JPH041280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多数の流路に区画した空間におもに
本流方向と並流または向流で物質を通して気相物
質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱交
換、混合の少なくともいずれかを行なう装置に関
する。

物質移動および熱交換において並流または向流
で通される気体または液体または両者はできるだ
け体積の小さな装置で間に合うよう互いにできる
だけ密に接触させられ、その後再び分離されねば
ならない。実際上はこれが特別な内部構造のもの
によつて行われるが、この内部構造は最適な物質
移動および熱交換を行う条件とされている周知の
条件をまちまちに満たすだけである。並流または
向流で通される気体または液体の物質移動面およ
び熱交換面そして濃度差または温度差が大きけれ
ば大きいほど内部構造の効果は増す。

工業用装置は程度の差こそあれ大型であり、広
域において完全な混合流れが生じる程度に均一に
物質流を並流または向流で内部構造に通すことが
困難であり、必然的に逆混合流れが生じ、これに
より濃度差、温度差が低下し、内部構造の効果が
低下する。

この理由から高性能設備では次第にこれまでの
非制御式充填物振動法や十字流式段塔を止め、僅
かな圧力損失で高い処理量を保証する各種の系統
的充填物が使われるようになつた。この充填物の
表面積が大きくなり、また流路の数が増せば増す
ほど、並流または向流で通される流体の均一分散
は困難になる。つまり液体の自由落下速度は物質
および熱の移動過程のときの通常の液体流が設備
の横断面全体に均一に分散できなくなるほど大き
くなり、特定数の流出個所のみが可能となる。ま
たは液体を噴霧させねばならない。

そのさい発生する液滴の大きさおよび分散がま
ちまちであるため横断面への噴霧が均一とならな
い。液体装入がこのように不十分であるため、液
体を内部充填材に分散させるだけでは十分でな
く、充填材そのものが均一な湿潤と個々の流路で
の均一な圧力損失とによつて物質を交換室全体に
一層均一に分散させねばならない。

大きな表面積と十分な湿潤性とを得るため平行
な波形板を使つて系統立てた充填物を使用して設
備体積を分割しそしてさらに各種の織布を使用す
ることは周知である。だが表面積が大きくまた平
行織布路の数が多い場合、流れ断面全体にわたつ
て所要の液体分散を横方向で得るには湿潤が十分
であるだけでは不十分である。それゆえこの種の
織布充填物は液体の分散を高めるため塔の軸線に
対し傾斜した歯または軸を有し、これが液体を流
れ断面全体に横分散させる。しかしながら、この
装置は、外方に傾いた軸で液体が強制的に案内さ
れて装置内を流れる液体流が縁に寄るので好まし
くなく、この片寄りは互いにずらして設けた個々
の充填物によつても補償することができない。こ
の種の充填物でも液体を付加的液体分散器によつ
て繰り返し再装入する必要がある。

周知の織布充填物では液体が織布表面に分散さ
れ、またこの表面の横を気体が概ね空塔速度で通
過するが、充填物振動法そして特に段塔ではいず
れも断面縮小によつて速度が空塔速度よりも大き
い。そのためこの交換器タイプではいずれも圧力
損失が大きくなる。

この欠点を防ぎそしてできるだけ均一な流れ条
件を達成するため内部構造は回転対称で、同寸の
流路を有していなければならない。さらに、圧力
損失を小さくするため空塔速度以上に加速が生じ
てはならない。言い換えるなら、流れ断面を周知
の内部構造におけるように縮小してはならない。

本発明の目的は、圧力損失をできるだけ防止し
て最小の空間で最適な物質移動および熱交換を行
うことのできる冒頭述べた種類の方法および装置
を提供することである。

この目的は、本発明方法により、主流れ方向に
対し概ね平行な透過板に流動物質を繰り返し通過
させることにより達成される。本発明方法の好ま
しい実施態様では軟質布から成る板を使用し、流
動物質の圧力変化によつてこの板を運動または振
動させる。

