JPH11513299A - 凝縮機構を含む成分分離システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 混合物１６から成分を分離するための方法および装置は、蒸発される液体源の上の高蒸気濃度領域内に配置された凝縮表面１４を含む。蒸発した液体は、凝縮表面１４上で凝縮される。凝縮された液体は、実質的に毛細管現象の力を利用して、液状である間に凝縮表面１４から除去される。複数の開口溝２０は、凝縮表面１４上に形成される。これらの溝２０は、凝縮表面１４上で凝縮された液体を混合物１６から遠く離れるように導く。これらの溝２０は、コンカス・フィン不等式を満たす毛細管溝である。

Description

【発明の詳細な説明】 凝縮機構を含む成分分離システム技術分野 本発明は、成分を分離するためのシステムに関する。厳密には、本発明は、成 分を分離するのに使用される凝縮表面から液体を除去することに関する。背景技術 凝縮は、多くの工業的プロセスでも良く知られた分離手法である。それは、典 型的に、気体流から特定の蒸気を除去する温度で制御される伝熱面と共に使用さ れる。蒸気がこれらの表面で凝縮するとき、それらは重力で表面の最低位置に流 出する液膜、細流、または滴の組み合わさったものを形成して、次に典型的にそ の表面から滴状になって落下する。大抵の場合、この伝熱面は、蒸気の元の高濃 度源から離して、滴がプロセスに再導入されるのを防止する必要がある。その表 面が元の高濃度源から距離を空けて配置されると、一般に、凝縮作用が低蒸気濃 度で起こらなければならない。これは、非効率なものとなり、より低い動作温度 、より大きな表面積、または凝縮速度を低減することが必要となる。 あるプロセスでは、アクティブなシステムが、凝縮された液体を表面から除去 する。例えば、拭いブレードを備えた回転表面を使用して凝縮された液膜を除去 する。これらのシステムは、液体が機械的手段によって除去され、プロセス内に 再導入されることがないので、プロセスに近接して配置できる。但し、これらの システムは、複雑で、高価となり、特定のプロセスに適合させるには設計柔軟性 に限界がある。 成分分離システムの一例は、大量の気体を被覆された表面に直接導いて、液体 を蒸発させ、それを蒸気にして除去するような被覆基材の従来型乾燥装置である 。大抵の場合、環境的、または経済的理由のため、気体流内の蒸気は、大気に排 出させる前に除去されなければならない。凝縮は、これらの蒸気を気体流から除 去する良く知られた方法である。 典型的に凝縮を利用するシステムは、大規模な熱交換器、または拭い取りブレ ードを備えたチルドロールである。それらは、大量の気体流内のウエブから遠く 離して配置される。典型的に、熱交換器は、気体流内に配置され、表面温度は、 蒸気が凝縮する温度まで低減されて、そのプロセスからそれらを除去する。 大量の気体流内の蒸気濃度は、引火限界以下に、典型的に気体流の１〜２％に 保たれなければならない。低蒸気濃度で容認できる回収効率を得るために、伝熱 面は大きく、動作温度は、−３０℃〜０℃程度に、非常に低くしなければならな い。これは、非常に高価となり、伝熱面上に氷結するなど多数のプロセスに関わ る課題がある。蒸気濃度を上昇させて、このプロセスの効率を改善するために多 大な努力がなされている。一例は、引火限界が除去されるので、蒸気濃度を増す ことができる気体流として不活性気体を使用することである。但し、これらの方 法は、非常に高価でもあり、工業界でそれらを使用するには限界となるようなさ らなる課題がある。コーティングの表面、または気体／液体界面における蒸気濃 度は、非常に高いが、表面から数センチメートルの範囲内で急激に低下する。 回収効率を最大にするために、気体／液体界面から数センチメートルの範囲内 に伝熱面を配置することができれば、申し分ないものとなろう。一般に凝縮表面 は、凝縮された液体が重力によって被覆表面上に戻るように流れ出るので被覆表 面に近接して配置されない。拭い取りブレードを備えた回転ロールなどのアクテ ィブなシステムは、そのプロセスに接近して配置できるが、それらの形状は、移 動基材の平らな表面特性に適合せず、さらにそれらは比較的複雑で、高価である 。成分分離システム内で凝縮表面から液体を除去するシステムへの要請がある。発明の開示 本発明は、混合物から成分を分離するための方法および装置である。蒸発され る液体源が準備され、凝縮表面は、蒸発される液体源の上の高蒸気濃度領域内に 配置される。蒸発した液体は、凝縮表面上で凝縮され、その凝縮された液体は、 液体状である間に、凝縮表面から除去される。この除去方法は、実質的に毛細管 現象の力のみを利用する。 この方法および装置には、混合物から液体を蒸発させ、その混合物から除去さ れたいかなる液体も回収することをも含む。 この成分分離システムに使用される凝縮機構には、混合物から蒸発した液体を 受ける凝縮表面、および凝縮表面上に形成された複数の開口溝を含む。