JPH03500384A - 材料および熱交換コラムに対するパッキング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 材料および熱交換コラムに対するバッキング本発明は、内部でガス位相および液 体位相が相互に接触せしめられる材料および熱交換コラムに対するバッキングに して、前記バッキングが複数の同様なバッキングエレメントを有し、該エレメン トが実質的に円形中空円筒の形を有し、その環状に延びる壁が外向き凹面および 内向き凸面を有し、かつその回りを延びる二つの外縁を形成し、前記中空円筒が 高さに比して大きく外径を有しているバッキングに関する。

ガス位相を液体位相と接触させるようになった材料および熱交換コラムにおいて は、材料および熱の移動が起こり、たとえばガス位相から液体位相への成分の移 動を伴う吸収、反対方向への成分の移動を伴う脱離、または成分が両方向に移動 する精留が起こる。普通は温度差があるから、同時に熱移動が生じ、そのために 材料交換コラムは常にまた熱交換コラムとなる。ガス位相は普通コラムを通して 、液体位相に対し向流的に流動せしめられ、かつ平行流動は稀にしか使用されな い（但し十字流動は熱交換に使用される冷却塔だけに起こる）。コラムは組込み 式のエレメントを有し、その目的はガス位相と液体位相との間の熱交換率（効率 ）を大にし、二つの位相に対する処理量〈容量）を大にし、かつ最低可能圧力差 が得られるようにすることである。

材料および熱交換コラムに対する組込み式エレメントは規則正しいまたは不規則 なバッキングの形となすことができる。規則正しいバッキングはなるべくは粗く 折りたたんだ板として形成し、その櫛が相互に、かつコラムの軸線に対しである 角度で交差するように配置され、かつ溝および孔等の如き微細構造を有するもの とされる。

このようなエレメントを製造し、かつこれをコラム内に配置するには比較的多額 の費用を要する。

不規則なバッキングはコラムの中に簡単に投入した個個のバッキングエレメント によって形成される。したがって規則的なバッキングに比してコラム内における 配置は実質的に簡単である。この型のバッキングエレメントは昔から知られてい るリングを有し、該リングはほぼ１：１なる高さ対直径の比を有している。パッ キングエレメ〕・トのさらに進展したものは小さな舌片を有するいわゆるボール リングよりなり、該リングは内方に延びかつ対応する孔を残し、相当改良された 容量を有している。

１列の舌片を省略して直径と高さの比を３：１に減少１れば、ボールリングは死 区域を減少することができる。

このような進展は同様にコラムの中に不規則な態様で投入される屋根形、半円筒 形、鞍形または類似の形のバッキングエレメントの場合にも得られ、該エレメン トは孔、リプ、溝、突起、凹所、舌片等の形をなした漸次複雑な形の面を有する ものとされる。

このような複雑な構造のために、不規則なバッキングはコラムの軸線方向におい て比較的大きな圧力低下を示し、これはバッキングの容量および材料交換の効率 を減少させる。

このことはなおりＥ−Ａ−２１６４１４４に記載されている型のバッキングエレ メントから作られたバッキングにも当てはまる。このようなバッキングエレメン トは円筒の形をなし、随意に凹状の表面を設け、かつ内向きのリブを備え、該リ ブが円筒形部分に対し軸線方向に突出するようになすことができる。リブはバッ キングエレメントを投入する時に、該エレメントが相互に導入するのを阻止し、 したがってバッキングエレメント相互の部分的整合によって、圧力低下を減少さ せるようにするためのものである。少なくともバッキングエレメントが冷間加工 により、金属によって形成されている時にはリブを設けることは高価となり、か つバッキングエレメントをコラムに投入する時に生じるバッキングは規則正しい 構造を有するものとはならず、無作為的な不規則なものとなり、平らに位置する バッキングエレメントと、斜めおよび垂直に立つバッキングエレメントとの双方 を含むものとなり、したがってまた比較的大きな圧力低下を示すようになる。

