JPS6366242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項の前文にしたが
つた材料と熱の交換塔のための、液体を重力によ
り分布するための装置に関する。

本発明は特に大直径たとえば３メートルまたは
それ以上の程度の直径を有する塔に適用すること
ができる。

液体分布装置は前記の塔の横断面全体に液体を
一様に分布するように設計されている。

本発明が有利に適用されるあり来りの種類の塔
は特に、交換部分が注文のパツキング部材、たと
えば波形の板様要素から作くられている塔であ
る。だが本発明はまた、交換部分がパツキング部
材たとえばラヒシ リング（Raschig rings）ま
たはバールサドル（Berl、Saddles）の不規則な
積重ね体から成つている塔にも適用されることが
できる。

これ等の塔を、たとえば、液体と、蒸気または
ガス状媒体との間の化学的交換反応または熱交換
での物質からの同位元素の素留、精留、抽出、吸
収、分離に用いることができる。

周知のとおり、効率（すなわち、最初の場合に
おいては分離効果および最後の場合においては熱
伝達）は移動部分の表面全体にわたる液体の一様
にして精密な分布に緻密に依存している。多数の
液体分布器の中の既知にしてしばしば用いられて
いる幾つかの種類を以下において述べる。

液体を重力により分布するための最もしばしば
用いられている装置は多数の孔を設けられたある
いはスクリン状のトレイまたはチヤンネル、箱あ
るいはパイプ型の分布器である。これ等の分布器
において、液体は横断面の幅全体にわたり広がり
且つ熱を伝達する。液体はこの分布システムを通
して主として重力により運ばれる。

その他の既知のシステム、たとえばFR−PS第
703029号（佛国特許明細書）に記載されているシ
ステムの中央の容器から供給される１組のチヤン
ネルから成つている。上記チヤンネル、チヤンネ
ルへの給送チヤンネルおよび上記中央の容器はあ
ふれシステムたとえば噴出口を有し、上記噴出口
を通つて前記容器から前記給送チヤンネルおよび
チヤンネルを通り前記塔に流入するようにされて
いる。だが実際には、前記のようにあるいは同様
な原理で作動する液体分布器が所望の一様な散布
を達成することが不可能であり、したがつて分離
力が著しく軽減されることが判明している。

その理由は明白である。この問題の種類のあふ
れシステム、たとえばあふれ噴出口においては、
上記噴出口におけるあふれ高さはわずか数ミリメ
ートルに過ぎない、すなわち、この分布システム
がきわめてわずかだけでも傾動されるかあるいは
チヤンネルへの給送チヤンネル内またはチヤンネ
ル自体内の液体の流れに起因して、レベルに差が
存在している場合、上記液体は塔に非一様に供給
される。

その他の既知の分布器においては、液体はノズ
ル様の装置を通して塔の横断面全体にわたり噴霧
される。だが、これ等の分布器は液体を運ぶため
のポンプを必要とする。これ等の分布器はまたノ
ズルの噴霧円錘体が互いに重なり合いしたがつて
液体は塔の横断面幾つかの部分には少しも到達し
ない。全てのこれ等の分布器は、塔の直径が大き
い。たとえば３から10メートルである場合、液体
を一様に分布することが不可能であるという重大
な缺点を有している。

本発明が関連しているこの重力による液体分布
器は同じ基本的な物理法側すなわち、トリチエリ
の原理：Ｗ＝√2に基づいている。この場合Ｗ
はｍ／Ｓでの流出速度、ｇはｍ／S²での、重力に
よる加速度でありまたｈはｍでの液体のヘツドで
ある。この方程式から、流出速度が液体のヘツド
すなわち給送高さの平方根に比例することにな
る。コストとスペースとの理由から、この給送高
さには限度がある。

通常、塔の装入量範囲（装入量＝単位時間と塔
の横断面積当りの液体の量）は30％と100％の間
である。したがつて、最小限の装入すなわち30％
においては、この液体の給送高さは最大限の装入
時の高さの９倍も小さい。

前記の理由で、最小限の装入における液体の給
送高さは合理的に50mmを超えることができない。

分布器が水平面に対してたとえば0.5％だけ傾
斜されたとし、塔の直径が大きい、たとえば５ｍ
であるとし、また液体のヘツドが25mmであるとす
れば、液体の大部分はこの塔の半分だけまで流れ
るであろう。

