JPH0223202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心式物質移動装置、特に遠心式蒸留
装置に関する。

環状の透過性素子中で液体と気体または蒸気と
を接触させるための種々の遠心式装置、殊に遠心
式蒸留装置は、既に例えば英国特許第757149号明
細書に提案されている。より最近では、我々の欧
州特許公報第0002568号および第0020055号明細書
にはそれぞれ大きな表面積と繊維質構造とを有す
る遠心式蒸留装置が記載されている。

遠心式物質移動装置中の透過性素子へ装入さ
れ、またはそれから排出される流体の一またはそ
れ以上を、装入直前または排出直後に加熱または
冷却しなければならないことが多く、そのような
加熱または冷却によつてしばしば流体の相変化が
生じる。例えば、遠心式物質移動装置を蒸留のた
めに用いる場合、蒸気（「軽質」分）と液体（「重
質」分）は、透過性素子の内側面および外側面か
ら別々に排出され、その液体は透過性素子が回転
している室へ排出される。それらの液体および蒸
気が受ける次の処理は蒸留装置の構造によつて左
右される。例えば、当該透過性素子がシリーズに
連なつている透過性素子群の積重体の最下部（ボ
トム）を形成している場合、または当該透過性素
子が蒸留装置中の唯一の透過性素子である場合に
は、排出液体の第１の部分を捕集し、排出液体の
第２の部分をリボイラーへ供給し、そこで蒸発さ
せて蒸気の形で透過性素子へ戻す。また、当該透
過性素子が上記の素子群積重体の最上部（トツ
プ）をなす場合、または、当該透過性素子が蒸留
装置中の唯一の透過性素子である場合には、排出
蒸気を凝縮器へ向けて取出して、そこで凝縮させ
て液体を生成させ、その液体の第１の部分を捕集
し、第２の部分を透過性素子へ戻す。

我々はここに透過性素子へ装入される液体へ、
または、透過性素子から排出された液体から、熱
を移動しようとする場合、そのような熱移動が、
透過性素子の内側および／または外側表面に隣接
して１またはそれ以上の環状プレートを備えるこ
とにより、好適に実施されうることを見出した。
その環状プレートは軸方向において薄く、その又
は各々の環状プレートの第１の表面上に前記液体
が流れるようにし、環状プレートの第２の表面上
に熱移動流体が流れるようにする。さらには、遠
心式物質移動装置中の透過性素子の外側表面に隣
接して１またはそれ以上の環状プレートを設け、
素子からの排出液体を環状プレート上で蒸発させ
る場合には、その熱移動流体は、しばしば容易に
利用することができるそこで用いられている工程
流の一つ、例えば高圧スチームであることがで
き、したがつて本発明においては、蒸留のために
使用される物質移動装置においてリボイラーを設
けることが不要になる。

本発明によれば、回転軸の周囲の環状体の形に
形成された透過性回転素子；上記回転軸の方向に
おいて薄く、熱伝導性物質より作られ、そして上
記透過性回転素子の半径方向内側または半径方向
外側の面に隣接して装着され、その一方の表面を
上記回転素子の該隣接面と連通されている環状プ
レート；および該環状プレートの他方の表面に熱
移動流体を供給する手段；を備えた遠心式物質移
動装置が提供される。

本発明の好ましい態様によれば、環状プレート
の第２の表面へ供給される熱移動流体が、透過性
素子から排出される蒸気の凝縮を行ない、およ
び／または、透過性素子から排出される液体の気
化を行なうようにした蒸留装置が提供される。

すなわち、本発明は、回転軸の周囲に環状体の
形に形成された回転透過性素子と；上記回転軸の
方向において薄く、二つの対向面を有し、熱伝導
性物質より作られ、そして上記透過性素子の円筒
面に隣接して装着され、その装着は、その一方の
表面が上記透過性素子の該隣接面と流体移動的に
連通されており、他方の表面が上記透過性素子の
該隣接面と流体移動的に隔離されるように装着さ
れている少くとも１の環状プレートと；および該
環状プレート又は該環状プレート群の各々の上記
他方の表面に熱移動流体を供給し、その間該流体
が上記一方の表面と直接接触しないようにされて
いる手段とを備えた遠心物質移動装置に関するも
のである。

