JPH02500343A - 蒸気／液体接触装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気／液体接触装置 発明の分野 本発明は例として、分別蒸留塔において有用な蒸気／液体接触トレイを指向し、 特に、これまで考案されてきたものより効率的であり、かつ接触室の間でのもの より小さい圧力低下を発生させる新規かつ改良された接触トレイを指向する。

発明の背景 分別蒸留産業に直向する主要な問題が３つある。その１つの問題は、１９７４年 ６月１８日に発酵され、液体−カス接触トＬ／イ（ＬＩＱＵＩＤ−ＧＡＳ　Ｃ０ ＮＴＡＣＴ　ＴＲＡＹ　）　（マ’／シュへの−Ｈａｔｓｃｈ）という名称のカ ナダ特許第９４９゜４４４号にある程度詳細に述べである、接触トレイにわたっ て液体が間違って分配される問題である。分配ミス、即ち不均一な蒸気／液体接 触の主要な原因は前記接触トレイにわたる液体の断面積が変わることである。こ の断面積の変化によって、ある学者は「端部の無駄な領域」と称している接触ト レイの側部に効果の無い気泡領域を発生させる。この語句は、１９６７年マグロ −ヒル社から発行された「蒸留」と題する論文において（５７４頁を参照のこと ）テキサス大学化学工学部のマシュー　パン　ウィンクル教授（Ｐｒｏｆｅｓｓ ｏｒ　Ｈａｔｔｈｅｗ　Ｖａｎ　Ｗｒｉｎｋｌｅｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｌｎｉｖｅｒ ｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｘａｓ、Ｃｈｅｓｉｃａｌ　Ｅｎｇｔｎｅｅｒｉｎｇｏｅ ｐａｒｔ■ｅｎｔ　）によって用いられてきた。これは丸形塔において継続的に 発生している問題であり、この問題は、１９８６年３月１７日出願され、「蒸気 ／液体接触塔構造Ｊ　（ＶＡＰＯＲ／ＬＩＱＵＩＤ　Ｃ０ＮＴＡＣＴ　Ｃ０Ｌｔ ｌＨＮ　５ＴＲＵＣＴＩＩＲＥ　）という名称の、本発明の発明者による出願中 の特許第８４０゜１３４号に教示のように効果的に長方形の接触トレイを採用す ることにより排除しうる。前記の出願中の特許はまた、流体の流れがプレート上 で均一かつ一方向である基本的に長方形の蒸気／液体接触トレイを採用すること の絶対的な理由を教示している。

分別蒸留産業が現在直面している第２の問題は接触トレイにわたる蒸気圧低下の 大きさであって、圧力低下が大きければ大きい程、塔の高さにわたる圧力低下の 総和、従って接触トレイを通して上方へ蒸気を押し込むにａするエネルギが大き くなる。本発明は流体の流れに対して相互に平行で、かつ横方向に配した液中そ らせ上を流れる流体の運動エネルギを用いて、個々のトレイにわたる蒸気几の低 下を著しく低減させている。

当該産業に係わる第３の問題はトレイにおいて液体と蒸気との間の効果的な均一 接触を達成することである。

伝熱即ち物質移動の行われるところで液体と蒸気との接触が大きくなれば効率を 向上させ、エネルギ消費を低減させる。液中そらせ即ち堰を採用することにより 液体と蒸気との接触が大きくなり、そこでの伝熱がより大きく、かつより効率的 となる。

発明の要約 本発明によれば、効果的な長方形の蒸気／液体接触トレイが提供される。「効果 的」という表坦は、トレイ自体が構造的に長方形であるか、あるいは直立し、か つ対向したそらせの側部が液体の流れの側方の境界を抑制し相互に平行な状態と させる内縁部を有しているという意味で「効果的に」長方形であることを意味す る。このように、トレイの一方の端部から反対側の端部へ流体が流れるにつれて 、そのような流体の流れは断面並びに速度が均一となる。従って、流体の流れ方 向に対して横方向の圧力勾配が排除され、液体はトレイの人口端から出口の堰ま でトレイを横切って均一な流速で進行する。

よレイの両端の間には、流体の流れ方向に対して横方向に配置され、かつ液体に 対して沈み、相互に平行に隔置されたそらせが設けられている。前記そらせはト レイを複数のそらせ間区画に分割する。上昇している蒸気に対する一連の開口が 各そらせの下流側近傍でトレイに設けられている。そらせ自体は以下説明の要領 で相互に隔置することが好ましくて有利であり、その間隔はそらせの高さの５． ５倍程度で均等であることが好ましい。液体／蒸気の接触孔即ち開口が、前記の そらせ間区画の６各の長さの半分あるいはそれ以下に等しいことが好ましい抑制 領域に設けられ、各そらせ間区画内で基本的に開口の無い還流液体の再循環ゾー ンを残す。前述のように開口を位置させることの目的は、そらせの下流側すぐの ところの低圧領域の利点を用いて各そらせにおいて確実に蒸気と液体とを接触さ せ、そらせにわたる圧力低下を低減させるためである。

本発明の特徴に基いて、そらせの間に設けられた組となった開口は変える。即ち 孔の面積の総和がトレイの送入端に近接したそらせ間区画に対して最大となり、 次のそらせ問区画に対して徐々に小さくなるように変わる。

