JP4574767B2 - 液体分配器を備えた向流カラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体分配器を備え、その液体分配器は複数の管状又はトラフ状分配部材を有し、それらの分配部材は、複数の分流が分配部材の高さで上昇気流中に発生し、かつ停滞ゾーンがパッキングと分配部材の間で発生するように、パッキング上のカラム中に配置されている向流カラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば蒸留物質分離を整列されたパッキングによって行う種類のカラムでは、パッキングを通って上昇する気体は迅速に移動可能であり、公知の液体分配器を使用するとき（欧州特許第０２８２７５３号参照）、激しい気流によって液体分配器において細滴が分離されて、運ばれる。それ故、分配される液体はパッキングでの損失無くしては到達せず、むしろ気流によってパッキングから部分的に運ばれる（しばしば“エントレインメント”と言われる）。強い気流が発生しうる整列されたパッキングは例えば、乱流パッキング（欧州特許第０４１８３３８号参照）即ちクロスチャネル構造を有するパッキングである。乱流パッキングとは、波形上をなし、開放クロスチャネルを形成する、上下に延びる層に配置されたフィルムを有するパッキングである（欧州特許第０７０９１７号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液体を分配するにあたり、パッキングへの流出損を最小限に抑えうる液体分配器を備えた向流カラムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
向流カラムは液体分配器を備え、その液体分配器は複数の管状又はトラフ状の分配部材を有する。これらの部材は、上昇気流中で複数の分流が分配部材の高さで発生するように、パッキング上のカラムに配置される。停滞ゾーンがパッキングと分配部材の間に存在する。液体流出のために本質的には必要ではない更なる手段により、液体が分配部材から現われた後、かつパッキングに入る前に、液体は、自由落下で停滞ゾーン及び適宜、気流が水平速度成分を殆どもたない更なる領域も流れるように、停滞ゾーン及び／又は分配される液体の流れは影響を受ける。気流はまた、分配部材の適切な成形によっても影響を受けうる。
【０００５】
請求項１の発明によれば、複数の管状又はトラフ状分配部材を有する液体分配器を備える向流カラムであって、複数の分配部材は、鉛直に整列されたカラム内において同カラムの断面に対して水平に配置されたパッキングの上流側に配置されているとともにその各々の底部にはそれぞれ対応する少なくとも一つの流出開口が設けられている向流カラムにおいて、複数の分配部材の各々は対応する少なくとも一つの遮蔽部材を更に含み、遮蔽部材の各々は対応する分配部材の流出開口周縁から離間して設けられており、各遮蔽部材は対応する流出開口の下流側に向かって延び、かつ同流出開口を介してのみ上流側から接近できる空間を形成し、それにより各流出開口から下降する液体は前記遮蔽部材を濡らさず、遮蔽部材の少なくとも一つが分配部材の底部に取り付けられるとともに同底部から下流側に延びていることを特徴とする向流カラムを提供する。
【０００６】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載のカラムにおいて、分配部材の各々には対応するガイド壁が設けられており、ガイド壁は対応する分配部材の流出開口から分配部材の下流側に向かって延びており、ガイド壁は分配部材の縦断面に対して傾斜している偏向面を有し、かつ偏向面はカラムの縦断面と平行に更に下流側に延びる端部領域を有することをその要旨とする。
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項２に記載のカラムにおいて、ガイド壁は、グルーブ及び孔の少なくとも一方を有することをその要旨とする。
請求項４の発明によれば、請求項３に記載のカラムにおいて、ガイド壁はその下端にジグザグ形状の歯を備えることをその要旨とする。
【０００８】
請求項５の発明によれば、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のカラムにおいて、ガイド壁はその縦断面がシグモイド曲線の形状である面を有することをその要旨とする。
請求項６の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカラムにおいて、気流に影響を与えるために、分配部材はトラフ形であり、その側面でかどがそがれていることをその要旨とする。
【０００９】
請求項７の発明によれば、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカラムにおいて、分配部材とパッキングのパッキング表面との間に停滞ゾーンが設けられていることをその要旨とする。
【００１０】
請求項８の発明によれば、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカラムにおいて、パッキングは整列された構造を有することをその要旨とする。
