JPH05296679A - 気相物質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱交換、混合等を行う装置 - Google Patents

気相物質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱交換、混合等を行う装置

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JPH05296679A JP3203976A JP20397691A JPH05296679A JP H05296679 A JPH05296679 A JP H05296679A JP 3203976 A JP3203976 A JP 3203976A JP 20397691 A JP20397691 A JP 20397691A JP H05296679 A JPH05296679 A JP H05296679A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力損失をできるだけ防止しつつ最小の空間
で最適の物質移動および熱交換を行う。 【構成】 多層状に並置され主流れ方向に延びた波板状
の透過板（１８，１９，２０；３０，３１）をそのふく
らみ部（２３）が主流れ方向を横切る方向に配置し、該
ふくらみ部が隣接する透過板間のスペーサーとして機能
するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の流路に区画した
空間におもに本流方向と並流または向流で物質を通して
気相物質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱交
換、混合の少くともいずれかを行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決すべき課題】物質移動および
熱交換において並流または向流で通される気体または液
体または両者はできるだけ体積の小さな装置で間に合う
ように互いにできるだけ密に接触させられ、その後再び
分離されねばならない。実際上はこれが特別な内部構造
によって行われるが、この内部構造は最適な物質移動お
よび熱交換を行う条件とされている周知の条件をまちま
ちに満たすだけである。並流または向流で通される気体
または液体または両者の物質移動面および熱交換面そし
て濃度差または温度差が大きければ大きいほど内部構造
の効果は増す。
【０００３】工業用装置は程度の差こそあれ大型であ
り、広域において完全な混合流れが生じる程度に均一に
物質流を並流または向流で内部構造に通すことが困難で
あり、必然的に逆混合流れが生じ、これにより濃度差、
温度差が低下し、内部構造の効果が低下する。
【０００４】この理由から高性能設備では次第にこれま
での非制御式充填物振動法や十字流式段塔を止め、僅か
な圧力損失で高い処理量を保証する各種の系統的充填物
が使われるようになった。この充填物の表面積が大きく
なり、また流路の数が増せば増すほど、並流または向流
で通される流体の均一分散は困難になる。つまり液体の
自由落下速度は物質および熱の移動過程のときの通常の
液体流が設備の横断面全体に均一に分散できなくなるほ
ど大きくなり、特定数の流出個所のみが可能となる。ま
たは液体を噴霧させねばならない。
【０００５】そのさい発生する液滴の大きさおよび分散
がまちまちであるため横断面への噴霧が均一とならな
い。液体装入がこのように不十分であるため、液体を内
部構造に分散させるだけでは十分でなく、内部構造その
ものが均一な湿潤と個々の流路での均一な圧力損失とに
よって物質を交換室全体に一層均一に分散させねばなら
ない。
【０００６】大きな表面積と十分な湿潤性とを得るため
平行な波形板を使って系統立てた充填物が使用して設備
体積を分割しそしてさらに各種の織布を使用することは
周知である。だが表面積が大きくまた平行織布路の数が
多い場合、流れ断面全体にわたって所要の液体分散を横
方向で得るには湿潤が十分であるだけでは不十分であ
る。それゆえこの種の織布充填物は液体の分散を高める
ため塔の軸線に対し傾斜した歯または軸を有し、これが
液体を流れ断面全体に横分散させる。しかしながら、こ
