JP5727933B2 - クロスフロートレーおよびこれを用いる方法 - Google Patents

Description

本発明の背景
本発明は、流体流間の物質移動および／または熱移動が起こるカラム、さらに詳しくは、このようなカラムに用いられるクロスフロートレー、および、このようなトレーを用いて物質移動および／または熱移動を達成する方法に関する。

様々な種類のクロスフロートレーは、処理カラムの中に流れる流体流間の接触を促進することで、物質移動および／または熱交換を増大させるために開発された。複数のそのようなトレーは、通常、そのようなカラムの開放された内部領域に用いられ、各トレーは、カラムの断面を横切って水平方向に伸び、かつ隣接するトレーは、垂直方向に離間する。トレーは、典型的には蒸気流のような上昇する流体流を、トレーデッキを通過させて、デッキ表面を横切って水平に流れる液体流と相互作用させるために、複数の開口が設けられたデッキ表面を有する。これらの開口を有するデッキ表面は、通常、活性化領域と呼ばれる。デッキ表面のこの活性化領域で起こる蒸気‐液体の相互作用は、液体流と蒸気流との間の所望の物質移動および／または熱交換を促進するための泡を形成する。

これらの蒸気‐液体のクロスフロートレーは、さらに、概して、液体流を、１つのトレー上のデッキ表面から取り除いて下段のトレーのデッキ表面の注入口領域に誘導する下降流路として知られる大きな開口および関連する構造体を有する。その注入口領域は、液体が最初に活性化領域を横切って移動すること無く、デッキ表面を通って下降するのを防ぐために、さらに、蒸気が下降流路を通って上昇するのを防ぐために、通常、無孔である。１本のパス配置として知られる一設計事例では、上段の下降流路から排出される液体を受け入れる注入口領域、および、トレーから液体を取り除く下降流路のための開口または注入口は、各トレーの反対側の端部に配置される。２本のパス配置においては、１つの下降流路が、１つのトレーの中央に配置され、２つの下降流路が、下段のトレーの反対側の端部に配置される。下降流路のマルチパス配置も用いられている。

複数の円柱カンを用いる蒸気‐液体のクロスフロートレーは、高流量および高効率のアプリケーションのために開発された。円柱カンは、デッキ表面から上向き伸び、かつ、そのデッキ表面に形成された蒸気開口を取り囲む。カンの中に配置される旋回ベーンを用いて、カンの中を上昇する蒸気に旋回動作が付与される。デッキ表面上を流れる液体は、カンの壁のより低い位置に配置されたスロットまたは他の開口を通ってカンの中に導入される。１つ以上の下降流路は、１つのトレーから液体を取り除いて、下段のトレーに液体を送るために、各トレー上に配置される。

旋回する蒸気は、高分離効率につながる強い蒸気‐液体の相互作用を引き起こすために、これらのカンを通って上昇し、さらに、デッキ表面からカンに流入する液体と相互作用する。旋回する蒸気は、さらに、液体がカンの壁にある垂直および水平なスロットを通過する位置で、各カンの内壁表面に対して、液体の大部分をはね散らせる。これらのスロットを通過した後、液体はデッキ表面に下降し、次いで、下段のトレーに移動するために、デッキ表面に沿って１つ以上の下降流路に移動する。蒸気は、各カンに設けられた上部開口または他の開口を出て、次いで、上段のトレーのデッキ表面に設けられた蒸気開口およびカンを通って上方向に流れる。

上述の高流量のトレーの１つの問題は、デッキ表面上の液体が、各カンに均一に分配されることである。液体が低流量の時に各カンに対して与えられる液体の量によっては、液体が蒸気流によって容易に運ばれるようになり、さらに、トレーの分離効率を減少させる噴霧（スプレー）を形成する。

これらの高流量のトレーの設計事例に関連するもう１つの問題は、液体が、トレーを横切って所望のプラグフローパターンで流れるよりも各カンに再循環される傾向があることである。

