JPH0744667U - カートリッジトレーシーリング装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本考案の目的は、公差変動及び化学処理塔環
境に適合する可撓性カートリッジトレーシーリング装置
を提供することにある。 【構成】 柔軟構造部材に含浸された耐化学環境性材料
からなるシーリング部材をカートリッジトレーの外部周
辺に固定係合し、該トレーは化学処理塔内部壁に対して
上方に変形した二重リップ構造を有するガスケットを伴
い、カラム内に配設され、化学処理塔内を通過する蒸気
及び液体を密封する。
境に適合する可撓性カートリッジトレーシーリング装置
を提供することにある。 【構成】 柔軟構造部材に含浸された耐化学環境性材料
からなるシーリング部材をカートリッジトレーの外部周
辺に固定係合し、該トレーは化学処理塔内部壁に対して
上方に変形した二重リップ構造を有するガスケットを伴
い、カラム内に配設され、化学処理塔内を通過する蒸気
及び液体を密封する。
Description
【0001】
本考案は、化学処理塔、より詳細には、化学処理塔のカートリッジトレーシー リング装置に関する。
【0002】
蒸留カラムは、多成分流から選択された成分を分離するために利用される。一 般に、かような気−液接触カラムは、カートリッジトレー又はパッキングのいず れかあるいはこれらの組合せを利用する。近年、いわゆる「バブルキャップ」が 、大部分のトレー化されたカラム設計にてシーブトレー及びバルブトレーにより 置き換えられる傾向にあり、不規則(投下した)パッキング又は構造型パッキン グのいずれかの普及している充填カラムが、流れにおける成分の改良された分離 を達成するために、トレーとの組み合わせで利用される。
【0003】 カラム内での分別の成否は、液相と蒸気相との緊密な接触に依存する。トレー 等の蒸気液体接触装置のいくつかは、比較的高い圧力降下及び比較的高い液体保 持により特徴づけられる。蒸気液体接触装置の別のタイプ、すなわち構造型高効 率パッキングは、ある適用のために普及している。かようなパッキングは、低い 圧力降下及び低い液体保持を有するために、エネルギー効率的である。しかしな がら、これらの種々の性質は、時々、構造型パッキングを備え付けたカラムを安 定一貫した態様にて作動させることを困難とする。更に多くの適用においては単 に、トレーの使用が要求されるに過ぎない。
【0004】 カートリッジトレーが、主なカラム接触装置である場合、トレーカラムの圧力 降下が高いために、蒸気分配に関する心配の必要性はほとんどない。約50個の トレーを有するトレー塔に関しては、6psi(300mmHg)オーダーの圧 力降下が従来技術では、通常である。しかしながら、これは、流入蒸気により発 生する運動エネルギーよりも大きさのオーダーがはるかに大きい。蒸留カラムに 入る蒸気の速度ヘッドは、しばしば、重油分別器精製装置内の水の3〜4インチ より大きく、また速度ヘッドは化学処理又はガス処理カラム内で5mm以下であ る。しかしながら、50個のトレー塔のトレーがパッキングにより置き換えられ る場合には、カラムを通る圧力降下は典型的に、大きさの全オーダー、すなわち 30mmHgのオーダーで減少することは事実である。これは本考案の譲受人に 譲渡された米国特許第4,604,247号明細書に記載される構造型カラム等 の構造型カラムに関しては特に真実である。供給蒸気の運動エネルギーが10m m以上に維持されれば、ひどい不良分配が起こるかもしれない。
【0005】 カートリッジトレー又は蒸留トレーは、塔内にて15個以上のトレーの束とし て組立てられてもよい。該束は、直径6〜36インチのサイズの範囲の塔内に挿 入される。トレーを蒸気及び液体バイパスに対して密封するために、カートリッ ジトレーは、各トレー上で端部シール部を有するよう設計される。このシーリン グ技術は、塔の設計上及び操作上極めて重要である。蒸留トレーの基本理論は、 トレー上で液体レベルを維持し、蒸気をトレー上の開放域を通して通過させ、か つその上に配された液体を通して通過させる。同時に、液体は、トレーを横切っ て、下方のトレーへ通過させるため下降管へと流される。この作用は、トレー床 における孔面積の設計により制御される。孔面積は、ある蒸気速度を維持するた めに、かつ適当な蒸気−液体相互作用を達するために計算される。しかしながら 、液体の漏れ又は蒸気の迂回がトレー端部で起こる場合には、設計条件は変えら れ、トレーは仕様に従っては操作されない。このために、トレーの設計及び製造 は、かなりの注意を要する。
