JPH05212204A - 液分配装置 - Google Patents

液分配装置

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JPH05212204A
JPH05212204A JP1629992A JP1629992A JPH05212204A JP H05212204 A JPH05212204 A JP H05212204A JP 1629992 A JP1629992 A JP 1629992A JP 1629992 A JP1629992 A JP 1629992A JP H05212204 A JPH05212204 A JP H05212204A
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Nobuo Yamamoto
信雄 山本
Kunihiko Yamashita
邦彦 山下
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  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 多数の分散孔をもつ枝管3を有する分配主管
4の上部に直結したスタンドパイプ6内に集液トラフ1
1の下部に設けたダウンカマー8を内包し、かつ、ダウ
ンカマー内とスタンドパイプ内に充填物9,7を備えた
ことを特徴とする液分配装置。 【効果】 蒸留分離操作を行う充填塔において、塔内の
液を充填物上面に均一分配する液分配装置において、気
泡の発生と巻き込みを防止して液の均一分配性能の向上
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、蒸留分離操作
を行う充填塔において、塔内の液を充填物上面に均一分
配するための新規な液分配装置に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸留分離操作は、塔上部より液を流下さ
せ、塔底より例えばリボイラーにより蒸気を焚きあげて
気液接触させて蒸留分離し、沸点の異なる物質を分離す
るものである。この蒸留分離操作を行うにあたり、単位
容積当りの気液接触界面積を多くするため充填塔を採用
するものである。充填塔に用いる充填物として例えばポ
ールリング、ラシヒリング、ベルルサドルなどの不規則
充填物、板に溝を切った平行波板を縦に積層した物や、
金網を編んだ物などの規則充填物が用いられる。
【0003】良好な気液接触効率を得るには、この充填
物に液およびガスを均一に流すことが重要である。特に
充填物上面において単位面積当りの液流量を等しくする
ように流量分布を均一に流すことが重要である。不均一
の場合として、たとえば、片流れを生じた場合に気液の
接触段効率が極端に低下することがあった。この液の均
一分配をするため、通常、図3、5、6に示す様な多数
の分散孔2をもつ枝管3を有する分配主管4と集液トラ
フ11及びこれらを結ぶダウンカマー8とから成る液分
配装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5、6に示すような
従来の液分配装置では、液分配装置の最上部に位置する
集液トラフ11から集液トラフ11の下部に設けたダウ
ンカマー8に液が流入する時に渦流が発生し、気泡を巻
き込みながらダウンカマー8内に流入する。特に液流量
が多い場合、ダウンカマー8内では液の空塔速度が気泡
の上昇速度を上回ることがあると同伴された気泡は分離
されず、枝管3に気液混相となって流入するため枝管3
の個々の分散孔2からの液の均一分配を悪化させる場合
が多い。
【0005】又、抽出蒸留分離の如く、外部から溶媒を
導入して分離目的とする物質の相互間の比揮発度を上げ
ることで蒸留分離をしやすくする操作をする場合、液分
配装置で外部溶媒と溶質(蒸留成分)との均一混合が重
要であるが、集液トラフ11及びダウンカマー8での液
流れだけでは充分な混合が得られないことが多い等の問
題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば図1〜
4に示すように、多数の分散孔2をもつ枝管3を有する
分配主管4の上部に直結したスタンドパイプ6内に、集
液トラフ11の下部に設けたダウンカマー8の少くとも
一部を内包し、かつ、ダウンカマー8内とスタンドパイ
プ6内に液体および気体が流通可能な充填物を備えたこ
とを特徴とする液分配装置である。
【0007】まず、液分配装置内での液の流れについて
説明する。液分配装置の最上部に位置する集液トラフ1
1にて、塔本体の充填層から流下する液を、集液リング
14で集液したものを含めて、全量集液し、下部に直結
したダウンカマー8により分配主管4の上部に直結した
スタンドパイプ6内に導液し、このスタンドパイプ6に
て同伴してきた気泡や、発生した気泡の分離をして清澄
液の状態にすると共に、スタンドパイプ6内ではダウン
カマー8からの流下速度エネルギーを吸収する充填物9
の緩衝効果にて下端の分配主管4との接続部断面で均一