さらに概ね開口の無い還流液体用の再循環区画により、次の一連のそらせの先導 縁の近傍で比較的に静かな、即ちあわ立った分離ゾーンを提供する。前記の静か なゾーンは一般的にあわ立ち特性が無く、その代りに次の一連のそらせが介在す るため、戻り流のうす流を発生させ、これが還流液、あるいは少なくともその一 部をトレイの基部に設けた各孔パターンまで戻す。うす流を発生させることによ りトレイの各開口ゾーンにおける蒸気を濃縮する。ざらにトレイの送入端近例で 孔即ち開口が増えたことによりトレイの送り端近例での還流液体からの、上昇し ているより軽い分別蒸留の蒸気をより解放させる。

全てのそらせ間区画に関して、液体と蒸気との接触孔即ち開口は、部分的に前記 ゾーンを形成する上流のそらせの曳行縁近傍の抑制領域にある。このように、各 々のそらせ間区画領域での確実な蒸気と液体との接触を増大させ、そのためトレ イにわたる圧力低）を低減する。

本発明の用途は石油、蒸留、アルコール蒸留および精留および吸収であって、液 体および半液状材料の分離あるいは組合せに関する要求があればいつでも使える 。さらに、本発明は既存基の改修、あるいは新規の塔への組入れにより適用しう る。本発明の利点は作動効率が向上し、資本コストが低減することである。また 、作動エネルギ必要量も従来の接触トレイ構成に比べて低減する。

本発明の前述並びにその他の特徴や利点をよく理解するために、以下の詳細説明 および添付図面を参照する。

図面の簡単な説明 第１図は、進行している流体の流れの長手方向の垂直断面図であって、前記流体 の流れに対する理論的な流れ線図を構成し、液中のリーフゲート即ちそらせが採 用され、第２の液中そらせが低圧のくさび部分即ち最初の液中そらせの下流面の 後方における流れ溜りでの領域の終り近傍に配置するものとして点線で示してい る図、第２図は、降液管、出口層および前記２部材の間に位置し、その上方を還 流流体が均一に流れる本発明による代表的な蒸気／液体接触トレイを組み入れた 塔セクションの平面図、 第３図は、流体の流れと、還流プールにおける再循環即ちうず流を示し、図示を 判りやすくするために、そら小さくして示す、第２図の線３−３に沿って視た垂 直断面図、 第４図は、改造用の、即ち円形で交互の還流のある蒸留塔に使用しうる接触トレ イ構造の破断した斜視図、第５図は第４図と類似であるが、円形の蒸留塔の改造 に用いうる代替的な構造を示す図、 第６図は、本発明の原理による一対の相互に隔置した蒸気と液体の接触トレイを 採用した蒸留塔の概略側面図であって、第６図に示すＳ＊並びに第６図に示され ている蒸気の流路が、運８！流体のプレートを横切る流れが一方のプレートから 次のプレートまでで変わる交互の流れタイプの装置を示している図、 第７図は、第６図と類似であるが、一方向の流れシステムに本発明が採用された 場合であって、接触トレイにわたる還流の流体の流れが塔における全てのトレイ に対して同じ方向である図、 第８図と第９図とは、例えば、第６図と第７図とに示す本発明で使用しつる接触 トレイの一タイプのそれぞれ上面図と側面図であって、第８図と第９図とにおい ては、開口即ち孔のサイズが比較的大きく、孔の数が下流のトレイ領域に対して 徐々に少なくされ、孔の通路面積の総計が大きくなるがトレイの自由端近くのそ らせにおいて最も大きくなり、次の孔のパターンは、後続のそらせ即ちプレート ゾーンの数および／または面積の総計が小さくなっており、かつ第９図は堰即ち そらせの高さが接触トレイの全ての領域に対してでないとしてもある領域に対し て均一であることを示す図、 第１０図と第１１図とは第８図および第９図とに対して類似であるが、孔のサイ ズが小さくされているが、そらせ間区画当りの孔の数が著しく増加している場合 に使用しうる代替プレートを示し、第８図から第１１図までにおいては、トレイ の各そらせ間区画の孔が上流のそらせの曳行縁近傍にあるため、うす流を発生さ せ乍ら、当該トレイ区画の孔の上方を還流液体がゆっくりと戻るようにする還流 する再循環静止ゾーンを残すようにしていシミュレーションテストに関するもの であって、第１２図は、第８図と第９図とに示す接触トレインの７ラツデイング およびダンピング曲線を示すグラフ、第１３図は第８図と第９図とに示す接触ト レイの作動に関するグラフ、 第１４図は第１０図と第１１図とに示すプレートのフラッディングおよびダンピ ング曲線のグラフ、第１５図は第１０図と第１１図とに示す接触トレイの作動特 性を示すグラフ、 第１６図と第１７図とは、従来技術の作動特性と、第８図から第１１図までに示 す本発明による接触トレイの作動特性とを比較するために空気−水の流れシミュ レーションテストに使用する従来技術による接触トレイのそれぞれ概略的な上面 図と側面図、 第１８図は、第１６図に示す接触トレイの７ラツデイングおよびダンピング曲線 を示すグラフ、第１９図は第１６図と第１７図とに示す従来技術による接触トレ イの作動特性を示すグラフである。