本発明の目的は序文に述べた型のバッキングにおいて、圧力低下を少なくすると 共に、材料交換の容量および効率を増加させるようになったバッキングを供する ことである。

この目的は平らに位置するバッキングエレメントの重ね合わされた複数の層より なるバッキングを各層内において無作為に分配し、かつ内部に自由通路断面が生 じるようにし、この時高さに対する外径の比がほぼ６：１からほぼ１０：１とな るようにすることによって達成される。

使用されるバッキングエレメントは自転車ホイールリムと同様なリングよりなり 、高さ対直径の比が比較的大であり、平らな支持体の上に自由に落下するバッキ ングエレメントが平らに位置し、かつそれらの回りを延びる縁の回りに触坐する ような位置を占める。このように落下する時に、これらが垂直位置を占める確率 は非常に小さい。その理由はこの位置が不安定な平衡状態にあり、この状態は僅 かな振動等、たとえば他の落下バッキングエレメントの衝撃によっても崩される からである。したがってバッキングエレメントをコラムの中に徐々に導入し、か つ分配することによって、平らに位置する、言わばコラムの軸線方向に規則正し く配設されたバッキングエレメントの重ね合わされた層よりなるバッキングを形 成することができ、これに反し一つの層の中のバッキングエレメントは無作為に 分配され、かつ不規則となり、実際的には常にそれらの真上および真下に位置す るものに対して互い違いに配置されるようになる。この型のバッキングによれば 、完全に不規則なバッキングに比して圧力低下は実質的に減少し、材料交換の容 量および効率は著しく改良されるようになる。容量および効率が同じであれば、 バッキングの容積、したがってバッキングの重量は減少する。

さらにバッキングはコラムの充填段階において、製造の容易なバッキングエレメ ントにより、比較的少ない労力費で形成される。

本発明の他の展開および利点は次の説明および従属請求の範囲によって明らかと なる。

次に添付図面によって示された実施例により、本発明を詳述する。

第１図は材料および熱交換コラムの部分を示すもので、図の面内に互い違いに配 置されたリングは示されているが、交差したリングは図を明らかにするために省 略されている。

第２図は第１図に示されたバッキングの部分的平面図である。

第３図は第１図に示されたバッキングに対するバッキングエレメントの構造の一 つを示す。

第１図に示される如く、コラム１は適当なベース（図示せず）によって担持され 、かつバッキングエレメント４の重ね合わされたｇｉ３よりなっている。液体分 配器５はバッキング２の上に配設されている。

バッキングエレメント４は円形環状中空円筒の形をなし、その壁６は実質的に均 一な厚さを有し、かつその周囲を延びる凹状外側７および凸状内側８を有してい る。

なお中空円筒の高さＨに対する外側直径りの比の大きさは、コラム１に注入を行 った時に第１図に示される如く、それがコラム１のベースまたは同様なバッキン グエレメント４の層の上に平らに横たわる位置に来るようにされる。中空円筒の 高さＨに対する外側直径りの比はなるべくは６：１と１０：１との間にあるよう にされる。

もしこの型のバッキングエレメント４を注ａｍ＜コラム１の中に装填し、かつこ れを広げれば、平らに位置するバッキングエレメント４の重ね合わされた層３よ りなるバッキング２が得られる。この型のバッキング２は各層３内のバッキング エレメント４の不規則な配置を有し、各バッキングエレメント４の間隔は長かっ たり短かつたりするが、バッキング２がコラムの軸線の方向に規則正しく並ばな くとも、各バッキングエレメント４は相互に点接触する。

この時得られる効果は空気抵抗が減少し、したがって完全に不規則なバッキング の場合に比してコラム１内の圧力低下が減少することである。さらにバッキング エレメント４によって得られるバッキングが部分的に規則正しいために、比面積 が同じであれば、バッキングエレメント４は小さな空間を占め、すなわち充填係 数は減少し、またはバッキング２の容量は、バッキング容積が不変のまま実質的 に増加する。

