JPH10137531A - 充填塔用液体捕集分配装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気液化分離装置用精留塔に用いるのに好適
な充填塔用液体捕集分配装置を提供する。 【解決手段】 充填塔Ｔ内に、流下液を散布する多数の
散布孔６を備えた水平方向の仕切板２を設けるととも
に、該仕切板２を貫通させて、前記充填塔Ｔの上昇ガス
を通過させる複数のガス上昇箱３を立設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充填塔に用いられ
る液体捕集分配装置に関し、詳しくは、空気液化分離装
置用充填塔式精留塔に充填した充填材に、流下液を均一
に散布するための液体捕集分配装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気液化分離装置の精留塔等として用い
られている充填塔において、該充填塔内を流下する液
（流下液）は、充填材層内を流下するのに伴って壁流が
増加し、液分配が不均一になるため、適当な位置で流下
液を捕集して混合する液体捕集装置と、捕集した液を下
方の充填材層に均一に再分配する液体分配装置とを設け
る必要があった。

【０００３】また、空気液化分離装置用精留塔において
は、塔内の流下液に加えて中間段で外部から液を導入す
ることがあるが、このような位置でも同様に流下液と導
入液とを混合する液体捕集装置と再分配する液体分配装
置とを設ける必要があった。

【０００４】また、液体捕集装置や液体分配装置とし
て、通常広く用いられているものとしては、樋式のも
の、Ｖノッチ箱形式のもの、パイプ式のもの、オリフィ
ス式のものなどが知られている。これらの液体捕集装置
と液体分配装置とは、従来は、それぞれ別個に設置され
ていたが、別個に設置すると、液体捕集・分配装置の組
立高さが高くなるため、充填塔全体も高くなるという問
題があった。そこで、最近、これらの液体捕集装置と液
体分配装置との両機能を併せて持たせ、一体化して構成
することによって液体捕集・分配装置の組立高さを低く
抑え、充填塔全体の高さを低くすることが提案されてい
る。

【０００５】例えば、特開平６−２８５３２３号公報に
記載されている液体捕集分配装置は、液体捕集機能と液
体散布機能とを兼ね備えるものであって、充填塔の内周
に沿って設けられたリング状の液受板の内周縁に、上部
にＶノッチを有する円筒状堰板を立設し、該堰板の内側
に、底部に液散布孔を有し、上部に流下液捕集用の傾斜
板を有する複数の液分配箱を設けるとともに、各液分配
箱の底部近傍に各液分配箱を連通させる連通管を備えて
いる。

【０００６】この液体捕集分配装置は、主として、空気
液化分離装置用精留塔として用いる充填塔の中段部分に
設けられ、外部からの液体を導入する部分に設けられる
ものである。充填塔を流下する流下液は、傾斜板によっ
て捕集され、その殆どが各液分配箱内に直接導入され、
残りの一部は、導入管で外部から導入される導入液とと
もに液受板の上方で、充填塔の内壁と堰板とで形成され
る環状部に一旦貯留された後、堰板上部のＶノッチから
溢流して各液分配箱に流入するようになっている。

【０００７】さらに、他の実施例として、各傾斜板の下
端部に堰を設け、該堰から流下液の全量を前記環状部に
流下させ、前記Ｖノッチから流下液を溢流させて各液分
配箱に流入させることも開示されている。そして、液散
布孔から散布する液量を均一に保持するため、各液分配
箱に流入した流下液を連通管で往来させ、各液分配箱の
それぞれの液面高さを一定にするようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、充填塔内を流
下する流下液は、上方の充填材層から液体捕集装置に流
下する位置では不均一であるので、上述のように、傾斜
板で捕集した流下液の殆どを直接液分配箱に導入する
と、各液分配箱に導入される液量も不均一となり、各液
分配箱間の液面高さが不均一になる。この場合、各液分
配箱の液面高さを一定に保持するため、連通管を設けて
液面高さの高い方の液分配箱から低い方の液分配箱へ液
を流すようにしているが、連通管の導入・導出部の縮流
・拡流による流動抵抗及び連通管自身の流路抵抗等によ
り、各液分配箱の液面高さが不均一になり、液散布孔か
らの液散布量の均一性が低下してしまうという問題があ
った。