な運動エネルギーが得られるようにし、分配主管4の下
流にある各枝管3の分散孔2で均一な液の運動エネルギ
ーを保ち、各分散孔2からの液の均一分配を行う。
【0008】一方、構造として、集液トラフ11は塔の
本体の充填層の下側に位置し、下部に液流出のためのダ
ウンカマー8を直結している。ダウンカマー8は上端を
集液トラフ11の下部に直結し下端を開放した中空状の
ものであり、スタンドパイプ6は下端が分配主管4に直
結され上端を開放した中空状のものである。ダウンカマ
ー8、スタンドパイプ6とも例えば円形、角形などの断
面形状のものが適用でき、スタンドパイプ6の中にダウ
ンカマー8の少くとも一部を内包するように配置してい
る。内包とは、ダウンカマー8の下端からの流出液が飛
散してスタンドパイプ6の外側に飛び出さないようにダ
ウンカマー8の下端の一部をスタンドパイプ6の上端か
ら挿入しておくことである。さらに、ダウンカマー8と
スタンドパイプ6の隙間をつくる場合はスタンドパイプ
6で分離した気泡が飛沫同伴を起こさないで排出できる
だけの間隔があれば良い。
【0009】スタンドパイプ6で気泡と液を分離するも
のであるが、その気泡を分離するにはスタンドパイプ6
の断面積が大きいほど良好な分離ができる。スタンドパ
イプ6の断面積は液流量によって決められるものであ
り、液の空塔速度として0.01〜0.5m/secの
範囲にすることが好ましい。0.01m/secより小
さくても気泡分離の効果は充分であり、これ以上小さく
するとスタンドパイプ6の断面積が大きくなり、塔内を
下側から上方向に流れるガスの流通できる流路が狭くな
り飛沫同伴を起こしやすくなる。0.5m/secを上
回ると同伴してきた気泡がほとんど分離されないまま分
配主管4に持ち込まれることがある。
【0010】次に、液中への気泡巻き込み防止のため、
充填物を液分配装置の各部に充填する。充填物は規則充
填物、不規則充填物などが適用でき、充填物空隙部を通
して液体と気体の流路が確保できることが重要であり、
充填物の空隙率はできるだけ大きいほうが良く0.6以
上が好ましい。また、液が充填物表面をつたって流れる
時の液膜を薄くして気泡が分離しやすいようにすること
が重要であり、充填物の単位容積当りの表面積はできる
だけ大きい方が良く100m3/m2以上が好ましい。
【0011】充填場所は集液トラフ11側のダウンカマ
ー8の流入口とダウンカマー8内及びスタンドパイプ6
内である。集液トラフ11側のダウンカマー8の流入口
では渦流を発生させないことが好ましく、通常の+字形
やグレーテングのようなボルテックスブレーカでも良い
が、充填物でもその機能は達成できる。ダウンカマー8
内では好ましくは全長にわたって充填した充填物9で液
流れの運動エネルギーを低減させ、ダウンカマー8の流
下液がスタンドパイプ6内に形成される液面を直接打っ
て気泡が発生するのを防止する。
【0012】スタンドパイプ6においては、例えば、ス
タンドパイプ6内のダウンカマー8の下端より下側の全
容量にわたって充填する。ダウンカマー8からの流下液
はスタンドパイプ6内の充填層7を潅液流で流れる間に
同伴してきた気泡を分離し、スタンドパイプ6内に形成
される液相レベルに達する。液相部では殆ど気泡のない
状態となり、分配主管4に供給される。
【0013】分配主管4には多数の枝管3が直結されて
おり、充填層上面に向かって枝管3の下面に多数の分散
孔2が等間隔で開けられている。分散孔2からの液の噴
き出し速度は1〜5m/secが好ましく、1m/se
cより小さいと速度ヘッド相当の液深が小さくなり、液
分配装置内を流動する液の圧力損失の影響を受けて液の
均一分配を悪化させることがある。5m/secより大
きくなると速度ヘッド相当の液深が大きくなり、スタン
ドパイプ6の必要高さが2m近くにも達し多くの空間を
要する。孔はドリルなどで開けるが、そのかえりが残っ
ていると各孔の縮流係数が違ってくるため、面取りをす
ることが好ましい。
【0014】抽出蒸留の如く外部から溶媒を導入する場
合、外部供給ノズル13を有する集液トラフ11におい
ては、外部供給ノズル13の先端が集液トラフ11の液
中に浸るように底面に接近して配置し、ノズル先端は角
形などにして液噴き出し方向を規制することなどで液噴
き出しによる気泡発生を抑制する。又、溶媒と目的の蒸
留分離溶質を完全に混合することが重要であるため、集
液トラフ11の下部に設けたダウンカマー8と分配主管
4の上部に直結したスタンドパイプ6との組み合わせの
数は一組であることが好ましい。たとえば二組以上にす
ると、それぞれのスタンドパイプ6での混合比率が変わ
ってきて、充填物断面での均一な溶媒濃度が得られない
ことになる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0016】
【実施例1】図面により具体的に説明する。図1、2は
装置の全体構成を示し、図4はその斜視図を示し、図3
は分散孔を示す。図1、2、4において、多数の分散孔
をもつ枝管3を有する分配主管4の上部にベント管5と
1本のスタンドパイプ6を直結し、スタンドパイプ6の
