JP4623926B2 - トレーコラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段に記載されたトレーコラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トレーコラムは、（仕切トレーとしても公知である）有孔トレーを含み、その上で、いずれの場合にも、底部から頂部まで交叉流として流れるガス相が物質の交換のためトレー上を流れる液相と接触せしめられる。少なくとも一つの下降管が、各仕切トレーに、このトレーと下記において“負荷されるトレー”と称せられるその下にあるトレーとの間に液体を輸送するため設けられている。トレーコラムはその下降管が特殊な形式に作られる米国特許第５，４５４，９８９号に記載され、排出孔は下降管の下端を形成する基部に設けられている。基部は、負荷されるトレー上の液体／ガス混合物の上方境界層によって与えられる高さの上方に間隔をおいて設けられる。排出孔はある領域に限定され、そこからジェットの形式で分散される液体は、流れの主要方向に対して部分的に横方向に、負荷されるトレー上に拡散されなければならない。同様の下降管を備えた別のトレーコラムが、米国特許第６，２５０，６１１号から公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
負荷されるトレー上における液体の拡散は、中央領域において高速を側方領域において低速を有する、不均一な流れの場において発生する。不均一な流れの場は、液体が滞留時間の異なった物質交換容積を通じて流れることを意味する。改善された物質交換を達成するため、流れの場は滞留時間が一致するような影響を受けなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、前記トレーコラムを、流れの場に影響を与えることにより、改善された物質交換が個々の仕切トレーに対して得られるように、さらに発展させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
トレーコラムは隣接するトレーの間の液体の輸送のための下降管を有する。液体輸送は、各下降管において、負荷されるトレー上への多数の排出孔を通して実施される。ジェットの形式で排出孔から流出する液体は、負荷されるトレーに衝突する際地域的に拡散する流れの場に混入し、前記流れの場は縦方向の流れの主要な方向に対して流れ速度の横方向成分を有する。案内要素が排出孔の下方にかつ負荷されるトレーから離して設けられている。これらはそれぞれ液体の衝撃を分散する流れの場に対応するように案内する。横方向速度成分の形成は、各平面内の流れ速度の縦方向成分が主要な流れ方向に対して垂直な多分一定のプロフィルを有するように、案内要素によって制御される。排出孔は好適には中央の領域において隣接する側方領域におけるよりも一層小さくなるように徐々に変化する異なった大きさに形成される。
【０００６】
請求項２から１０は、本発明によるトレーコラムの有利な実施例に関するものである。
【０００７】
下記において、本発明を図面を参照して説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１，２に示されたコラムトレー１は、仕切トレー２を備えている。液相５１は下降管３から、液体／ガス混合物５の形式で、トレー２の上を別の下降管３へ流出し（矢印５１′）、それによって隣接するトレー２へさらに輸送され、その間ガス状部分を分離する。ガス相５２は底部から頂部にトレー２の孔２３を通って流れ（矢印５２′）、泡の形式の横流れとして液体／ガス混合物５を横切る。物質および熱のいずれか一方または双方の交換が、共存する相５１と５２の間に実施される。
【０００９】
液体／ガス混合物５は、その上方境界が高さ５０にある液体を富む下方領域と、高さ５０の上方に位置するガスを富む泡よりなる。泡は図１，２には図示されていない。多数の排出孔３２を備えた基部は、下降管３の下端を形成している。
基部は、高さ５０の上方のある距離に位置している。
【００１０】
排出孔３２はある領域３２′に制限され、そこからジェット６０の形式で分散される液体５１が、負荷されるトレー２上に拡散される。排出孔３２から流出する液体ジェット６０は、負荷されるトレー２に衝突する際地域的に分散する流れの場６内に混合し、前記流れの場は縦方向主要流れ方向６１に対して横方向の速度成分を有する。排出孔３２は、少なくとも部分的に、それぞれ液体ジェット６０の衝突を案内する、分散する流れの場６の所望の形成に対応する案内要素４を備え、これに関連してとくに流れ速度の横方向成分が十分に大きくなるのに役立つ。
