JPH055521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液受箱、溢流管を有し気液接触装置
に係り、特に多孔板上で気液接触させ、物質交換
を行うに好適な気液接触装置に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

溢流管を有する棚段塔は、圧力損失が少なく、
高い精留効率を有し、かつ、構造が簡単なため精
留、蒸留、吸収等の気液接触操作に幅広く適用さ
れているが、ここでは精留塔を例にとつて説明す
ることにする。溢流管を備えた棚段を内蔵した精
留塔の能力を十分に発揮するには、操作条件の最
適化はもちろん、棚段上の気液の流動を最良にす
る必要がある。すなわち、棚段上での気液の部分
発泡、部分的な液体の滞流等を無くし、棚段上を
気液が滑らかに流動し、理想的な気液の接触を行
わせることが重要である。

このため、精留塔の設計、運転においては次の
２点に最も注意を払う必要がある。第１はウイー
ピング現象である。この現象は多孔板の小孔より
多孔板上の液体が該多孔板上で気液接触すること
なく直接真下の多孔板上へ流下するものであり、
多孔板上で十分な気液接触が行なわれないため、
精留効率が極端に低下し、十分な性能を発揮でき
ない。直接的な原因は多孔板下方から上昇するガ
ス量の不足であるが、多孔板が備える小孔の孔径
およびピツチ等にも密接な原因がある。第２はフ
ラツデイング現象である。これは多孔板上で気液
が接触し、形成された泡沫層の高さが棚段と棚段
の間隔（段間隔）より大きくなり、該泡沫層が真
上の多孔板に達し、形成された泡沫層とともに液
体が上方の多孔板の小孔を介して逆流するもので
ある。フラツデイングが起こると精留効率の低
下、あるいは、多孔板上への液体の滞流による圧
力損失の増加を引き起こし、この現象が続けば精
留塔の運転不能となり最悪の状態となる。原因と
しては、前述したウイーピング現象とは逆に多孔
板下方からの上昇ガス量が多すぎるためである
が、その他の前述した段間隔、多孔板の孔径、ピ
ツチ、および棚段の構造等も重要な因子である。

気液の処理量が増大するとともに精留塔塔径が
大きくなると、単に塔径の増大だけの問題に止ま
らず、多孔板上の液体の厚さ（液深）が大きくな
るという問題が生じる。液深が増加すれば圧力損
失の増加、泡沫層高さの増加が起こる。また、液
受箱から溢流管までの長さ、つまり多孔板上の液
体が流れる長さ（液パス長さ）の増加による液深
の勾配、あるいは上昇ガス量の偏流等により棚段
上の気液は泡沫層高さの増加、部分発泡あるいは
液深の滞流等を引き起こし、精留塔はフラツデイ
ング現象に走り、不安定となる。

このフラツデイング現象を防止するためには、
多孔板上の液深を小さくし、かつ均一にする。ま
た、棚段と棚段との段間隔を大きくする。等が考
えられるが、前者は棚段の構造が複雑となり、ま
た後者は精留塔の大形化に起因し、共に得策とは
言えないが、やむを得ず段間隔等の増大により問
題を回避していた。

上記したごとく、従来技術では気液の処理量の
増大に伴ないフラツデイング現象が起こり易いと
いう問題があつた。

溢流管を備えた棚段については周知のとおりで
あり、また棚段上の液体が円弧を描きながら流れ
る旋回流方式の棚段には処理量に応じて１方流、
２方流……多方流があるが、ここでは２方流の棚
段の構造について説明することにする。

第１図および第２図に旋回流２方流方式の棚段
の構造を示し、従来技術として説明する。第１図
は棚段の縦方向の構造を、第２図は第１図のＡ−
Ａ断面である横方向の構造を示す。旋回流方式の
精留塔は、同筒の外壁１と円筒の心金２と縦方向
に一定間問で数十段組み込まれた棚段とで構成さ
れる。各棚段例えば第１図の２段目の棚段は、液
受箱４ｂ、溢流管３ｃ、多数の小孔５を有する多
孔板７により成つている。溢流管３ｃと、液受箱
４ｂは円筒の心金２に対し左右に位置し、多孔板
７は溢流管３ｃ、液受箱４ｂおよび心金２に対し
左右に分割され設置される。なお、６，９は多孔
板であり、上述の多孔板７と同様のものである。

精留塔上方より溢流管３ｂを通つて流下してき
た液体１１は液受箱４ｂに流入する。液受箱４ｂ
および溢流管３ｂで多孔板の圧力損失を液シール
した後、液体は多孔板７に流入する。多孔板７上
に流入した液体は出口縁８に向つて流れる間に多
孔板下方より小孔５を通つて上昇するガス20と接
触し、泡沫層を形成し、気液接触を行う。気液接
触が終わつた液体は、出口縁８を通つて溢流管３
ｃに流入する。多孔板７上の液体の流れは、第２
図に示すように、液受箱４ｂに流入した液体が左
右に分れて多孔板上に流入し、それぞれ円弧を描
きながら溢流管３ｃに流入している。次に次段で
の液体の流れを見ると、次段では液受箱４ｃおよ
び溢流管３ｄの置位が逆となるため、液体の流れ
方向も逆となる。すなわち奇数段と偶数段での液
体の流れ方向は逆方向となる。以上説明したとお
り各棚段で気液接触し物質交換を行い、数十段繰
り返すことにより精留を行う。