上述の問題を解消する改良されたトレーの設計事例のニーズが生じた。

本発明の概要
一形態においては、本発明は、カラムの中の流体流間の物質移動および／または熱交換を促進するために、カラムの中に用いられるクロスフロートレーを指向する。トレーは、ほぼ平坦なトレーデッキと、トレーデッキから液体を取り除くために、トレーデッキ上に開口した注入口を有する下降流路とを備える。トレーデッキに配置される複数の蒸気開口は、トレーデッキを通って蒸気を上向きに移動させる。複数のカンは、トレーデッキ上に配置され、蒸気開口を取り囲む壁を有する。そのトレーデッキからカンに液体を流入させるために、複数の入口開口がカンの壁に配置される。カン内の蒸気との相互作用の後、液体がカンを出られるように、複数の排出開口が前記カンの壁に配置される。堰は、トレーデッキ上の第１ゾーン内にある第１グループのカンと、トレーデッキ上の第２ゾーン内にある第２グループの前記カンとの間に配置される。堰は、液体が第２グループのカンに送られる前に、第１のグループのカンに送られ、これによって、液体が低流量の時に蒸気によって液体が運ばれる望ましくない可能性を減少させるのに役立つ。排出開口は、さらに、排出開口を通って出た液体が、堰を越えて、次いで、第２ゾーンのトレーデッキ上に運ばれるように、カンの下流側の大部分または全体に配置され、これによって、液体が出たカンに液体が再循環される可能性を減少させる。各グループのカン内の隣接するカンの間に伸びるはねかけ（スプラッシュ）壁も同様に、液体の再循環の可能性を減少させるために用いられる。
別の一形態においては、本発明は、カラムの中に流れる流体流間の物質移動および／または熱交換を促進させるカラムを指向する。カラムは、開口内部領域を定義する垂直なシェルと、そのシェルの開口内部領域の中に垂直方向に離間した関係で配置される複数の上述のタイプのクロスフロートレーとを有する。
さらなる形態においては、本発明は、カラムの中の流体流間の物質移動および／または熱交換を促進するために上述のクロスフロートレーを用いる方法を指向する。その方法は、トレーデッキの注入口領域上に液体を導入するステップと、前記トレーデッキ上の下流方向に液体を流すステップとを有する。堰を用いて、液体が前記第１グループのカンの壁に設けられた複数の入口開口を通って第１ゾーン内にある第１グループのカンに流入するために十分なレベルに到達するまで、第１ゾーンの中のトレーデッキ上に液体を蓄積させる。第１グループのカンに流入する液体は、液体と蒸気との間の物質移動および／または熱交換を引き起こすために前記カンの中に生じる旋回する蒸気と混合される。第１グループのカンの中で蒸気と混合された液体は、第１グループのカンの壁に設けられた排出開口を通って、カンを出る。排出開口は、下流方向に面する大部分または全体に配置され、はねかけ壁は、隣接するカンの間に配置されるので、出た液体の殆どまたは全ては、液体が第２ゾーンのトレーデッキ上に下降する前に、堰を越えるように誘導される。液体は、次いで、液体が第２グループのカンの壁に設けられた複数の入口開口を通って第２ゾーン内にある第２グループのカンに流入するために十分なレベルに到達するまで、第２ゾーンの中のトレーデッキ上に蓄積する。第２グループのカンに流入する液体は、液体と蒸気との間の物質移動および／または熱交換を引き起こすためにカンの中に生じる旋回する蒸気と混合される。液体は、次いで、第２グループのカンの壁に設けられた排出開口を通って第２グループのカンから取り除かれ、上述の方法で付加的なグループのカンに誘導されても良いし、または、下段のトレーに送るための下降流路に直接送られても良い。

図面の簡単な説明
本明細書の一部を形成し、それと共に読まれ、かつ、参照数字等を用いて様々な図面で部品等を指示する添付図面において：

図１は、カラムの開口内部領域の中に配置される、本発明のクロスフロートレーを示す、カラムシェルの一部を取り除いた状態のカラムの斜視図である。 図２は、拡大スケールで示すカラムの垂直断面における部分側面図である。 図３は、カラムの水平断面における平面図である。 図４は、図３のライン４‐４に沿ったカラムの矢印方向の垂直断面における部分正面図である。 図５は、本発明のクロスフロートレーの一斜視図である。 図６は、クロスフロートレー上に用いられ、カンの壁にある排出開口の代替実施形態を示すカンの側面の斜視図である。

本発明の詳細な説明
より詳細に初めは図１の図面を参照すると、物質移動および熱交換処理での使用に適したカラムの全体は、符号１０によって表わされる。カラム１０は、多角形を含む他の形状でも可能であり、かつ、本発明の範囲内であるが、通常、円柱形状の直立の外側シェル１２を含む。シェル１２は、適切な直径および高さであり、カラム１０の作動中の流体および状態に対して、好ましくは不活性またはそれ以外の場合は親和性のある１種類以上の剛性材料で構成される。

カラム１０は、分離生成物の取得のために、および／または、さもなければ流体流間の物質移動および／または熱交換を引き起こすために、一般的には、液体流および蒸気流のような流体流の処理のために用いられるタイプである。カラム１０のシェル１２は、流体流間の所望の物質移動および／または熱交換が起こる開口内部領域１４を定義する。通常、流体流は、１種類以上の上昇する蒸気流および１種類以上の下降する液体流を有する。あるいは、流体流は、上昇する液体流および下降する液体流または上昇するガス流および下降する液体流を有しても良い。