【0006】 カートリッジトレー塔殻の製作及び組立は、多数の耐性問題の対象である。例 えば、円形外殻に形成されるロールプレート及び溶接プレートから組み立てられ る殻は、溶接熱により影響を受ける。ロール組立て方法及び溶接組立て方法が用 いられる際には、殻の大きさ及び公差変動が、直径及び長円について殻フランジ 及びノズル位置において、並びに軸及び周縁溶接シームに沿って生じる。上述の 問題に加えて、殻表面での不規則部分は、変形が生じている塔領域内にトレー束 を挿入することを困難あるいは不可能とし、従来技術のシーリング設計の動向を 制限するだろう。
【0007】 処理カラムの特に効果的なカートリッジトレー設計は、シーブトレーである。 このトレーは、底部表面にて形成された多数の細長い孔で構成される。該孔は上 昇蒸気を、トレーを横切って流れる液体との直接係合部内に流す。トレーを通る 上部方向への蒸気流れが十分である場合には、液体が孔を通る下部方向へランニ ングするのを防止する(「ウィーピング」と称す)。小規模のウィーピングはト レー内で正常であり、一方、大規模のウィーピングはトレーの容量及び効率に対 し好ましくない。カートリッジトレーの更なる論議及び関連する処理カラム操作 の特徴は、本考案の譲受人に譲渡された米国特許第4,956,127号明細書 に見出せる。
【0008】
組立て工程において、カートリッジトレーは一般に支持リングの頂部の処理カ ラム中に位置する。支持リングは一般に溶接され、もしくは他の方法で塔の内部 表面に不変に固定され、カートリッジトレーに機械的支持を与える。カートリッ ジトレーをカラム壁及び/又は下部支持リングに対しシーリングする問題は、常 に考慮対象である。従来技術のアプローチでは、処理カラムの円筒状壁に係合す る伸張可能な金属リングを包含するものである。しかしながら、真円でない問題 並びに製造公差変動は、その周辺の均一なシーリングをしばしば防止する。塔内 部の構造に関連して塔壁に沿った溶接が、更に真円でない条件を悪化させる塔壁 の熱的変形をしばしば引き起こすということもまた観察されている。塔壁等に対 する非可撓性シーリング部材の利用は、故に無数のシーリング問題を発生させる 。真円でない領域に適合させるために、より可撓性のシーリング部材が提案され ている。主として、シーリング部材は、弾力的に変形し、形状変形を収容するガ スケット等を含む。残念ながら、可撓性ガスケットを組み立てるための多くの材 料は、塔環境を極めて敵対すべきものとし、ガスケットの劣化はありふれたもの とされている。このために、改良されたシーリング部材設計は、高い可撓性度を 有し、敵対する環境に適応するリングを含んでいる。かようなリングの一つとし ては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製のリングが、米国特許第4, 255,363号明細書に示される。その従来技術参照において、PTFEリン グは、塔壁に対する密封部材の圧力調節手段を伴って組み立てられ、より効果的 なシーリングのために適合する。PTFEあるいは他の合成フッ素材料自体によ り与えられる可撓性の程度でさえも、より柔軟な構造に適合する塔壁における一 定の公差変動のためには常に十分とは限らない。したがって、公差変動及び化学 処理塔の敵対する環境の両者に適合する信頼性のある可撓性密封装置を提供する ことにより、従来技術の問題を克服することが利益となろう。
【0009】 本考案は、一般に可撓性構造のテフロン含浸ファイバーグラスガスケットを利 用することにより、従来技術を克服するためのかような利点を提供する。ガスケ ットは、カートリッジトレーリングに固定され、処理塔壁に係合するために、ト レーリングの外方向にダブルリップを現出する。塔壁に対する可撓性シーリング 表面を与え、塔を通る液体及び蒸気及びカートリッジトレー周辺での液体及び蒸 気の通過を防ぐ際に、液体圧力を強化するために、リップは上方向に偏向された 方向にて提供される。