これらの 溝は、凝縮表面上で凝縮した液体を混合物から遠く離れるように導く。この凝縮 表面は、２ｍ未満の長さを有する。 これらの溝は、コンカス・フィン不等式を満たす毛細管溝であり、互いに平行 である。凝縮表面形状は、成分分離プロセスによって求められる物理的外形に対 応するように選択できる。 縁プレートは、凝縮表面に接触して使用され、凝縮表面から凝縮された液体を 容易に除去することができる。 凝縮装置は、凝縮プレートであり、伝熱流体を収容するための通路を包含でき る。図面の簡単な説明 第１図は、本発明の装置の斜視図である。 第２図は、第１図の装置の一部断面正面図である。 第３図は、第１図の装置内のプレートの部分切取図である。発明を実施するための最良の形態 本発明は、成分分離を含む様々なプロセスに使用できる方法および装置である 。例えば、溶剤回収と共にコーティングを乾燥させることも１つのプロセスであ り、本システムによって実行できる。蒸留および液体分離は、その他のプロセス である。本システムは、気体混合物から成分を分離するために使用できるが、最 初に液体を気体、または蒸気状に変換することによって気体、または非気体混合 物から液体成分を分離するためにも使用できる。この方法および装置は、凝縮表 面上に形成する液体を制御、導くために毛細管表面を利用して凝縮表面から液体 を除去することができる。 このシステムは、既知凝縮成分分離法の欠点を解消する。これは凝縮表面から 液体を除去するために単純な受動毛細管表面を利用して、液体がプロセスに再び 戻るのを防止する。これらの毛細管表面は、いかなる物理的外形にも適合するよ うに設計でき、プロセスに必要とされるいかなる物理的形状に対しても設計可能 な柔軟性を提供する。これは、伝熱面が、効率が最大となる蒸気の高濃度プロセ ス源に接近して配置されるようにすることができる。これは、所与の表面積およ び温度差に対してプロセスの凝縮速度を改善する受動的で、柔軟性があり且つ安 価な方法を提供することができる。 平らな、またはそうではない任意のプレート、フィン、チューブ、または他の 構造物など任意の種類の凝縮構造が使用できる。本願で説明されるようなプレー トには、固定、または移動プラテン、および同等の装置を含む。第１３図は、１ つのプラテンを使用する装置を示す。このプラテンは、分離されるべく混合物の 蒸気源に近接して配置された凝縮および液体除去表面を有する。 この装置は、様々な混合物に使用できる。これらの混合物は、液体コーティン グを有する基材、成分の混合物を有する液体槽、または液体、または気体成分が それから分離できる成分の任意の組み合わせであっても良い。 第１および２図に示されるように、装置１０には、凝縮表面１４を有する凝縮 プラテン１２を含む。この凝縮表面は、液体が蒸発して混合物内の他の成分から その液体を分離する表面、すなわち蒸発表面１８を有すると共に、容器１７内に 示された、プロセス蒸気源としての役割も果たす混合物１６から任意の距離に配 置されても良い。混合物１６からの蒸気は、それらが凝縮する凝縮表面１４に移 動する。この凝縮表面は、蒸発表面から１ｍの範囲内など、より高蒸気濃度の領 域内に配置できる。 静止、または移動式の凝縮プラテン１２は、混合物１６の上に近接して配置さ れる。この凝縮プラテン１２は、任意の向きに配置できる。この凝縮プラテン１ ２は、混合物１６の上にでも、混合物の下にでも、配置でき、このシステムは、 垂直、または任意の他の角度に配置されたプラテンでも、混合物をそのように配 置できる限り、動作できる。 示された凝縮表面１４は、平らである蒸発表面１８の上に配置される。但し、 この凝縮表面１４は、任意の形状のものであっても良く、所望のプロセスに適合 するように設計できる。凝縮表面１４は、混合物１６から任意の距離に配置され ても良い。混合物１６からの蒸気は、それらが凝縮する凝縮表面１４に移動する 。 示されるように、毛細管表面の役割を果たすこの凝縮表面１４は、平らである が、平滑ではない。それはプラテン１２の両縁に向かって横方向に凝縮された液 体を分配するように設計される開口毛細管チャネル、または溝２０を有する。縁 プレート２２は、第１図に示されるように、凝縮表面１４の両側に配置される。 これらの縁プレート２２は、凝縮表面１４と直角をなすように示されているが、 それらは、それとは異なる他の角度であっても良い。これらの縁プレート２２は 、平滑、毛細管表面、多孔質媒体、または他の表面であっても良い。 混合物１６からの液体は、凝縮プラテン１２と反対の混合物側に配置されたヒ ーターなど、任意の種類の熱源を利用して蒸発させられる。混合物１６からの蒸 発した液体は、その蒸発表面１８と凝縮プラテン１２との間のギャップ２４を横 切って移動し、凝縮プラテン１２の凝縮表面１４上で凝縮する。凝縮表面１４上 の溝２０は、毛細管現象の力を利用して、凝縮された液体を縁プレート２２に移 動する。代わりに、他の毛細管作用が、凝縮された液体を凝縮プラテン１２の表 面１４から除去するために使用されて、凝縮された液体が混合物１６に戻るのを 防止することができる。