【０００９】また、傾斜板で捕集した流下液の全量を一
旦液受板の上方の環状部に貯留後、Ｖノッチから各液分
配箱に導入する場合であっても、各液分配箱を連通管で
接続する構造では、連通管の抵抗による影響を解消する
ことはできなかった。逆に、これらの液流通抵抗を無視
できるほどに連通管のサイズを大きくしたり、本数を多
くしたりすると、充填塔内を上昇する上昇ガスの抵抗が
増加してしまうという問題があった。

【００１０】さらに、上記構成では、いずれも液散布孔
の上方の液面に、流下液が自由落下するから、落下液に
より液面に波動が発生して安定した液面が得られず、液
散布量の均一性が損なわれる要因になるとともに、連通
管から導出・流入する液流動の慣性によって液散布孔か
らの液散布量が影響を受けるという問題もあった。そし
て、これらの現象は、充填塔の塔径が大きくなり、連通
管の液処理量が増加するのに従って顕著になるという傾
向を示し、さらに、液体捕集分配装置の構造が複雑にな
り、製作費や取付費が嵩むという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、液体捕集機能と液体分配
機能とを一体に備えることにより、装置全体をコンパク
ト化し、製作費及び取付け費を軽減することができると
ともに、塔径の大きい充填塔に適用する場合でも流下液
を均一に分散することが可能で、空気液化分離装置用精
留塔に用いるのに好適な充填塔用液体捕集分配装置を提
供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の充填塔用液体捕集分配装置は、充填塔内の
流下液を捕集して下方の充填材層に分配散布する液体捕
集分配装置において、前記充填塔内に、前記流下液を散
布する多数の散布孔を備えた水平方向の仕切板を設ける
とともに、該仕切板に、前記充填塔の上昇ガスを通過さ
せる複数のガス上昇箱を、該仕切板を貫通させて立設し
たことを特徴としている。

【００１３】さらに、前記仕切板が、前記充填塔の内径
より小径の支持筒の下端に固着され、該支持筒は、その
上端が前記充填塔の内壁に固着したリング状の取付部材
に固着されていることを特徴としている。

【００１４】また、前記ガス上昇箱の開口部上方を覆う
ようにして斜め上方に延びる傾斜板を設けるとともに、
該傾斜板の下端部に、上方に突出して傾斜板との間に樋
状流路を形成する堰板を設け、前記充填塔の下方から該
ガス上昇箱内を上昇する上昇ガスを傾斜板の下面で斜め
上方に案内し、前記充填塔の上方から流下する流下液を
傾斜板の上面で捕集して前記樋状流路の両端から前記仕
切板上に流下させるように形成したことを特徴としてい
る。

【００１５】特に、前記仕切板の外周部には前記散布孔
を設けずに、前記傾斜板を大部分の散布孔の上方までを
覆う広さに形成するとともに、前記樋状流路から散布孔
の存在しない部分に流下液を流下させるように形成した
ことを特徴としている。

【００１６】また、前記充填塔の内径より小径の有底筒
状の液受筒を設け、前記ガス上昇箱の上部を前記液受筒
の底板を貫通させて設けるとともに、前記傾斜板で捕集
した流下液及び／又は充填塔の外部から導入される液を
液受筒内で混合して貯留し、該混合貯留液を液受筒の上
縁から溢流させて前記仕切板上に流下させるように形成
したこと、あるいは、前記充填塔の内径より小径の有底
筒状の液受筒を前記ガス上昇箱の上方に設け、充填塔の
外部から導入される液を貯留し、該貯留液を液受筒の上
縁から溢流させて前記仕切板上に流下させるように形成
したことを特徴とし、液受筒の上縁に液流下用の溢流堰
を設けたことを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。図１乃至図３は、本発明の第一
形態例を示すもので、本発明の充填塔用の液体捕集分配
装置を、空気液化分離装置用精留塔として用いる充填塔
の中段部分に適用した例を示しており、図１は斜視図、
図２は縦断面図、図３は横断面図である。