【００１１】
排出孔３２は、コラム壁１０に隣接するリングセグメント３２′に設けられている。液体ジェット６０は、一方ではコラム壁１０により、他方では、少なくとも部分的に、それぞれ排出孔３２のリムに設けられるベーン状案内要素４を通って案内される。各案内要素４は、その位置とその傾斜が達成されるべき横方向速度要素に対応するように設計される。流れの場６の横方向領域における案内要素４のために、速度の一致がそれらの内部区域に生じ、それにより滞留時間の一致そしてまた交換プロセスの進歩した結果が生ずる。
【００１２】
トレー２の孔は、例えば図３，４に示されたような多数の格子要素２０によって設けられている。（トレー２は、たとえば、ふるい状基板として作ることもできる）。格子要素２０はそれぞれ台形をなし、台形の平行でない側辺２１ａ，２１ｂは底辺２２より長い。底辺２２は主要流れ方向に対して横方向に設けられている。格子要素２０の側辺は、溝２３として形成されている。格子要素２０は、溝２３を通って排出されるガス５２が液体５１の輸送の際輸送作用を奏するように、主要流れ方向６１に傾斜している。すべての格子要素２０は、好適には、すべて同じ向きを有しかつ規則的格子２５の交差点２５ａに設けられている。
【００１３】
記載されたトレーコラム１は、円形断面を有する。下降管３が各トレー２に設けられている。隣接するトレー２の下降管３は互いに直径方向反対側に設けられている。
【００１４】
内壁３０と基部３１の直ぐ上のコラム壁１０の間の空間領域を占める下降管３の部分は、傾斜した壁部分３０ｂのため下方に傾斜した形状を有する。堰を通って下降管に流れ込む液体／ガス混合物は、傾斜部分の一定の高さ５０′までせき止められる。ガス相５２は混合物から凝縮される（５２″）。流入する液体５１によって駆動される液体ローラ５３が形成される。液体５１のあるものは排出孔３２を通って液体ローラ５３から連続的に輸送される。
【００１５】
液体ローラ５３の形成のため、液体流の運動エネルギは部分的に消失するに過ぎない。残存する運動エネルギは分散する流れの場に影響を与えるため、負荷されるトレー２上にさらに輸送された後に使用される。
【００１６】
運動エネルギの避けられない消失が排出孔３２からの液体の流出の間に生じないように、排出孔３２は列をなして設けられている。第１実施例が図５に示されている。排出孔３２は内面を部分的に切り開くことにより（切開端３３）、また内面を端部３４の周りを曲げることによって作られる。
【００１７】
案内要素４は、異なった傾斜角度ψを有する。排出孔３２の列の中心Ｚに対して、傾斜角度ψは中心Ｚとの距離が増加するに連れて徐々に増大し、とくに０°から６０°まで、好適には４５まで増大する。
【００１８】
図１，２，５に基づいて記載された実施例において、排出孔３２は異なった大きさに作られている。列状配置において、排出孔３２は、列の中心領域３５において、中央領域３５に隣接する二つの周辺区域３６におけるよりも、実際とくに多くの液体が列の長さに対して一層大きい排出孔３２を通って分配されるように小さい。このことは液体５１の付加的量が分散する流れの場６１の横方向領域に対して負荷されるトレー２において要求されるため必要であり、前記の量は下降管３の周辺領域３６を通って側方領域に分配されなければならない。
【００１９】
図６に示す排出孔３２の実施例において、これらは異なった向きを有する。湾曲端部３４は、もはやコラム壁１０に垂直ではない。簡単のため、すべての排出孔３２は同じ大きさに図示されている。しかしながら、排出孔３２を側方領域において大きくすることも必要である。湾曲端部３４とコラム壁１０の間の角度は、可変パラメータとすることができる。
【００２０】
図７の実施例において、一点鎖線で示された条片３２′に設けられた、排出孔３２の列は中心に溝状孔３７を有し、その領域のみにおいてコラム壁１０は液体５１を案内するようになっている。
【００２１】
排出孔３２を設計するため下記のように実施することができる。図８に図示されたように、仕切トレー２は、下降管３の基部３１（平面図参照）と次の下降管３の排出堰３１ａとの間の領域において楕円６５によって２Ｎ個の条片Ｓ_n（ｎ＝１，・・・Ｎ；たとえばＮ＝４）に分割されている。楕円の長軸は主要流れ方向６１にあるコラムの直径と一致する。短軸はそれぞれ一定量ｂ（＝ｄ／Ｎ）だけ相違し、最小の楕円は、直径ｄ上にある長さまで短縮される。条片Ｓ_nの中心の長さは、（ｎ＝１，・・・Ｎ）によって示される。
