，４２が入口箇所と反対側に存在するカラム壁の箇所に到達するのを防止する程度の強さに形成しなければならないことは明らかである。
【００１６】
孔３３は、円形、楕円形又は矩形の形をとり得る。孔３３を、シャワー又は篩い板として複数の部品に形成してもよい。第３の分流４３は、３つの分流４１，４２，４３のすべてにより運動量が輸送されるように、偏向ユニット３により適量に配分される。３つの分流４１，４２，４３は、偏向ユニットから排出された時に、ほぼ等しい大きさを有する。この場合、第３の分流４３は幾分大きな運動量を備えることが望ましい。
【００１７】
図４では、本発明の方法に関する流れ場の例示を試みている。モデル計算の多くの結果は、この例に基づいているが、本明細書において、質的にのみ再現可能であり、異なる細部については無視される。流れ場は、矢印線で表された流れの線（流線、フローライン）により示される。流線４５及び４７と、流線４５’及び４７’とは、各々、２つの分流４１及び４２に相当する（図３）。流線４６及び４６’は、第３の分流４３に相当する（図３）。一番上の太い矢印はすべて、底部の表面１３からほぼ同じ距離に存在する。第３の分流４３及び後方へ移動する流れ４４（図３）が互いに衝突する領域は、平面５０の上に位置する。平面５０は、一点鎖線により示される。点５１及び５１’を通過する垂直線は、流線４５及び４６と、流線４５’及び４６’との各々が、互いに対して最も近くに来る点をほぼ通過する。
【００１８】
図５は、同様に図４の流れの図を質的に平面図にて示す。図５に破線で描かれた線５２，５２’は、流れの速度の方向が変化する面を示す。既に述べたように、例において、細部については無視される。すなわち、例えば、流れの速度が下方へ向く流れ場の領域については無視される。
【００１９】
本発明の方法を用いて、カラム１に、気体４の代わりに、液体や気体と液体との混合物のような別の流体を供給することも可能である。気体又は気体と液体との混合物は、カラム装備品１０の下に供給されるが、好ましくは、流体が装備品１０の中に入る際に、流れの速度の垂直成分が、カラム１の横断面積の３分の２にわたって実質的に等しい大きさとなるように離間させて与えられる。
【００２０】
本発明によれば、偏向ユニット３では、供給管２の入口接合部とカラムの中心部との間で通路３３が開放されており、同通路を通って第３の分流４３は径方向にカラム１の中へと流入することができる。図６乃至８は、偏向ユニット３の更なる実施形態を示す。図６において、偏向ユニット３は２つのシャベル状の偏向ユニット３ａ及び３ｂにより形成される。これらのユニットの間で、隙間３３’により、第３の分流４３に対する通路が、供給管２の入口接合部に直接、開放される。図７において、バッフルプレート３０は閉じられる。本実施形態においても、第３の分流４３に対する通路３３”は、直接、供給管２の入口接合部の位置に存在する。図８の例において、第３の分流４３は管３３０によってカラムの中央に伝えられる。偏向ユニット３は、追加的な分流４９を下方へ流出させる更なる孔、特に孔３４を有し得る。
【００２１】
本発明の方法により、供給される流体４を十分良好に分配するには、カラム１の直径が大きすぎてはいけない。カラム１の直径は、約４ｍよりも小さく、好ましくは２ｍよりも小さい。同時に、供給管２は、入口接合部において、カラム直径の約１５％よりも大きい直径ｄの値を有するべきである。更に、偏向ユニット３の上面と、装備品１０のキャリヤ１１との間の距離は、直径ｄの値よりも大きい。
【００２２】
偏向ユニット３のバッフルプレート３０は、図１乃至５に例として示す実施形態においては矩形であり、同プレート３０は、平面であっても、曲面であってもよい。バッフルプレート３０は入口接合部の位置よりも先方に０．４ｄから０．８ｄ（ｄは供給管２の直径）離れた距離に配置されることが望ましく、同プレート３０の高さは１．２ｄから１．５ｄに相当する。垂直な側面の端から端までの距離は、１．５ｄから２ｄに相当する。
【００２３】
カラムの直径が大きい場合は、２つの供給管２及び２’（図２を参照されたい）が、好ましくは径方向に対向する配置で与えられる（２つの同様な偏向ユニット３が入口接合部の位置に存在する）。２つ以上の供給箇所を設けることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、第３の分流を形成することにより、流体の分配が改善される。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、流体の分配が安定して行われる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、装備品の適当な供給位置に流体を流入させることが可能となる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、流体の分配が改善されたカラムが与えられる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、バッフルプレートを用いて分流を流出させることが可能となる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の発明の効果に加え、適切な供給管の直径と、偏向ユニットの上面及びキャリアの間の距離が与えられる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５又は６に記載の発明の効果に加え、より好適なバップルプレートの形状、位置、及び大きさが与えられる。
請求項８に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の発明の効果に加え、大きなカラムに対応して供給管を設けることが可能となる。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加え、流体の流れを均質にすることが可能となる。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項４乃至９のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、流れの一部を下方へ流出させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における偏向ユニットを備えたカラムの部分縦断面図。