バッキングエレメント４の内向き湾曲ｗ１６はこのエレメントに適当な強度を与 えると共に、バッキングエレメント４が実際的に水平なバッキングエレメント４ 内の傾斜位置または垂直位置に詰まることがないようにし、したがって少なくと もある所では層３の形成されるのを閉止するが、その代わりに他のバンキングエ レメント４が広がりまたは落下した時に、この位置において不安定な平衡状態に 達し、したがって対応する平衡状態が得られるように水平位置に転がり落ちる。

壁６の断面は円形リング、特に半円形リングの扇形となすことが得策であるが、 たとえば卵形の１部分のような凹面となすこともできる。

内方湾曲面６もこれに対応して表面積が増加するが、これは圧力低下を減少させ ると共に、効率および容量を増加させる効果がある。

さらに内方湾曲壁６は液体位相を液体の集積を伴うことなく流出せしめ、バッキ ング２内の液体位相の残留時間はこれに対応して短くなる。したがって重合の傾 向を有する物質の場合は、コラム１内における重合を避けることができる。さら に懸濁液内の固体または他の原因によって導入される固体は液体位相によっては 保持されない。

第１図によるバッキング２においては、ガス位相は常に底部から頂部に向かって コラム１の軸線方向に、したがノて実質的に各バッキングエレメント４の軸線方 向に流動し、一方接者は外側７に近い区域と、内側８に近い区域の間の圧力差ま で上昇し、外側７の静圧力ｐ１は内側８の静圧力ｐ２より高くなる（航空機の翼 と同様に）。

したがって内側に自由通路断面を有する、すなわち内向きのリブまたは同様な部 分を有しない各バッキングエレメント４の内部には負の圧力が形成される。これ は強力なガスの乱流を発生せしめ、これに対応して特に、各バッキングエレメン ト４がその上下に位置スる層の中の隣接エレメントに対してわずかに互い違いに 配置されている時には、ガス位相の十字流を発生させるわ液体位相は少なくとも 部分的に、バッキングエレメント４の底縁に沿って、その下に位ｔするバッキン グエレメント４の頂縁に衝当するまで流れるから、コラムの軸線に対して横方向 において、下向きに流動する液体位相と混合する。これによってコラムの横断面 に対し液体位相の実質的に均一な組成が得られる。

ガスおよび液体位相の交差混合の効果は、温度および（または）濃度の駆動勾配 を最適の態様で利用し得ることである。

バッキング２またはバッキングエレメント４の正確な水平調節は必要ではなく、 わずかな傾斜があれば、液体位相の対応する流出が生じる。

壁６の厚さはたとえば０．２と５．０ａｇ＋との間にあるが、外径りは一般的に １０および３００ｍの蛯囲内で選択される。効率の損失がな（ブれば、バッキン グエレメントの直径に対するコラムの直径の比は、普通の不規則なバッキングの 場合の８：１から１２：１までに比してほぼ４．６：１であり、したがって比較 的大きな直径りを有するバッキングエレメントを有利に、特に実験重用の装置に 対して使用することができる。

小直径りを有するバッキングエレメント４の場合は、これらエレメントのあるも のがコラムの壁に対して垂直なまたは傾斜した位置において支持されることがわ かる。

常態では大量の液体がコラムの壁に沿って流れる小直径のコラム１の場合は、こ れは有利に働く。その理由はこれによって液体が壁からコラムの内部に案内され るからである。この目的のためにはなお第１図に示されるごとく、バッキングエ レメント４をコラムの壁に沿って立つように配置することが出来る。

