JPH06500264A - 気液接触装置のための液体分配器 - 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】 気液接触装置のための液体分配器 発明の背景 本発明は、気液接触装置、殊に充填媒体上に液体を分配するための分配器に関す る。

典型的な気液接触装置においては、産業界において塔として知られている鉛直方 向に細長い密封された容器内に充填媒体が収容される。充填媒体は当業者には周 知のスクリーン又はシート金属の波形シート或いはリング又はサドルの如きラン ダム充填物から構成することができる。通常、液体はオリフィス皿、樋或いはス プレィノズル分配器によって充填媒体の上面上に分配される。気体は気体入口ノ ズルから容器内に導入され、充填媒体を通って流動して充填媒体の表面上にて気 体と接触し、容器の気体出口開口を通して流出される。重力の作用によって液体 が充填媒体を通って流下する際には、液体は充填媒体の表面を濡らし、更生液表 面を形成して流体間の効果的な接触を推進せしめる。

充填媒体を通過した液体は液体出口に流動する。通常、液体流に対して気体は逆 方向に流動せしめられるが、同方向に流動せしめられる場合もある。

充填された塔の効率は分配器の性能によって大幅に制限される。液体分配特性は 、（１）分配密度即ち単位面積当りの分配点の数、（２）塔の断面における分配 点の幾何学的均一性、及び（３）分配点からの液体流の均一性によって評価され る。

重力分配器においては、分配点からの液体流の均一性は連行蒸気並びに分配器流 計量液体出口近傍における液体のヘッド（深さ）及び速度によって大きく影響さ れる。連行蒸気が存在せず、速度は無視できる僅かなものであり、全ての出口に おいてヘッドが実質上同一であるのが理想的である。現在の実施技術様式では上 記理想の達成は容易でない。分配器デツキに導入される部位にて液体は鉛直方向 流速を有し、分配器デツキの計量オリフィスの領域において分散する際に屡々水 平方向流速を有する。分配器デツキ領域においてヘッドは大幅に変動し得る。液 体ヘッドが僅かである或いは存在しない乾出口が存在することもある。

液体分配に関する問題の幾つかは、米国特許第４゜４７２．３２５号、米国特許 第４，８０８．３５０号或いは本出願人の米国特許第５．０１３，４９１号に開 示されている型のスロットを有する流管を使用することによって低減することが できる。多数の区分された皿及び精密ダイによって形成された流管を使用して分 配器を形成することによって性能を改良することができる。しかしながら、流量 が変動すると、分配流速パターンが屡々大きく変化する。

本発明は、連行蒸気を除去して分配点からの流れの均−性を改良し、分配器液体 出口開口近傍において乱流を低減し、水平方向流速を低減し、ヘッド差を低減し て、広範囲の流量範囲に渡って満足し得る液体分配を達成することを可能にする 。

発明の要約 本発明は、デツキにはその下方の表面に液体を排出するためにデツキを貫通する 出口開口が配設されている、気液接触装置内の充填媒体の床上に液体を分配する 装置に関する。−局面において、本発明は、デツキの上方に間隔をおいて壁が配 設されていて、この壁とデツキとの間に減速空間が規定されている構成を含んで いる。壁には減速空間に液体を供給するための人口開口を構成する穴が形成され ている。これらの人口開口はデツキの出口開口から水平方向に変位されており、 液体は人口開口から出口開口まで減速空間を通って水平に流動する。減速空間の 境界は入口開口と出口開口との間に位置せしめられており、減速空間の鉛直方向 面積は関連する入口開口の全ての総面積よりも大きい。

従って、境界を通って出口開口に流動する液体の流速は、入口開口を通って減速 空間に流動する液体の流速よりも相当低速である。

他の局面において、本発明は、複数個の分配器デツキが水平方向に間隔をおいて 配設されている、液体を分配する装置に関する。隣接するデツキ間の上昇気体空 間には１個或いはそれ以上の混合羽根ユニットが装着されており、混合羽根ユニ ットの各々は上昇蒸気に渦を生成するための複数枚の傾斜羽根手段を有する。