流体流は、カラム１０の高さに沿って適切な位置に配置された任意の数の供給ライン１６を通ってカラム１０に誘導される。１種類以上の蒸気流は、供給ラインを通ってカラム１０の中に導入されるよりむしろカラム１０内で生成されることも可能である。カラム１０は、自身から、蒸気の生成物または副生成物を除去するためのオーバーヘッドライン１８、および、液体の生成物または副生成物を除去するための底流除去ライン２０も通常含む。逆流ライン、リボイラー、コンデンサ、蒸気ホーン等のような通常存在するカラムのその他の部品は、本質的に従来のものであり、これらの部品は、本発明の理解のために必要でないと思われるので、図面に図示しない。

加えて、図２〜６を参照すると、本発明に従って、複数の水平方向に伸びるクロスフロートレー２２は、カラム１０の開口内部領域１４の中において、垂直方向に離間した関係で配置されている。トレー２２は、様々な公知の方法で継ぎ合わせることが可能な複数の個別パネルで通常構成されるデッキ２４を含む。各トレー２２は、デッキ２４の開口によって形成される注入口３０と、下段のトレー２２に液体を送るための通路を形成する１以上の壁３２とを有する少なくとも１つの下降流路２８を含む。図示された実施形態においては、カラム１０のシェル１２は、下降流路２８の壁３２の１つを形成する。その他の実施形態においては、シェル１２が、下降流路２８の一部を形成する必要はない。

図示された実施形態においては、各トレー２２は、デッキ２４の一方の端部に配置された下降流路２８を有し、そのトレー２２の反対側の端部に隣接するトレー２２の下降流路２８が配置される。各トレー２２のデッキ２４は、注入口領域３６を含み、上段の下降流路２８から排出された液体が、注入口領域３６に誘導され、次いで、トレーデッキ２４を横切って下流方向に下降流路２８まで流れるように、注入口領域３６は、上段のトレー２２の下降流路２８の下に位置する。デッキ２４から上側に伸びる直立壁の形状をした選択可能な注入口堰３８は、液体が注入口堰３８から溢れ、注入口堰３８から下流方向に位置するデッキ２４の一部に沿って移動する前に、注入口堰３８の高さに対応するレベルまで注入口領域３６上に液体を蓄積させるために注入口領域３６に隣接して配置されても良い。図示される１つのパス配置においては、注入口領域３６および下降流路の注入口３０は、各トレー２２の反対側の端部に位置する。本発明は、２つのパス配置またはマルチパス配置に対しても適用可能であると認識される。

各トレー２２は、デッキ２４から上方に伸び、かつ、デッキ２４に支持される複数の均一に離間したカン４０を含む。カン４０は、デッキ２４上に、三角形または四角形のピッチのような予め選定された均一なパターンに配置されるのが好ましい。各カン４０は、他の形状を用いることも可能ではあるが、一般的な円柱状の壁４２によって形成される。一実施形態においては、壁４２は、各壁４２の上端が上段のトレー２２の下に予め選定された距離を空けて配置されるように、隣接するトレー２２間の垂直方向の距離よりも少ない高さを有する。他の実施形態においては、壁４２は、上段のトレー２２に接触および支持するように上側に伸びても良い。仮に、壁４２が上段のトレー２２に接触し、かつ、上段のトレー２２のデッキ２４の蒸気開口４４を取り囲む場合、取り囲む空間からカン４０に蒸気を流入させ、かつ、上段のトレー２２のデッキ２４の蒸気開口４４を通って上昇させることができるように、壁４２の上部に適した開口が配置される。同様に、壁４２は、上段のトレー２２に接触するが、上段のトレー２２のデッキ２４の蒸気開口４４からオフセットしている場合、蒸気がカン４０を出て、上段のトレー２２の蒸気開口４４を通って上昇できるように、壁４２の上部に開口が設けられる。壁４２の下端は、溶接、または、壁４２の下端から下側に伸びてデッキ２４に形成されるスロットに挿通されるタブのようなあらゆる適した方法で、デッキ２４に固定される。タブは、デッキ２４に対してカン４０を固定するために、デッキ２４の下面に対して屈曲されていても良い。

