JPH07251063A - 化学反応および気液接触用充填物 - Google Patents

化学反応および気液接触用充填物

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JPH07251063A
JPH07251063A JP4345994A JP4345994A JPH07251063A JP H07251063 A JPH07251063 A JP H07251063A JP 4345994 A JP4345994 A JP 4345994A JP 4345994 A JP4345994 A JP 4345994A JP H07251063 A JPH07251063 A JP H07251063A
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corrugated plate
chemical reaction
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JP4345994A
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Tadayoshi Ishida
忠良 石田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 (i) 製作が簡単である、(ii)従来の気液接触
用充填物と化学反応用固体触媒とを原形のまま組み合わ
せることができる、(iii) 固体触媒を容易に出し入れで
き、その結果温度や圧力、または流体の種類などによっ
て最適な固体触媒を充填し得る、(vi)固体触媒の形状、
性質などに制約されず、大きな触媒充填用空間を設ける
ことができる、などの利点を有する、化学反応および気
液接触用充填物を提供する。 【構成】 一対の波形プレートを、天側の波形プレート
の底部と地側の波形プレートの頂部とが接触するように
配設し、これらの端部で固定手段によって固定し、前記
の天側の波形プレートと地側の波形プレートとの間に形
成される空間に固体触媒を充填してなることを特徴とす
る化学反応および気液接触用充填物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学反応および気液接
触用充填物に関し、特に反応蒸留装置および反応吸収装
置用の充填物に関する。
【0002】
【従来の技術】化学反応によって得られる多くの化学製
品は、純粋な形で得られることは稀であって、副生物や
不純物を含むので何らかの分離工程が必要である。化学
反応工程の後に直列的に気液接触による分離工程を設け
るよりは、化学反応と分離精製とを同時に行なえれば有
利である。このために、従来の幾つかのプロセスでは、
化学反応および気液接触を同時に行なうことができる充
填物が用いられてきた。分離手段としては、特に蒸留が
有効なことが多く、この種の充填物は反応蒸留用充填物
と称されるのが一般である。
【0003】特開平3−181338号公報には、従来
の蒸留用充填物である鉄製骨格部材の表面にセラミック
スをコーティングし、更にその上に触媒を担持させた反
応蒸留用充填物が教示されている。
【0004】また、特開平3−178334号公報には
一方の波形プレートの頂部と底部の位置と、他方の波形
プレートの頂部と底部の位置とをそれぞれ一致させ、こ
れらの間に平行な空間が生じるように配置された一対の
波形プレートからなり、これら波形プレートの間の平行
な空間に触媒が充填されている反応蒸留用充填物が教示
されており、この反応蒸留用充填物において、プレート
間の平行空間はプレートにタック溶接されたスペーサに
よって保持されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鉄製骨格部材
にセラミックスをコーティングした上に触媒を担持させ
た特開平3−181338号公報に記載の反応蒸留用充
填物は、その製作に多くの工程を必要とし、経済的では
ないだけでなく、触媒がセラミックス上に担持されてい
るので、触媒の取り替え、交換ができないという欠点が
ある。
【0006】また、特開平3−178334号公報に記
載の反応蒸留用充填物も溶接工程などが必要であり、そ
の製作が容易でないだけでなく、各部材は溶接により固
着されているので、反応によって異なる触媒を詰め替え