バッキングエレメント４は、たとえば便利に冷間加工されたカーポンスティール 、ステンレススティール、チタン、銅、黄銅、アルミニウム等の如き種々の材料 、またはポリプロピレン、ポリビニール、塩化物、ポリエチレン等の如き熱可塑 性材料またはセラミック、ゴムあるいはガラスによって作ることができる。製造 に際して使用される開始材料はその成形前、成形時または成形後に大体の構造を 有するものとして、たとえばガスの通る孔９（第３図）の如き、常態では大量の 液体位相が通らない孔および（または）溝、突起、凹み、小孔等の形をなした微 細構造を有するものとされ、これら構造の形成はバッキングエレメント４に使用 される成形プロセスの型によって決まる。バッキングエレメントはなお織成材料 、たとえば針金を織成した材料によっても形成することができる。

特に金属よりなるバッキングエレメント４の場合は、チャンネル形断面または平 らな帯片の部分はそれぞれ円形リングの形をなすように曲げられ、同時に凹所が 随意に形成され、かつ相対する端部の間に狭い隙間１０（第３図）を形成するこ とができ、この隙間の幅は実質的にバッキングエレメント４の高さＨより小さく 、コラム１を充填スる時に他のバッキングエレメント４がこれらの間に詰まった り、捕捉されたりしないようにされる。

しかしながら円形リングとして曲げられた部分の端部は、たとえばリベット止め 、半田付け、接着等によって相互に結合される。

壁６が外向き凹面を有しているために、バッキングエレメント４はその周囲を延 びる二つの縁１１を有し、その一つは他のものに対してわずかに引っこみ、すな わち二つの縁１１の直径はわずかに異なり、平らな位置に対するバッキングエレ メント４の落下が追加的に助けられるようになっている。直径の差は相当に大き く、バッキングエレメント４が実質的に垂直位置にある時は、支持体上における 該バッキングエレメント４の重心の投影は直立面の外部に位置するようになって いる。

図示の実施例の液体分配器５は液体位相に対する供給チャンネル１２を有し、該 液体位相はこれから分配器チャンネル１３に溢流する。分配器チャンネル１３は その底側に１列の出口バイブ１４を有し、該バイブは出口１５を備えている。出 口バイブ１４は群として配置され、その出口１５がバッキング２の最上方層３の 中のその下に配設されたバッキングエレメント４に対応する円の上に配置される ようになっている。それによって出口１５から流出した液体は頂部層３内のバッ キングエレメント４の上に案内され、バッキング２を通るジェットのように自由 に中間距離の所に落ちることはできない。頂部層３内のバッキングエレメント４ を、出口１５が円内に配置されている出口バイブ１４と確実に整合させるために 、頂部層３内のバッキングエレメント４を支柱１６または類似のものによって連 結し、バッキング２の頂部層３を液体分配器５と共に、コラム１の中に挿入し得 るようになすことができる。

バッキング２の頂部層３はなお相互に結合されたバッキングエレメント４によっ て形成することができ、第１層３のバッキングエレメント４は便利に各出口１５ の下に配設される。

ユニットを形成する頂部層３は同時に、バッキング２に対する押えつけ装置とし て形成し、該バッキングが過大のガス負荷によって持ち上げられるのを阻止する ようになすことができる。液体分配装置５もそれ自体、または頂部１ｉｉ３と共 に押えつけ装置を形成するようにし、またはこれらが共に押えつけ装置の構成部 材となるようにすることができる。

同様にバッキングエレメント４が小さな直径を有する場合は、出口１５または出 口バイブ１４は普通は群として形成し得ないが、少なくとも各バッキングエレメ ント４に出口１５を配設し、該出口が頂部層３内の前記バッキングエレメント４ に、それによって排出される液体位相を配送するようになす方が便利である。