定義に関し、本明細書で言及する空気の流速ｒＣＪ係数は以下の通り定義される 。

Ｗ＝時間当りボンド表示の蒸気ＦｉＬ速ＡＶ−平方フイード当りの蒸気の流れ面 積■＝ボンド／立方フィートで示す蒸気密度し一ボンド／立方フィートで示す液 体密度詳細説明 第１図は、流体の流れと、かつ液中のリーフゲート即ちそらせ１２の介在する中 で流体の流れから出する圧力ゾーンＡおよびＢを全体的に示す図である。前述の 流れからなる液体１−は１０の方向に運動し、図示のような流れ線１１および１ ４を有する。液中の垂直そらせ１２が設けられ、かつ底即ち基部１３と一体で、 かつそこから直立している。従って、流れ線１１と１４とはそらせ１２の上方で は輻合し、全体的に図示のように前記そらせを越えると分出する。

液中そらせ１２が介在するために、圧力ゾーンＡはそらせの影部分即ち陰に、即 ちそせらの下流側で発生し、前記ゾーンＡは流体の所定流量に対して比較的一定 の減圧された領域である。ゾーンＢはより乱流であって、該ゾーンに沿って圧力 が変動するが増加する。減圧ゾーンＡはそらせ１２の上縁部の抑制性により、か つゾーンＡ領域におけるそらせの線側に進行する再循環する垂直のうす流によっ ても、ベルヌーイ効果から発生するものと考えられている。前記流体の流れと、 その結果発生する圧力ゾーンとの力学については、１９６８年１１月の米国土木 学会（＾１ｅｒｉｃａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｃ１ｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅ ｒｓ　）の会報の１３８３ページから１３９７ページにさらに詳しく記載されて いる。減圧ゾーンＡに関しては、進行している流れ、あるいは川の下方に砂床が 配置されている、開放河床での流れを扱っている標準的な土木技術教本では、流 れあるいは河床におけるいずれかの砂丘の陰の側において、垂直平面に向いた、 逆方向の循環流即ち垂直方向の循環うず流があり、それは前記砂丘の線側での静 水圧を低下するよう作動する。

（１９６８年１１月号の米国土木学会誌の油圧部同誌における、ナラヤナン及び レイノルズ−Ｎａｒｒａｙａｎａｎ　＆ＲｅｙｎＯＩｄＳ−による＞　ｒｉれの 再合流における圧力変動Ｊ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ　ｉ ｎ　Ｒｅａｔｔａｃｈｉｎｇ　Ｆｌｏｗ　）と題する論文は、Ａのゾーンはくさ び状であって、液中そらゼの高さに対し２５．５侶程度の距離を保つことを教示 している。本発明においては、第１図で点線で示す第２の液中そらせを１２Ａに おいて導入することにより前記の現象の利点を利用することを提案しており、そ のため２個のそらせ１２と１２Ａとを分離している領域の間に完壁に減圧ゾーン Ａが得られる。従って、好適実施例においては、前記２個のそらせの前面の間で 測定した距離Ｘはそらせ１２．１２Ａの近さの約５．５倍に等しい。

第２のそらせ１２Ａは「影の部分」即ち減圧された第２のゾーンＡをその線側で 形成し、そのように一連の後続のそらせに対しても同様に形成する。低圧ゾーン Ａの終り部分に後続のそらせを追加することは本発明において用いられる新規性 と考えられる。同様に当該技術に対して全く新規なことは蒸留塔の接触トレイに 第１図に示す原理を採用したことであり、数個の液中そらせの陰の側近傍に蒸気 の上昇孔を設けることにより、その部分における低圧状態を有利に用いて蒸気／ 液体の接触を効果的に増加させ、あわを発生させ、熱交換を行う。また、ナラヤ ナンおよびレイノルズの論文は、Ａのゾーンは、明らかに上流での圧力よりも低 圧の極めて均一な低圧領域で弱く循環するくさび状領域であると教示している。

他方、Ｂのゾーンは液中そらせの高さの約１５．５倍の距離を延びている。この 後者の領域は極めて循環が活発な領域であって、その中での圧力はゾーンＡにお ける低圧から、通常の流れの圧力まで変化する第３図に示すように、２７の領域 は基本的に静かであって、うす流２８を各領域２７の左側の開口を有する領域ま で徐々に循環できるようにする。

第２図と第３図とは、降液管１５が基部１６から直立の入口堰１８と協働してス ロート１９を形成する仕切り１７を含む。液中のそらせ２５は前記の教示並びに 第１図に示すそらせ間隔に基づいて相互に離隔されることが好ましい。出口堰２ ２により基本的に規定される、液位２１を有する液体りは、循環するうず流２８ の発生を含み、指示する方向に流れる。基部１６の開口２６は各そらせの下流側 と、そらせ間の距離の中間との間でそらせ間区画の領域に拘束されることが好ま しく、そのためそらせ間区画の下流側の半分においてそれぞれ静かなゾーン２７ が形成されるよう低圧領域即ちゾーンＡの近傍でトレイへ蒸気が取り入れられる ようにする。

第２図と第３図とに示す構造体の作動において、還流液体は降液管を下降し、ス ロート１９で上昇し入口堰１８で層流をなし、一連の液中そらせの上を矢印２ｏ の方向に進行し、出口堰２２まで、かつその上を進む。上流部分におけるうす流 ２８近傍の低圧領域は開口２６上方で蒸気／液体の接触効率を最大とする。

