JPS6159761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は気液接触装置に係り、特に液が流下す
る溢流管を有する旋回流方式の複数の多孔板を内
蔵した液化ガス用精留塔に好適な気液接触装置に
関するものである。

〔発明の背景〕

溢流管を有する多孔板を用いた気液接触装置
は、圧力力損失が少なく、しかも、高い精留性能
を有し、かつ、構造が簡単なため、蒸留，精留，
吸収等の化学工業の種々の気液接触装置として幅
広く使用されている。

ところで、多孔板を内蔵した精留塔の能力を充
分に発揮させるためには、多孔板上の気液の流動
状態を最良にする必要がある。また、精留塔の圧
力損失は、空気圧縮機の消費電力に大きく作用す
るため、それを極力小さくすることが望ましい。
圧力損失を低減する方法として、気体の上昇速度
を減少する方法があるが、これは、処理量と塔径
とのかねあいから得策とはいえない。また、次の
理由により圧力損失の低減には限度がある。第１
は、多孔板の操作範囲の下限は、多孔板の孔より
液が直接１段下の多孔板上に落下するウイーピン
グによつて定まるが、高い精留効率を要求される
空気分離等に利用される溢流管を有する有堰多孔
板においては、ウイーピングは直接精留性能を低
下させるため、ウイーピング防止が重要な課題と
なつているからである。第２は、液が多孔板上で
部分的にしか発泡しない部分発泡状態になるが、
部分発泡状態になると、多孔板上での気液接触が
部分的にしか行われなくなり、ウイーピングと同
様直接精留性能を低下せしめるからである。

ウイーピングおよび部分発泡状態は、上昇ガス
〓〓〓
流量および多孔板上にたまる液の高さ（本発明で
は精液深という。）によつて大きく影響される。
同一の装置においては、多孔板上に流れる液体の
物性値，多孔板の孔径，配列ピツチ，板厚等が決
定されれば、多孔板の孔を通過するガス流量（以
下孔部流速という。）および静液深との関係によ
り、ウイーピングおよび部分発泡状態を生ずるこ
とは周知の通りである。したがつて、ウイーピン
グおよび部分発泡状態を避けるためには、塔内を
上昇するガス流量を一定値以上に維持し、かつ、
多孔板上での静液深の分布の差をできるだけ少な
くし、多孔板全面において同一静液深とすること
が重要である。

精留塔の圧力損失低減のために、多孔板の流動
状態について種々の実験を行つた結果、次の事項
が明らかとなつた。

１ 開口比（孔部面積／多孔板有効面積）および
孔部流速が一定のとき、静液深が大きいほど、
ウイーピングおよび部分発泡が起りやすい。

２ 開口比および静液深が一定のとき、孔部流速
がある値より小さくなければ、ウイーピングお
よび部分発泡が起る。

第１図は従来技術並行流方式の多孔板、第２
図，第３図は従来技術の液が同心円の環状流路を
旋回しながら流れる旋回流方式の多孔板の場合の
液の流動の説明図で、以下第１図〜第３図を用い
て従来技術の説明を行う。旋回流方式には、多孔
板上に流れる液体の流路の数によつて１方流，２
方流，４方流とがあるが、ここでは２方流の場合
について説明する。

第１図〜第３図において、１は精留塔外壁、２
は入口堰、３は多孔板、４は孔、５は出口堰、６
は溢流管で、液体は多孔板３の孔４より上昇する
気体と多孔板３上で気液接触しつつ入口堰２から
出口堰５側に円周方向に沿つて多孔板３上を流れ
るため、遠心力の影響および流れ抵抗を受けるこ
とになり、多孔板３上の静液深は、精留塔中心か
ら半径方向に向つて大きくなる傾向を示し、多孔
板３の最外周で最も大きく、最内周で最も小さい
静液深の分布となる。

第４図，第５図は水―空気系で実験を行つたと
きの静液深の分布を示す線図で、この例の場合、
静液深は、最内周で８mm，最外周で25mm程度であ
り、遠心力および液の流れ抵抗の影響を大きく受
け、最内周と最外周とでは大きな差があることが
わかる。