交換面を装置内の長手軸または主流れ方向に対
し平行に多層配置した場合この交換面を通過する
流れ速度は装置内を通過する流体の空塔速度より
小さいことが発見された。主流れ方向に対し平行
に設ける透過面の数が増すにつれ該面を通過する
流れ速度が低下し、したがつて圧力損失も低下す
る。圧力損失が同じであるなら処理量が大きくな
る。または各段ごとに同時に横分散させた場合並
置した交換面により流体を多段式に往復させるこ
とができ、しかもそのさい圧力損失が許容以上に
高まることもない。僅かな圧力損失で設備の長さ
単位当り分離段の段数を増やすことができる。

本発明では装置を個別流となつて通過する流体
は主流に対し平行に設けた透過板を交互に通過す
る。この板の多孔性とその区画とにより物質流が
透過し、隣接空間間で量が繰り返し補償される。
隣接空間をこのような交互に通過することによ
り、装置を並流または向流で通過する物質は、望
ましい横方向混合効果を有するいわゆる乱流を生
じる。これにより設備の入口断面で本来不均一に
行われた流体装入の補償、したがつて最適な物質
移動または熱交換または両者が強制的に行われ
る。

さらに、気体流または液体流または両者の圧力
変化で運動および振動させられるような軟質布を
用いると特に有利である。これにより、設備およ
びエネルギーを付加的に支出することなく物質移
動または熱交換を促進することができる。

前掲の目的は、集成装置の内部を複数の互いに
結合した室または流路に区画する内部構造からな
り、気相物質間、液相物質間、または両者間で物
質移動および熱交換等を行う設備内に設ける装置
により設計の点では達成される。この装置は本発
明により、概ね主流れ方向に延び多層状に並置し
た透過板で前記内部充填材を構成し、概ね主流れ
方向に対し横に延びほぼ連続したスペーサーで前
記板を離間保持し、該スペーサーをそれぞれ板の
対向側面に交互に設けることを特徴としている。

他方、スペーサーをその標準面が主流れ方向に
ある帯状スペーサーとして構成し、それぞれ２つ
の隣接した透過板間に置くこともでき、この場合
透過板は概ね平らに構成し、互いに平行に配置す
ることができる。この帯状スペーサーは流動物質
を通さない材料かまたは透過性板材料そのもので
構成することができる。

透過性板は概ね平らな面で構成することができ
るが、多くの場合主流れ方向で共心に設けるのが
望ましい。

好ましい実施態様では板が、そしてスペーサー
が板と分離した部材である限りスペーサーも、透
過性軟質材料から成る。この材料としてはやはり
布が望ましい。この軟質板の端を枠に固着し、必
要ならばこの枠を設備の主流れ方向とは逆の方向
に動かして板を主流れ方向で張ることができる。

板が軟質でない場合隣接板を並置して間隔を保
つことができるのでスペーサーを介して隣接板を
かならずしも結合しておく必要はないが、板を軟
質で構成した場合には、軟質板を張つたときスペ
ーサーの一定の引張応力によつてもつとも適切に
相互間隔を保つことができるので、一般に軟質ス
ペーサーを介して隣接板を結合するのが望まし
い。このことは板をジグザグ状にした場合にもあ
てはまる。この場合、隣接軟質板をたんに間隔を
おいて結合するだけでよく、装置を立てた状態で
付加的に横方向に張ると所期のはちの巣構造が得
られる。

一定の柔軟性を有する透過板は好適なスペーサ
ーを挿入して螺旋状に巻いて装置を構成できると
いう取付け上の利点をも提供する。これにより板
の共心配置がほぼ得られる。このように螺旋状に
巻いた装置を作るため透過性板材料から成る２層
ウエブを用い、両層間に予めスペーサーを設けて
おき、また付加的に外面に別のスペーサーを前記
スペーサーとはずらして平行に設けると特に有利
でありうる。この巻付け可能な２層ウエブは前述
のジグザグ断面を有する２つの固着したウエブで
構成することもできる。

しかし板材料または布の多孔率または目開きが
全く同一であつても最適な物質移動および熱交換
条件はまだ達成されない。それゆえさらに別の好
ましい実施態様では本発明により透過性板材料の
透過率を局所的に相違させる。つまり、全く同一
の多孔率または目開きを有する透過性材料では物
質流の十分な横方向分散、布表面の完全な湿潤お
よび連続相の圧力損失低下を最適な形で同時に達
成することはできない。細目の布は広目の布より
も湿潤性が良く、したがつて横方向分散と分離効
果とが良いが、圧力損失も比較的高い。圧力損失
の少ない広目の布は一般に湿潤性が悪く、したが
つて横方向分散と分離効果も悪い。それゆえ周知
の布種で相矛盾する要請を満たすことは容易でな
い。