各カン４０の壁４２は、デッキ２４を通って上向きに、かつ、関連するカン４０の中に蒸気を通過させる、デッキ２４に設けられた蒸気開口４４を取り囲む。各蒸気開口４４は、通常、デッキ２４を通って上向きに通過する全ての蒸気がカン４０を通過するように、壁４２の内径よりわずかに小さい直径を有する。各カン４０に対して蒸気を供給するために、１つの大きな蒸気開口４４を用いるよりも、複数の小さい蒸気開口４４を用いても良い。カン４０の数および直径ならびに蒸気開口４４のサイズは、目的とする蒸気−液体の相互作用のための所望の蒸気流量および所望の空間体積をもたらすように選定される。

１セット以上の旋回翼４６は、各カン４０内に蒸気の遠心力を利用した旋回を引き起こすように配置される。蒸気がデッキ２４を通って上向きに通過してカン４０に流入する際に、旋回動作が蒸気の中で引き起こされるように、１セットの旋回翼４６ａは、デッキ２４の水平面内にある各蒸気開口４４の中に配置される。他の１セットの旋回翼４６ｂは、デッキ２４の水平面内に配置された旋回翼４６ａの上方に予め選定された距離を空けて配置された位置で、各カン４０内に位置しても良い。旋回翼４６の各セットは、複数の半径方向に伸びた平坦なまたは湾曲したベーン４８を有する。下側のセットの旋回翼４６ａのベーン４８ａは、上側のセットの旋回翼４６ｂのベーン４８ｂと同じまたは異なるように形作られ、および／または、角度を付けられる。１例として、下側のベーン４８ａは、垂直の流れ方向から実質的に半径方向の流れのベクトルを備えた方向に蒸気を徐々に移動させるために湾曲されても良い。上側のベーン４８ｂに対して半径方向の流れのベクトルで流れる蒸気が与えられるので、上側のベーン４８ｂは平坦でも良く、または、下側のベーン４８ａと比較してカーブを小さくしても良い。

旋回翼４６は、蒸気がトレーデッキ２４上の各カン４０の中で同じ回転方向に旋回するように配置されても良い。あるいは、いくつかのカン４０の中における回転方向は、他のカン４０の方向とは異なっても良い。

トレーデッキ２４上の液体は、各カン４０の壁４２に配置されたスロットのような複数の入口開口５０を通ってカン４０に流入する。複数の入口開口５０は、カン４０が所望の構造の剛性を保持することを保証すると同時に、各カン４０の中に液体を所望に流入させるサイズで、壁４２の中に配置される。複数の入口開口５０は、通常、カン４０の壁４２の複数の入口開口５０に流入する前に、液体がカン４０の周囲のトレーデッキ２４上に予め選定された深さに蓄積するように、トレーデッキ２４の水平面の上方に予め選定された距離で配置される。複数の入口開口５０は、各カン４０の中での液体の所望の体積測定の流れを可能にするサイズであり、液体がカン４０に流入する際に、液体が、旋回動作で既に移動している蒸気に出会うように、下側のセットの旋回翼４６ａ上に配置されるのが好ましい。次に、旋回する蒸気および液体は、物質移動および／または熱交換の激しい相互作用が蒸気と液体との間で起こる混合ゾーン内にあるカン内を上昇する。上側のセットの旋回翼４６ｂは、使用される場合、蒸気および液体の付加的な旋回を引き起こす混合ゾーンの複数の入口開口５０がある水平面の上方に配置される。

旋回する蒸気および液体がカン４０内を上昇する際に、液体の膨大な運動量によって、液体の大部分が、各カン４０の壁４２の内側表面に対して投げつけられる。次に、液体は、壁４２を上昇し、壁４２の排出開口５２を通ってカン４０を出る。排出開口５２は、簡単な穴のような様々な形状が可能である。図１〜５に図示される実施形態においては、排出開口５２は、関連するカン４０の内側に伸び、かつ、カン４０の壁４２を上昇する液体を取り込むように方向付けられた方向性のあるルーバ５２ａの形状をしている。図６に図示された他の実施形態においては、排出開口５２は、出た液体をトレーデッキ２４に向かって下方向に偏向させるために、下方に傾斜し、かつ、外側に湾曲したタブ５２ｂの形状をしている。排出開口５２のその他の実施形態は、本発明の範囲によって考慮され、かつ、本発明の範囲内のものである。

注入口領域３６から下降流路２８までトレーデッキ２４を横切る液体をさらに均一な流れに確実にするために、一連の中間の堰５４ａ、５４ｂ、および５４ｃは、トレーデッキ２４上に配置される。堰５４ａ‐ｃは、トレーデッキ２４を横切る液体流の全方向をほぼ横切る方向に、かつ、離間した関係で配置される。堰５４ａ‐５４ｃは、従って、トレーデッキ２４を、各ゾーンが１つのグループのカン４０を含む複数のゾーン５６ａ‐ｃに分割するのに役立つ。各グループのカン４０におけるカン４０の数は、通常、各ゾーン５６ａ‐ｃで同じであるが、いくつかのアプリケーションにおいては、いくつかのゾーンで他のゾーンよりも多いカン４０を含むのが好ましい。３つのゾーン５６ａ‐ｃが図示されているが、１つまたは複数の堰を用いることによって２つ以上のゾーンを設けることが可能であると理解される。