本発明による遠心式蒸留装置において、１また
はそれ以上の環状プレートを透過性素子の外側表
面上に与える場合には、その透過性素子から排出
される実質上すべての液体をその環状プレートの
表面上で気化させ、その蒸気の一部を透過性素子
へ戻し、一部を装置から排出する。透過性素子か
ら排出される液体の一部を表面上で気化させない
場合には、その不気化液体を装置から取出すため
の手段が必要なことは明らかであろう。

本発明による遠心式蒸留装置において、１また
はそれ以上の環状プレートを透過性素子の内側表
面上に設ける場合には、透過性素子から排出され
る蒸気の第１の部分を環状プレートの表面上で凝
縮させ、そのような蒸気の第２の部分を直接に装
置から排出させてもよい。

本発明の物質移動装置中の透過性素子の外側表
面上の１またはそれ以上の環状プレートに熱移動
流体を与える場合、その熱移動流体は、環状プレ
ート上で凝縮して液体となる高温の凝縮性蒸気で
あるのが好ましく、その蒸気が環状プレートの表
面上で凝縮しない場合には熱移動は良好でなく、
熱移動流体が液体である場合にはロータ（回転
子）上の障害が許容できない程高くなることが多
い。

本発明の物質移動装置の透過性素子の内側表面
上の１またはそれ以上の環状プレートに熱移動流
体を供給する場合、その熱移動流体は適度な低温
の液体であるのが好ましく、その温度はその液体
が環状プレートの表面を横切つて移動するとき
に、透過性素子排出蒸気の凝縮からの熱を吸収す
ることにより、上昇する。

本発明の物質移動装置中の環状プレートは透過
性素子の回転軸に対して実質的に横方向に配置さ
れるのが好ましいけれども、本発明の範囲から
は、上記軸に対し垂直な平面に対し角度0゜ないし
90゜で傾いている環状プレートの使用の可能性は
排除されない。

本発明の装置において使用する環状プレートの
表面は、平坦であつてよいが、好ましくは賦形さ
れている。環状プレートは波形付きであつてよい
が、好ましくはプレートからの突起またはプレー
トへの凹窪を賦形されている。プレート面が賦形
されている場合、それらの賦形はその表面を横切
る流体の流動に実質的に横方向であるのが好まし
く、それらの賦形が回転軸と同心状であるのがさ
らに好ましい。プレート面が賦形されている場
合、それらの賦形は液体膜の騒乱を生じさせるよ
うに成形され配列され、例えば、液体のスプレー
がそれによつて発生することがあり、あるいは、
例えば、「コアンダ（Coanda）効果」を用いてプ
レートの実質上全面にわたつて液体膜がプレート
表面と接触を保つようにもできる。

本発明の装置で使用する環状プレートが均一な
厚さである場合、その均一厚さは一般的に約５mm
以下、好ましくは0.1〜0.5mmである。

本発明の装置で使用の環状プレートの構成用材
料は、良好な熱伝導性を有しなければならず、例
えば、軟鋼、アルミニウム、または銅等の金属が
好ましい材料である。

透過性素子の外側および／または内側表面に隣
接して複数の環状プレートを設けるのが好まし
く、そのような場合には環状プレートは少なくと
も実質的に平行であるのが好ましい。

複数の環状プレートを使用する場合、それらを
相互に近接して狭い通路を形成させ、好ましくは
相隣れる環状プレートの間の通路の軸方向の深さ
（すなわち、間隙距離）は、約50mm以下であり、
さらに好ましくは0.25mm〜５mmである。

透過性素子の一方の表面上に複数の環状プレー
トが存在する場合、プレート上の製品（目的物）
の少なくとも一部を装置から共通排出手段を介し
て取出すための手段を設ける。典型的にはプレー
ト間の適切な空隙の間にマニホールドを形成し、
そのマニホールドを一つの排出孔へ連絡させる。

本発明を、いくつかの具体例を示す添付図面に
よりさらに説明する。

第１〜６図において、ハウジング３内で軸２に
装着されて回転されるようになつているロータ１
は、透過性素子４を含んでいる。透過性素子４は
その軸の周囲に環状体の形で配置され、ロータ１
の外壁５により取巻かれている。オリフイス７を
備えた環状プレート６は外壁５に付着されてい
る。環状プレート６の間の空間は一つおきにその
外周をリム８で封じられて密封空間９を形成し、
また、開口空間１０を形成している。