たり、劣化した触媒を取り替えるのは実質上不可能であ
る。
【0007】本発明の目的は、従来の反応蒸留用充填物
の上記問題点を解消し、(i) 製作が簡単である、(ii)従
来の気液接触用充填物と化学反応用固体触媒とを原形の
まま組み合わせることができる、(iii) 固体触媒を容易
に出し入れでき、その結果温度や圧力、または流体の種
類などによって最適な固体触媒を充填し得る、(vi)固体
触媒の形状、性質などに制約されず、大きな触媒充填用
空間を設けることができる、などの利点を有する、化学
反応および気液接触用充填物を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためになされたものであり、一対の波形プレート
を、天側の波形プレートの底部と地側の波形プレートの
頂部とが接触するように配設し、これらの端部で固定手
段によって固定し、前記の天側の波形プレートと地側の
波形プレートとの間に形成される空間に固体触媒を充填
してなることを特徴とする化学反応および気液接触用充
填物を要旨とする。
【0009】
【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例を説明する。
【0010】図1および図2に本発明の化学反応および
気液接触用充填物の一例を示す。図1は本実施例の化学
反応および気液接触用充填物の一部切欠き斜視図、図2
は一部切欠き平面図およびA−A,B−B,C−C,D
−D断面図である。これらの図に示すように、本実施例
の反応および気液接触用充填物は、触媒充填用空間を形
成するための一対の波形プレート1a,1bを有する。
ここに波形プレート1a,1bとしては、蒸留、ガス吸
収などの気液接触用充填物として従来より用いられてい
るものであれば、いかなるものも使用可能であるが、例
えば金属製または樹脂製の糸を織成して得られた網状ま
たは布状平板を波形に加工した網板を用いるのが好まし
い。波形の形状としては、図1に示したような鋸歯形状
(空間全体としては菱形)の他に、図3(a)に示すよ
うなウェーブ形状(空間全体としてはほぼ円弧状)や図
3(b)に示すような台形状(空間全体としては亀甲
状)などの形状が挙げられる。
【0011】そして図1および図2に示すように、天側
の波形プレート1aと地側の波形プレート1bとは90
°の角度で交差配列されており、天側の波形プレート1
aの底部2aと地側の波形プレート1bの頂部2bとが
点3において点接触している。図2中のA−A断面図お
よびC−C断面図にも波形プレート1aの底部2aと波
形プレート1bの頂部2bとが点接触している状態が示
されているが、A−A断面図とC−C断面図とでは、波
形の位相がずれていることが明らかである。なお、B−
B断面図およびD−D断面図においては、底部2aと頂
部2bとは点接触していない。
【0012】本実施例の化学反応および気液接触用充填
物において、一対の波形プレート1a,1bを交差配列
させ、波形プレート1aの底部2aとプレート1bの頂
部2bとを点接触させることにより次のような利点が得
られる。
【0013】(i) プレート1a.1bの交差配列および
プレート1aの底部2aとプレート1bの頂部2bとの
点接触により複雑な内部構造の空間が形成され、この複
雑な空間に固体触媒を充填することにより、液のチャン
ネリングなどを起さず、化学反応性および気液接触性に
優れた充填物が得られる。
【0014】(ii)特開平3−17833号公報に記載の
反応蒸留用充填物においては、固体触媒を充填するため
の空間を形成、保持するために、空間内にタック溶接さ
れたスペーサーを配置しなければならなかったが、本実
施例の化学反応および気液接触用充填物においては、溶
接などの工程を行なわずに固体触媒充填用の空間が形
成、保持される。
【0015】本実施例の化学反応および気液接触用充填
物において、前記のように配置された一対の波形プレー
ト1a,1bの固定は、これらの端部で固定手段によっ
て行なうのが好ましい。例えば、図1、図2に示すよう
に、一対の波形プレート1a,1bは、これらの端部の
側面をコの字形部材4a,4b,5a,5bで挾み込む
ことにより固定されるが、この場合、図1に示すように
一対の波形プレート1a,1bとコの字形部材4a,4
b,5a,5bとの間にも空間が形成され、この空間に
も固体触媒6が充填できる点で好ましい。
【0016】コの字形部材としては、波形プレートと同