従って、本発明の提供するところは、蒸留、精製、分別蒸留等に用いる新規かつ 改良された蒸気／液体接触トレイである。

第４図は、入口および出口堰３１．３２並びに中間そらせ３０を組み入れた接触 トレイ２３Ａで改修した竪型の円形塔を示す。側方の仕切り３３および３４が設 けられており、トレイの段で発生する蒸気の減衰や飛沫により溜る可能性のある 液体を戻すための開口３５を有する。

勿論開口２６は蒸気を上昇させる蒸気／液体接触ボートであって、これらは各種 の堰やそらせの陰の側の近傍の領域に限定したものとして示している。

第５図は第４図と類似のｌｌＩ造を示すが、この場合の接触トレイが対面する個 々の側４１に各平面り１．１）２上で相互に共平面関係の縁部４０を備えた一連 の堰あるいはそらせ３８を含むことを示している、前記の縁部は基本的に長方形 のトレイを画成し、その中で流体は一方向に、かつ均一に横切る。また、各入口 および出口堰３６゜３７も設けられている。そらせ３８の中央部分３８Ａは第３ 図に示すものと同様液中状態にあることが認められる。前記一連の孔２６は個々 のそらせ部分の後側即ち線側に近接して設けられている。

従って、共平面関係に規定された縁部４ｏを考慮に入れ、第２図に示す構造ある いはＭ４図と第５図とに示す実施例により、効果的な長方形トレイが提供され、 該トレイでは液中そらせが採用され垂直の平面において、循環するうす流を発生 させて、そらせや堰の上縁部上方の流体の流れのベルヌーイ効果を高め、蒸気／ 液体用孔即ち開口近傍で低圧の領域を発生させ熱交換、Ｍ気／液体ｕ合および全 体的なプレート効率を最大にし、一方トレイの位置毎の蒸気圧低下を著しく低減 させる。

第６図から第１９図までを参照すれば、本発明は開口面積の総和が下流方向にお いて後続のそらせ間区画のそれに対して徐々に少なくなっている本発明の特徴に 関して説明される。第６図においては、塔１１０は外壁１１１および１１２と、 該外壁により支持された一対の蒸気／液体接触トレイ１１３および１１４とを含 むものとして示され、前記トレイは相互に対して垂直方向に離隔され、かつ降下 壁１１５により接続されている。前記降下壁１１５と外壁１１２とにより形成さ れた構造体１１６は、上方のトレイ１１３から下方のトレイ１１４まで連流流体 を導く降下構造体として作用する。

上方のトレイ１１３は一連のそらせ１１７−１２０を含みそらせ１１７は入口堰 を、そらせ１２０は出口堰を構成する。これらのそらせは第６図に示すように高 さが徐々に減るか、あるいはある用途においては第９図の右側の実施例に示すよ うに基本的に均一な高さと任意的に決めてもよい。第６図を再び参照すれば、別 の降下構造１１６Ａが第６図の上方左側にあり、その上方に配置のいずれかの接 触トレイからの還流液体を受け取ることが判る。

接触トレイ１１３は基部１２１を有し、該基部は降下する還流液体を受け入れ、 かつ−組の列となった開口、Ａ、Ｂ、Ｃを備え、該開口の組はそれぞれそらゼ１ １７−１１９の下流側の面に近接してＤのところに設けられている。Ａの組の孔 の数の方がＢの組のそれより多く、かつＢの組の孔の数の方がＣの組のそれより 多い。そらせ間区画の各々の幅の４０％以上が好ましく、開口の列の間の距離よ りは閤違いなく大きいため孔の組Ａ、ＢおよびＣのすぐ上方の領域へ液体が逆混 合して戻るようにする非開口の再循環ゾーンがＥで設けられている。この逆混合 は指示した方向に流れるうす流の形態であって、このようなうす流は、前述のよ うに８孔の組の近傍かつ上方での効率を向上させ、留分を上げるために必要な戻 り流を提供する上で必要である。

下方の蒸気／液体接触トレイ１１４は第６図の上部分に示す基部１２１に匹敵す る基部１２１Ａを含み、かつ図示のように一連のそらせ即ち堰１１７Ａ−１２０ Ａが設けられている。そらせ１１７Ａは入口堰を、そらせ１２０Ａは出口堰を構 成する。降下壁１１５と１２２Ａとは外壁１１１および１１２と共に降下領域１ ２２と１２３とを形成し、そのため降下還流流体が１２４と１２４Ａの液位で静 水圧頭を形成する。

各静水圧頭により、矢印１２５と１２６とで示す方向に還流液体を押圧すること により還流液体を図示するそらせ上方から１２７および１２７Ａで示す下方への 還流まで運ぶ圧力が発生する。

堰即ちそらせ１１７Ａ−１２０Ａは第６図のそらせ１１７−１２０に対応１，１ １６．４５よび１１６Ａｒ示す降下構造体は、それらに組み込まれた側壁１１２ および１１１に対して近接しており、最下端部１２８と１２９とは、それぞれ最 初のそらぜ１１７，１１７Ａの上方部分に対してそれぞれスロート１３０および １３１を形成する。