より均一な液体流を達成することに加えて、堰５４ａ‐ｃは、各堰５４ａ‐ｃからすぐ上流のゾーン５６ａ‐５６ｃに位置するカン４０の中に液体を押し込むのに役立つ。液体は、堰を越えて溢れて隣のゾーン５６ｂまたは５６ｃに流入する前に、堰５４ａ、５４ｂ、または、５４ｃの高さまでトレーデッキ２４上に蓄積しなければならない。堰５４ａ‐ｃは、それぞれ、これらの上端が、カン４０の壁４２の複数の入口開口５０のレベルの上方で、かつ、最も低い排出開口５２のレベルの下方になるような高さであるのが好ましい。堰５４ａ‐ｃは、それぞれ、同じ高さでも良いし、あるいは、堰が、トレーデッキ２４を横切る液体流の方向における高さを増加させても減少させても良い。堰５４ａ‐５４ｃの存在は、ほぼ等量の液体が各ゾーン５６ａ、５６ｂ、または５６ｃ内に位置する各カン４０に対して与えられるように、各ゾーン５６ａ‐ｃ内に液体を均一に分配させる。液体は、初めには、トレーデッキ２４上の全てのカンではなくゾーン５６ａ内にあるカン４０にだけ分配されるので、低流量の液体が蒸気流によって運ばれ、上段のトレー２２に運ばれる可能性は低い。代わりに、液体が、その他のゾーン５６ｂおよび５６ｃ内にあるカン４０の中で蒸気流と相互作用するために、関連したトレーデッキ２４を横切って流れ、次いで、下段のトレー２２に送るために下降流路２８に流入する可能性が高い。

好ましくは、堰５４ａ‐ｃは、各ゾーン５６ａ‐ｃ内にあるカン４０のいくつかまたは全ての壁４２から下流に予め選定された距離を空けて配置される。堰５４ａ‐ｃとカン４０との間のこの距離は、デッキ２４の表面上の液体を、カン４０の全周囲に循環させて、カン４０の全周囲にアレイ配置された複数の入口開口５０を通ってカン４０に流入させる。図示された実施形態においては、堰５４ａ‐ｃは、カン４０の下流側から均一な距離を空けて配置されるように、カン４０の外形に一致する半球状のセグメント５８を含む。

蒸気流の一部と共にカン４０の壁４２を通って液体を出すことができる排出開口５２は、各カン４０の下流側の全体にまたは大部分に、かつ、隣接する堰５４ａ、５４ｂ、または５４ｃの上端の上方に配置される。排出開口５２は、排出開口５２を通ってカン４０を出た液体が下流のゾーン５６ｂまたは５６ｃのトレーデッキ２４上に下降する前に、蒸気流によって隣接する堰５４ａ、５４ｂ、または５４ｃを越えて運ばれるように構成させる。結果として、排出開口５２を通って各カン４０を出た液体のほとんどまたは全ては、隣接する堰５４ｂまたは５４ｃによって妨げられ、液体が出たカン４０に再循環して戻ることができない。堰５４ａ‐ｃは、液体の下方への下降中、出た液体が関連した堰５４ａ、５４ｂ、または５４ｃの上端を飛び越すように、隣接するカン４０の十分近くに配置されなければならないと認識される。同時に、堰５４ａ‐５４ｃは、トレーデッキ２４上の液体を、カン４０の全周囲に循環させるように、隣接するカン４０から十分な距離を空けて配置されなければならない。

堰５４ａ‐ｃおよびカン４０の下流側の排出開口５２の配置は、特定のカン４０を出た液体が、同じカン４０あるいは液体が出たカン４０と同じゾーン５６ａ、５６ｂ、または、５６ｃ内にある他のカン４０に再循環される可能性を減少させるのに役立つ。液体は、従って、より均一な方法でデッキ２４を横切って移動し、それによって、トレーデッキ２４上での物質移動および／または熱交換の効果を増大させることができる。