本発明の他の特徴は、少なくとも幾つかのデツキに付設されてデツキから液体を 受け取る延長機を配設することである。かかる延長機はデツキのいずれの出口開 口も寄与することができない領域に配置された液体出口を有し、従って基礎的な デツキによって分配されない充填媒体の領域に液体を排出する。

好ましくは、「デツキ」は皿の底壁であり、「壁」は本明細書において「前箱（ ｐｒｅｂｏｘ）　Ｊと称する、供給手段から液体を受け取る受器の底壁である。

デツキ及び壁は細長く延在し、壁の上面に液体が供給される供給領域から傾斜し て延びている。デツキは側壁によって囲まれており、壁はそこから下方に延びて デツキに接触する脚でよいスペーサによってデツキから支持されている。

本発明は種々の形態で実施され得るが、添付図面には好適実施例を図示している 。

図１８は、装置の鉛直方向断面図。

１！１２は、図１０線■−■に沿って見た樋の断面図。

図３は、図２の線■−■に沿って見た延長機の断面図。

図４は、本発明に従って構成された偏向羽根ユニットの側面図。

図５は、図１の線Ｖ−■に沿って見た断面図。

図５ａは、本発明の好適実施例における穴及び前箱支持脚を示す拡大断面図。

図５ｂは、前箱と皿との好適連結様式の詳細を示す拡大断面図。

！！ＩＳは、装置の一部の斜面図。

図７は、塔内の、本発明に従って構成された装置が装備されている部位を示す簡 略図。

図８及び！！１９は、本発明によって得られる優れた分配性能を示す線図。

詳細な説明 図１は塔内の分配器２を示す平面図である。供給パイプ１又は内部装置からの液 体は矩形の主即ち中央分散箱４に導入される。分散箱４はその底壁に出口開口６ を有する。図１ａに明確に図示する如く、分散箱４に付設された前箱受器５の底 壁には開ロアが形成されており、前箱受器５の底壁と分散箱４の底壁とによって 規定された空間に上記開ロアから液体が流入せしめられｇ、分散箱４の出口開口 ６からの液体は４個の副即ち区域分散箱８に流入する。区域分散箱８の各々は鉛 直方向に延びるスリットが形成されている管１０を有し、かかる管１０が主分配 器１２に液体を供給する出口を構成する。区域分散箱８の各々は鉛直方向に延び るスロットが形成されている管１４も有し、かかる管１４からの液体は出口開口 １８を有する樋１６を介して最外側の分配器２０に供給される。主分配器１２の 幾つかはスロットが形成されている出口管２２を有し、かかる出口管２２は延長 機２４に液体を導く。延長機２４はスロットが形成されている出口管２６を有し 、かかる出口管２６は分配器１２又は２０のいずれも幾何学的に寄与し得ない領 域における注ぎ点を構成する。図２及び図３は、スロットが形成されている流管 ２８を介して液体が排出される延長機２４の長手方向断面図及び横方向断面図で ある。

大きな塔においては、図１ａに示す如く、弦の一部の長さの皿１２を中央分散箱 ４の下面に配設されているトラス２９から懸架することができる。区域分散箱８ は皿１２によって支持されている。例えば直径が８フイート（略２４０ｃｍ）以 下である小さい塔においては、弦の全長と同一の長さの皿１２を使用し、区域分 散箱を使用することなく１個の中央分散箱から全ての皿１２に液体を供給するこ とができる。

分配器１２及び２０は間隔をおいて配設されており、上昇気体のための空間３１ が形成されている。分配器における蒸気再混合渦を増進せしめるために、分配器 間の空間に傾斜混合羽根ユニット３０が挿入されている。図４に示す如く、ユニ ット３０の各々は等間隔をおいて配置されターンロックストリップ３４によって 接続された３枚の羽根３２を有している。各羽根の鉛直方内下部は均一な幅を有 し、各羽根の傾斜上部は上昇気体空間から羽根ユニットが滑落するのを防止する ために幅広にせしめられている。図５に示すとおり、羽根の縁は傾斜せしめられ ていて、後述する前箱壁８４に楔止めされている。製作の際には、ストリップ３ ４０両縁に形成されているノツチが羽根３２に整合するまで羽根３２の水平スロ ット内に一方のターンロツタストリップ３４が挿入される。次いで、このストリ ップがその長手方向軸線を中心として回転され、そのノツチが羽根に係合せしめ られて羽根を保持する。米国特許第４，５５７，８７８号には他の装置に使用さ れている同様なターンロツタストリップが開示されている。羽根ユニットは隣接 する皿の縁に支持され、羽根の傾斜した上端そらせ板部が回転流を生成して上昇 蒸気を混合するように配向される。隣接する羽根ユニットの羽根は相互に反対方 向に傾斜せしめることができる。