【００１８】液体捕集分配装置１は、アルミニウムやス
テンレス鋼等、極低温の条件下で使用可能な金属の板材
を用い、曲げ加工とリベット締めや溶接又は真空ろう付
けすることにより製作されたもので、充填塔Ｔの内周に
沿って溶接で固定された水平方向の仕切板２と、該仕切
板２を気密に貫通して立設された４個のガス上昇箱３
と、該ガス上昇箱３の上方に設けられた傾斜板４及び堰
板５とにより形成されている。

【００１９】前記仕切板２には、該仕切板２の外周部を
除く略全面に所定間隔で所定の径を有する多数の散布孔
６が設けられている。この散布孔６のサイズ及び孔ピッ
チは、仕切板２上の液面の高さや流量等に応じて選定さ
れるもので、一般的には、散布孔６の数は約２００個／
ｍ² 程度になるように選定され、孔位置は三角ピッチに
なるように設けられる。

【００２０】さらに、散布孔６は、該散布孔６から下方
の充填材層に流下する流下液が直ちに充填塔Ｔの内壁に
沿って流下する壁流にならないように、仕切板２の径よ
りも小さな径の円内に設けられており、仕切板２の外周
部には、前記散布孔６が設けられていない環状の液受部
７が形成されている。

【００２１】前記ガス上昇箱３は、水平断面が台形状で
上下が開口した筒状のものであって、前記液受部７より
内周側に設けられており、その側壁と充填塔Ｔの内周面
との間の液受部７の上方は、液溜として機能するように
形成されている。また、隣接する各ガス上昇箱３間に略
同一幅の空間が形成されるように配置されており、この
空間が、前記散布孔６から流下する液の流路を形成して
いる。

【００２２】前記ガス上昇箱３の大きさや形状、設置数
は任意であるが、一般的に、ガス上昇箱３の全断面積
（上昇ガス通路面積）は、充填塔断面積の６０％以上に
なるように設定されている。また、ガス上昇箱３の高さ
は、仕切板２の上に貯留する最大液量、即ち最高の液面
高さに応じて設定されるが、できるだけ低く形成してお
くことが好ましい。

【００２３】前記堰板５は、前記ガス上昇箱３を構成す
る一つの壁板を、他の壁板の上縁より上方に延出させて
形成したものであって、前記傾斜板４は、この堰板５の
基端部からガス上昇箱３の開口部上方を覆うようにして
斜め上方に向けて設けられており、傾斜板４の基端部と
前記堰板５との間には、液流路となる樋状流路８が形成
されている。また、傾斜板４は、隣接するガス上昇箱３
との間の前記散布孔６の上方までを覆うようにして延び
ており、その先端は、隣接する傾斜板４の上方にまで至
っている。さらに、傾斜板４の先端には、斜め下方に傾
斜した液切部９が折曲げ形成されている。

【００２４】上記傾斜板４は、充填塔Ｔの下方からガス
上昇箱３内を上昇する上昇ガスを傾斜板４の下面で斜め
上方に案内するとともに、充填塔Ｔの上方から流下する
流下液を傾斜板４の上面で捕集して前記樋状流路８部分
に流下させるもので、隣接する傾斜板４同士は、上昇ガ
スの流通を阻害しないように、十分な間隔が開くような
角度、例えば水平面に対して４５〜６５度の上昇角で設
けられている。また、液切部９は、流下液が傾斜板４の
下面を伝わってガス上昇箱３内に流入するのを防止し、
該液切部９部分に流下した液を、隣接する傾斜板４の上
に流下させる機能を有している。したがって、充填塔上
方からの流下液のほとんどは、前記傾斜板４で捕集され
て前記樋状流路８に流下し、該樋状流路８の両端から仕
切板２の外周部である前記液受部７に流下する。なお、
傾斜板４の両側縁にも、上記同様の液切部を設けること
ができる。