【0010】
本考案は、化学処理塔のカートリッジトレーのためのシーリング部材に関する 。特に本考案の一つの特徴は、カートリッジトレーの外部周辺に固定された、一 般に柔軟構造のテフロン含浸ファイバーグラスガスケットを含む。トレーは、塔 の内部壁に対して上方向に変形された外方向に面するガスケットのリップを伴い カラム内に配設される。
【0011】 別の特徴において、本考案は、二重で曲げやすいシーリング部材を利用するカ ートリッジトレー周辺のシーリング装置を含む。処理化学物質と塔内部の温度条 件とに親和性を有するどのような曲げやすい材料でも適するが、シール材料はテ フロン含浸ファイバーグラステープとして供給されてもよい。このシーリング方 法において、ファイバーグラステープは、金属保持バンドによるチャネル内に含 まれ、テープ端部はトレー端部を超えて延伸し、テープを塔壁に対して上方かつ 外方向に偏向させる。この配置は、テープ密封を塔壁の不規則部分に適合させ、 該位置での密封を維持する。この配置はまたトレー端部と塔壁との間をより空隙 とし、トレー束を殻内での制限及び変形から回避させる。
【0012】 他の特徴においては、本考案は、カートリッジトレーが蒸気及び液体が横ぎる 通過のために塔殻内に配設されたタイプの化学処理塔のための改良されたカート リッジトレー密封装置を含む。改良点は、殻との突出し係合に適応した周縁シー リング域を収容するカートリッジトレーと、処理塔内の液体及び蒸気に抵抗する ための材料に含浸された柔軟材料を含むシーリング域とを含む。殻壁と係合する ようシーリング部材を外方向に延伸させるためのシーリング域に柔軟部材を固定 するための手段が提供される。本考案の一つの実施態様において、柔軟材料はテ フロン含浸ファイバーグラスである。
【0013】 更なる特徴において、上述された考案は、柔軟材料を受けるために適応する一 般にU字型チャネルで形成されるシーリング域を含む。柔軟材料の固定係合のた めに、柔軟材料上及びチャネル内に位置させるための係止手段が提供される。固 定手段は、U字型チャネル内に位置し、かつそこで柔軟材料に対して固定された 金属ストラップを含んでもよい。柔軟材料は、殻壁に対するダブルリップ密封を 形成するために、外方向に延伸する二つの側部折り曲げ部を伴ってシーリング域 内にて位置するに十分な幅にて提供される。
【0014】
以下、本考案を好ましい実施態様に基づき更に詳細に説明するが、本考案はこ れらに限定されるものではない。
【0015】 まず図1を参照すれば、種々の塔内部を示し且つ本考案の改良された高容量ト レー装置の一つの実施態様の利用を示すために種々の区域を取り除いたパッキン グ交換塔、すなわちカラムの破断斜視図である。図1の交換カラム10は、複数 のパッキング床層14とそこに配置されたトレーとを有する円筒状塔12とを含 む。複数のマンウェイ16は、塔12の内部域への近接を容易にするために同様 に組み立てられる。更に側部流引出ライン20、液体側部給送ライン18及び側 部蒸気流給送ライン又は再沸戻ライン32を設ける。還流戻ライン34を塔10 の頂部に設ける。
【0016】 操作中、液体13は、還流戻ライン34及び側部流給入送ライン18を通って 塔10に供給される。液体13は、塔を通って下方に流れ、最終的に側部流引出 ライン20もしくは底部流引出ライン30のいずれかで塔を去る。この下方流に おいて、トレー及びパッキング床を通過するにつれて蒸発するある物質が液体1 3から枯渇し、蒸気流外で液体中に凝縮する材料により濃縮され、あるいは添加 される。