図６は区域分散箱８と分配器１２との一部を図示しており、これら区域分散箱８ と分配器１２とには本発明に従って前箱が配設されている。区域分散箱８は２枚 の側壁４０及びデツキ即ち底壁４１を有し、底壁４１は分配器１２に液体を放出 するための、スロットが形成されている管１ｏの如き出口開口を有する。前箱４ ２は分散箱８内に装着された受器である。この前箱４２は底壁４４、傾斜側壁４ ６、上方に向かって外側に延びる傾斜フランジ４８及び上部側壁延長部４９を有 する。フランジ４８から打ち抜かれて下方に延びるタブが前箱４２を分散箱８上 に支持する。同様なタブ配列について、後に図５ｂに関連して説明する。底壁４ １及び４４間の空間５２に液体を導入するために、底壁４４には開口５０が形成 されている。上記空間５２は底壁４１及び４４によって規定される高さＨと横方 向境界已によって規定される輻Ｗを有する。

詔口５００合計面積は空間５２の境界面積より小さい。この関係により、空間５ ２は減速空間として作用し、液体は開口５０を通って流入した時の速度よりも低 速で境界を通って流出する。

前箱４２は連行蒸気の離脱、液体深さの横方向分散及び分散箱内での液体速度の 相当な低減のための時間を生成する。従って、分散筒開口１０及び１４を通して ５個の分配器１２及び２０に液体が実質上同一の流量率で放出される。

図５及び図６に示す如く、分配器１２はデツキ６０及び２枚の側壁６２を有する 。デツキ６０を通る液体出口開口は、デツキ６０を通って延在している一組の付 設流管６３によって構成されている。デツキ６ｏの上方において、流管６３の各 々は傾斜した開口上端及び鉛直方向に延びるスロット６６を有する。デツキ６０ 上の液体はオリフィス計量スロット６６を通って管６３内に流入し、管６３を流 下して充填材料床上に流動する。

流管６３或いは他の形態の出口開口を通る流れの均一性を増進せしめるために、 分配皿内には前箱７０が装着されている。分配器１２及びそれらの前箱７０は水 平方向に細長く延びており、分散箱８から前箱７０に液体が導入される流入領域 から下方に若干傾斜せしめられている。図６に図示する前箱７０は底壁７２を有 する受器であり、底壁７２には分配器１２に液体を放出するための關ロア４が形 成されている。開ロア４は底壁から下方にタブを折り曲げることによって形成す ることもできる。図５ａに明確に図示されている如く、折り曲げタブは皿１２の デツキ６０上に底壁７２を支持する脚７６を構成する。オリフィス領域並びにヘ ッドの調節及び／又は特有の嫂何学的制限を補償する部位を配設するために、任 意の前箱に付加的な櫛目穴（図示していない）を形成することができる。

前箱は底壁７２の両縁から上方に延びる側壁７８、側壁７８の上縁から外側に延 びる傾斜フランジ７９及び上部側壁延長部８４を有する。側壁７８及びフランジ ７９の、上方に向かって外側への傾斜は、前箱の有効幅を最大限にせしめて、液 体速度を最小限にせしめ、液相から蒸気相が分離され得る自由表面の面積を最大 限にせしめる。図５ｂに示す如く、タブ８０はフランジ７９から折り曲げられて 、上部側壁延長部８４から下方に皿の側壁６２の内側に突出し、皿６０内に前箱 ７０を位置付ける。タブ８０を形成することによって生成される穴８２は前箱壁 に沿って蒸気圧差が生成されるのを防止乃至低減する。