図３および図４に最も良く示されるように、はねかけ壁６０は、トレーデッキ２４上および上方の液体の再循環を抑制するさらなる手段として、液体流の下流方向に対してほぼ横切る方向に伸びるバリアを形成するために、各ゾーン５６ａ‐ｃ内の横方向に隣接するカン４０の間、およびシェル１２とその隣接するカン４０との間に伸びる。はねかけ壁６０は、カン４０と略同じ高さを有するが、トレーの性能があまり問題にならないアプリケーションにおいては、より低い高さの壁を用いても良い。排出開口５２を通ってカン４０を出た液体は、はねかけ壁６０によって、前記下流方向とは反対側の上流方向に移動するのを妨げられ、それによって、液体が出たのと同じカン４０、または、液体が出たカン４０と同じゾーン５６ａ、５６ｂ、または５６ｃ内にある他のカン４０に液体が再循環されることを防ぐ。各はねかけ壁６０の下端部は、トレーデッキ２４の上方に配置されるか、または、トレーデッキ２４上の液体をカン４０の全周囲に循環させるために、切り抜き６１（図５）が設けられる。

下向きの縁（リップ）リング６２は、壁４２に沿ってカン４０の上部を出た液体が、縁リング６２によってトレーデッキ２４に戻る方向に再度方向付けられるように、各カン４０の上部に配置される。縁リング６２は、関連するカン４０の壁４２の内側に配置される内壁６４、壁４２の上端の上方にわずかに離間した湾曲した上部切片（セグメント）６６、および、カン４０の壁４２の外側に配置される外壁６８を有する。縁リング６２は、壁４２の上端から上側に伸び、かつ、縁リング６２の上部切片（セグメント）６６の中のスロット７２内に収容されるタブ７０によって所定の位置に固定される。

カラム１０の使用中、液体流が注入口堰３８から溢れるレベルに到達するまで蓄積する、トレーデッキ２４の注入口領域３６上に液体流が導入される。液体は、次いで、第１ゾーン５６ａ内に位置するカン４０に対して液体が与えられる第１ゾーン５６ａの中に流入する。あるいは、注入口堰３８は省略され、液体が注入口領域３６から第１ゾーン５６ａの中に直接流入しても良い。堰５４ａは、液体がカン４０の壁４２の複数の入口開口５０を通ってカン４０に流入するために十分な高さに到達するまで、ゾーン５６ａのトレーデッキ２４上に液体を蓄積させる。カン４０に流入する液体は、トレーデッキ２４の蒸気開口４４を通ってカン４０に流入する蒸気流によってピックアップされる。旋回翼４６は、カン４０の中の蒸気と液体とを良く混合するために、蒸気および液体に対して遠心力を利用した旋回動作を付与する。液体に作用する遠心力によって、液体が壁４２の排出開口５２に出会うまで、液体が上昇する壁４２の内側表面に対して液体が投げつけられる。液体は、排出開口５２を通って蒸気流の一部によって運ばれる。排出開口５２を通って出た液体流および蒸気流の運動量は、隣接する堰５４ａまたは５４ｂを越えて、下流のゾーン５６ｂまたは５６ｃのトレーデッキ２４上に、液体を運ぶのに十分である。残りの蒸気流は、カン４０の上部開口、または、カン４０の壁４２の上部に設けられた開口を通って出た後、上段のトレー２２のトレーデッキ２４の蒸気開口４４を通って上昇する。上段のトレー２２の蒸気開口４４は、蒸気が蒸気開口４４の中を直接上昇することができるように、下段のトレー２２上のカン４０に位置合わせされても良いし、あるいは、蒸気開口４４は、蒸気が蒸気開口４４に流入する前に予め選定された距離を横方向に移動させるように、カン４０からオフセットされても良い。液体が壁４２を上昇する際に、排出開口５２を回避する液体は、縁リング６２によって取り込まれ、トレーデッキ２４の下方に再度方向付けられる。

ゾーン５６ｂに送られた液体は、堰５４ｂの結果としてトレーデッキ２４上に蓄積し、上述と同様の方法で蒸気流と相互作用するために、複数の入口開口５０を通ってゾーン５６ｂ内にあるカン４０に流入する。液体は、次いで、連続するゾーン５６ｃ、および、設けられることがあるあらゆる追加ゾーンに同様の方法で流入し、さらに、下段のトレー２２に向かって下方へ移動するために下降流路２８の注入口３０に流入する。

堰５４ａ‐ｃは、トレーデッキ２４上の液体を複数のゾーン５６ａ‐ｃのそれぞれのゾーン内にある複数のグループのカン４０に、順に送る。このように、液体は、順により少ないカン４０に対して与えられ、これによって、特に液体が低流量の時に、蒸気流の中の液体の望ましくない運搬の可能性を減少させる。堰５４ａ‐ｃは、さらに、カン４０の下流側の大部分または全体に配置される排出開口５２との組み合わせにおいて、液体をカン４０に再循環させる可能性を減少させ、これによって、トレーを横切る液体のよりプラグ状の流れ、およびトレーデッキ２４上の液体と蒸気との間のさらに効果的な物質移動および／または熱交換を確実にしている。