第３図は、多孔板上の液体の状態を説明する図
である。処理量が増大し、塔径が大きくなると各
棚段の多孔板上の液深が増大し、同図のように液
体の多孔板への入口付均での液深は、出口付近の
それに比べ大きくなる傾向がある。つまり、多孔
板上を液体が横切る場合、液体の流れ抵抗あるい
は泡沫層の抵抗等により多孔板上の液深に差を生
ずる。一方多孔板の圧力損失は乾き圧力損失、液
深による圧力損失および表面張力による圧力損失
の総和で与えられ、同一多孔板においては一定で
ある。つまり多孔板上の液深の大きい場所での乾
き圧力損失は小さく、液深の小さい場所では逆と
なる。言い換えれば多孔板上の液深の大きい場所
では、多孔板の小孔を上昇するガス量が小さくな
るため、未発泡（多孔板上に液体があり、発泡し
てない状態）となる要因を多分に含んでいる。同
図において、多孔板７を上昇するガス２０の速度
は多孔板の下流部分にて上流部分より大きくな
る。また多孔板６での液体の流れ方向は多孔板７
に対して正反対であるため、多孔板６と多孔板７
での液深の分布は逆となる。多孔板７を上昇した
ガスは多孔板６を上昇するに関し、多孔板６の液
深の小さい下流部分に多く流れる傾向を持つ。こ
のため、多孔板７を上昇したガスは多孔板７の液
体の流れ方向とは逆の方向への速度分布を持つ。
この速度分布は多孔板７で形成した泡沫層を溢流
管に流入させるのに大きな抵抗となる。多孔板の
上流部分では未発泡が起こり易いことは前述した
が、操作条件等により仮に多孔板７で未発泡部２
００が発生すれば上記現象は増々ひどくなり、精
留塔はフラツデイング現象を起こし運転不能とな
る場合がある。

上記したとおり、従来技術においては、下方か
らの上昇ガスの偏流が泡沫層の流動の障害とな
り、良好な気液の流動の維持が難しく、やむを得
ず段間隔の断大、あるいは塔径の増大等により問
題を回避していた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑み成
されたもので、目的とするところは多孔板上での
気液の流動状態を良好にした気液接触装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、旋回流方式の棚段において、液受箱
とその隣にその先端が下段の多孔板付近まで延び
た溢流管とで構成された組を少なくとも二組設置
し、各棚段においては１対となつた液受箱と溢流
管とが同方向にずれて設置されることにより、各
棚段での多孔板上を流動する液体が同方向となる
ようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明における気液接触装置の実施例を
第４図、第５図および第６図によつて説明する。
第４図は精留塔の縦断面であり、第５図は第４図
のＢ−Ｂ断面図、第６図は本発明の構造を立体的
に表わしたものである。本実施例についても旋回
流２方流方式を例にとつて説明する。

精留塔は、円筒の外壁１と円筒の心金２に棚段
を縦方向に数十段組み込んで構成される。該棚段
は、多孔板と、対になつた液受箱と溢流管を二組
備えている。すなわち、一組の対は液受箱４a′と
隣に設けられたその先端が次棚段の多孔板付近ま
で延びた溢流管３b′であり、また他の対は液受箱
４ａと隣に設けられた前記同様の溢流管３ｂであ
る。これらの間には多数の小孔を有する多孔板７
が設けられる。

このように、各棚段は２個の液受箱と２個の溢
流管を備えている。対になつた液受箱と溢流管は
心金２に対し左右に設置され、溢流管の真下には
次棚段の液受箱が設置される。おのおのの溢流管
を構成する側板の一方６ｄは、次棚段の溢流管を
構成する側板の一方７ｄと円周方向においてほぼ
同位置に設置される。また多孔板６は心金２と上
記対になつた液受箱４a′および溢流管３b′、液受
箱４ａおよび溢流管３ｂに対し左右に分割され設
置される。

このような構成の気液接触装置は次の作用をな
す。

精留塔上方の溢流管３ａより液受箱４ａに流下
した液体１１は、液受箱４ａと溢流管３ａとによ
り多孔板６の圧力損失に対処すべく液シールを行
う。液受箱４ａを流出した液体は多孔板６上に流
入する。多孔板６上に流入した液体は下方から多
孔板の小孔５を通つて上昇するガス２０と接触
し、泡沫層を形成し、気液接触しながら出口縁８
に向つて旋回しながら（本実施例では右回り）流
動し溢流管３b′に流入する。溢流管３b′に流入し
た液体１１は液受箱４b′に流入し、次棚段の多孔
板７上に流入し、上記と同様な過程を得て多孔板
上を前棚段同様に右回りに旋回しながら流動し、
気液接触を行う。