国際調査報告 国Ｍ′調査報告　ＥＰ　ａ９）０９２８

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．内部ガス位相および液体位相が相互に接触せしめられる、材料および熱交換 コラム（１）に対するパッキング（２）にして、該パッキングが複数の同様なパ ッキングエレメント（４）を有し、該エレメントが実質的に円形中空円高の形を なし、その環状に延びる壁（６）が外向き凹面および内向き凸面を有し、かつそ の回りを延ひる二つの外縁（１１）を形成し、前記中空円筒が高さ（Ｈ）に対し て大きな外径（Ｄ）を有しているパッキングにおいて、平らに位置するパッキン グエレメント（４）の複数の重ね合わされた層（３）よりなるパッキング（２） が各層（３）の中に無作為に分配され、かつ内部に自由通路断面を有し、高さ（ Ｈ）に対する外径（Ｄ）の比がほぼ６：１から１０：１までであることを特徴と するパッキング。
2. ２．パッキングエレメント（４）の回りを延びる一つの縁（１１）の直径が、そ の回りを延びる他の縁（１１）のそれより幾分小さくされていることを特徴とす る請求項１記載のパッキング。
3. ３．コラムの内壁に対して支持された、垂直にまたは斜めに位置するパッキング が、コラムの内壁を下向きに流れる液体位相を、コラムの内方に偏向させるよう になっていることを特徴とする請求項１または２記載のパッキング。
4. ４．パッキングエレメント（４）がその上の液体の分配を改良するための表面構 造を有していることを特徴とする請求項１から３までの何れか一つの項に記載さ れているパッキング。
5. ５．パッキングエレメント（４）の壁（６）がガス通路孔（９）を有しているこ とを特徴とする請求項１から４までの何れか一つの項に記載されているパッキン グ。
6. ６．パッキングエレメント（４）が冷間加工により、金属によって形成されてい ることを特徴とする請求項１から５までの何れか一つの項に記載されているパッ キング。
7. ７．パッキングエレメント（４）が帯片形の１部分から形成され、該帯片の端部 の間に狭い隙間（１０）が残されていることを特徴とする請求項６記載のパッキ ング。
8. ８．頂部層（３）がその上に位置する液体分配器（５）に対して、所定の態様で 配置されていることを特徴とする請求項１から７までの何れか一つの項に記載さ れているパッキング。
9. ９．液体分配器（５）が出口（１５）を有し、該出口の少なくとも一つが各場合 パッキング（２）の頂部層（３）のパッキングエレメント（４）に対して配置さ れていることを特徴とする請求項８記載のパッキング。
10. １０．液体分配器（５）が円形に配設された出口（１５）の複数の群を有し、該 群が各場合頂部層（３）内においてその上に配置されたバッキングエレメント（ ４）の上方に位置し、出口（１５）から流出した液体が頂部層（３）のパッキン グエレメント（４）に衝当するようになっていることを特徴とする請求項９記載 のパッキング。
11. １１．頂部層（３）のパッキングエレメント（４）が液体分配器（５）に連結さ れていることを特徴とする請求項８から１０までの何れか一つの項に記載されて いるパッキング。
12. １２．頂部層（３）のパッキングエレメント（４）が相互に連結されていること を特徴とする請求項８から１１までの何れか一つの項に記載されているパッキン グ。
13. １３．ユニットを形成する液体分配器（５）および（または）頂部層（３）が押 し下げ装置の一部分でありまたはその一部分を形成していることを特徴とする請 求項１１または１２に記載されているパッキング。
14. １４．請求項１から１３までの何れか一つの項に記載されているパッキング（２ ）に対する液体分配器（５）にして、供給チャンネル（１２）、該チャンネルか ら出発する分配器チャンネル（１３）、および該分配器チャンネル（１３）から 出発する出口パイプ（１４）とを有し、かつ出口（１５）を備えた液体分配器に おいて、出口バイブ（１４）の出口（１５）が端場合円内の群として配設され、 該出口がパッキング（２）のパッキングエレメント（４）の頂部層（３）内にお いてその下に位置する円形環状パッキングエレメント（４）に対応していること を特徴とする液体分配器。
15. １５．併設されかつ平らに位置するパッキングエレメント（４）の層（３）が液 体分配器（５）に連結されていることを特徴とする請求項１１記載の液体分配器 。