多数の可能な実施形態が、本発明の範囲を逸脱せず、本発明から作製されるので、本書に述べられるまたは添付の図面に示される全ての事項は、実例として解釈されるべきものであり、限定的な意味で解釈されるべきものではない。

Claims (15)

1. カラムの中の流体流間の物質移動および／または熱交換を促進するために前記カラムの開口内部領域内において垂直方向に離間した関係で配置されて用いられる複数のクロスフロートレーであって、前記複数のクロスフロートレーのそれぞれは、
   略平坦なトレーデッキと、
   前記トレーデッキ上に配置され、液体が前記トレーデッキ上に導かれるべき注入口領域と、
   液体が前記注入口領域から前記トレーデッキに沿って下流方向に流れた後に、前記トレーデッキから液体を取り除くための、前記トレーデッキ上に開口した注入口、および前記複数のクロスフロートレーが前記カラムの前記開口内部領域内に配置される場合に、前記複数のクロスフロートレーの内の下段のクロスフロートレーのトレーデッキに液体を送るための通路を形成する１以上の壁を有し、下段のトレーデッキの注入口領域の上に位置する下降流路と、
   前記トレーデッキの複数の蒸気開口であって、蒸気の移動を前記トレーデッキの前記複数の蒸気開口を通って上向きにさせるための前記複数の蒸気開口と、
   前記トレーデッキ上に配置され、かつ、前記トレーデッキを通過した前記蒸気が自身の内部を上昇するように、前記複数の蒸気開口を取り囲む壁を有する複数のカンと、
   前記カンの中を上昇する前記蒸気に対して旋回動作を付与するために配置される旋回翼と、
   前記トレーデッキから前記カンに液体を流入させるための前記カンの前記壁にある複数の入口開口と、
   前記カン内の旋回動作で上昇する前記蒸気と相互作用した後、液体が前記カンを出ることができるように、前記カンの前記壁において、前記複数の入口開口の上方に配置される複数の排出開口と、
   前記トレーデッキ上の第１ゾーン内にある第１グループの前記カンと、前記トレーデッキ上の第２ゾーン内にある第２グループの前記カンとの間に配置される堰と、
   を有し、
   前記第１グループのカンは、前記トレーデッキ上の前記第１ゾーンに配置され、かつ、前記第２グループのカンは、前記トレーデッキ上の前記第２ゾーンに配置され、前記第２ゾーンは、前記第１ゾーンから前記下流方向に位置するものであり、
   前記堰は、前記カンの外形に一致する半球状のセグメントを含み、前記半球状のセグメントは、前記トレーデッキ上の液体を前記カンの周りに循環させるために、前記下流方向において前記カンから均一な距離を空けて配置されることを特徴とするクロスフロートレー。
2. さらに、前記複数のカンの各々の上部に下向きの縁リングが配置され、各壁に沿って各カンの上部を出た液体が、前記縁リングによって前記トレーデッキに戻る方向に再度方向付けられる請求項１に記載のクロスフロートレー。
3. 前記堰は、前記カンの前記壁にある前記複数の入口開口より高いレベルに配置された上端を有する請求項２に記載のクロスフロートレー。
4. 前記堰の前記上端は、前記カンの前記壁にある前記排出開口より低いレベルに配置される請求項３に記載のクロスフロートレー。
5. 前記第１グループのカンおよび前記第２グループのカンに、それぞれ同数のカンを有する請求項１〜４のいずれかに記載のクロスフロートレー。
6. 前記第１グループのカンおよび前記第２グループのカンに、それぞれ異なる数のカンを有する請求項１〜４のいずれかに記載のクロスフロートレー。
7. 前記排出開口は、前記排出開口を通って前記カンを出た液体が前記トレーデッキに戻る前に前記堰を越えて前記下流方向に運ばれるように、前記下流方向に面する前記第１グループのカンにおいて、前記カンの下流側の大部分または全体に配置される請求項１〜６のいずれかに記載のクロスフロートレー。
8. さらに、前記第２ゾーン内にある前記第２グループのカンから前記下流方向に配置される第２の堰を含む請求項７に記載のクロスフロートレー。
9. 前記排出開口は、前記排出開口を通って前記カンを出た液体が前記トレーデッキに戻る前に前記第２の堰を越えて前記下流方向に運ばれるように、前記下流方向に面する前記第２グループのカンにおいて、前記カンの下流側の大部分または全体に配置される請求項８に記載のクロスフロートレー。
10. さらに、前記排出開口を通って前記カンを出た液体が前記下流方向と反対の上流方向に運ばれるのを妨げるための、隣接するカンの間に伸びるはねかけ壁を含む請求項１〜９のいずれかに記載のクロスフロートレー。