これらの要請に十分応えるため、スペーサー付
近に透過率の低い隔壁の範囲を設ける。スペーサ
ーが透過性材料そのものから成る場合にはその透
過率を低くしなければならない。このように配置
すると液相流体が段階的にせきとめられ、液体の
水平方向分散が繰り返し行われ、また同時に僅か
な圧力損失で透過板を通過する利点が得られる。

こうして１方の断面軸でも他方の断面軸でも液
体の再分散が段階的に行われ、装置充填物を回転
対称に構成した場合、再分散が規則的に繰り返さ
れる。液体装入が不規則であつても、１方でせき
止められた液層そのもののなかで、また他方で並
列流路のより多くせき止められた液層から多量の
液体が流出することによつて不規則さは補償され
る。多数の同寸の流れ断面および上下左右に設け
た段により装置横断面全体にわたつて流れ条件が
均一化される。このことは、装置および透過性板
を気相物質が流れる場合にもあてはまる。という
のも、流量がまちまちな場合並列流路内の圧力損
失、したがつて圧力がまちまちとなるが、透過室
を相互に連絡した場合これはありえないからであ
る。本発明による設備内部構造の種類および配置
により、これは流れそのものが自動的に調整し保
障するので、設備内で広い範囲にわたつて液体お
よび気体の流れ条件がまちまちになることはな
い。

多層に並置した透過布または工業用繊維製品を
１つの充填物にまとめ、機械的駆動によつてそれ
を装置内で往復運動させ、付加的に軸方向流れが
発生し横方向混合が行われるようにすることもで
きる。これはたとえば物質の粘度が高い場合特に
有利である。

化学反応を行わせるため透過板を触媒物質から
構成したりまたは触媒作用を有する被覆を持たせ
ることができる。

本発明装置に特に布を使用した場合、間隔を置
いて布構造を交番させることにより、すなわち間
隔を置いて目開き寸法を交番させることにより、
板またはスペーサーの透過率を局所的に相違させ
ることができる。別の望ましい方法として、緻密
な布、すなわち細目の布の断片またはストリツプ
を広目の基布に貼り付けて透過率の低い範囲を形
成することができる。

布の種類は主に使用目的、すなわち物質移動設
備内で布と接触することになる物質に応じて選択
する。用途に応じてたとえば合成糸またはガラス
繊維から成る布、木綿製の布、或いは金属製の布
も好適である。

透過率の高い布範囲の目開き寸法は約１〜５mm
であるのが好ましく、透過率の低い布範囲の目開
き寸法は詰まり目状に織つた布から約２mmの目開
き内寸にまでおよぶ。

透過板の間隔は約３〜25mmに選択するのが好ま
しく、板の互いに逆向きのスペーサー間の上下間
隔は約20〜100mm間であるのが好ましい。

本方法に関連してすでに述べたように、透過板
を好ましくは布により軟質構成にすると特別の利
点が得られ、取付けのため引張する必要がある場
合でもこの布は事実上常に現われる圧力変化によ
つて運動または振動させられ、このことが本発明
装置の効果を一層高める。

以下、添付図面について本発明を詳述する。

第１図は、物質移動または熱交換用設備に内部
充填材として設けるような本発明装置の１部を示
す概略斜視図である。垂直に設ける多数の透過板
１，２，３，４が装置の１部としてあらわしてあ
り、該板を帯状スペーサー５が特定間隔に保持し
ている。

物質移動設備または熱交換設備用容器のなかに
図示形式の充填物ごとに取り付けて、該容器のほ
ぼ全断面に詰めることは、この分野の専門家にと
つて自明のことである。

この種の設備は化学工業界では良く知られてお
り、たとえば化学反応、混合物の蒸留、抽出、お
よび化学操作技術の基本操作のため使用される。
希望する処理を受ける物質は一般に上端または下
端または両端から設備内に導入され、設備内では
概ね垂直な主流れ方向に沿つて並流または向流で
容器内部に通される。容器内部にはたとえば本発
明装置に相当する内部充填材が詰めてある。容器
装入端には一般にさらに当業者にとつて周知の導
入物質用分配装置を設けて、物質ができるだけ最
初から容器横断面全体に均一に分散されるよう配
慮してある。