たとえヘツドが100mmであるとしても、同一条
件の下における塔の片側と、それとは直径的に反
対側とにおける液体の量の相互間の差はなお13％
であろう。

不良分布とも呼ばれるこの非一様な流体の分布
により効率すなわち精留塔内の分離力が減ぜられ
る。

不良分布により流れのプロフイルが理想的なピ
ストン流からの多少の逸脱たとえば液体の非一様
な装入あるいは塔の横断面を横切つての液体の組
成の変化が導かれる。不良分布は２つの主な量に
特徴を有している。その第１は不良分布の範囲で
あつて、理想的な平均値からの局部的液体の装入
量または液体の組成の逸脱の大きさを与える。第
２の量はこの非一様な分布の構造、特に最大限と
最小限の液体の装入の相互間の距離を描いてい
る。

実際において、しばしばこの種の非一様な分布
は、振幅を不良分布の範囲λに対応するようにま
た波長Ｌの半分を最大限と最小限との間の距離に
対応するようにされた、余弦の関数により近似さ
れる。

この不良分布の理論は塔の効率に対する不良分
布の振幅と波長との両方の効果に関する情報を与
える。第１図は、蒸留塔に対するこれ等の影響を
示している。第１図には余弦の関数であるとされ
ている不良分布の波長が塔の直径（Ｌ／Ｄ）に関
して示されている。

この塔の効率は不良分布の範囲の増大に比例し
て減ずる。同等の範囲に関して、たとえその面積
が小さくとも、すなわち、波長Ｌが塔の直径Ｄに
比して小さい場合でも、不良分布の影響は小さ
い。だが、不良分布が大きな面積を覆つた場合、
塔の効率に対するその影響はそれに対応して大と
なる。不良分布の波長Ｌが塔の直径の２倍（Ｌ／
Ｄ＝２）に等しくなつた場合は、効率は最少限に
達する。

これ等の理由で、その構造は大面積の不良分布
を実質上回避して不良分布の範囲を最少限に保つ
ような構造であらねばならない。

だが全ての従来の分布器は大面積にわたり不良
分布を生ずる。これは、塔の直径に比例して増大
する分布器内の流れの状態の複雑さと、その結果
としての非一様な流れとのためである。さらにそ
の上に、分布器は決して正確に水平に配置される
ことができなく、このこともまた不良分布の結果
を生ずる。分布器の寸法が大であるため、分布器
がたれ下がつて、同様に大面積の不良分布を生ず
るおそれがある。

あふれ口すなわち、Ｖ形状のみぞ孔あるいは噴
出口を有する分布器は特に脱水平を感じ易い。こ
のような場合に、最大のあふれ高さは数ミリメー
トルである。たとえこのシステムが中央の容器か
ら個々に供給される多数の個々の分布器に分割さ
れたとしても、最もわずかな傾斜または液体の流
れ内の乱流でも、流出液の量の大きな差すなわち
液体の非一様な分布を生ずるであろう。

本発明の目的は、塔直径がたとえば３メートル
あるいはそれ以上である場合およびこの装置が傾
動しつゝある場合でも、塔の全横断面にわたり一
様な組成の液体を少くとも実質上一様に分布する
のを確実ならしめ、かくして大面積の不良分布を
回避する、液体を重力により分布するための装置
を設計することである。

この問題は本発明によれば特許請求の範囲第１
項記載の有効部分で与えられている特色により解
決される。

本明にしたがつて構成された液体分布器は設計
が簡単であり、また高い分離力または塔内の最適
の熱伝達を達成する際の主因子である。

本発明の１つの重要な特色は分布されるべき全
ての液体が単一の場所で、たとえば個々の分布器
への部分的流れ内の計量装置を介して容器から供
給されることである。上記の部分的流れは個々の
分布器により供給される塔の横断面の部分面積に
比例する。

容器と計量装置とが塔の横断面の中央に配置さ
れることは必ずしも必要ではないが有利である。

既知の分布器の前記の缺点が回避されるように
任意の個数の個々の分布器と計量装置とが存在す
ることができる。

その結果として、本発明にしたがつて構成され
た装置においては、塔の直径にかゝわらず不良分
布を小さく保持することができる。

本発明にしたがつて構成された装置はまた、た
とえば浮遊生産設備上に構成されて波の運動に作
用される塔においてさえ液体を実質上一様に分布
させるであろう。

以下において、添付図面に図示されている実施
例に関して本発明を詳述する。

第２図は物質移動塔１の部分すなわち、たとえ
ば順序だてゝ配置された構造を有するパツキング
部材から成る物質移動部分２の頂部分を示してい
る。

液体を重力で分布するための装置３が前記移動
部分の上方に配置され且つたとえば格子（図示さ
れていない）上に載つている。

この実施例においては全てのオリフイスは同じ
高さに配置されて、同じ静水圧ヘツドが得られる
ようにされている。。このようにして液体の個々
の部分的量の割合が液体の全装入範囲にわたり一
定に留まる。液体のレベルが作動条件次第で決ま
る最小限の距離たとえば少くとも50mmに前記計量
装置より上方にあることが重要である。