【００２２】
基部３１は、等しい大きさの角度α／２Ｎを有する２Ｎ個の扇形Ｓ′_n（ｎ＝１，・・・Ｎ）に分割され、ここにαはコラム中心において基部３１によって画成される中心角である。各扇形Ｓ′_nはそれに関連した面積Ａ_nを有する排出孔３２を有する。液体ジェット６０は、そのような排出孔３２を通って容積流Ｖ_nで通過する。Ｖ_nとＡ_nの比は流出指数μ_nである。この指数は排出孔３２の構造による流出減少の目安である。流出指数μ_nは案内要素４の形状、とくにその傾斜角度ψに依存する。一つの排出孔３２の代わりに、扇形Ｓ′_n当たり一つ以上の排出孔３２を設けることができる。下記においては、各扇形Ｓ′_nがただ一つの下降管３２のみを有する場合を論ずる。
【００２３】
流れの場における滞留時間が一致するように、対応する条片Ｓ_nにおける滞留時間に比例する比率Ａ_n対Ｖ_nは、各条片Ｓ_nにおいて同じ大きさでなければならない。こうして面積Ａ_nに対して図８に記載された関係が得られる。全容積流（＝２Ｖ₁＋２Ｖ₂＋・・・＋２Ｖ_N）を予め設定することにより、面積Ａ_nの設計が実施可能となり、それは流出指数μ_nが公知であることが（例えば試験が実施されたことにより）前提である。
【００２４】
図９に図示された堰状流れブレーカ７は、下降管３の下方のそして条片３２′に設けられた（図示しない）排出孔３２下方の仕切トレー２上に設けられる。トレーコラム１の外壁は、図面では省略され、一点鎖線で図示されているに過ぎない。少なくとも案内要素４のあるものは、流れブレーカ７の溢流端部７０に設けられている。
【００２５】
流れブレーカ７は、いずれの場合にも、金属板条片から作るのが有利である。案内要素４は、金属板条片から部分面積の切断および曲げによって簡単に製造可能である。流れブレーカ７は、多数の部品から組合わせることができる。図９に示されたように、それは曲げられているが、しかしながら、多数の真直ぐな部分を有する多角形の列の形状を備えることができる。
【００２６】
流れブレーカ７が使用されるとき、いかなる案内要素も排出孔３２に設けないことも可能である。この場合、案内要素４は下降管３のいかなる部分でもなく、流れブレーカ７そのものに過ぎない。排出孔３２はまったく同じ大きさにすることができる。
【００２７】
上記実施例に加えて、下降管３の別の変形、すなわち、少なくとも請求項１の変形ｂ）およびｃ）に対応する下記のものも可能である。
【００２８】
図１，５に示された実施例の変形に関して、変形ｂ）において、案内要素４は下方には曲げられていないが、排出孔３２前方上流の流入割合に影響を与えるため、上方には曲げられる。流れは、均一な流れの場に対して必要な横方向衝突成分が発生するように、上流に設けられた案内要素４によっても影響をうけることができる。
【００２９】
別の実施例の変形に関して、変形ｃ）において、基部３１の代わりに、垂直壁片３１′は下降管３の下端の部分を形成している（図１０，１１参照）。図１０は図１，５の実施例に対応する実施例を示している。図１１は図９に示されたものと同じ実施例を示している。そこでは、流れブレーカ７が案内要素４の前方に設けられている。流れブレーカ７の案内要素の一つだけが、図１１に見られる。しかしながら、図９の実施例におけるように、多数の案内要素４が存在する。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つの隣接した仕切トレーを有する縦方向に切断した本発明によるトレーコラムの断面図。
【図２】図１に示されたトレーコラムの仕切トレーにおけるおよびその上の流れ比率図。
【図３】仕切トレーの格子要素の図。
【図４】格子要素を備えた格子装置の図。
【図５】本発明によるトレーコラム用の下降管の排出孔の列の図。
【図６】排出孔の変形実施例の図。
【図７】排出孔の別の変形実施例の図。
【図８】排出孔に対する設計方法の図。
【図９】仕切トレーの下降管の下方に設けられる案内要素を備えた流れブレーカの図。
【図１０】本発明による下降管の変形実施例の図。
【図１１】本発明による下降管の別の変形実施例の図。
【符号の説明】
１ トレーコラム
２ トレー
３ 下降管
４ 案内要素
５ ガス／液体混合物
６ 流れの場
７ 流れブレーカ
１０ コラム壁
２０ 格子要素
２３ 溝
３１ 中央領域
３２ 排出孔
３３ 切断端
３４ 周辺領域
３５ 中央領域
５１ 液相
５２ ガス相
６０ ジェット