たとえば第１図にその原理を示した本発明装置
をかならずしもそこに示した数の透過板と帯状ス
ペーサーとで構成する必要はなく、それらの要素
を収容する設備の横断面をほぼ完全にふさぐよう
な要素数にしてもよいことは、当業者にとつて自
明である。容器の形状または構造に応じて充填物
状内部構造は同心状に設けた透過板はまたは平板
状に並列に設けた板を有することができる。さら
に、透過板およびスペーサーを構成している材料
に応じて容器内の上部および下部に適当な枠また
はホルダーを設け、これに板の縁端を固着するこ
とも当業者の承知するところである。この処置は
特に透過板が軟質材料から成る板で、容器内の所
定位置を維持するため板を両端で固着し引張させ
ておかねばならないときに必要となる。

第１図実施例に示した透過板１，２，３，４は
たとえば合成繊維または合成線材から成る目開き
寸法１〜５mmの布で構成してある。帯状スペーサ
ー５も、たとえば板１，２，３，４の布に接合ま
たは他の方法で結合した布で構成することができ
る。第２図に帯状スペーサー５と板４との結合個
所を取り出してあらわしてある。この図から明ら
かなように帯状スペーサー５を透過板４との接触
縁に沿つて折り上げて帯状フランジ６が形成して
ある。該ストリツプを好適な方法、たとえば融着
または接合によつて透過板４と結合する。帯状ス
ペーサー５の他方の縁に接続した透過板で適当な
結合を行うことができる。

本発明の好ましい１実施態様では透過板の透過
率が局所的に異なる。したがつて第２図から明ら
かなようにこの実施態様の帯状スペーサー５は
（したがつて帯状フランジ６も）、透過板４の基布
よりも目開き寸法が小さい。透過板４の広目基布
に帯状フランジ６を重ねることによつて透過板４
の低透過率範囲が形成してある。帯状スペーサー
５と帯状フランジ６は、たとえばたて糸と横糸と
をほぼ隣り合わせて密に仕上だけ布で構成するこ
とができ、また目開き内寸を約２mm未満とするこ
ともできる。以下なお詳述するように板１，２，
３，４の透過率の低い範囲は帯状スペーサー５の
範囲に設けるのが好ましい。

第３〜７図はそれぞれ２枚の透過板１，２とそ
の間に設けた帯状スペーサーとの各種実施態様を
示す概略断面図である。第３図実施態様は第４図
のものとほぼ同じであるが、帯状スペーサー５の
両側で帯状フランジ６が上に向いているのが認め
られる。第４図実施態様では帯状スペーサー５が
事実上逆にされていて、その側部帯状フランジ６
は上にでなく下に向いている。

第５図に示した実施態様では帯状スペーサー７
が帯状フランジなしに直接その側縁で隣接板１，
２に固着してある。板１，２の外面にそれぞれ付
加的にストリツプ布８が取付けてある。先の実施
態様の帯状フランジ６と同様このストリツプ布は
板１，２の広目基布よりも細目の布から成る。第
５図の実施態様は事実上第３図実施態様と第４図
実施態様とを組合せたものであり、板の透過率の
低い範囲は帯状スペーサー７から上にも下にも延
びている。各種実施態様のどれを選択するかは当
該装置を用いる用途による。

第１図に例示的に示してある流れの矢印を基に
装置を流れる流れの推移を説明するため再度第１
図を参照する。

気体流１２が下から装置に導入されると仮定す
る。この気体流は当業者にとつて周知の図示を省
略した手段によつてできるだけ均一に装置の個々
の流路１３に分散される。透過率の低い帯状スペ
ーサーは第５図に示したようにたとえば低透過率
の板範囲によつて一層不透過性にされ、上昇気体
に対する流れ抵抗を部分的に高めるので、たとえ
ば中央支流１４が２つの側部支流１５に分岐し、
透過板２，３を通過して隣接の流路に達する。そ
の間の事情が支流１６についてあらわしてある。
この事情は装置のあらゆる個所にあてはまるの
で、全体として装置を通る流れ全体の横方向混合
と均等化とが生じる。そのさい隣接した流路では
スペーサーまたは帯状スペーサー５をそれぞれ互
い違いに設けるのが重要である。第１図の実施例
では上から来る液体支流１７があらわしており、
この支流に対し帯状スペーサー５は一方で一定の
流れ止めを形成し、液体を隣接の流路に分散させ
ており、また他方で、場合によつては目開き密度
の高い板範囲とともに、液体によつて湿潤の高ま
る範囲となつている。この装置の効果は明細書序
文に詳しく述べたとおりである。