デツキ６０と前箱の底壁７２は、高さｈが水平方向寸法よりも相当小さい減速空 間８１を規定する。減速空間８１の水平方向幅はＷで示されている。壁７２に形 成されている開ロア４は、液体を重力で空間８１内に供給する入口開口として機 能する。減速空間の境界は入口開ロア４と流管６３との間の線すを含む鉛直平面 内に位置する。減速空間８１の境界の鉛直方向面積は空１ｖ１８１に至る開ロア ４の全面積よりも相当大きい。

全てのレベルにおいて、減速空間の高さは水平方向寸法よりも相当小さい。ＨＥ Ｗ及びｈｅｗの比率は１：２或いはそれ以下であるべきである。図７に簡略に図 示されている如く、分配器は塔９０内に装填され、ランダム充填物或いは組織的 充填物の床９２の上方に位置せしめられる。気体は入口９４から充填物の床９２ 、分配器２を通って出口９６に流動する。液体は供給パイプ９８から分配器２に 流動し、分配器２を通って充填物の床９２に流動し、床９２を通って液体出口１ ００に流動する。

本発明に従って構成された分配器の正常動作においては、供給パイプ１から主前 箱５に液体が流入され、主前箱５において分離のための幾分かの滞留時間が生成 される。液体は開ロアを通って主分散箱の減速空間９に流動し、かかる減速空間 ９において乱流及び速度が低減される。次いで、液体は中央分散箱内の出口６に 流れ、かかる出口６を通って、前箱４２及び減速空間５２を有する区域分散箱８ に流れる。区域分散箱８の出口１０から液体は分散器１２及び２０に流れる。

液体の運動エネルギーの一部は、前箱５．４２．７０の各々の上流端近傍にて底 壁の上面上の液体受容領域に液体が衝突する時に消散せしめられる。前箱内の液 体は当初から連行蒸気を含有していることがあり、また前箱内での７′ラッシュ 或いは乱流によって付加的な連行蒸気が生成されることもある。液体が前箱内に ある時に蒸気相が分離され得、かかる分離は液体の表面積を最大限にせしめ前箱 を傾斜せしめることによって助長される。前箱が存在しない場合の如く出口開口 液体は前箱を通って出口開口に水平に流動する。デツキ６０上に流動し、流管６ ３に流動してこれを通って流れる前に、液体の幾分かは、更に細長い前箱内を低 東体側順率で、皿１２又は２０の長手方向に流動する。

前箱５．４２及び７０内の液体は完全乱流であり得る。液体が開ロア、５０．７ ４を通って流れる時に、４．８或いは１２の底壁に及び／又は減速空間９．５２ ．８１内の液体に衝突することに起因して、液体の運動エネルギーが部分的に消 散せしめられる。次いで、′液体は開ロア、５０．７４から出口６．１０又は６ ３に水平に流動する。各減速空間を囲む境界領域の鉛直方向面積は減速空間の夫 々に至る入口開口の全ての総面積よりも相当大きい故に、境界を横切って流れる 液体の流速は減速空間への液体の流速よりも相当低い。

液体が境界を通過する時に、より深い領域に移動するので、液体は更に減速され る。

本発明の重要な利点は、充填媒体のより一層均−なそして液体の流速及びヘッド の広範は範囲で装置が充分満足に作動することを可能にすることである。

分配器性能の重要な要素は変動係数（”ＣＶ”）である。変動係数は、分配器の 各注入点における流量値を測定し、かかる流量値を統計的に分析することによて 定められる。Ｃｖは平均値で除算された流量値の標準偏差値であり、％で表現さ れる。１０％以下のＣＶは市販されている充填物がそれらの潜在効率を達成する ことを可能にすることが立証されている。

１！１８は、立方フィート（９００立方ｃｍ）当り毎分１乃至９ガロン（３，７ ８５リットル乃至３４．０６５リツトル）の液体流量を関数とするＣＶを示して いる。三角を付した線は、流管及び前箱を備えた１個の細長い皿から得られたも のである。かかる線は流量の上記範囲全体に渡ってＣＶが１０％を越えることは な（、通常は６％乃至それ以下であることを示している。