の装置は、外方に傾いた軸で液体が強制的に案内されて
装置内を流れる液体流が縁に寄るので好ましくなく、こ
の片寄りは互いにずらして設けた個々の充填物によって
も補償することができない。この種の充填物でも液体を
付加的液体分散器によって繰り返し再装入する必要があ
る。
【０００７】周知の織布充填物では液体が織布表面に分
散され、またこの表面の横を気体が概ね空塔速度で通過
するが、充填物振動法そして特に段塔ではいずれも断面
縮小によって速度が空塔速度よりも大きい。そのためこ
の交換器タイプではいずれも圧力損失が大きくなる。
【０００８】この欠点を防ぎそしてできるだけ均一な流
れ条件を達成するため内部構造は回転対称で、同寸の流
路を有していなければならない。さらに、圧力損失を小
さくするため空塔速度以上に加速が生じてはならない。
言い換えるなら、流れ断面を周知の内部構造におけるよ
うに縮小してはならない。
【０００９】本発明の目的は、圧力損失をできるだけ防
止して最小の空間で最適な物質移動および熱交換を行う
ことのできる冒頭述べた種類の装置を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決する手段および作用】この目的は、本発明
装置により、主流れ方向に対し概ね平行な波板状の透過
板に流動物質を繰り返し通過させることにより達成され
る。本発明方法の一実施態様では軟質布から成る板を使
用し、流動物質の圧力変化によってこの板を運動および
／または振動させる。
【００１１】交換面を装置内に長手軸または主流れ方向
に対し平行に多層配置した場合この交換面を通過する流
れ速度は装置内を通過する流体の空塔速度より小さいこ
とが発見された。主流れ方向に対し平行に設ける透過面
の数が増すにつれ該面を通過する流れ速度が低下し、し
たがって圧力損失も低下する。圧力損失が同じであるな
ら処理量が大きくなる。または各段ごとに同時に横分散
させた場合並置した交換面により流体を多段式に往復さ
せることができ、しかもそのさい圧力損失が許容以上に
高まることもない。僅かな圧力損失で設備の長さ単位当
り分離段の段数を増やすことができる。
【００１２】本発明装置では装置を個別流となって通過
する流体は主流に対し平行に設けた透過板を交互に通過
する。この板の多孔性とその区画とにより物質流が透過
し、隣接空間間で量が繰り返し補償される。隣接空間を
このように交互に通過することにより、装置を並流また
は向流で通過する物質は、望ましい横方向混合効果を有
するいわゆる乱流を生じる。これにより設備の入口断面
で本来不均一に行われた流体装入の補償、したがって最
適な物質移動または熱交換が強制的に行われる。 さら
に、気体流または液体流または両者の圧力変化で運動お
よび振動させられるような軟質布を用いると特に有利で
ある。これにより、設備およびエネルギーを付加的に支
出することなく物質移動または熱交換を提供することが
できる。
【００１３】上記本発明の目的を達成する装置は、装置
の内部を多数の互いに結合した室または流路に区画する
内部構造からなり、気相物質間、液相物質間および両者
間の少くともいずれかの物質移動、熱交換、混合の少く
ともいずれかを行う設備内における装置において、多層
状に並置されほぼ主流れ方向に延びた波板状の透過板で
前記内部構造を形成し、波板状の透過板をそのふくらみ
部が主流れ方向をおおむね横切る方向に配置するととも
に、該ふくらみ部が隣接する透過板間のスペーサーとし
て機能するように配置したことを特徴とする。
【００１４】本発明において、概ね主流れ方向に延びた
波板状の多孔板または透過板は主流れ方向を横切ってふ
くらみ部が延長するように配置されており、このふくら
み部が隣接の板に対するスペーサーとして機能すること
ができる。したがってこの場合スペーサーそのものが透
過性材料から成る。板の逆側面に向かって交互にふくら
み部を構成し、隣り合った板のふくらみ部がそれぞれ接
触するようにするのが望ましい。この配置はたとえば個
々の板を主流れ方向でジクザグに並べ、それぞれ最外端
個所で接触させ、全体として１種のはちの巣構造の断面
にすることによっても得られる。同様の効果はもちろん
他にも可能である。
【００１５】他方、スペーサーをその標準面が主流れ方
向にあるスペーサーストリップとして構成し、それぞれ