第６図は本発明装置の技術的に異なる実施態様
を概略示したものであり、ここでは透過板をほぼ
同心に配置することが簡単に可能となる。この装
置では２枚の単板２４，２５を帯状スペーサー２
７で結合して成る２層ウエブ２６を巻いて透過板
としてある。さらになおウエブ２５の外面に帯状
スペーサー２８が、帯状スペーサー２７とはずら
して設けてある。帯状スペーサーを有する単一層
の場合、帯状スペーサーが常に同じ高さ位置にき
て、機能上重要な食い違い配置ができなくなるの
で、板材料の２層ウエブから装置を作る必要があ
る。

巻付体２９の透過板２４，２５をラツプ材料で
構成する場合には巻付体の個々の層も当然その両
端で適当に張り渡さねばならないであろう。

しかし図示実施態様の場合それ自体で十分な剛
性を有する板材料、たとえば金属布が望ましい。
帯状スペーサー２７は十分な剛性を有するととも
に巻付けにとつてなお十分な弾性も有する材料で
作るのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、垂直な透過板を水平なやはり透過性
帯状スペーサーで交互に結合した充填物から成る
本発明装置の概略図、第２図は第１図の範囲の
部分切取図、第３〜５図は透過率の低い板範囲に
結合した帯状スペーサーの配置の各種実施態様を
示す図、第６図は第１図の実施態様と概ね同じで
あるが、ただし適宜な帯状スペーサーを有する透
過性板材料の２層ウエブを螺旋状に巻いて形成し
たほぼ共心に配置した本発明装置の実施態様を示
す図である。 １，２，３，４……透過板、スペーサー（５，
２７）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 充填体の内部を多数の互いに結合した室また
   は流路１３に区画する内部構造から成り、気相物
   質問、液相物質間および両者間の少くともいずれ
   かの物質移動、熱交換、混合の少くともいずれか
   を行う装置内に設ける充填体であつて、多層状に
   並置されほぼ主流れ方向に延びた透過板１，２，
   ３，４；２４，２５で縦方向の内部隔壁を構成
   し、概ね主流れ方向を横切つて前記内部隔壁を横
   方向の連続したスペーサー５，２７；２８により
   離間保持し、該スペーサーを透過性材料で形成
   し、該スペーサーの透過率を該透過板の透過率よ
   りも低くするとともに該スペーサーをそれぞれ板
   の対向側面に交互に設けることを特徴とする気相
   物質間、液相物質間または両者間で物質移動、熱
   交換、混合等を行う装置。 ２ 透過板からなる隔壁１，２，３，４に対し概
   ね直角に設けたスペーサー５を帯状の透過性材料
   で構成することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。 ３ 透過板１，２，３，４の透過率が局所的に異
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１〜第２
   項のいずれか１項に記載の装置。 ４ 透過板からなる隔壁に透過率の低い範囲６，
   ８をスペーサー５に接する近傍に設け、スペーサ
   ー５そのものを透過率の低い材料で形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の装
   置。 ５ 透過板１，２，３，４を軟質材料で構成し、
   両端部を支持体で保持し、張り渡すことを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜第４項のいずれか１項
   に記載の装置。 ６ 透過板１，２，３，４が織布から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 透過板１，２，３，４の広目布材料に重ねた
   細目布片６，８で上記透過率の低い範囲の部分を
   構成することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の装置。 ８ 透過板が触媒材料から成るかまたは触媒作用
   を有する被覆を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の装
   置。 ９ 前記透過板から成り前記スペーサー２７，２
   ８を有する２層ウエブ２４，２５を同心状に巻い
   て充填体を構成することを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜８項のいずれか１項に記載の装置。