第６図に示す構造並びにシステムは流れ方向が一連の垂直方向に相互に隔置され たトレイの間で交番する交番還流システムを示す。従って、蒸気は第６図の下部 分に示すように上方に進み、基部１２１Ａの各部分に設けられた孔へ入り、かつ 通過する。濃くされ、かつ強化された蒸気はあわを通って上方へ進み、基本的に 上昇している蒸気を均質化する蒸気混合領域１３２まで進む。蒸気は前記領域か ら次の一連の蒸気／液体接触トレイの基部１２１まで上方に進む。前記の蒸気は 開口の組Ａ、ＢおよびＣを通過して、その上方にある還流液体およびあわを通っ て図示のように上方の還流液体の溜りの液位より上の蒸気の流れまで上方に進行 する。均質化され上昇している蒸気の左側部分は導かれて、そこにより大きい孔 があるため上方のトレイの領域Ａｅ１本的に貫流して、蒸気／液体の熱交換並び に分離の効率を向上させ、そのため熱交換および蒸気分離の効率を最大にして第 ６図に示す上方の還流液体溜め上方で左側の蒸気流を達成する。

前記トレイにおける徐々に高まる沸騰分別蒸留が第６図の上部分の中間および右 側の蒸気通路において得られる。

第６図に示す塔の作動において、下方にカスケード化する還流液体は１１６Ａの 構造体へ入り、スロート１３０を介して矢印１２５に沿って進行し、そらせ即ち 層領域へ入る。流れはそらせ１１７−１１９の上端を横切つて続行し、前記そら せがあるため液体即ちうす流が逆混合され、還流液体の流れの一部をそらせ区画 の開口付き領域上方に戻し熱交換関係により還流液体から蒸気をさらに分離させ る。この現象は、一連のそらせにより形成される基部の全ての区画において見ら れる。液中を上昇する蒸気と共に回収された蒸気は合わされ、次の上方の接触ト レイ、取出し構造体（図示せず）および／または凝縮器構造体（図示せず）まで 進む。還流液体１２７はｗｉ流管あるいは降液管構造体１１６を介して次のトレ イへ入り、上方のトレイに対する流れ方向とは逆の方向で該トレイを横切って進 行する。

第７図に示す構造体は、一連の液体トレイ１１３．１１４を横切って還流液体が 一方向に流れるようにされている以外は第６図に示すものと基本的に同じで、か つ同様に作動する。従って、基Ｎ１３３が第７図において１１６Ｂで示す晴液管 に対して設けられ、該基部１３３は、一部が部分的にらせん状の傾斜路１３４に 分岐され、該傾斜路は蒸気空の外側まで進み降下している還流液体を下方の蒸気 ／液体トレイに関係する点１３５まで導く。

従って、第７図に示すように、液体の流れは相互に隔置したトレイ１１３．１１ ４に対して同じ方向となる。１９８６年３月１７日出願された本発明の発明者に よる出願中ノ［蒸気／液体接触塔構造Ｊ　（ＶＡＰＯＲ／ＬＩＱＵＩＤＣＯＮＴ ＡＣＴ　ＣＯＬＵＭＮ　５ＴＲＵＣＴＵＲＥ）という名称の特許第８４０゜１３ ４号並びに１９８７年５月２６日出願された前述の［蒸気／液体接触装置Ｊ　（ ＶＡＰＯＲ／ＬＩＱＵＩＤ　Ｃ０ＮＴＡＣＴＤＥＶＩＣＥ）という名称の特許第 ０５４．１８１号を参照されたい。両特許は引例として本明細書に十分に含めで ある。このように、トレイ間の領域においては蒸気の混合は極めて少なく、むし ろ蒸気は図示の軌道を上昇する。

実際に、このことは蒸気開口の大きいパーセント分が、第７図のＡとＡ１の領域 において前述のように、Ｘ、Ｙおよび２でのうず流の特徴と共に最も効率的な分 離を行うよう整合するため分別蒸留の最も効率的なｈ法と考えられている。この ように、１３２Ａの領域では平行に上昇している蒸気の流れが基本的には何ら混 合することはない。それぞれ第６図と第７図とに示す領域１３２と１３２Ａとは 各塔構造に対するプレート間の蒸気上昇領域と考えてよい。

第８図と第９図とは、第６図に示す蒸気／液体プレート１１３の平面図と側面図 とであるが、さらに入口堰１１７の右方の堰即ちそらせが希望に応じ同じ高さに してよいことを示している。

また、第８図と第９図とに示す構造体は第６図に示すプレート１１４の構造であ ってもよい。組となった開口Ａ、ＢおよびＣが基部１２１に配置された多数の開 口１３６により形成されている。経験的な試験では、均一な孔径の場合には、Ａ の組を構成する開口の数が、トレイの基部を貫通する開口の全体数の約５０％で あればより高い効率が得られることを示した。Ｂの組の孔の数は基部を貫通する 孔の全数の基本的に３分の１である。最後に、開口付領域Ｃでの開口の数は基部 を貫通する開口の６分の１を占める。開口の孔サイズが異なる場合、各組におけ る開口の面積の和、従ってそれぞれ組ＡＳＢおよびＣの開口の面積の和の比率が １／２．１／３．１／６の順となる。　。

各区画Ｕ１ｖおよびＷの開口の数は増加させることができるものと考えられる。

わかしながら十吻な循環用スペースが必要であって、即ち下流の残りの堰の近い 方の側近傍に開口の無い領域が十分あって、そのため前述したうす流が発生し数 個のそらせ間区画における還流液体がそれぞれ開口領域自体へ再循環させる。代 替的な蒸気／液体接触トレイが第１０図と第１１図とに示されている。前記トレ イは第６図と第７図とに示すトレイ１１３゜１１４を構成する上で有用である。