一または類似の網状のものや、平板状のものが用いられ
る。
【0017】一対の波形プレートの固定手段としては、
上記のコの字形部材に限定されるものではなく、各種の
固定手段を用いることができるが、特にコの字形部材を
用いるのが好ましい。その理由は、コの字形部材の場
合、(i) その製作が容易で低価格である、(ii)溶接など
の操作が不要であり、挾み込むという簡便な操作で一対
のプレートを固定できる、などの利点を有するからであ
る。
【0018】本実施例の化学反応および気液接触用充填
物においては、前記の天側の波形プレート1aと地側の
波形プレート1bとの間に形成される空間に固体触媒6
が充填されている。
【0019】固体触媒6としては、本発明の充填物をど
のような反応に用いるかによって適宜決定される。
【0020】前記特開平3−181338号公報に記載
の反応蒸留用充填物では、鉄製骨格部材にコーティング
されたセラミックス上に触媒が担持されており、セラミ
ックス上へ担持させられない触媒(ラネー触媒、合成樹
脂触媒等)の場合には適用できなかったが、本実施例の
化学反応および気液接触用充填物では、一対の波形プレ
ートによって形成される空間に固体触媒を原形のまま単
に充填すればよく、セラミックスに担持させることが不
可能な材料からなる固体触媒も使用できるという利点が
ある。
【0021】以上、図1〜図3に基づいて本発明の化学
反応および気液接触用充填物の好ましい実施例を説明し
てきたが、本発明の化学反応および気液接触用充填物は
次のような変形例を含むものである。
【0022】(1) 図1および図2では、天側プレートと
地側プレートとを90°の角度で交差配列させたが、交
差角は適宜変更させることができ、一方の交差角を鋭角
(好ましくは60°から90°)、他方の交差角を鈍角
(好ましくは90°から120°)とすることもでき
る。
【0023】(2) 天側のプレートと地側のプレートを図
4に示すように並列配列させ、天側のプレート1aの底
部2aと地側のプレート1bの頂部2bとを線接触させ
ることもできる。この場合には、図1および図2の場合
と異なり、触媒充填するための空間を複雑な内部構造と
することはできないが、図1および図2の場合よりも空
間の容積を大きくすることができ、触媒充填量を多くす
ることができるというメリットがある。
【0024】本発明の化学反応および気液接触用充填物
は、次のように使用される。
【0025】先ず、固体触媒が充填された化学反応およ
び気液接触用充填物を多数枚積層するか、または図5に
示すように固体触媒が充填された化学反応および気液接
触用充填物7と固体触媒が充填されていない気液接触用
充填物8とを交互に積層することにより、充填物積層体
9を形成する。充填物積層体9を構成する充填物7,8
の合計枚数、充填物7の枚数と充填物8の枚数の割合
は、目的とする化学反応、気液接触に応じて適宜決定さ
れる。
【0026】次に反応蒸留操作を例に挙げると、図6に
示すように、この充填物積層体9を化学反応および気液
接触用の塔内に配置した後、ライン10より原料Aおよ
びBを供給して先ず全還流状態で反応を始め、原料Aお
よびBの供給を続けると、充填物積層体9において、化
学反応式 A+B → C+D により原料AとBとが反応し、低沸点成分Cと高沸点成
分Dとが生成するとともに、成分Cと成分Dとの気液接
触により両者の分離が行なわれ、塔頂から低沸点成分C
が、塔底から高沸点成分Dが分離回収される。なお、充
填物積層体9のみによって成分Cと成分Dとの蒸留分離
が不十分な場合には、充填物積層体9の上部、下部ある
いは上下部ともに別途、触媒充填していない気液接触用
充填物のみの積層体11を配置して成分Cと成分Dとの
分離に完璧を期してもよい。
【0027】本発明の化学反応および気液接触用充填物
を組み込んだ上述の装置によれば、別途、反応器を設け
ることなく化学反応と気液接触とを同時に行なうことが
でき、プロセスが簡易化される。また反応後の液の滞留
時間も最小限に抑えられるので、副反応なども少なくな
り、製品の品質や歩留りも向上する。
【0028】この反応蒸留の作用を詳細に説明する。図
6において、原料AおよびBをライン10より塔の中段
に供給すると、原料AおよびBは充填物積層体9中の充
填物の表面に沿って薄膜状に流下するとともに充填物の
網目を通して内部に浸透し、充填物内の固体触媒表面に
沿って流下する。原料AとBは触媒の内部に拡散して反