内側から上方に向かってダウンカマー8を配置し、その
ダウンカマー8の上端に直結して集液トラフ11を配置
し、集液トラフ11の上方からその底面に接近して外部
供給ノズル13を配置し、ダウンカマー8の流入口、ダ
ウンカマー8内、スタンドパイプ6内及び集液トラフ1
1に図示のように規則充填物を備えた。この液分配装置
を用いて、ジメチルアセトアミドを外部から導入してシ
クロヘキサンとシクロヘキセンの抽出蒸留分離を行っ
た。
【0017】塔径1.0m、理論段数30段の充填塔
で、シクロヘキサン濃度50wt%、シクロヘキセン濃
度50wt%の混合原料を流量1.5ton/hrで供
給し、溶媒の流量26ton/hrを外部供給ノズル1
3から供給し、外部供給ノズル13は集液トラフ11に
対して15mmの間隔を開けて設けた。これにより外部
供給ノズル13は集液トラフ11の液深に浸かった状態
である。液分配装置においては、スタンドパイプ6の液
の空塔速度0.24m/secで行った結果、液分配装
置内での気泡巻き込みを防止するでき、各分散孔2から
の気液混相の流出がなくなったため、液分配分布±6%
程度となり液の均一分配が達成された。又、外部供給ノ
ズル13から供給される溶媒と塔内の液との混合につい
ても、液分配装置の各部の充填層を通過することで均一
混合が達成され、混合の重要な抽出蒸留分離でも充分な
蒸留分離性能が得られた。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、充填塔式蒸留分離にお
いて、液分配装置での気泡発生及び巻き込みが防止で
き、液の均一分配を達成することができる。また、溶媒
を用いる抽出蒸留分離などで、外部からの溶媒と溶質
(蒸留成分)の二液の混合度が大幅に向上することも加
わり、充填塔本来の性能が発揮できるようになった。こ
のため、塔、及び熱交換器などの付帯設備の小型化と敷
地面積の縮小が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1例の平面図である。
【図2】本発明の一例の全体縦断面図である。
【図3】本発明に用いる枝管の1例である。
【図4】本発明の1例の液分配装置の斜視図である。
【図5】従来技術の1例の平面図である。
【図6】従来技術の1例の全体縦断面図である。
【符号の説明】
1・・・塔胴部 2・・・分散孔 3・・・枝管 4・・・分配主管 5・・・ベント管 6・・・スタンドパイプ 7・・・スタンドパイプ用充填物 8・・・ダウンカマー 9・・・ダウンカマー用充填物 10・・・ダウンカマー流入口用充填物 11・・・集液トラフ 12・・・集液トラフ用充填物 13・・・外部供給ノズル 14・・・集液リング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】次に、液中への気泡巻き込み防止のため、
充填物を液分配装置の各部に充填する。充填物は規則充
填物、不規則充填物などが適用でき、充填物空隙部を通
して液体と気体の流路が確保できることが重要であり、
充填物の空隙率はできるだけ大きいほうが良く0.6以
上が好ましい。また、液が充填物表面をつたって流れる
時の液膜を薄くして気泡が分離しやすいようにすること
が重要であり、充填物の単位容積当りの表面積はできる
だけ大きい方が良く1002 3 以上が好ましい。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】分配主管4には多数の枝管3が直結されて
おり、充填層上面に向かって枝管3の下面に多数の分散
孔2が等間隔で開けられている。分散孔2からの液の噴
き出し速度は1〜5m/secが好ましく、1m/se
cより小さいと速度ヘッド相当の液深が小さくなり、液
分配装置内を流動する液の圧力損失の影響を受けて液の
均一分配を悪化させることがある。5m/secより大
きくなると速度ヘッド相当の液深が大きくなり、スタン
ドパイプ6の必要高さが2m近くにも達し多くの空間を
要する。孔はドリルなどで開けるが、そのかえりが残っ
ていると各孔の縮流係数が違ってくるため、面取りをす
ることが好ましい。万一、分配主管4に気泡を巻き込ん
だ場合でも、分配主管4の両端に付けたベント管5によ
り気泡は排出することができる。巻き込む気泡は通常は
微少量である

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の分散孔2をもつ枝管3を有する分
    配主管4の上部に直結したスタンドパイプ6内に、集液
    トラフ11の下部に設けたダウンカマー8の少くとも一
    部を内包し、かつ、ダウンカマー8内とスタンドパイプ
    6内に液体および気体が流通可能な充填物を備えたこと
    を特徴とする液分配装置。
  2. 【請求項2】 集液トラフ11の底面に接近して外部供
    給ノズル13を配置し、かつ、ダウンカマー8とスタン
    ドパイプ6との組み合わせの数を一組とした請求項1に
    記載の液分配装置。
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