２つの隣接した透過板間に置くこともできる。
【００１６】このスペーサーストリップは流動物質を通
さない材料または透過性板材料のいずれでも構成するこ
とができる。
【００１７】透過性板は概ね平らな面で構成することが
できるが、多くの場合主流れ方向で共心に設けるのが望
ましい。
【００１８】好ましい／実施態様では板が、そしてスペ
ーサーが板と分離した部材である限りスペーサーも、透
過性軟質材料から成る。この材料としてはやはり布が望
ましい。この軟質板の端を枠に固着し、必要ならばこの
枠を設備の主流れ方向とは逆の方向に動かして板を主流
れ方向で張ることができる。
【００１９】板が軟質でない場合隣接板を並置して間隔
を保つことができるのでスペーサーを介して隣接板をか
ならずしも結合しておく必要はないが、板を軟質構成し
た場合には軟質板を張ったときスペーサーの一定の引張
応力によってもっとも適切に相互間隔を保つことができ
るので一般に軟質スペーサーを介して隣接板を結合する
のが望ましい。このことは板をジグザグ状にした場合に
もあてはまる。この場合隣接軟質板をたんに間隔をおい
て結合するだけでよく、装置を立てた状態で付加的に横
方向に張ると所期のはちの巣構造が得られる。
【００２０】一定の柔軟性を有する透過板は必要に応じ
スペーサーを挿入して螺旋状に巻いて装置を構成できる
という取付け上の利点をも提供する。これにより板の共
心配置がほぼ得られる。このように螺旋状に巻いた装置
を作るため透過性板材料から成る２層ウエブを用いる。
この巻付け可能な２層ウエブは前述のジグザグ断面を有
する２つの固着したウエブで構成することができる。
【００２１】しかし板材料または布の多孔率または目開
きが全く同一であっても最適な物質移動および熱交換条
件はまだ達成されない。それゆえさらに別の好ましい実
施態様では本発明により透過性板材料の透過率を局所的
に相違させる。つまり、全く同一の多孔率または目開き
を有する透過性材料では物質流の十分な横方向分散、布
表面の完全な湿潤および連続相の圧力損失低下を最適な
形で同時に達成することはできない。細目の布は広目の
布よりも湿潤性が良く、したがって横方向分散と分離効
果とが良いが、圧力損失も比較的高い。圧力損失の少な
い広目の布は一般に湿潤性が悪く、したがって横方向分
散と分離効果も悪い。それゆえ周知の布種で相矛盾する
要請を満たすことは容易でない。
【００２２】これらの要請に十分応えるため、スペーサ
ーとして機能する波板状透過板のふくらみ部付近に透過
率の低い板範囲を設けることが好ましい。スペーサーが
透過性材料そのものから成る場合にはその透過率を低く
しなければならない。このように配置すると液相流体が
段階的にせきとめられ、液体の水平方向分散が繰り返し
行われまた同時に僅かな圧力損失で板を通過する利点が
得られる。
【００２３】こうして１方の断面軸でも他方の断面軸で
も液体の再分散が段階的に行われ、装置充填物を回転対
称に構成した場合再分散が規則的に繰り返される。液体
装入が不規則であっても１方でせき止められた液層その
もののなかでまた他方で並列流路のより多くせき止めら
れた液層から多量の液体が流出することによって不規則
さは補償される。多数の同寸の流れ断面および上下左右
に設けた段により装置横断面全体にわたって流れ条件が
均一化される。このことは装置および透過性板を気相物
質が流れる場合にもあてはまる。というのも流量がまち
まちな場合並列流路内の圧力損失、したがって圧力がま
ちまちとなるが、透過室を相互に連絡した場合これはあ
りえないからである。本発明による設備内部構造の種類
および配置によりこれは流れそのものが自動的に調整し
保障するので、設備内で広い範囲にわたって液体および
気体の流れ条件がまちまちになることはない。
【００２４】多層に並置した透過布または工業用繊維製
品を１つの充填物にまとめ、機械的駆動によってそれを
装置内で往復運動させ、付加的に軸方向流れが発生し横
方向混合が行われるようにすることもできる。これはた
とえば物質の粘度が高い場合特に有利である。
【００２５】化学反応を行わせるため透過板を触媒物質
から構成したりまたは触媒作用を有する被覆を持たせる
ことができる。
【００２６】本発明装置に特に布を使用した場合、間隔