オリフイス７中に環状ワツシヤ１１およびＣ形
ワツシヤ１２を装着して一組のマニホールド（二
つのみを図示）を形成する。これらのマニホール
ドは密封空間を結び付けている。外壁５に設けた
オリフイス１４は、透過性素子４と密封空間９と
の間の流体流動接触を与える。下端部にオリフイ
ス１６を備えた液体供給パイプ１５は、透過性素
子の中心へ突入しており、蒸気排出パイプ１７に
より取囲まれている。軸２は蒸気取出パイプ１８
中に回転自在に装着されている。パイプ１８はロ
ータ１の底の溝１９を経てマニホールドへ通じて
いる。ハウジング３は熱移動流体の入口孔２０と
出口孔２１とをそれぞれ備えている。気密シール
２２によつてハウジング３内でロータ１および軸
２が回転できるようになつている。

運転に際して、ロータを回転させ、液体を、供
給パイプ１５およびオリフイス１６を経て、透過
性素子に衝突するように供給し、透過性素子４内
を遠心力下に下向きに移動させ、オリフイス１４
を経て空間９中へ排出させる。空間９ではプレー
ト６のそれぞれの一方の面を横切つて流れる。高
温の凝縮性蒸気を孔２０を経てハウジング内へ供
給し、空間１０へ入れる。この高温蒸気はその熱
の一部を失い、凝縮して液体を生成する。この液
体はプレート６のそれぞれの他方の面上を薄膜の
形で開口空間１０内を半径方向外向きに移行し、
次いで孔２１を経て取出される。その熱移動液体
によつて失われた熱は、空間９内の液体を蒸発さ
せ、そのようにして作られた蒸気の第１の部分は
マニホールドおよびパイプ１８を経て装置から取
出されて、「重質」分として捕集される。また、
そのようにして作られた蒸気の第２の部分は透過
性素子中へ戻され、そこで外向きに移向している
液体と接触し平衡化し、その蒸気の一部は透過性
素子の内側面から出てパイプ１７を経て排出され
「軽質」分として捕集される。

第７および８図において、ハウジング２５内で
中空軸２４に装着されて回転されるようになつて
いるロータ２３は、透過性素子２６を含んでい
る。素子２６はその軸の周囲の環状体の形で配置
され、それぞれオリフイス２９および３０を設け
た壁２７および２８の間に位置している。一連の
オリフイス群３２および３３の二つの同心円を備
えた環状プレート３１は、内側の壁２７に隣接し
て装着されている。プレート３１同志の間の空間
は一つおきにリム３４で封じられて密封空間３５
および開口空間３６を交互に形成している。オリ
フイス３２および３３中には円形ワツシヤ１１お
よびＣ形ワツシヤ１２が装着されて二つの同心円
状マニホールドを形成しており、外側のマニホー
ルドは開口空間同志を結んでいる。内側壁２７中
のオリフイス２９は透過性素子２６と密封空間３
５との間の流体流動接触を与え、そして外側壁２
８中のオリフイス３０は透過性素子への流体の装
入および該素子からの流体の排出を行えるように
している。ハウジング２５には、蒸気供給パイプ
３７、蒸気取出パイプ３８および液体排出パイプ
３９が備えられている。中空軸２４も熱移動液体
用の供給パイプとして機能し、その中に同心に装
着されているのは熱移動液体用の排出パイプ４０
である。気密シール４１によつて、ケース２５内
でロータ２３、軸２４およびパイプ４０が回転し
うるようになつている。軸２４およびパイプ４０
には適当なシール（図示せず）を備えて熱移動液
体がロータへ供給され、そしてロータから排出さ
れうるようにする。

運転に際しては、ロータを回転させ、蒸気を供
給パイプ３７およびオリフイス３０を経て透過性
素子２６へ供給し、その透過性素子内を内向きに
移行させ、オリフイス２９を通して空間３５中へ
排出する。空間３５からの蒸気の一部を内側のマ
ニホールドおよび取出パイプ３８を経て「軽質」
分として排出する。