【００２５】一般的に、液の落下高さが１５０ｍｍを超
えると、落下液により泡を生成するといわれている。し
たがって、前記樋状流路８から液受部７に流下する液の
落下高さは、液体処理量が少なく、仕切板２の上の貯留
液の液面高さが最も低いときでも１５０ｍｍを超えない
ようにすることが好ましいが、最大液量との関係から液
の落下高さが１５０ｍｍを超える場合は、液受部７の適
当な位置にワイヤーメッシュや充填物等の緩衝材を充填
して泡の発生を防止するようにしてもよい。

【００２６】また、上述の緩衝材を充填する代わりに、
前記樋状流路８の両端に、充填塔Ｔの内壁近傍に至る樋
状の補助流路を接続し、流下する液を補助流路から充填
塔Ｔの内壁に沿うように流下させて泡の発生を防止する
こともできる。

【００２７】このように形成した液体捕集分配装置１に
おいて、充填塔Ｔの上方の充填材層から流下してきた流
下液は、そのほとんどが液体捕集分配装置１の傾斜板４
で捕集されて樋状流路８に流れ、該樋状流路８の両端か
ら仕切板２の外周部の液受部７に流下する。仕切板２の
上に流下した液は、ここで一時的に貯留されるとともに
混合された後、ガス上昇箱３間の空間内に流入して散布
孔６から下方の充填材層に散布される。

【００２８】このとき、仕切板２に貯留された液は、液
受部７及びガス上昇箱３間の空間を流動抵抗なく自由に
流動することができるので、液の混合が促進されるとと
もに、安定した液面高さを得ることができる。特に、前
記傾斜板４で大部分の散布孔６の上方を覆い、散布孔６
の上方の液面に、充填塔上方からの流下液の大部分が直
接落下しないように形成したので、流下液の自由流下に
よる液面の波動も防止できる。

【００２９】これにより、仕切板２に設けられた散布孔
６から流下する液の均一分布性を一段と向上させること
ができる。さらに、流動抵抗が殆どないため、塔径の大
きい充填塔にも問題なく適用することができる。なお、
本形態例では、図２及び図３において左側に位置する散
布孔６ａ部分には、流下液が直接落下するが僅かな割合
であり、ほとんど影響はないが、この散布孔６ａ部分の
上方に前記傾斜板や液切部と同様の覆い部材を設けるこ
ともできる。

【００３０】ここで、液体捕集分配装置の散布液量の均
一性を比較するため、本形態例に示す構造の液体捕集分
配装置と、前記特開平６−２８５３２３号公報に記載さ
れている従来構造の液体捕集分配装置とを用いて水によ
る散布実験を行った。なお、液体捕集分配装置の全体の
高さはそれぞれ７００ｍｍとし、従来構造のものでは、
外部からの液導入は行わず、双方とも充填塔内部上方か
ら流下する流下液を捕集して分配する設定で行った。試
験での水量は、各液捕集分配装置での液面高さが８０ｍ
ｍになるように調整した。また、充填塔の内径は、本形
態例のものが９００ｍｍ、従来のものが５００ｍｍで、
散布孔のサイズ及び孔ピッチは略同じとした。そして、
各液分配装置について、全ての散布孔から流下する流量
をそれぞれ測定し、その標準偏差を求める作業を５回行
った。

【００３１】その結果、本形態例の構造のものでは、標
準偏差が０．０３となり、従来の構造のものでは、標準
偏差が０．１１となった。これにより、本形態例の液体
捕集分配装置は、従来の構造のものに比べて均一な液分
配が得られていることがわかる。この差異は、本形態例
の構造のものは、従来の構造のものに比べて、散布孔の
上の液面高さがより均一で、波動のない安定した液面が
得られ、流動する液の流れ抵抗や慣性も少なく、均一な
液散布が得られたことを表している。そして注目すべき
は、本形態例の構造のものは、充填塔の内径が大きいに
も拘らず良好な結果が得られたことである。

【００３２】さらに、本形態例に示す液体捕集分配装置
１は、散布孔６を有する仕切板２の上方にガス上昇箱３
を立設させた状態で配置し、該ガス上昇箱３と充填塔Ｔ
の内壁との間の環状空間部を液溜としているので、従来
のような円筒状堰板や液分配箱、連通管を設ける必要が
なく、高さをより低くすることができるとともに、構造
が簡単となり、製作費や取付け費を低減することができ
る。