ここで第１０図と第１１図とを参照すれば、第８図と第９図とに示す孔即ち開口 １３６に対応する孔１３６Ａは直径がより小さい。

しかしながら、組Ａ、ＢおよびＣにおける組の孔の比率は基本的に前述のものと 同じであり、それぞれの各開口の組Ａ１ＢおよびＣに対して１／２．１／３．１ ／６である。開口のサイズが同じである場合、孔の数が前記の比率である。孔の サイズが異なる場合、各組の孔の面積の和が前記の比率であることが好ましい。

しかしながら、前述にかかわらず、本発明が計画する全ての実施例に対して、堰 の先導縁の面近傍で前述のような少なくとも若干の「空所」があり前述のように うす流作用を提供する。

第１２図から第１５図までは、第８図、第９図、および第１０図、第１１図に示 す実施例により構成された液体／蒸気接触トレイを作動させることにより得た空 気−水の実験的なシミュレーションテストの結果を示す。第１８図と第１９図と は、第１６図と第１７図とに示す従来技術による液体／蒸気接触トレイを作動さ せることにより得た空気と水の実験的なシミュレーションテストの結果を示す。

まず第１６図と第１７因とを参照すれば、従来技術によるトレイが参照番号２０ ０により全体的に示されている。複数の開口や孔２３６がトレイ２００の面にわ たって均一に隔置され、トレイ２００の最下流端に配設された単一の出口堰２２ ０がある。

空気−水の実験的なシミュレーションテストの各々に関して、第１２図、第１４ 図および第１８図はフラッディングおよびダンピングの試験結果の曲線をプロッ トしており、前述のように、ｒＣＪの係数が縦軸として提供され、横軸はそらせ 即ち堰の１インチ当りのトレイ表面にわたる還流液体の毎分当りガロンで示す流 速である。

「フラッディング］という用語は、プレートを通る蒸気の上方の流速が高すぎて 、還流液体を単にあわ化するのみならず、還流液体をその上方のトレイまで吹き 上げる状態と定義される。「ダンピング」という用語は、接触トレイの下方の蒸 気圧が液体をトレイ上に保持するには十分でなく、そのため還流液体がトレイの 基部の蒸気孔を貫流する現象を意味する。

第１３図、第１５図および第１９図は各テストに対する特性曲線にそれぞれ関す る。ｒＣＪ係数は各曲線の横軸で、（水のインチ単位の）プレートにわたる圧力 低下が縦軸である。第１３図、第１５図および第１９図の各グラフに対してプロ ットした各種の曲線は代表する堰の作動インチ当りの還流液の種々の流速に対す る圧力低下特性に関する。

以下は各々の空気−水シミュレーションテストに対する要約したデータシートで ある。

テスト１ｌｋＬ１（従来技術） テストの種類：空気−水シミュレーション塔のタイプ：第７図に示すタイプの内 径２２インチの塔トレイのタイプ：第１６図、第１７図に示す篩トレイトレイの 数：４ トレイの間隔：１８インチ 塔に関するデータ： 全体内面（断面）８に＝３８０．１３平方インチ蒸気（トレイ）面積−１３８， ３８平方インチ降液部面積−２４１，７６平方インチ 澱みゾーン面積−０，００平方インチ トレイに関するデータ： 出口層２２０の出口高さ−２，０インチ堰２２０の長さ−１３，５インチ 孔のサイズ−直径１／２インチ 孔の数−８３ 孔の面積−１６，３０平方インチ 接触（トレイ）面＠−１３８．３８平方インチ蒸気密度：０．０６５ボンド／立 方フィート液体密度：６２．４ポンド／立方フイートテスト１ＩＱ１に関するフ ラッディングおよびダンピング曲線は第１８図に、圧力低下特性曲線は第１９図 に示す。

テスト随２ テストの種類：空気−水シミュレーション塔のタイプ：第７図に示すタイプの内 径２２インチの塔トレイのタイプ：第８図、第９図とに示すトレイトレイの数： ４ トレイの間隔２１８インチ 塔に関するデータ： 全体内部（断面）Ｍ−３８０，１３平方インチ蒸気（トレイ）面積−１３８，３ ８平方インチ降下面Ｍ−２４１，７６平方インチ 澱みゾーン面積−〇、００平方インチ トレイに関するデータ： 出口層１２０の長さ一１３６５インチ そらせ１１７の高さ＝２インチ そらせ１１８−２００の高さ一３／４インチ孔のサイズ−１７２インチ径 孔の数−９９ 孔の面積−１９，４４平方インチ 接触（トレイ）面積−１３８，３８平方インチ蒸気密度＝０．０６５ポンド／立 方フィート液体密度：６２．４ポンド／立方フイートテスト１１ｃＬ２の７ラツ デイングおよびダンピング曲線は第１２図に示し、圧力低下特性曲線は第１３図 に示す。

テスト随３ テストの種類：空気−水シミュレーション塔のタイプ：第７図に示すタイプの内 径２２インチの塔トレイのタイプ：第１０図と第１１図とに示すトレイトレイの 数：４ トレイの間隔２１８インチ 塔に関するデータ： 全体内部（断面）面積＝３８０．１３平方インチ蒸気（トレイ）面積＝１３８． ３８平方インチ降下面１−２４１．７６平方インチ 澱みゾーン面積＝０．００平方インチ トレイに関するデータ： そらせ１１７の高さ一２インチ そらせ１１８−１２０の高さ一３７４インチ孔のサイズ−直径１７４インチ 孔の数−３９２ 孔の面積−１９，２４平方インチ 接触（トレイ）面積＝１３８．３８平方インチ蒸気密度：０．０６５ポンド／立 方フィート液体密度：６２．４ポンド／立方フイート・テストＮＱ３の７ラツデ イングおよびダンピング曲線を第１４図に示し、圧力低下特性曲線を第１５図に 示す。