請求項９の発明によれば、請求項８に記載のカラムにおいて、パッキングは乱流パッキングであることをその要旨とする。
請求項１０の発明によれば、請求項８に記載のカラムにおいて、パッキングはクロスチャネル構造を有するパッキングであることをその要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づき説明する。
図１に示すカラム１は分配部材２１を備える液体分配器２とパッキンング３を有する。気体はそのカラムを経て抜き取りチューブ１４に向って上昇する。液体分配器２において、液体５はチューブ２０を通り個々の分配部材２１に供給される。気体４は、分配部材２１の領域で一時的に分流４０に分離される。従って、停滞ゾーン４５がパッキング３と分配部材２１の間の領域で発生する。液体５が自由落下液体５０として流れるゾーンで、気体４の流れが分配部材２１の下で水平速度成分を殆どもたないように、遮蔽部材２４は気体４の流れに影響を与える。よって、液体５０の液滴５０′（図２参照）は気体４によっては上方に運ばれることはない。液体は損失も無く、パッキング３に達する。
【００１２】
図２では、流れている気体４における関係が、図示した流動ライン４１によって、パッキング３の表面３０上のゾーンにおいて定性的に示されている。気体はパッキングから非常に均一に現れる（矢印４３）。分配される液体５は、複数のチューブレット２２を通り、開口２３を通り、分配部材２１によって流出する。停滞ゾーン４５が開口２３の下で発生するように、遮蔽部材２４は気流に影響を与える。分配される液体５は液滴５０′に分散されることができ、損失無くしてパッキング３上に現れる。自由落下液体５０は、噴霧状やカーテン状フィルムの形態でも存在できる。
【００１３】
遮蔽部材２４は、分配部材２１の長さ全体に延びる壁要素でありうる。しかし、遮蔽部材２４はまた、図３に示すベル型遮蔽部材２４０のように、唯一の開口２３を有しうる。これらの遮蔽部材２４で重要なことは、内面が流出する液体５０によって濡れないことである。というのは、このように誤った流れの液体は遮蔽部材２４の下部縁に到達し、そこで滴り落ち、気流４３に捕らえられ、液体の一部が水平速度成分の結果として運ばれることが起りうるからである。
【００１４】
トラフ状分配部材２１を図４の断面図で示す。液体５はフィルムの形態の両側においてガイド壁を介し流出できる。そのガイド壁２５は、液体５が開口２３を通過して流出するその開口２３の下流側に配置される。ガイド壁２５は液体フィルムに好ましい影響を与えるような構造を有する。グルーブ２５１ａと孔２５２ａはフィルムの水平分配に影響を与える。これらの構造要素は組み合わさって存在する必要はなく、ガイド壁２５の別の位置に設けられることもできるし、省かれることもできる。液滴縁２５３は歯２５３ａを備えるが、滑らかな水平縁でもありうる。
【００１５】
ガイド壁２５は、分配部材２１の長手軸方向部分に対し垂直な部分に概ねシグモイド曲線、即ち曲線の転換点を有する曲線、の形態を有する。この曲線は図示した例ではほぼトラクター曲線である。垂直壁部分２５０は壁部分２５１と連結され、壁部分は分配部材２１の中央の側に傾いている。第２垂直壁部分２５２は壁部２５１に連結され、第２垂直壁部分の下部縁は液滴縁２５３を形成する。壁部分２５０の上部縁で、突起状部分２５０ａは、ガイド壁２５の固定手段として、かつ液体を流出させるためのガイド手段として機能する。上記の他の形態により固定方法を構成することも無論可能である。
【００１６】
図５の実施形態では、ガイド壁２５は、バッフル壁２５′として形成される。開口２３から流出する液体５はバッフル壁２５′上にジェット（ジェット５０ａ）の形態で現れ、ここでフィルム５０ｂに変換され、次いでフィルムは自由落下で液滴縁２５３から停滞ゾーン４５を通過して、パッキング３の表面３０に達する。
【００１７】
流れ４３が停滞ゾーン４５の近傍で鏡面対称をなすように大きく形成され、即ち、液滴縁２５３を通る垂直面を対称面として、分配部材２１及びガイド壁２５もしくはバッフル壁２５′が形成されるのが好ましい。これを達成するために、バッフル壁２５′はシグモイドとして形成され、分配部材２１の左面２１４は面取りが施され、そのトラフは下部領域でくさび状をなすように下方方向に収縮する。
【００１８】
ガイド壁２５又はバッフル壁２５′は、例えば、分配部材２１にネジで固定されるか、溶接されるか（例えば、点溶接）、またははんだづけされる。
図６は分配部材２１の３例の模式図を示す。気流に影響を及ぼす目的のために、最低１個のエプロン２４′が、ガイド壁２５に隣接して更に備わる。第２例では、液滴縁２５３が２個のエプロン２４′と２４″の間の保護されている領域に存在する。液体５０ａはジェット形態で流出し、矢印で示される。
【００１９】
図７で、分配部材２１の開口領域が示されるが、その遮蔽部材２４は、放物線状に曲がったフィルムから形成されているディスプレーサーである。底の開口２３を経て流出する液体５０は、ディスプレーサー２４の表面に接触することなく、噴流５０ａとしてディスプレーサー２４の孔２６内を流れ、気流４３の停滞ゾーン４５を経て、パッキング表面３０にまで流れる。