６１ 主要流れ方向

Claims (10)

1. 液体（５１）が流れかつ隣接するトレー（２）の間の液体の輸送のための下降管（３）を有し、液体輸送は負荷されるトレー上に多数の排出孔（３２）を通して各下降管に発生しかつ液体はジェット（６０）の形式で排出孔から流出するトレーコラム（１）において、前記ジェットが負荷されるトレーに衝突する際に地域的に拡散する流れの場（６）内に混合し、前記流れの場は縦方向主要流れ方向（６１）に対して流れ速度の横方向成分を有し、
   さらに案内要素を含み、該案内要素が
   ａ）排出孔の下にかつ負荷されるトレーから離して、または
   ｂ）排出孔上にかつ上方に、または
   ｃ）排出孔の後方に、配置されていて、
   前記案内要素（４）がそれぞれ分散する流れの場に対応する液体の衝突を案内し、それにより流れ速度の縦方向要素が主要流れ方向に垂直な各平面において十分に一定のプロフィルを有するように横方向速度成分を形成するのに役立つこと、
   および、前記排出孔が隣接する側方領域より中央領域において徐々に小さくなるように異なった大きさにされていること
   を特徴とするトレーコラム。
2. 排出孔（３２）が列をなして設けられていること、案内要素（４）がそれぞれ排出孔の一つと対応していること、および各案内要素がそれに溶接される対応する排出開口のリム（３３，３４）に隣接することを特徴とする請求項１に記載されたトレーコラム。
3. 排出孔（３２）がコラム壁（１０）に隣接する部分的なリング形状のリングセグメント（３２′）に設けられていること、および排出孔から流出する液体（５１）が一方ではコラム壁により、他方では少なくとも部分的に案内要素（４）によって案内可能であること、または排出孔（３２）が前記下降管の下端部を形成する垂直壁部片（３１′）に設けられ、各案内要素がベーン状に作られその位置および傾斜が発生されるべき横方向速度成分に対応することを特徴とする請求項２に記載されたトレーコラム。
4. 排出孔（３２）が前記内壁基部における少なくとも部分的に切開かれた内面によって形成されかつ内面が前記内面の内壁側の端部（３４）の周りに曲げられること、および曲げられた内面がベーン状案内要素（４）を形成し、案内要素が異なった傾斜角度ψを有すること、および傾斜角度が、中央領域の中心Ｚに対して、中心Ｚとの距離が増加するとき、０°から６０°まで、徐々に変化することを特徴とする請求項３に記載されたトレーコラム。
5. 堰状流れブレーカ（７）が個々のまたはすべての下降管（３）の排出孔（３２）の下方にまたは前方に設けられること、および少なくとも案内要素（４）のあるものが、それらが溶接される、堰状流れブレーカの溢流リム（７０）に設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載されたトレーコラム。
6. 堰状流れブレーカ（７）がそれぞれ金属板条片から作られていること、および案内要素（４）が部分区域の切断および曲げによって製造されることを特徴とする請求項５に記載されたトレーコラム。
7. 案内要素（４）が堰状流れブレーカ（７）の部分のみにあることを特徴とする請求項５または６に記載されたトレーコラム。
8. 排出孔（３２）がそれぞれ下降管（３）の下端または下方部分を形成する壁部片に設けられ、壁部片が水平基部（３１）または垂直壁部片（３１′）であること、および内壁（３０，３０ｂ）と基部のすぐ上のコラム壁（１０）の間の空間領域を占める、下降管の部分が下方に傾けられていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載されたトレーコラム。
9. トレー（２）が、それぞれ台形の形状を有し、台形の平行でない側辺（２１ａ，２１ｂ）が底辺（２２）より長い、多数の格子要素（２０）を有すること、および底辺がさらに主要流れ方向（６１）に対して横方向に設けられ、格子要素の側辺が溝（２３）として形成され、格子要素が主要流れ方向に傾斜し、すべての格子要素が同じ向きを有し、かつ規則的点格子（２５）上に設けられていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載されたトレーコラム。
10. 円形断面を有すること、下降管（３）が各トレー（２）に設けられていること、および隣接するトレーの下降管が互いに直径方向反対側に設けられていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載されたトレーコラム。

Images