図８において丸を付した線は、米国特許第４．８０８．３５０に開示されている 分配器と同様な対応する大きさの分配器から得られたデータを示している。低流 量において本発明に従う分配器は顕著に優れており、そしてまた全流量範囲にお いて本発明に従う分配器はより一層低いＣｖを示している。

分配デツキ上の液体ヘッドを関数とする変動係数（“”ＣＶ”）は図９に示され ている。三角を付した線及び丸を付した線は図８の場合と同様なデータを示して いる。０．６インチ（１，４７ｃｍ）から２．４インチ（５，８８ｃｍ）までの 範囲において、本発明に従って構成された分配器は優れた分配特性を示している 。。

図示した実施例から異なった種々の変形例が可能であることが当業者には理解さ れるであろう。例えば、流管６．１０及び６３、円形穴、方形穴或いは適宜の形 態乃至形状の開口によって液体出口を形成することができる。従って、本発明は 図示の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に含まれる広範 囲の変形装置及び方法が本発明に含まれることが強調される。

ＦＩＧ、１ ＧＰＭ／ＳＱ、ＦＴ。

国際調査報告 フロントベージの続き 、　ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．気液接触装置内で充填媒体の床上に液体を分配するための装置にして、 下方に位置する表面に非曝気液体を排出するための、貫通出口開口が配設されて いるデッキと、該デッキの上方に間隔をおいて配設され、水平方向寸法よりも高 さが小さい減速空間を該デッキとの間に規定する壁とを含み、 該壁には該減速空間に液体を供給するための入口開口を構成する穴が配設されて おり、該入口開口は該出口開口の実質上全てから水平方向に変位して配置され、 液体が該入口開口から該出口開口に該減速空間を通って水平方向に流動せしめら れ、該減速空間は該入口開口と該出口開口の実質上全てとの間に位置する境界を 有し、該境界の鉛直方向面積は該減速空間に関連する該入口開口の全ての総面積 よりも相当大きく、該境界を通って該出口開口に流動する液体の流速は該入口開 口を通って該減速空間に流動する液体の流速よりも相当低い、ことを特徴とする 装置。 ２．該出口開口は該デッキの上方に突出し且つ該デッキを貫通して延びている流 管によって構成され、該流管の壁には計量オリフィスが形成されている、請求項 １記載の装置。 ３．該デッキ上に該壁を支持するスペーサが配設されている、請求項１記載の装 置。 ４．該デッキの上方に位置する受器を含み、該壁は該受器の底壁であり、該受器 に液体を供給する手段が配設されている、請求項１記載の装置。 ５．該デッキと該壁とは水平方向に細長く同一方向に延在し、実質上同一の長さ を有する、請求項１記載の装置。 ６．該デッキを囲む側壁が配設されており、該受器は該側壁から支持されている 、請求項１記載の装置。 ７．該壁から下方に延びて該デッキ上に該壁を支持する脚を有する、請求項１記 載の装置。 ８．該境界は液没せしめられている、請求項１記載の装置。 ９．圧力容器と該容器内の充填媒体の床とを含み、該デッキは充填媒体の該床の 上方に配置され、該出口開口からの液体は該充填媒体上に排出される、請求項１ 記載の装置。 １０．該壁は供給領域を有する上面を有し、該供給領域に液体を供給するための 手段が配設され、該壁は該供給領域から下方に傾斜せしめられていて、上界面上 の液体からの連行蒸気の重力相分離を推進せしめる、請求項１記載の装置。 １１．該デッキと該壁とは水平方向に細長く延在する請求項１０記載の装置。 １２．分配装置は間隔をおいて配設された複数個の細長い皿から構成されており 、該皿間を通って気体が流動することができ、該皿の各々の底壁が該デッキを構 成する、請求項１記載の装置。 １３．