【００２０】
分配部材２１、特にディスプレーサー２４の頂上と、パッキング表面３０の間の距離は、停滞ゾーン４５がパッキング３の外に十分に存在するように大きく選択されるのが好ましい。このような距離で、パッキング３における流れ関係は分配部材によおて好影響を受ける。
【００２１】
図７のディスプレーサー２４の代わりに、図８の第１例に示されるように、２個のエプロン２４′、２４″を備えることもできる。損失の無い液体流出のために、中程度の気流中では図８に示す第２例のような単一エプロン２４′でさえ十分でありうる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の液体分配器を備えた向流カラムは、液体を分配するにあたり、パッキングへの流出損を最小限に抑えうるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の向流カラムの上部の断面図。
【図２】図１のカラムの分配部材を気流と共に示す側面図。
【図３】分配部材の開口の斜視図。
【図４】カラムのトラフ状分配部材を示す一部破断斜視図。
【図５】第２の実施形態のトラフ状分配部材を示す断面図。
【図６】３つの変更例を示す略体図。
【図７】自由落下液体ジェットを有する分配部材及び気流のためのディフレクターもしくはディスプレーサーを示す断面図。
【図８】分配部材の変更例を示す略体図。
【符号の説明】
２…液体分配器、３…パッキング、４…上昇気流、５…液体、２１…分配部材、２４…遮蔽部材、４５…停滞ゾーン。

Claims (10)

1. 複数の管状又はトラフ状分配部材（２１）を有する液体分配器（２）を備える向流カラム（１）であって、前記複数の分配部材（２１）は、鉛直に整列された前記カラム（１）内において同カラム（１）の断面に対して水平に配置されたパッキング（３）の上流側に配置されているとともにその各々の底部にはそれぞれ対応する少なくとも一つの流出開口（２３）が設けられている向流カラムにおいて、
   前記複数の分配部材（２１）の各々は対応する少なくとも一つの遮蔽部材（２４，２４’，２４’’，２４０）を更に含み、前記遮蔽部材（２４，２４’，２４’’，２４０）の各々は対応する分配部材（２１）の前記流出開口（２３）の周縁から離間して設けられており、前記各遮蔽部材（２４，２４’，２４’’，２４０）は前記対応する流出開口（２３）の下流側に向かって延び、かつ同流出開口（２３）を介してのみ上流側から接近できる空間を形成し、それにより前記各流出開口（２３）から下降する液体は前記遮蔽部材（２４，２４’，２４’’，２４０）を濡らさず、
   前記遮蔽部材（２４’、２４’’）の少なくとも一つが前記分配部材（２１）の前記底部に取り付けられるとともに同底部から下流側に延びていることを特徴とする向流カラム。
2. 前記分配部材（２１）の各々には対応するガイド壁（２５，２５’）が設けられており、前記ガイド壁（２５，２５’）は対応する分配部材（２１）の流出開口（２３）から前記分配部材（２１）の下流側に向かって延びており、前記ガイド壁（２５，２５’）は前記分配部材（２１）の縦断面に対して傾斜している偏向面を有し、かつ前記偏向面は前記カラム（１）の縦断面と平行に更に下流側に延びる端部領域を有することを特徴とする請求項１に記載のカラム。
3. 前記ガイド壁（２５）は、グルーブ（２５１ａ）及び孔（２５２ａ）の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項２に記載のカラム。
4. 前記ガイド壁（２５）はその下端にジグザグ形状の歯（２５３ａ）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のカラム。
5. 前記ガイド壁（２５）は、その縦断面がシグモイド曲線の形状である面を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のカラム。
6. 気流に影響を与えるために、前記分配部材（２１）はトラフ形であり、その側面（２１４）でかどがそがれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカラム。
7. 前記分配部材（２１、２４）と前記パッキング（３）のパッキング表面（３０）との間に停滞ゾーン（４５）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカラム。
8. 前記パッキング（３）は整列された構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカラム。
9. 前記パッキング（３）は乱流パッキングであることを特徴とする請求項８に記載のカラム。
10. 前記パッキング（３）はクロスチャネル構造を有するパッキングであることを特徴とする請求項８に記載のカラム。

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