【0017】 図1を参照すれば、交換カラム10は、明瞭にするために略示的に配置されて いる。この図示において、カラム10は、塔12の頂部に配置されたオーバーヘ ッドライン26内の蒸気出口と、再沸器(図示せず)に連結する底部流引出ライ ン30の周囲に塔の下部領域において配置された下部スカート28とを含む。再 沸戻導管32は、蒸気をトレー及び/又はパッキング層14を通って上方向に再 循環させるためにスカート28の上に配置されて示される。凝縮器からの還流は 、導入導管34を通って上部塔領域23内に提供され、液体分配器36を通り上 部パッキング床38を横切り、分配される。上部パッキング床38は構造型パッ キング変形であることがわかる。上部パッキング床38下の交換カラム10の領 域は、説明のために示され、上部構造型パッキング38を支持して支持格子41 下に配置された液体収集器40を含む。液体13を再分配するために適応された 液体分配器42は、同様にその下に配置される。第2の液体分配器配列43は、 最下部トレー48Aの下に図示される。この特定の分配器配列は、本考案の譲受 人に譲渡された米国特許第4,909,967号明細書に示される型でもよい。 同様に、最下部構造型パッキング床14は下部塔領域内に示される。
【0018】 図1を引き続き参照すれば、更に一列のトレーもカラム10内で説明のために 示される。多くの例において、処理カラムは、パッキングのみ、トレーのみ、あ るいはパッキングとトレーとの組合せのいずれかを含む。しかしながら、本図示 では塔全域及びその操作を議論するために、組合せとする。トレーカラムは、通 常、ここに示される型の複数のトレー48を含む。多くの例において、トレー4 8はバルブトレー又はシーブトレーである。かようなトレーは、構造内に穿孔あ るいは溝付きプレートを含む。蒸気及び液体は、トレーにて又はトレーに沿って 係合し、いくつかの組立体装置においては、対向流形態にて同じ開口を通って流 される。最適には、蒸気及び液体流は、塔10内にて安定レベルに達する。以下 に詳述するように、下降管の利用によって、この安定は、上昇蒸気を下降液体と 混合することのできる比較的低い流れ速度で達せられてもよい。いくつかの実施 態様において、下降管が使用されず、各圧力が変化すると交互に蒸気及び液体が 同じ開口を使用する。
【0019】 本実施態様において、後に詳述するように、各トレーは塔壁に対して特別のシ ーリングガスケット49により密封される。ガスケット49は、上昇蒸気15と 下降蒸気13との間に存在する対向流条件を促進するために、トレー48を塔壁 12に対して密封することを可能とする。この流条件は、下降管54の位置、液 体/蒸気割合、液体冷却、液体流/逆混合、発泡(起泡)、高さ、泡均一性及び 固体又はスラリーの存在を含む無数の臨界設計考慮の対象である。信頼性及び腐 食は、パッキング塔での種々の要素の選択において同様な考慮対象である。多く の例において、塔内部の組立における材料選択のためのパラメーターは、かよう な考慮の結果である。図1に示すように、パッキングカラムの解剖は、参照によ り組み込まれた本考案者の一人であるギルバート・チェン(Gilbert Chen)による 装置(「パッキングカラム内部」(1984年3月5日、「ケミカルエンジニア リング(Chemical Engineering)」)において同様に詳述される。
【0020】 図3を参照すれば、従来技術の化学処理塔内に配置され、かつ堅固に載置され た従来技術のトレー域の拡大側部立面断面図が示される。トレー50は、図1に 示されるように下降管54の間に配置された複数のトレー部材52を含む。液体 13は、トレー配列50を通る下降通路の間に、各トレーを横切って流れるよう に示される。この特定の実施態様において、トレー52は、載置リング55によ って塔の側壁に載置される。載置リング55は、塔壁との密封係合において、ト レー周辺に配置された箱型パッキン押え部材56を含む。かような密封部材は、 蒸気又は液体が密封される非常に大きい表面領域を提供する。上昇蒸気が、下降 液体と混合するにつれて、蒸気と液体の両者は、かようなシーリング部材によっ て、中央トレー活性域を迂回することが望ましくは妨げられる。しかしながら、 箱型パッキン押え部材56は、塔殻12Aの真円でなく、かつ変形された区域に 適応するための十分な可撓性を提供しない。