凝縮された液体が、凝縮表面１４から除去されてそれが 混合物１６に戻るのを防ぐ限り、全くそれをプラテンから除去する必要はない。 液体が溝２０の端部に到達すると、それは縁プレート２２と溝２０との間に角 度を持って形成された他の毛細管表面と交差する。液体はこの界面で集まり、重 力はこの毛細管の力に打ち勝ち、液体は液膜、または滴２６として縁プレート２ ２の面を伝って流れ落ちる。これらの滴２６は、各縁プレート２２から落下し、 エンクロージャーの外部に、または分離された液体が混合物に戻るのを防止する ことができる限りエンクロージャーの内部に配置できる収集装置内に捕集される 。例えば、スロット付きパイプ２８が、各縁プレート２２の底端の周りに配置さ れて液体を収集し、それを容器に導くことができる。 この凝縮プラテン１２には、チャネルなどの内部通路を包含することができる 。伝熱流体は、外部装置によって冷却、または加熱され、凝縮プラテン１２内の 通路を通って循環されるようにすることができる。 プラテン幅には毛細管溝２０の効率的な輸送速度以外に何の限界もない。これ らの毛細管溝２０は、毛細管表面として設計できる。毛細管表面は、コンカス・ フィン不等式（α＋θｓ＜９０°、ここでαは任意のコーナーの挟角の半分であ り、θｓは気体／液体／固体静接触角度である。）を満たす幾何学的特定表面と して定義される。この静接触角は、気体状の所与表面材料に対する液体の表面張 力によって決まる。毛細管表面は、Ｌｏｐｅｚ ｄｅ Ｒａｍｏｓ，Ａ．Ｌ．の 「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｅｎｈａｎｓｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎ Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｄｉａ」、学位論文、タルサ大学（１１９３年）で 詳細に議論される。 凝縮された液体を除去するために毛細管表面を利用すると、凝縮表面１８のす ぐ上の高蒸気濃度源に近接して凝縮表面１４を配置することができるようになる 。蒸発した液体が表面上で凝縮すると、重力によってプロセスに再導入されるの ではなく、それはプロセスから積極的に除去できる。本発明は、より高い動作温 度、小さな表面積、および高速の凝縮を可能にするより高い動作効率を達成する 安価な方法である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蒸発させる液体源１７を準備するステップと、 前記蒸発させる液体源の上に凝縮表面１４を配置するステップと、 蒸発した液体を前記凝縮表面１４上で凝縮させるステップと、 実質的に毛細管現象の力のみを利用して、前記凝縮表面１４から前記凝縮液を 除去するステップと、 前記凝縮液が液状である間に前記凝縮表面１４から前記凝縮液を除去するステ ップと、を備えた混合物１６から成分を分離する方法。 ２．前記混合物１６から液体を蒸発させるステップをさらに含む、請求の範囲 第１項に記載の方法。 ３．前記凝縮液除去ステップが、前記混合物１６から除去されたいかなる液体 も回収するステップを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記配置ステップが、前記蒸発させる液体源の蒸発表面１８から１ｍの範 囲内に前記凝縮表面１４を配置するステップを含む、請求の範囲第１項に記載の 方法。 ５．蒸発される液体源の役割を果たす混合物１６から１つ以上の成分を除去す るために、成分分離システムで使用するための凝縮機構であって、 前記混合物から蒸発した液体を受けるように蒸発される液体源の上の高蒸気濃 度領域内に配置可能な凝縮表面１４と、 前記凝縮表面上の前記凝縮された液体を前記混合物１６から遠く離れるように 導くために前記凝縮表面１４上に形成された複数の開口溝２０と、を備えた凝縮 機構。 ６．前記溝２０が、コンカス・フィン不等式を満たす平行毛細管溝である、請 求の範囲第５項に記載の凝縮機構。 ７．請求の範囲第５項に記載の凝縮機構と、 前記凝縮表面１４上で前記混合物１６から蒸発させた液体を凝縮させる手段と 、 前記凝縮された液体が液状である間に前記凝縮表面１４から前記凝縮された液 体を除去する手段と、を備えた混合物から成分を分離する装置。 ８．前記凝縮表面１４が、２ｍ未満の長さを有し、前記コンカス・フィン不等 式を満たす、請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．前記凝縮液除去手段が、前記凝縮表面１４に接触する縁プレート２２を少 なくとも１つ含む、請求の範囲第７項に記載の装置。 １０．伝熱流体を収容するための通路を含み、混合物１６の上に配置された凝 縮プレート１２をさらに備え、前記凝縮表面１４が前記凝縮プレート１２の一部 である、請求の範囲第７項に記載の装置。