を置いて布構造を交番させることにより、すなわち間隔
を置いて目開き寸法を交番させることにより、板または
スペーサーの透過率を局所的に相違させることができ
る。別の望ましい方法として、緻密な布、すなわち細目
の布の断片またはストリップを広目の基布に貼り付けて
透過率の低い範囲を形成することができる。
【００２７】布の種類は主に使用目的、すなわち物質移
動設備内で布と接触することになる物質に応じて選択す
る。用途に応じてたとえば合成糸またはガラス繊維から
成る布、木綿製の布、或いは金属製の布も好適である。
【００２８】透過率の高い布範囲の目開き寸法は約１〜
５ｍｍであるのが好ましく、透過率の低い布範囲の目開
き寸法は詰まり目状に織った布から約２ｍｍの目開き内
寸にまでおよぶ。
【００２９】透過板の間隔は約３〜２５ｍｍに選択する
のが好ましく、板の互いに逆向きのスペーサー間の上下
間隔は約２０〜１００ｍｍ間であるのが好ましい。
【００３０】本方法に関連してすでに述べたように、透
過板を好ましくは布により軟質構成にすると特別の利点
が得られ、取付けのため引張する必要がある場合でもこ
の布は事実上常に現れる圧力変化によって運動または振
動させられ、このことが本発明装置の効果を一層高め
る。
【００３１】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついてを詳述する。
【００３２】物質移動設備または熱交換設備用容器のな
かに図示形式の装置を充填物ごとに取り付けて該容器の
ほぼ全断面に詰めることは、この分野の専門家にとって
自明のことである。
【００３３】この種の設備は化学工業界では良く知られ
ており、たとえば化学反応、混合物の蒸留、抽出、およ
び化学操作技術の基本操作のため使用される。希望する
処理を受ける物質は一般に上端および／または下端から
設備内に導入され、設備内では概ね垂直な主流れ方向に
沿って並流または向流で容器内部に通される。容器内部
にはたとえば本発明装置に相当する内部構造が詰めてあ
る。容器装入端には一般にさらに当業者にとって周知の
導入物質用分配装置を設けて、物質ができるだけ最初か
ら容器横断面全体に均一に分散されるよう配慮してあ
る。
【００３４】たとえば図１に示した本発明装置をかなら
ずしもそこに示した数の透過板で構成する必要はなく、
それらの要素を収容する設備の横断面をほぼ完全にふさ
ぐような要素数にしてもよいことは、当業者にとって自
明である。容器の形状または構成に応じて充填物状内部
構造は共心に設けた透過板かまたは並列に設けた板を有
することができる。さらに、透過板を構成している材料
に応じて容器内の上部および下部に適当な枠またはホル
ダーを設け、これに板の縁端を固着することも当業者の
承知するところである。この処置は特に透過板が軟質材
料から成る板で、容器内の所定位置を維持するため板を
両端で固着し引張させておかねばならないときに必要と
なる。
【００３５】図１は本発明装置の好ましい実施態様であ
り、透過板１８，１９，２０は垂直方向ジグザグ状に延
びている。透過板はその接触個所−そのうちの１つが円
２１で強調してある−で互いに結合してある。この実施
態様では板１８，１９，２０のふくらんだ角２３そのも
のがスペーサーとして働くのでここでは特別のスペーサ
ーは不用である。この実施例では別の透過率に実施でき
るような特別なスペーサー部材が設けてないので、必要
ならば結合範囲２１の透過板そのものを別の透過率（よ
り低い透過率）にせねばならない。板１８，１９，２０
の上端および下端に縁板状の耳２２があらわしてあり、
この耳で板を保持または適当な枠に張り渡すことができ
る。
【００３６】板の材料としては、それ自身で図示形状を
維持するに十分な固有剛性を有するとともに通過する流
れによって或る程度振動するほどの弾性をも有する布材
料またはふるい材料を予定することができる。それに対
しこの実施態様を軟質布で作る場合には、糸をはちの巣
状態に保つため外端板の外縁２３を付加的に引張する必
要が生じるであろう。
【００３７】次にこの装置の動作について説明する。装
置の上方からたとえば液体が供給され下方に流れる一方
下方から気体が供給され上方に流れるとする。液体の流
れをたとえば円２１で示す箇所について見ると、透過板