【0021】 図4を参照すれば、処理塔12内でのトレー62の載置を示す本考案の改良さ れたシーリングパッキン押え60の拡大側部立面断面図が示される。シーリング パッキン押えは、二重で曲げやすい密封部材を含む。処理化学物質及び塔内の温 度条件と親和性がある曲げやすい材料ならばいずれも適するが、密封材料は、テ フロン含浸ファイバーグラステープ60として供給されてよい。このシーリング 方法において、ファイバーグラステープ60は、金属保持バンド64によってチ ャネル63内に含まれる。チャネル63は、トレー62下にその周辺に沿って固 定される。テープ60の端部65及び66は、トレー端部を超えて延伸し、テー プ60を塔殻12Aに対して上方にかつ外方に偏向させる。この配置は、テープ 端部65及び66を塔殻12Aの不規則部分に一致させ、該部分に対して密封を 維持する。この理由により、端部65及び66を殻12A内の変形し、真円でな い全ての領域と係合するに十分な幅にて、柔軟材料が利用される。更にこの配置 は、トレー端部と塔壁12Aとの間を更に空隙とし、トレー束62を殻内での制 限及び変動より回避させる。本考案により供されるトレーと塔壁との間に更に空 隙を提供することは、取付け問題に伴うコストの観点から明瞭な利点である。
【0022】 図2を参照すれば、塔殻103内に取り付けられたトレー配列101が示され る。上部トレー104は、下部トレー108の上部に配置される中間トレー10 6の頂部及び上部に配置される。トレーの整列、形態及びその概略表示は、単に 図示するために示される。無数のトレー設計及び形態は、本考案の原則にしたが って組み込まれてもよい。特に図4に関して詳述されるように、本考案の原則に したがって構成されたシーリングパッキン押え組立体に関連して代表的なトレー が示される。シーリングパッキン押え組立体110は、トレー104、106及 び108のそれぞれの周辺に沿って配置して示され、該組立体は、カートリッジ トレーを、その上部及び内部を通過する蒸気及び液体の通過に対してシーリング する手段を提供する。いくつかの例においては、液体は、下降管の領域内でのよ うに、シーリング部材の上に配される。例えば、上部トレー104は、液体入口 管114に隣接して配設される溜め112を伴って構成される。液体116を、 トレー104の表面を横切って流すために、シーリング部材110の上で、容器 112内にて蓄積することが可能である。下降管118は、トレー104の対向 する側部に示され、該下降管はトレー106に向かって下降する液体116の流 れを可能とする。下降管118の下部領域において、液体116は、下降管11 8下の開放域120において排出のために蓄積され、ここで液体はトレー106 を横切る流れのために外方向に排出される。下降管122は、下部トレー108 へ向かって下降する液体を排出するために、トレー106の対向する側部に同様 に配置される。最後に、下降管124が下降管122に対向するトレー108の 側部に配置されて示される。
【0023】 図2に図示され、かつ上述された処理カラムは、説明のために示される。各カ ートリッジトレーシーリング部材110は、変形しやすい容器殻103の領域内 に配置される。上述のように、初期組立て工程を通じて変形が生じてもよく、該 工程においては、溶接が、一般に円筒状の側壁において及び/又は物理的負荷工 程において、歪曲を引き起こす。例えば、上部トレー104における液体116 の高さは、トレー104並びに関連する構成部材の両者内にて変形を引き起こす 可能性がある。シーリング部材110は、トレー104及び殻103の間で、表 面不規則部分を適合することができなければならない。この理由により、シーリ ング部材110の各図示は、トレーチャネル132から殻103に対して外方向 に配置された1組のリップ部材130及び131を含む。上述のように、チャネ ル132は、テフロン含浸材料を収容するために、かつカートリッジトレーから の外方向への延伸のためにカートリッジトレーの下側に固定され、記述するよう にシーリングを助長する。更にシーリングは、蒸気140の上向流が、殻103 の側壁に沿ったトレーの周囲を通過することを防ぐ。かような通過は、トレーの 活性域を迂回し、カラム効率を減少させる。