一方、多孔板３での全圧力損失は、気体が多孔
板３の孔４を通過するときの乾き圧力損失，液体
の表面張力の影響による表面張力圧力損失および
静液深による湿り圧力損失との和で与えられる。
ここで、孔部流速が一定であれば、乾き圧力損失
と表面張力圧力損失とは一定である。しかし、ウ
イーピングおよび部分発泡に関係する静液深は、
内周側で小さく、反対に外周側で大きくなり、全
圧力損失も大きくなる。つまり、静液深が大きい
外周側でウイーピングおよび部分発泡が起りやす
くなつている。

ウイーピングおよび部分発泡を防止するために
は、孔部流速を静液深が大きい多孔板３の外周部
分を基準として計画し、それに加えて多孔板３上
の圧力バランスを考慮して決定する必要がある。
しかし、静液深が小さい内周側では、外周側より
小さい孔部流速でウイーピングおよび部分発泡を
防止できるので、静液深が大きい外周側のウイー
ピングおよび部分発泡を防止するように孔部流速
を決めると、必要以上に大きい孔部流速となつて
しまう。実験により観察した結果においても、次
第に孔部流速を大きくすると、多孔板３は内周側
と外周部分の圧力バランスをとりながら気液接触
を行ない、最終的に必要以上の孔部流速でウイー
ピングがなくなり、全面発泡となつた。このた
め、圧力損失が大きくなり、精留塔において、圧
力損失を必要以上に許容することになり、また、
反対に孔部流速を低くすれば、外周部にウイーピ
ングおよび部分発泡が起り、精留性能を低下さ
せ、運転操作範囲も限られてくるという問題があ
つた。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、圧力損失を小さくでき、か
つ、運転操作範囲を広くすることができる溢流管
を有する気液接触装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、多孔板上に少なくとも静液深以上の
高さの環状流路と同心状の整流板を少なくとも一
列取付けたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第６図，第７図，第１１図，第１
〓〓〓
２図に示した実施例および第８図ないし第１０図
を用いて詳細に説明する。

第６図は本発明の気液接触装置の一実施例を示
す説明図で、第７図は第６図の平面図である。第
６図、第７図において、１は精留塔で、図示しな
い溢流管６（第１図参照）を有していて入口堰２
および出口堰５を形成した旋回流式多孔板３を複
数個内蔵している。入口堰２は、溢流管６を液封
し、上昇ガスの溢流管６への流入を防止し、出口
堰５は、多孔板３上に一定の静液深を保持させる
ためのものである。多孔板３は、精留塔１１内に
水平に取り付けてあり、多孔板３上には、液の流
れ方向に沿つて整流板７が取り付けてある。

多孔板３の内周側と外周側の静液深の差は、孔
部速度，液量，ガス量，流体の物性定数および精
留塔１の構成（大きな、流れ方式）などによつて
決定される。このため、整流板７の高さおよび取
り付け位置は、これらの諸因子によつて左右され
るので、多孔板３上へ整流板７の取り付け位置と
整流板７の高さは、これらの因子を考慮して、多
孔板３上での静液深が同一になるように決めてあ
る。すなわち、整流板７は、第７図に示すよう
に、溢流管出口と溢流管入口との間に一列液の流
れ方向に沿つて取り付け、整流板７の高さは少な
くとも静液深以上の高さとした。

上述した本発明の実施例によれば、液が多孔板
３上を上昇ガスと気液接触しながら流れるとき、
整流板７の作用により、遠心力および流れ抵抗に
よつて、静液深が大きくなる多孔板外周側では従
来より静液深が小さくなり、反対に内周側では大
きくなる。第８図，第９図はその一例を示す線図
で、これより精留塔中心から半径方向に対しての
静液深の分布が一様になり、多孔板３上全面にお
いてほぼ同一の静液深になることがわかる。した
がつて、ウイーピングおよび部分発泡が起る要因
は、多孔板３上全面でほぼ同一条件となり、例え
ば、従来技術と同一の孔部流速であれば、ウイー
ピングおよび部分発泡が起りにくくなる。