熱移動液体は適度な低温度で、中空軸２４を介
して空間３６および外側マニホルド中へ供給され
る。熱移動液体はそれが各プレート３１の表面を
横切つて流動するときに熱を吸収し、次いで管４
０を経て排出される。熱移動液体によつて吸収さ
れた熱は、透過性素子からの排出蒸気の第２の部
分によつて失われたものであり、その第２の部分
は空間３５内で凝縮して液体となつたものであ
る。この凝縮液体はプレート３１のそれぞれの一
方の表面上を横切つて遠心力下に半径方向外向き
に流動し、孔２９を通り、透過性素子２６内へ入
り、そこで半径方向内向きに流れている蒸気と接
触し、平衡化する。その液体の一部は透過性素子
の外側面から出て、孔３０を通り、パイプ３９を
経て排出されて、「重質」分として捕集される。

本発明による遠心式物質移動装置は、添付図に
示したものを含む種々の態様において、従前の遠
心式物質移動装置よりも著しい利点を有すること
が明らかであろう。例えば、その装置が蒸留の目
的に使用される場合、回転素子の外側および内側
表面に設けた環状プレートは、それぞれリボイラ
および凝縮器として機能し、従つて通常蒸留操作
に関連して設けられるそれらの別個の設備の設置
を不要としうる。遠心式装置で達成しうる高物質
移動速度によつて、慣用の遠心式物質移動装置よ
りも装置を一層コンパクト化できるので、本発明
の装置は、殊に、そのコンパクト性が有利である
場所、例えば、遠隔地で有利に使用できる。その
ような場所では別個に凝縮器および／またはボイ
ラを不要としうることは特に有意義である。

もう一つの利点は、環状プレートよりなる「リ
ボイラ」および／または「凝縮器」（本発明の装
置中に別個ではなく一体化されている）が透過性
素子に直接に隣接しており、従つて、蒸留される
べき物質の滞留時間を短縮し、装置を感熱性物質
の蒸留のために使用可能とすることである。

さらには、装置全体のコンパクト性、ならびに
「リボイラ」および／または「凝縮器」（すなわ
ち、本発明装置中の環状プレート）への通路が短
いことは、慣用の物質移動装置よりも設備投資が
実質的に少ないことを意味するものである。本発
明による装置は危険物質の処理に特に価値あるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の態様の蒸留装置の
軸における縦断面図である。第２図は第１図のＡ
−Ａ線における断面図（部分）である。第３図は
第１図のＢ−Ｂ線における断面図（部分）であ
る。第４図は第２図のＣ−Ｃ線における部分拡大
断面図である。第５および６図は、第２〜４図の
ワツシヤ１１および１２のそれぞれの拡大平面図
である。第７図は本発明による第２の態様の蒸留
装置の軸における縦断面図である。第８図は第７
図のＡ−Ａ線における断面図である。 透過性回転素子；４，２６、環状プレート；
６，３１。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸の周囲に環状体の形に形成された回転
   透過性素子と；上記回転軸の方向において薄く、
   二つの対向面を有し、熱伝導性物質より作られ、
   そして上記透過性素子の円筒面に隣接して装着さ
   れ、その装着は、その一方の表面が上記透過性素
   子の該隣接面と流体移動的に連通されており、他
   方の表面が上記透過性素子の該隣接面と流体移動
   的に隔離されるようになされている少くとも１の
   環状プレートと；および該環状プレート又は該環
   状プレート群の各々の上記他方の表面に熱移動流
   体を供給し、その間該流体が上記一方の表面と直
   接接触しないようにされている手段とを備えた遠
   心物質移動装置。 ２ 上記環状プレートが、上記回転軸に一定の間
   隔をおいて設けられ、上記回転軸を実質的に横方
   向に延びており、互いに実質的に平行に配置され
   ている、複数のプレート群の１である特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３ 上記環状プレートの間の空間が交互に(a)上記
   透過性素子と連通しているが、上記熱移動流体供
   給手段はと連通していない空間と、(b)上記熱移動
   流体手段と連通しているが、上記透過性素子とは
   連通していない空間となる特許請求の範囲第２項
   記載の装置。 ４ その、又は各々のプレートが輪隔付けられて
   いるものである特許請求の範囲第１項から第３項
   までのいずれかに記載の装置。