第１３図、第１５図および第１９図を比較すれば明らかなように、本発明による 第８図、第９図および第１０図、第１１図に示すトレイにわたる種々の圧力低下 （第１３図および第１５図のグラフ）は、第１６図、第１７図に示す従来技術に よるトレイにわたる対応する圧力低下より著しく低い。例えば、ｃ−ｓｏｏにお いて、４．７Ｇｌ）ｌ／インチの流速での第８図と第９図とに示すトレイの圧力 低下は水換算で１．４インチであり、６．３０ｐｍ／インチの流速での第１０図 と第１１図とに示すトレイの圧力低下は水換算で１．６インチ、そして５．４Ｇ Ｉ）ｌ／インチの流速における従来技術のトレイの圧力低下は水換算で３．４５ インチであった。このように空気−水シミュレーションテストの間の従来技術に よるトレイの圧力低下は対比しうる試験条件下での、本発明により構成したトレ イの圧力低下の倍以上であった。

１１１ぜ）フ哉＝鳴；ゴ社＝÷赴ル Ｙ；揶コ４１八Ｆ４０丁 １■↓−１□１冊−ｉ　ＩＩ −ｏ　’・Ｄ　”Ｄ　”Ｄ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、５ ｉｉ ５　・　・　・　・　・　・　・　・　・　７ＥＩ）ｒ６Ｐ／　ｌ−レイ（本羽 １冨イン卸為勧氷裂ｒｃＪ ｌ ＋ポτ壷ハ）＄１１モロー→↓日ｌＴ１−チ　、７−４．−一−へ、−−−一− −１ｌ　１１２　ＪＪ−日ｙノ１ｔｌＪＪ　Ｌｌ／％ｈノ＼ＪＡＪｍＬＬ１日” −’−−’−−−’−’−−−’−’−−−’平成１年１月２６日