【００３３】さらに、本形態例に示す液体捕集分配装置
１は、ガス上昇箱３の高さを適当に設定することによ
り、液体処理量の最低と最大との比が２倍程度の変化に
も対応可能であり、液流量が最小の時でも所定の液面高
さを得ることができ、均一な液散布を行うことが可能で
ある。

【００３４】次に、図４は、本発明の第２形態例を示す
液体捕集分配装置の一部切欠き正面図である。なお、以
下の説明においては、前記第１形態例における構成要素
と同一の構成要素には同一符号を付して、その詳細な説
明は省略する。

【００３５】本形態例に示す液体捕集分配装置は、上記
第１形態例と同様の構成の液体捕集分配装置１におい
て、仕切板２を、充填塔Ｔの内径より小径の支持筒１１
の下端に溶接固定するとともに、該支持筒１１の上端
を、充填塔Ｔの内壁に溶接固定したリング状の取付部材
１２に固着したものである。

【００３６】前記支持筒１１の高さ、即ち取付部材１２
の取付け位置は、仕切板２より上ならば機能的にはどこ
でもよく、取付け易さを考慮してガス上昇箱３の高さ方
向の中間位置や傾斜板４の上端と同一の高さ位置等を任
意に選定することができる。

【００３７】このような構造にすることにより、仕切板
２を充填塔Ｔの内壁に溶接固定する場合に比べて、仕切
板２に生じる歪を小さくすることができ、仕切板２の水
平度を向上させることができる。したがって、液体捕集
分配装置１の設置の際に、厳しい水平度が要求される場
合に特に有効である。

【００３８】図５乃至図７は、本発明の第３形態例を示
すもので、図５は一部切欠き正面図、図６は図５のVI−
VI線断面図、図７は図５の VII−VII 線断面図である。

【００３９】本形態例に示す液体捕集分配装置は、充填
塔Ｔの外部から液を導入する部分に設けたものであっ
て、前記第１形態例と同様に形成した液体捕集分配装置
１の上部に、充填塔Ｔの内径より小径の液受筒２１を設
けたものである。この液受筒２１は、ガス上昇箱３が貫
通する底板２１ａと周壁２１ｂとからなるもので、底板
２１ａがガス上昇箱３の適当な高さ位置に溶接固定され
ている。また、周壁２１ｂの上縁には、液流下用の溢流
堰２２となるＶノッチが設けられている。さらに、液受
筒２１の上方には、充填塔Ｔの外部から導入される液を
液受筒２１内に供給するノズル２３が設けられている。

【００４０】このように、仕切板２の上方に液受筒２１
を設け、充填塔Ｔの上方から流下して傾斜板４に捕捉さ
れた流下液を液受筒２１内に流下させるとともに、ノズ
ル２３から導入される液も液受筒２１内に供給するよう
に形成したことにより、液受筒２１のガス上昇箱３の外
側部分に両方の液を一時的に溜めることができ、これに
よって両液を混合させることができる。すなわち、流下
液と外部からの液とは、液受筒２１内で混合した後、前
記溢流堰２２から仕切板２の上に流下し、該仕切板２の
上でさらに混合して散布孔６から下方の充填材層に散布
される。また、溢流堰２２から流下する液は、充填塔Ｔ
の内壁と液受筒２１の外壁との間から、散布孔６が設け
られていない液受部７に流下するので、散布孔６部分の
液面を均一でかつ波動のない状態で保持することがで
き、液を均一に散布することができる。

【００４１】なお、液受筒２１の高さや取付け位置及び
上端の溢流堰２２の形状等は、外部から導入する液の性
状や流量により適宜選定することができる。また、液体
捕集分配装置を充填塔の最上段に設ける場合、すなわ
ち、液体捕集分配装置の上方からの流下液が無い場合
は、ガス上昇箱３に傾斜板４及び堰板５を設ける必要は
ない。さらに、本形態例では、液受筒２１がガス上昇箱
３の高さ方向中間位置に取付けられ、ガス上昇箱３が底
板２１ａを貫通するものを示したが、液受筒２１をガス
上昇箱３の上方に配設することもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体捕集
分配装置によれば、充填塔内を流下する流下液や外部か
らの導入液を均一に下方の充填材層に散布することがで
きる。また、液体捕集分配装置全体の高さを低くするこ
とができ、しかも構造が簡単なので、製造費や取付け費
を低減することができるとともに、塔径の大きな充填塔
にも問題なく適用でき、特に空気液化分離装置用精留塔
に用いるのに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一形態例を示す液体捕集分配装置
の斜視図である。