また、精留塔上方より溢流管３a′を通つて流下
した液体１２は、液受箱４a′を経て多孔板６上に
流入し、前記同様に多孔板上で気液接触しながら
右回りに旋回し溢流管３ｂに流下する。溢流管３
ｂに流下した液体は液受箱４ｂを経て多孔板７上
に流入し、多孔板７上を前記同様右回りに旋回し
ながら流動し、気液接触を行う。

すなわち、精留塔上方から２分されて棚段に流
下してきた液体１１および１２は、内蔵される多
孔板上を常に同方向（本実施例では右回り）に流
動しながら気液接触を行う。

この例では、上記のように構成され作用をなす
ため次の効果を奏することができる。

第７図を用いて本実施例の効果を説明する。前
述したように従来技術では、棚段の奇数段と偶数
段で多孔板上を流動する液体の流れ方向が逆であ
り、処理量の増大等による液深の増加、液パス長
さの増加等による多孔板上流部での液深の増加、
つまり液深分布等により下方からの上昇ガスの偏
流が起こり、発泡した気液の流動方向に対して逆
向きの力が加わり、滑らかな流動を阻害し、液体
の偏流を引き起こし、多孔板上の気液の部分発泡
およびフラツデイング現象を起こし、精留塔の操
作不能となる場合があつた。これに対し、この例
では、液受箱の隣に溢流管を設置することにより
各棚段の多孔板上を流動する液体の流れ方向を常
に同方向にすることができる。このため、多孔板
上に多少の液深の分布が存在しても下方から多孔
板の小孔を通つて上昇するガス２０は、多孔板上
の液深の小さい場所、あるいは大きい場所にかか
わらず、その速度の方向に偏流は無く、常に一様
の方向で上昇することができる。したがつて、多
孔板上の発泡した液体は滑らかに多孔板上を横切
ることができる。

また、何らかの原因で多孔板上で最も未発泡に
なり易い多孔板上流側の液深の高い場所が未発泡
になつた場合、下方からの上昇ガスの速度分布は
溢流管方向となる。この速度分布は多孔板上の液
体の流動を促す方向に対する力となるため、部分
発泡を起こしている多孔板上の液体をより流動さ
せることができる。このため、該多孔板上の部分
発泡を解消でき、部分発泡となり難い効果を持
つ。

このように従来技術の問題であつた多孔板上の
部分発泡、フラツデイングの問題を解決すること
ができ、操作範囲の広い、コンパクトな、信頼性
の高い気液接触装置を提供できる。

なお、上述の実施例では、上方の溢流管から流
下する液体を受けとめる部分を液受箱と表現して
説明しているが、本構造が多孔板と同一面であ
り、あるいは入口堰を設けた構造であつても表現
の違いであり、当然本発明に包含されるものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各棚段の多孔板上を流動する
液体（泡沫層）の流れ方向を同一にすることがで
きるため、下方からの上昇ガスの偏流あるいは多
孔板上を流動する液体の偏流を無くすことが可能
となり、気液の流動状態が良好となる。このた
め、多孔板上での気液の部分発泡、フラツデイン
グ現象の起こり難い、安定した操作範囲を広くと
れる信頼性の高い気液接触装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は従来の気液接触装置を説明
するための図である。第４図から第６図は本発明
の実施例を示す図である。第７図は本発明実施例
の効果を説明するための図である。 １……外壁、２……心金、３ａ〜３ｄ……溢流
管、３a′〜３c′……溢流管、４ａ〜４ｃ……液受
箱、４a′〜４c′……液受箱、５……小孔、６，
７，９……多孔板、８……出口縁、１１，１２…
…液体、２０……ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 心金と該心金をおおう外壁とからなる塔の内
   部に複数の棚段を備えており、該棚段は多数の小
   孔を有する多孔板と、該多孔板上の液体を下段に
   流入させる溢流管と、上段の溢流管から流下する
   液体を受け該多孔板に供給する液受箱から成つて
   おり、上昇ガスと該棚段の多孔板上にある液体と
   を気液接触させ、該液体を旋回させながら流動さ
   せる気液接触装置において、 前記棚段に前記液受箱とその隣に先端が下段の
   多孔板付近まで延びた溢流管とで構成した組を各
   棚段毎に少なくとも二組設置すると共に、各棚段
   ごとに１対となつた液受箱と溢流管とを所定の寸
   法で同一円周方向にずらして設置し、液受箱に流
   入した液体を同一面内の液体流路に設置した溢流
   管まで多孔板上を同一円周方向に移動させ、該溢
   流管の下部に対応し下段の棚段に設置した液受箱
   に流動落下させるように構成したことを特徴とす
   る気液接触装置。