11. 前記はねかけ壁は、前記カンの壁と同じ高さを有する請求項１０に記載のクロスフロートレー。
12. 自身の中の流体流間の物質移動および／または熱交換を促進するカラムであって、
    開口内部領域を定義する直立したシェルと、
    前記シェルの前記開口内部領域の中に垂直方向に離間した関係で配置される複数のクロスフロートレーと、
    を有し、
    前記複数のクロスフロートレーのそれぞれが、請求項１〜１１のいずれかに記載のクロスフロートレーからなることを特徴とするカラム。
13. 自身の開口内部領域内において垂直方向に離間した関係で配置される複数のクロスフロートレーを含むカラム内の蒸気および液体の相互作用を促進する方法であって、
    前記複数のクロスフロートレーのそれぞれは、複数のカンが配置されたトレーデッキを有し、
    前記カンは、前記トレーデッキの蒸気開口を取り囲む壁を有し、
    第１グループの前記カンは、前記トレーデッキの第１ゾーンに配置され、かつ、第２グループの前記カンは、前記トレーデッキの第２ゾーンに配置され、
    前記第２ゾーンは、前記第１ゾーンより下流方向に配置され、
    さらに、前記トレーデッキ上の前記第１ゾーン内にある前記第１グループの前記カンと前記トレーデッキ上の前記第２ゾーン内にある前記第２グループの前記カンとの間に堰が配置され、
    前記堰は、前記カンの外形に一致する半球状のセグメントを含み、前記半球状のセグメントは、前記トレーデッキ上の液体を前記カンの周りに循環させるために、前記下流方向において前記カンから均一な距離を空けて配置され、
    前記トレーデッキの注入口領域上に液体を導入するステップと、
    前記液体を前記注入口領域から、前記トレーデッキ上に開口した注入口と下段のトレーデッキに前記液体を送るための通路を形成する１以上の壁とを有し、かつ前記下段のトレーデッキの注入口領域の上に位置する下降流路まで、前記トレーデッキ上の下流方向に流すステップと、
    前記液体を前記下降流路の前記注入口に流入させ、前記通路内を下降させ、前記下段のトレーデッキの注入口領域上に排出するステップと、
    前記堰を用いて、前記液体が前記第１グループのカンの前記壁に設けられた第１の複数の入口開口を通って前記第１ゾーン内にある前記第１グループのカンに流入するのに十分なレベルに到達するまで、前記第１ゾーン内のトレーデッキ上に前記液体を蓄積させかつ前記カンの周りに循環させるステップと、
    前記液体と前記蒸気との間の物質移動および／または熱交換を引き起こすために、前記カン内を上昇する蒸気と前記第１グループのカンに流入する前記液体とを旋回動作を用いて混合するステップと、
    前記第１グループのカンの前記壁に設けられた第１の排出開口を通る方向に前記第１グループのカン内の前記蒸気と混合された液体を誘導するステップと、
    前記液体が前記第２グループのカンの前記壁に設けられた第２の複数の入口開口を通って前記第２ゾーン内にある前記第２グループのカンに流入するのに十分なレベルに到達するまで、前記第２ゾーン内のトレーデッキ上に前記液体を蓄積させかつ前記カンの周りに循環させるステップと、
    前記カン内を上昇する蒸気と前記第２グループのカンに流入する前記液体とを旋回動作を用いて混合するステップと、
    前記第２グループのカンの前記壁に設けられた第２の排出開口を通って前記第２グループのカン内の前記蒸気と混合された液体を取り除くステップとを有し、
    前記第１の排出開口は、前記堰を越えて前記第２ゾーン内のトレーデッキ上に前記液体を誘導するように配置されることを特徴とする方法。
14. さらに、前記第２のグループのカンの前記壁に設けられた第２の排出開口を通る方向に前記第２グループのカン内の前記蒸気と混合された液体を誘導するステップを含み、
    前記第２の排出開口は、前記下流方向に前記液体を誘導するように配置される請求項１３に記載の方法。
15. さらに、前記複数のクロスフロートレーの内の１つのクロスフロートレー上の前記カンからの前記蒸気を前記複数のクロスフロートレーの内の上段のトレーに送り、前記１つのクロスフロートレー上の前記第２グループのカンから排出された前記液体を前記複数のクロスフロートレーの内の下段のトレーに送るステップを含む請求項１４に記載の方法。
    

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