オリフイス４ｃの代りに、上記の計量装置は
弁、ノズルまたはその他の絞り装置であつてもよ
い。

出口パイプ４ｂは流れチヤンネル５内へ開口
し、上記流れチヤンネルを通して液体が、作動中
供給パイプ６ａを通つて個々の管分布器６へ流入
する。流れチヤンネル５は前記計量装置の作用を
妨げないように寸法を定められまた通気されてい
なければならない。

主パイプ６ｂは、第３図に図示されているよう
に、供給されるべき塔１の横断面の部分の端部区
域まで延びているパイプ６ｃに対向両側にて底部
で連結されている。

この実施例においては塔の全横断面は液体分布
器に関し７つの部分（第３図）に分割され、その
なかの３つの部分だけが第２図に図示されてい
る。

第２図に図示されているように、パイプ６ｃの
下面には液体出口開口６ｄが設けられ、上記開口
６ｄを通つて液体が物質移動部分２の全横断面を
横切つて一様に分布されるようにされている。

本例においては、供給管７が作動中液体を容器
に導入する。

通常移動塔は互いに空所により分離された多数
の物質移動部分を含んでいるので、既知の構造の
収集器が前記移動部分の相互間の空所内に配置さ
れ、上記収集器から液体が各の収集器の下方に配
置された分布器に流入するようにされている。

第４図には計量装置を有する容器の一変形の詳
細が示されている。

容器１０はたとえばCH−PS第537208号の明細
書に記載されている静的ミキサのごとく構成され
たミキサ１１を含んでいる。

たとえば、精留塔の濃厚区画からの逆流がスト
リツピング区画へ供給され且つ付加液もこの塔に
給送される場合のごとく１つ以上の供給源から分
布されるべき液体が来る場合にはミキサは特に有
利である。第４図において、液体は管路１２を通
して給送され且つまた前記逆流は装置１０にフラ
ンジで連結された管路１３を通して給送される。

たとえば液体が分布装置より上方の塔内に配置
された交換部分から来る場合のごとく濃度に変化
を有している唯一の供給源から液体が来る場合に
もミキサは有利であろう。

この実施例において、容器１０の側面の底部分
は出口管１５を接続される互いに対向した出口開
口１４を形成され、また液体の流出量を計量する
ためのオリフイス１６が管１５と容器壁との間に
配置されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はｎ／n₀を不良分布ありの場合とない場
合との分離力の相互間の比、 λを不良分布の大きさ＝Ｆ最大−Ｆ最小／Ｆ最大＋
Ｆ最小 Ｆ＝局部液体装入量、Ｌ＝不良分布の波長、Ｄ＝
塔直径 とした場合の蒸留塔の分離力に対する不良分布効
果を示した線図、第２図は第３図に−線に沿
つた縦断面で示された本発明にしたがつた液体分
布器の一実施例を有する塔の一部の線図、第３図
は第２図における−線に沿つた液体分布器の
横断面図、第４図は計量装置を有する容器の変更
された実施例の縦断面図である。 １……材料交換塔、２……材料交換部分の頂部
分、３……液体の重力による分布装置、４……容
器、４ａ……底部、４ｂ……出口パイプ、４ｃ…
…オリフイス、５……流れチヤンネル、６……管
分布器、６ａ……給送パイプ、６ｂ……主パイ
プ、６ｃ……パイプ、７……供給パイプ、１０…
…容器、１１……ミキサ、１２……管路、１３…
…管路、１４……出口開口、１５……出口パイ
プ、１６……オリフイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物質と熱の移動塔用の、液体を重力によつて
   分布するための装置にして、該装置が、供給され
   た液体を収納するための容器で、該液体の複数の
   出口を有している前記容器と、複数の個々の分布
   器で、各々の分布器が前記容器のそれぞれの出口
   の下に配置されかつ該出口と排出されるように接
   続して該出口から液体を受け取る分布器と、複数
   の計量装置で、各々の計量装置が前記容器のそれ
   ぞれの出口に配置され、前記それぞれの分布器へ
   の液体量を前記分布器の総断面積に対する前記そ
   れぞれの分布器の断面積に比例して計量する計量
   装置とを有することを特徴とする装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   パイプの出口が前記容器の底部および（あるい
   は）該容器の側壁に配置され且つ個々の前記分布
   器に通じ、また前記計量装置が前記のパイプ内に
   配置されていることに特徴を有する装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記の容器底部および（あるいは）側壁が前記の
   計量装置に接続される開口を設けられていること
   に特徴を有する装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記の計量装置が絞り装置として構成されている
   ことに特徴を有する装置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   ミキサもまた前記容器内に配置されていることに
   特徴を有する装置。