【図２】図１のカラムの横断面図。
【図３】図１及び図２に示すカラムの斜視図。
【図４】図１乃至３のカラム内の偏向ユニットから流出した後の、気体の流れの質的な例を示す斜視図。
【図５】図４の気体の流れを示す平面図。
【図６】偏向ユニットの別の実施形態を示す部分拡大斜視図。
【図７】偏向ユニットの更に別の実施形態を示す部分拡大斜視図。
【図８】偏向ユニットの更に別の実施形態を示す部分拡大斜視図。
【符号の説明】
１…装置（カラム）、２…供給管、３…偏向ユニット、４…流体、１０…装備品、、３３…通路（孔）、３４…孔、４１，４２…分流、４３…第３の分流、４４…後方へ移動する流れ。

Claims

装置（１）内に流体（４）を供給する方法であって、前記装置（１）において、流体（４）の供給管（２）が偏向ユニット（３）へ開通し、偏向ユニット（３）は充填材（１０）から垂直方向に離間して配置され、第１および第２の分流（４１，４２）が偏向ユニット（３）内で形成され、第１および第２の分流（４１，４２）が装置（１）の内壁に沿ってほぼ鏡面対称をなして流れ、再び合流したのち、後方へ移動する流れ（４４）を形成し、前記後方へ移動する流れ（４４）の水平方向の速度成分が径方向に偏向ユニット（３）へと向かう方法において、少なくとも１つの第３の分流（４３）が偏向ユニット（３）により形成され、前記第３の分流（４３）は第１および第２の分流（４１，４２）が再び合流したものである後方へ移動する流れ（４４）に関して径方向かつ対向する方向に向き、前記第３の分流（４３）は、後方へ移動する流れ（４４）がカラムの中心部を通過するのをほぼ防止する程度の強さに形成されることを特徴とする方法。
前記第３の分流（４３）が偏向ユニット（３）によって適量に配分され、偏向ユニット（３）から離れる際に、３つの分流（４１，４２，４３）の運動量はほぼ等しい大きさであるが第３の分流（４３）の運動量は第１および第２の分流（４１，４２）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
流体（４）が気体か又は気体と液体との混合物であり、流体（４）は充填材（１０）の下に供給され、偏向ユニット（３）と充填材（１０）との間の距離が、充填材（１０）へと流体（４）が流入する位置において、流れの速度の垂直方向の成分が充填材（１０）の横断面の３分の２以上にわたってほぼ等しい大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
カラムであって、横断面が円形であり、密度の異なる２つの流体の間で熱又は物質のうちの少なくともいずれか一方の交換を行う充填材（１０）を備え、密度が小さい方の流体（４）の供給管（２）を充填材（１０）の下に備え、前記供給管（２）より開通される偏向ユニット（３）を備え、前記偏向ユニット（３）により供給された流体（４）を２つの分流（４１，４２）に分岐させることが可能であり、前記２つの分流（４１，４２）は水平方向に反対方向へ離れて流れていくカラムにおいて、偏向ユニット（３）により、供給管（２）の入口接合部とカラム中心部との間であってかつ偏向ユニット（３）のバッフルプレート（３０）に設けられた孔（３３）が解放され、前記孔（３３）を通って第３の分流（４３）は径方向へ流入可能であることを特徴とするカラム。
偏向ユニット（３）はバッフルプレート（３０）を備えた状態で自身の機能を果たし、バッフルプレート（３０）は供給管（２）の入口接合部の先方に、カラム壁に対して平行な方向に配置され、かつ入口接合部の上下の２つの水平方向のプレートによりカラム壁に連結され、バッフルプレート（３０）は孔（３３）を中心部に有することを特徴とする請求項４に記載のカラム。
前記孔（３３）は円形、楕円形、又は矩形であるか、複数の部分から形成されることを特徴とする請求項５に記載のカラム。
カラムの直径が４ｍよりも小さく、供給管（２）の直径ｄの値が、入口接合部の位置で、カラムの直径の１５％よりも大きく、偏向ユニット（３）の上面と充填材（１０）のキャリア（１１）との間の距離が、直径ｄよりも大きいことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のカラム。
カラムの直径が２ｍよりも小さく、供給管（２）の直径ｄの値が、入口接合部の位置で、カラムの直径の１５％よりも大きく、偏向ユニット（３）の上面と充填材（１０）のキャリア（１１）との間の距離が、直径ｄよりも大きいことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のカラム。
偏向ユニット（３）のバッフルプレート（３０）が少なくともほぼ矩形であり、しかも水平な両側端部と同様、垂直な両側の端部も備え、バッフルプレート（３０）は入口接合部より先方に０．４ｄ乃至０．８ｄの距離に配置され、バッフルプレート（３０）の高さは１．２ｄ乃至１．５ｄに相当し、バッフルプレート（３０）の垂直方向の側面の端から端までの距離が１．５ｄ乃至２ｄであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のカラム。
同様な偏向ユニット（３）を備えた複数の供給管（２、２’）が入口接合部の位置に設けられることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のカラム。
２つの供給管（２，２’）が径方向に対向する配置で設けられることを特徴とする請求項１０に記載のカラム。
偏向ユニット（３）が、更なる分流（４９）を下方へ流出させる更なる孔（３４）を有することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか一項に記載のカラム。