第１０図は上記した実施例の効果を説明するた
めの線図で、孔部流速と圧力損失，発泡率および
精留効率との関係が示してある。それぞれ実線は
従来の場合、破線は本発明の実施例による場合を
示している。上記したように、ウイーピングおよ
び部分発泡は、精留性能の低下の原因となり、こ
れを解決するには、孔部流速を増せばよいが、孔
部流速は、静液深が大きい場所では、これに応じ
て孔部流速を大きくする必要がある。したがつ
て、従来は、静液深が大きい多孔板外周側を基準
にして孔部流速を決定する必要があつた。いいか
えれば、多孔板３上の静液深の局部的な差に起因
して起るウイーピングおよび部分発泡を防ぐに
は、孔部流速を必要以上に大きくしなければなら
なかつた。それにともない圧力損失が大きくなつ
ていた。一方、プラントの減量運転時、つまり、
孔部流速が小さいときは、ウイーピングおよび部
分発泡を起し、性能低下を招いていた。これに対
して、本発明の実施例によれば、多孔板３上の静
液深が、全面にわたつて一様な分布となつている
から、基準とする静液深を従来の場合より小さく
することができ、大きな孔部流速を必要とせず、
しかも、ウイーピングおよび部分発泡が起らない
ようにすることができる。したがつて、孔部流速
が小さくなる減量運転時においても、精留性能が
低下することがなく、運転操作範囲を従来よりも
広くすることができる。また、低い孔部流速で全
面発泡が達成され、ウイーピングが皆無となるの
で、全面発泡状態における多孔板３による圧力損
失を小さくすることができる。

第１１図，第１２図は本発明の他の実施を示す
説明図で、それぞれｂはａの平面図であり、第６
図，第７図と同一部分は同じ符号で示してある。

第１１図においては、整流板７に孔８があけて
あり、また、第１２図においては、整流板７をク
リアランス部９を有するように断続的に配置した
構成としてある。これらの実施例によれば、整流
板７の高さ以下の静液深でも、整流板７を介して
互いに他の領域へ液が移動できるため、精留塔１
の運転条件および他の因子により、内周側と外周
側に流量の差が起り、内側と外側とで静液深に差
が起る場合に有効である。

なお、これまでは、液の流れ方式の２方流の場
合について説明したが、１方流および４方流の場
合にも本発明を適用可能であり、同様の効果があ
る。また、整流板７については、２列，３列と複
数列を設けるようにしてもよく、同様の効果があ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、圧力損
〓〓〓
失を小さくでき、かつ、運転操作範囲を広くする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来技術による気液接触装置
の構造説明図、第４図，第５図は従来技術による
場合の多孔板上での静液深の分布を示す線図、第
６図は本発明の気液接触装置の一実施例を示す説
明図、第７図は第６図の平面図、第８図，第９図
は第６図による場合の多孔板上での静液深の分布
を示す線図、第１０図は本発明の効果を説明する
ための線図、第１１図，第１２図は本発明の他の
実施例を示す説明図である。 １…精留塔、２…入口堰、３…多孔板、４…
孔、５…出口堰、６…溢流管、７…整流板、８…
孔、９…クリアランス部。 〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液が流下する半径方向に開口した溢流管を有
   し、板上に流入した液が同心円の環状流路を旋回
   しながら流れる複数の多孔板を内蔵し、下降する
   液体と上昇する気体とを前記多孔板上にて気液接
   触させて精留を行なう旋回流方式の気液接触装置
   において、前記多孔板上の溢流管入口と溢流管出
   口との間に静液深以上の高さの前記環状流路と同
   心状の整流板を少なくとも一列取付けたことを特
   徴とする気液接触装置。 ２ 前記整流板には孔が設けてある特許請求の範
   囲第１項記載の気液接触装置。 ３ 前記整流板は前記環状流路と同心状に断続的
   に複数枚配置してある特許請求の範囲第１項記載
   の気液接触装置。