気液接触装置内で充填媒体の床上に液体を分配するための装置にして、 下方に位置する充填媒体上に液体を排出するための貫通出口開口が配設されてい る複数個のデッキを含み、 該デッキは水平方向に間隔をおいて配置されていて、蒸気が上昇することができ る上昇気体空間を規定しており、 該上昇気体空間には混合羽根ユニットが装着されており、該混合羽根ユニットは 上昇蒸気に禍を生成せしめるための複数枚の傾斜羽根手段を含んでいる、ことを 特徴とする装置。 １４．該羽根手段の各々は鉛直部分と傾斜部分とを含んでいる、請求項１３記載 の装置。 １５．該羽根手段は細長いストリップによって一体に達結されている、請求項１ ３記載の装置。 １６．該羽根手段は幅広にせしめられた上部を有し、該上部によって該羽根ユニ ットが該上昇気体空間から滑落するのが防止されている、請求項１３記載の装置 。 １７，気液接触装置内で充填媒体の床上に液体を分配するための装置にして、 下方に位置する充填媒体上に液体を排出するための貫通出口開口が配設されてい る複数個のデッキを含み、 該デッキの少なくとも幾つかには延長樋が付設されており、該デッキは夫々の延 長極に至る出口開口を有し、該延長樋はその下方の充填媒体上に液体を分配する ための液体出口を有し、該延長樋の該液体出口は該デッキの該出口開口によって 分配されない領域に配置されている、ことを特徴とする装置。 １８．該延長樋の該出口開口は壁に開口が形成されている有によって構成されて いる、請求項１７記載の装置。 １９．気液接触装置内で充填媒体の床上に液体を分配するための装置にして、 下方に位置する充填媒体上に液体を排出するための貫通出口開口が配設されてい る複数個のデッキと、該デッキの各々の上方に間隔をおいて配設され、水平方向 寸法よりも高さが小さい減速空間を夫々の該デッキとの間に規定する壁とを含み 、該壁の各々には夫々の該減速空間に液体を供給するための入口開口を構成する 穴が配設されており、該入口開口は夫々の該デッキの該出口開口から水平方向に 変位して配置され、液体が該入口開口から該出口開口に該減速空間を通って水平 方向に流動せしめられ、 該減速空間の各々は該入口開口と該出口開口との間に位置する境界を存し、該境 界の各々の鉛直方向面積は夫々の該減速空間に関連する該入口開口の全ての総面 積よりも相当大きく、該境界を通って該出口開口に流動する液体の流速は該入口 開口を通って該減速空間に流動する液体の流速よりも相当低く、該デッキは水平 方向に間隔をおいて配置され、蒸気が上昇することができる上昇気体空間を規定 しており、 該上昇気体空間には混合羽根ユニットが装着されており、該混合羽根ユニットは 上昇蒸気に渦を生成せしめるための複数枚の傾斜羽根手段を含んでおり、該デッ キの少なくとも幾つかには延長樋が付設されており、該デッキは夫々の延長樋に 至る出口開口を有し、該延長極はその下方の充填媒体上に液体を分配するための 液体出口を有し、該延長樋の該液体出口は該デッキの該出口開口によって分配さ れない領域に配置されている、ことを特徴とする装置。 ２０．気液接触装置内で充填媒体の床上に液体を分配するための装置にして、 下方に位置する表面上に非曝気液体を排出するための貫通出口開口が配設されて いるデッキと、該デッキの上方に間隔をおいて配設され、水平方向寸法よりも高 さが小さい減速空間を該デッキとの間に規定する壁とを含み、 該壁には該減速空間に液体を供給するための入口開口を構成する穴が配設されて おり、該入口開口は該出口開口から水平方向に変位して配置され、液体が該入口 開口から該出口開口に該減速空間を通って水平方向に流動せしめられ、 該減速空間は該入口開口と該出口開口との間に位置する境界を有し、該境界の鉛 直方向面積は該減速室間に関連する該入口開口の全ての総面積よりも相当大きく 、該境界を通って該出口開口に流動する波体の流速は該入口開口を通って該減速 空間に流動する液体の流速よりも相当低く、 該壁は供給領域を有する上面を有し、該供給領域に液体を供給するための手段が 配設され、該壁から上方に延在し且つ傾斜して該上面上の液体からの連行蒸気の 重力相分離を推進せしめる側壁が配設されている、ことを特徴とする装置。 ２１．該デッキと該壁とは水平方向に細長く延在する、請求項２０記載の装置。