【図２】 同じく縦断面図である。

【図３】 同じく横断面図である。

【図４】 第２形態例を示す液体捕集分配装置の一部切
欠き正面図である。

【図５】 第３形態例を示す液体捕集分配装置の一部切
欠き正面図である。

【図６】 図５のVI−VI線断面図である。

【図７】 図５の VII−VII 線断面図である。

【符号の説明】

１…液体捕集分配装置、２…仕切板、３…ガス上昇箱、
４…傾斜板、５…堰板、６…散布孔、７…液受部、８…
樋状流路、９…液切部、１１…支持筒、１２…取付部
材、２１…液受筒、２１ａ…底板、２１ｂ…周壁、２２
…溢流堰、２３…ノズル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充填塔内の流下液を捕集して下方の充填
   材層に分配散布する液体捕集分配装置において、前記充
   填塔内に、前記流下液を散布する多数の散布孔を備えた
   水平方向の仕切板を設けるとともに、該仕切板に、前記
   充填塔の上昇ガスを通過させる複数のガス上昇箱を、該
   仕切板を貫通させて立設したことを特徴とする充填塔用
   液体捕集分配装置。
2. 【請求項２】 前記仕切板は、前記充填塔の内径より小
   径の支持筒の下端に固着され、該支持筒は、その上端が
   前記充填塔の内壁に固着したリング状の取付部材に固着
   されていることを特徴とする請求項１記載の充填塔用液
   体捕集分配装置。
3. 【請求項３】 前記ガス上昇箱は、該ガス上昇箱の開口
   部上方を覆うようにして斜め上方に延びる傾斜板を備え
   るとともに、該傾斜板の下端部には、上方に突出して傾
   斜板との間に樋状流路を形成する堰板を備えており、前
   記充填塔の下方から該ガス上昇箱内を上昇する上昇ガス
   を傾斜板の下面で斜め上方に案内し、前記充填塔の上方
   から流下する流下液を傾斜板の上面で捕集して前記樋状
   流路の両端から前記仕切板上に流下させるように形成し
   たことを特徴とする請求項１又は２記載の充填塔用液体
   捕集分配装置。
4. 【請求項４】 前記仕切板は、その外周部に前記散布孔
   を設けない部分を有しており、前記傾斜板は、大部分の
   散布孔の上方までを覆う広さを有するとともに、前記樋
   状流路は、散布孔の存在しない部分に流下液を流下させ
   るように形成されていることを特徴とする請求項３記載
   の充填塔用液体捕集分配装置。
5. 【請求項５】 前記充填塔の内径より小径の有底筒状の
   液受筒を有し、前記ガス上昇箱の上部を前記液受筒の底
   板を貫通させて設けるとともに、前記傾斜板で捕集した
   流下液及び／又は充填塔の外部から導入される液を液受
   筒内で混合して貯留し、該混合貯留液を液受筒の上縁か
   ら溢流させて前記仕切板上に流下させるように形成した
   ことを特徴とする請求項３記載の充填塔用液体捕集分配
   装置。
6. 【請求項６】 前記充填塔の内径より小径の有底筒状の
   液受筒を前記ガス上昇箱の上方に設け、充填塔の外部か
   ら導入される液を貯留し、該貯留液を液受筒の上縁から
   溢流させて前記仕切板上に流下させるように形成したこ
   とを特徴とする請求項１記載の充填塔用液体捕集分配装
   置。
7. 【請求項７】 前記液受筒は、その上縁に液流下用の溢
   流堰を備えていることを特徴とする請求項５又は６記載
   の充填塔用液体捕集分配装置。