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．入口端と出口端を有する基部と、前記基部から直立し、かつ液体の流れに対 して横方向の一連の相互に隔置したそらせとを含み、 前記の基部には、前記そらせの間にそれぞれ隔置された一連の粗となつた蒸気を 通す孔が設けられており、前記開口の組は液体の流れが前記入口端から出口端ま で進行するにつれて前記基部を通る蒸気の流量が徐々に減少するように構成され 、かつ配設されており、前記入口端近傍にあり１組の前記開口を有する前記基部 の領域において前記基部を通る蒸気の流量が最大である、 液体の流れを受け入れる蒸気−液体の接触トレイ。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、前記組の開口における開口数は 前記入口端に最も近い組のものが最大であつて、液体の流れの下流方向において 一連の組の孔に対して徐々に少なくなる液体の流れを受け入れる蒸気−液体接触 トレイ。
3. ３．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、前記組の開口は、一連の前記そ らせの各々から隔置された基部においてそれぞれ形成されて、前記液体の流れに 対して戻り流のうず流を、その各々の上流側に最も近い組の開口の上方で発生さ せる、一連のそれぞれ非開口で基本的に静かなそらせ間区画を提供する、蒸気− 液体接触トレイ。
4. ４．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、前記組の開口がそれぞれ、最も 上流側に近いそらせの近傍に配置されている、蒸気−液体接触トレイ。
5. ５．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、前記の蒸気を通す開口の全体数 が少なくとも３組の前記の開口に包含されており、各組当りの前記開口の数の前 記基部に貫通して設けられた前記開口の合計数に対する比率が前記入口端に近い 開口の組から出口端に近い開口の組の順で１／２、１／３、１／６である、蒸気 と液体の接触トレイ。
6. ６．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、各種の開口は流体の流れに対し て横方向の基本的に平行の列に配列されており、 名開口の組から次の各々下流のそらせまでの下流の各基部には開口が無く、その 流体の流れ方向の距離は開口の列の間隔より大きい、 蒸気−液体の接触トレイ。
7. ７．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて、前記の各組の開口に隣接した前 記基部の開口の無い領域程度は、開口の各組に対して、そらせ間の間隔の基本的 に４０％以上である、蒸気−液体の接触トレイ。
8. ８．請求の範囲第１項に記載のトレイにおいて前記基部が長方形である、蒸気− 液体の接触トレイ。
9. ９．壁密閉体を形成する直立のハウジングと、塔に配置され、かつ前記壁密閉体 に固定された一対の水平方向で、相互に垂直方向に隔置された、液体の流れを受 け入れる蒸気−液体接触トレイと、 前記トレイの間で流体を連通させる降液管構造体とを含み、 前記接触トレイの各々は前記の液体の流れに対して入口端と出口端とを有する蒸 気−液体接触トレイと基部とを含み、 前記基部は前記基部から直立し、かつ前記液体の流れに対して横方向の一連の相 互に隔置したそらせを含み、前記基部には前記そらせの間にそれぞれ配置された 一連の組の蒸気を通す開口が設けられており、前記開口の組は前記入口端から前 記出口端まで液体の流れが進行するにつれて、前記基部を通る蒸気の流量を徐々 に減少するよう構成され、かつ配置されており、そのため前記基部を通る蒸気の 流量は前記入口端に近接して１組の前記開口を有する前記基部の領域において最 大であり、 前記降液管構造体が前記トレイの最上方のトレイの前記出口端を残りのトレイの 入口端に接続する、蒸気−液体の対流塔構造体。
10. １０．請求の範囲第９項に記載の構造体において、前記接触トレイの前記入口端 が基本的に垂直方向に整合しており、前記の出口端も垂直方向に整合していて前 記トレイ上で一方向の液体の流れを受け入れる、塔構造体。
11. １１．請求の範囲第９項に記載の構造体において、前記接触トレイの中の最上方 のトレイの前記入口端がその下方に位置した次の接触トレイの前記出口端上に配 置され、そのため前記トレイ上を流れる交番液体流を受け入れる、塔構造体。
12. １２．請求の範囲第９項に記載の構造体において、前記の液体の流れを受け入れ る蒸気−液体の接触トレイの各各が長方形である塔構造体。
13. １３．入ロスロート構造体と、 前記の入ロスロート構造体に固定され、かつそこから下流方向に延び、かつ一連 の直立し、相互に隔置され基本的に平行のそらせを含む基部とを含み、前記基部 には前記基部へ下方から到来する蒸気の約５０％を通すよう構成された前記スロ ート構造体に近接の一連の蒸気−液体接触開口が設けられており、そらせ間区画 が、そこでの蒸気の流量を徐々に減少させるように組となつた開口が貫通して形 成されるように下流側から徐々に配設されており、 前記基部の区画は前記開口の組から次のそらせまで下流方向に隔置された開口の 無い還流循環ゾーンを有することによつてそれぞれ上流の隣接する各開口上で還 流液体のうず流が戻れるようにしている、 還流液体を導く蒸気−液体接触トレイ。
14. １４．前記トレイ装置上方の領域から還流液体を受け取る入口端と、還流液体を その下に分配する出口端とを有する蒸気−液体の接触トレイ装置を提供し、前記 トレイ装置の下方で蒸気の流れの供給源を提供し、かつ 前記蒸気の流れが前記入口端に最も近い前記トレイ装置の部分を介して濃縮され 、かつトレイ装置を横切る還流液体の流れの下流方向で前記トレイ装置を通る蒸 気の流れはより濃縮されないように前記蒸気の流れを前記接触トレイ装置を通し て上方に通す過程を含む、蒸気の流れと対流する還流液体の流れとを混合させる 方法。
15. １５．蒸気−液体の接触領域、前記接触領域を仕切る一連の相互に隔置したそら せと、前記トレイ装置の上方の領域から前記そらせ上方までの還流液体を受け取 る入口端と、および還流液体をその下方に分配する出口端とを有する蒸気−液体 の接触トレイ装置を提供し、前記トレイ装置の下方で蒸気流の供給源を提供し、 そして 前記トレイ装置の蒸気−液体接触領域の中の前記入口端に最も近い接触領域を通 して蒸気の流れが濃縮され、前記出口端に向かう還流液体の流れの下流方向にお いては前記そらせの中の選択したそらせの間で前記トレイ装置の蒸気−液体接触 領域の間で蒸気の流れが徐々に濃縮されない要領で蒸気の流れを前記接触トレイ を通し、前記接触トレイの蒸気−液体の接触領域の各々の下流の選択した部分が 、前記接触領域の下流で、かつ次の下流のそらせの前方では開口が無く、そのた め前記接触トレイの各接触領域へ戻る還流液体のうず流を上流で提供する過程を 含む、 蒸気の流れと、対流の還流液体の流れとを混合させる方法。
16. １６．入口端と、反対側の出口端と、前記出口端より上流で基部から直立した一 連の平行で、相互に隔置した横方向のそらせとを有する基部を含み、前記基部に は前記出口端に最も近い側において前記そらせにそれぞれ近接して各組の蒸気を 通す開口が設けられてむり、かつ前記そらせは前記出口端に向かう方向において 高さが徐々に小さくなつていく、蒸気−液体の接触トレイ。
17. １７．入口端と、反対側の出口端と、前記出口端の上流において、そこから直立 している一連の平行で水平方向に相互に隔置している横方向のそらせとを有する 基部を含み、 前記基部には前記出口端に最も近い側で前記そらせにそれぞれ近接して各組の蒸 気を通す開口が設けられており、 前記そらせの間隔がそらせの高さの５．５倍程度である、 蒸気−液体の接触トレイ。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載のトレイにおいて、前記蒸気を通す開口の位置 が、前記そらせ間の間隔の半分の距離を越えない前記基部の領域に限定されてい る接触トレイ。
19. １９．円筒形の壁を有する横方向に円形の蒸留塔において、前記塔の内側で該塔 に対して横方向で、かつ装着された基部を有する蒸気／液体の接触トレイを有し 、前記基部が、対向する流体の入口手段と出口手段とを含み、前記トレイには前 記基部に対して垂直方向に延び、かつ前記蒸留塔の円筒形の壁に隣接した各外縁 部と、垂直方向に共平面関係にあつて、側方の対向する平行平面に位置する直立 の各内縁部とを含むことにより、前記入口手段から前記出口手段まで流体の平行 で側方に直線の流れを提供して効果的な長方形の蒸気／液体の接触トレイを形成 する一連の対向する直立のそらせエレメントが設けられている蒸留塔。