応が起こることになる。このメカニズムは反応吸収塔の
場合にも当てはまる。
【0029】一方、リボイラー12で塔底液は加熱され
て蒸気が発生し、上記充填物積層体9に上昇する。従っ
て充填物積層体9では気液固三相の同時接触状態が出現
する。化学反応は専ら液固二相の同時接触面で進行する
が、反応生成物は直ちに気液接触面におけるそれぞれの
揮発特性に応じて蒸発または凝縮して低沸点成分Cは塔
頂を出てコンデンサー13で凝縮回収され、一方高沸点
成分Dは塔底から分離回収される。反応吸収の場合には
リボイラーとコンデンサーは用いず、非凝縮性原料ガス
を塔底から、難蒸発性原液を塔頂に供給する。
【0030】勿論、反応速度と気液接触速度は、それぞ
れの反応によって異なるわけであるが、塔内の充填物積
層体の設置高さと、運転圧力、温度、加熱量、原料供給
量などを適切に調整することによって、所望の化学反応
を進行させると同時に所定濃度の反応生成物をそれぞれ
の沸点あるいは揮発度に応じて、塔頂と塔底から得るこ
とができるし、必要に応じては複数の蒸留塔を組み合わ
せてそれぞれの成分を純度よく得ることも可能である。
【0031】前述したとおり、従来法では、蒸留塔の前
に反応器を設けなければならず、しかもこの反応器に熱
を供給しなければならないが、本発明の反応蒸留塔の場
合では反応のための熱をリボイラーから同時に供給でき
る利点もあり、本発明の優位性は、従来技術に比べて歴
然としている。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、(i) 製作が簡単であ
る、(ii)従来の気液接触用充填物と化学反応用固体触媒
を原形のままで組み合わせることができる、(iii) 固体
触媒を容易に出し入れでき、その結果、温度や圧力、ま
たは流体の種類などによって最適な固体触媒を充填し得
る、(iv)固体触媒の形状、性質などに制約されず大きな
触媒充填用空間を設けることができる、などの利点を有
する化学反応および気液接触用充填物が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化学反応および気液接触用充填物の斜
視図である。
【図2】本発明の化学反応および気液接触用充填物の平
面図および断面図である。
【図3】一対の波形プレートの種々の形状を示す図であ
る。
【図4】本発明の化学反応および気液接触用充填物の他
の実施例の斜視図である。
【図5】本発明の化学反応および気液接触用充填物を含
む積層体の断面図である。
【図6】反応蒸留装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1a 天側の波形プレート 1b 地側の波形プレート 2a 天側の波形プレートの底部 2b 地側の波形プレートの頂部 3 接触点 4a,4b コの字形部材 5a,5b コの字形部材 6 固体触媒 7 化学反応および気液接触用充填物 8 気液接触用充填物 9 充填物積層体 10 ライン 11 補助蒸留用積層体 12 リボイラー 13 コンデンサー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の波形プレートを、天側の波形プレ
    ートの底部と地側の波形プレートの頂部とが接触するよ
    うに配設し、これらの端部で固定手段によって固定し、
    前記の天側の波形プレートと地側の波形プレートとの間
    に形成される空間に固体触媒を充填してなることを特徴
    とする化学反応および気液接触用充填物。
  2. 【請求項2】 固定手段がコの字形部材であり、一対の
    波形プレートを、周囲の側面をコの字形部材で挾み込む
    ことにより固定している、請求項2に記載の化学反応お
    よび気液接触用充填物。
  3. 【請求項3】 天側の波形プレートと地側の波形プレー
    トとが、交差配列されており、天側の波形プレートの底
    部と地側の波形プレートの頂部とが点接触している、請
    求項1に記載の化学反応および気液接触用充填物。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の化
    学反応および気液接触用充填物を含む充填物積層体を組
    み込んだ反応装置。
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