１８および１９を伝って流下する液体の２つの流れは両
板の各ふくらみ部２３の結合部において合流し混合さ
れ、ふくらみ部２３の横方向に分散するとともに再び２
つに分流して透過板１８，１９を伝って流下し、以下各
結合部において合流、混合、横方向への移動、再分配を
繰り返す。したがって装置に装入直後においては不均一
だった液体の流れが次第に均一化されて行く。
【００３８】一方下方から供給される気体は各透過板１
８，１９，２０の傾斜した透過面を流下する液面を次々
に通過してその間に透過面上を流れる液体と接触するこ
とにより所要の気液接触が行われる。またふくらみ部２
３における透過率を板の他の部分の透過率よりも小さく
しておけば上昇する気体の一部はこのふくらみ部２３ど
うしの結合部における抵抗のため２つに分流して上昇
し、この動作が各段階で繰り返される。
【００３９】図２は本発明装置の技術的に異なる実施態
様を概略示したものであり、ここでは透過板をほぼ共心
に配置することが簡単に可能となる。この装置では２枚
の単板３０，３１を接触箇所３２で結合して成る２層ウ
エブを巻いて透過板としてある。
【００４０】この場合にも巻付けるべきウエブは個々の
層のジグザグ形状を対向させた２層に実施する必要があ
る。さもないと透過板３０，３１間に室が生じなくなる
からである。板材料は巻付体全体に十分な安定性を付与
するのに十分な固有剛性を有するとともに、この特殊な
形状にもかかわらず巻付けを可能にするに十分な変形性
を有していなければならない。その点たとえば金属布が
好適である。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、多
層上に並置された波板状の透過板をそのふくらみ部が主
流れ方向をおおむね横切る方向に配置するとともに、該
ふくらみ部が隣接する透過板間のスペーサーとして機能
するように配置したので、透過板に沿って流下する液体
は透過板の各結合部において合流、混合、横方向への分
散移動、再分配を繰り返し行うことにより液体装入時に
は不均一であった流れが次第に均一化され、したがって
最適の物質移動または熱交換が行われる。また装入され
た気体は各透過板の傾斜した透過面を流下する液面を次
々に通過してその間に液体と接触することにより所要の
気液接触が行われるので、少い圧力損失で効率良く物質
移動または熱交換が行われる。
【００４２】したがって、圧力損失をできるだけ防止し
て、最小の空間で最適の物質移動または熱交換が行われ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を模式的に示す斜視図であ
る。
【図２】本発明の他の実施例を模式的に示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
１８，１９，２０，３０，３１ 透過板 ２３ ふくらみ部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 装置の内部を多数の互いに結合した室ま
    たは流路に区画する内部構造からなり、気相物質間、液
    相物質間および両者間の少くともいずれかの物質移動、
    熱交換、混合の少くともいずれかを行う設備内における
    装置において、多層状に並置されほぼ主流れ方向に延び
    た波板状の透過板（１８，１９，２０；３０，３１）で
    前記内部構造を形成し、各波板状の透過板をそのふくら
    み部（２３）が主流れ方向をおおむね横切る方向に配置
    するとともに、該ふくらみ部が隣接する透過板間のスペ
    ーサーとして機能するように配置したことを特徴とする
    装置。
JP3203976A 1982-06-18 1991-07-18 気相物質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱交換、混合等を行う装置 Expired - Lifetime JPH0762600B2 (ja)

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EP0097345A2 (de) 1984-01-04
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