【0024】 塔壁の縮小は、溶接並びに物理的負荷を通じて生じるかもしれない。殻内での 変形もまた、殻表面へのノズル溶接の際に生じるかもしれない。該ノズルは図2 に示すように塔の機能のために必要である。変形は、円筒状塔の組立て並びに使 用の両者と構成関係にある塔の長いシームにて生じるかもしれない。ここに示す ように、塔内での蒸気と液体との対向流を伴うトレー負荷は、シーリング部材に おける適当な可撓性に適合すべき静的及び動的負荷の両者を殻へ分与する。溶接 が金属殻自身における強烈な効果、及び溶接された円周上の殻連結部での縮小の ために減少する可能性のある直径を有することは公知であるから、シーリング部 材が空間の可撓性及び適合性を有することが必要である。この理由により、本考 案の二重接触で、曲げやすいカートリッジトレー端部密封部材は、かような従来 技術構成を超える注目すべき利点を提供する。塔殻の表面不規則部分は、曲げや すいカートリッジとおそらく容易に適合し、そこに与えられる二重接触によりシ ーリング効果は増大する。
【0025】 操作時に、本考案のシーリングパッキン押えは、トレーに化学処理カラムのト レー及び壁の両者における不規則部分に適合する可撓性を与える。かような処理 カラム壁が完全に円筒状ではなく、種々の表面不規則部分が従来のシーリングパ ッキン押えと共にシーリング問題を引き起こすことは公知である。剛性ワイパー 等の使用は、種々の不規則部分適合に成功するけれども、しばしば不規則部分に 適合しない固定寸法形状を提供する。本考案は、テフロン等の物質を十分に含浸 する実質的に柔軟な部材の利用により表面不規則部分が軽減され、したがってこ こに図示されるように、取り付けられた際に、多量の蒸気及び液体の両者が、そ こを通って通過することを防ぐ。テフロン含浸織物が載置されるトレーの構造リ ングは、トレー−塔取付けに適合する全形状を与える。この態様において、更に 製造者は、トレーと塔壁との間のシーリングのための要求により指令される塔内 部の精密な組立てに必要な時間と費用とを減少することができる。
【0026】 内部取付け実現性に加えて、テフロン含浸織物は、かようなトレー取付けに典 型的に見出せる敵対化学環境に抵抗することができる表面を提供することにより 、増大した信頼性を更に提供する。
【0027】 故に本考案の操作及び構成は、前述の記述から明白であると信じる。示され、 あるいは記述された方法及び装置は好ましいとして特徴づけられるけれども、本 明細書の特許請求の範囲に規定される考案の範囲から逸脱しない限りにおいて、 種々の変更及び置換がなされてもよいことは明らかである。
【図1】図1は、種々の塔内部形態を示す化学処理塔の
一部を取り除いて示した斜視図である。
一部を取り除いて示した斜視図である。
【図2】図2は、シーリング部材をその周囲に使用した
状態を示す図1の化学処理塔カートリッジトレー配列の
拡大側面立面図である。
状態を示す図1の化学処理塔カートリッジトレー配列の
拡大側面立面図である。
【図3】図3は、従来技術のカートリッジトレー及びシ
ーリング部材の一部を示す拡大側面立面破断断面図であ
る。
ーリング部材の一部を示す拡大側面立面破断断面図であ
る。
【図4】図4は、図2のカートリッジトレー及びシーリ
ング部材の一部を示す拡大側面立面破断断面図である。
ング部材の一部を示す拡大側面立面破断断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 フレッド・ステュワード カナダ国エルオーシー・10ケー,オンタリ オ,ダブリュー・アックスブリッヂ,ブル ック・ストリート・149
Claims (1)
- 【請求項1】 蒸気と液体とが横切って通過するために
カートリッジトレーが塔殻内に配設された化学処理塔の
ための改良されたカートリッジトレー密封装置におい
て、該カートリッジトレーが前記殻との突合せ係合に適
応した、一般にU字型チャネルを含む周辺のシーリング
区域を収容し、前記シーリング区域が該処理塔内にて液
体及び蒸気に抵抗するための材料を含浸した一般に柔軟
な部材を含み、殻壁と係合するよう該シーリング部材を
外方向に延伸させることができ、かつ該シーリング区域
に該柔軟部材を固定する固定係合のための前記チャネル
内に位置し、かつ前記柔軟材料の上に位置する係止手段
を含み、前記柔軟部材がテフロン含浸ファイバーグラス
を含み、該殻壁に対して二重リップ密封を形成するため
に外方向に延伸する2つの側部と共に前記シーリング域
内に折り曲げて設置するのを可能とするに十分な幅に
て、前記ファイバーグラスが提供されることを特徴とす
るカートリッジトレー密封装置。
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