JPH06154503A - 気液接触装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空気分離装置に用いられる精留塔内に組み込ま
れる気液接触装置において、広い運転操作範囲で、全面
発泡と成し、高い精留効率を維持できる気液接触装置を
提供することにある。 【構成】多孔板４上の液体の流れ方向に沿って傾斜させ
て開口した小孔８と、該小孔８の傾斜方向に傾斜して設
置された入口堰７とで空間部１１を有するように構成す
る。 【効果】精留塔の負荷が小さい運転範囲でも多孔板上の
気液が全面発泡となる良好な気液接触が得られ、広い運
転範囲で高い精留効率を維持できる気液接触装置が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を液化し、精留操
作により空気から窒素、酸素及びアルゴン等を分離する
空気分離装置に用いられる精留塔に好適な気液接触装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気液接触装置の従来の技術には、例え
ば、特開昭５６ー３３００５号「気液接触装置」，特公
昭４２ー４５６８号「液体と蒸気とを接触させる棚段」
等がある。多孔板上で気液接触しながら流れる液体は重
力による自由流れであるため、多孔板上の液体の流れ抵
抗及び気液の発泡による抵抗等により、多孔板上の液高
さは多孔板の位置により分布がある。これらの発明はこ
の分布を一定にするため、液高さの差異に応じて多孔板
を傾斜させて精留塔に取り付けることにより、液高さの
分布をほぼ一定に保ち良好な気液接触を行なわせるもの
である。あるいは、多孔板の上流の一部を傾斜させ蒸気
を多孔板の下流に吹き出させ、気液接触を行なわせるも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気分離装置では、精
留塔に数十段組み込まれている多孔板の圧力損失がその
まま空気圧縮機の消費電力に影響を与えるため、空気圧
縮機の吐出圧力が空気分離装置の性能を表すと言っても
過言ではない。一方、空気分離装置等に利用される多孔
板は高い精留効率を要求されるため、その能力を十分に
発揮するには多孔板上の気液の流動を最良にし、不安定
要素であるウイーピング等の発生は極力避ける必要があ
る。気液の接触状態を常に良好に保つには多孔板上での
気液の発泡状態、つまり気体と液体の接触が十分であ
り、かつ、液体をよどみ無く滑らかに多孔板上を流動さ
せることである。気液接触装置の運転状態は、定常運転
を100%とすれば低負荷時で50%、高負荷時で120%程度の
範囲であり、更に厳しくなる傾向にある。このため上記
運転範囲で最良の気液接触を行ない、高い精留効率を維
持することは非常に難しい課題である。特に、負荷の小
さい領域では下方からの上昇ガスの量が小さくなるた
め、多孔板上での気液の接触、つまり気液の発泡が難し
くなる。特に、多孔板上流部では液膜の厚さが大きいた
め、その現象は顕著である。一方、多孔板下流部で部分
的な発泡が起きれば、その泡が液体の流れ抵抗となり、
上流部に未発泡部の領域を形成する。未発泡部はウイー
ピングを引き起こし、精留効率の著しい低下の一因とな
る。したがって、広い運転範囲で高い精留効率を有する
気液接触装置を提供するには、多孔板上の液体を均一に
よどみなく流動させ、部分発泡及びウイーピングを引き
起こさず、気液の流動を最良にすることが肝要である。

【０００４】本発明の目的は、多孔板上の気液の接触を
広い運転範囲で良好に保ち、かつ、ウイーピングを起こ
しにくく精留塔の運転操作範囲の広い気液接触装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、多孔板上の液膜の厚さを均一にし、広い運転範囲
で多孔板上の気液を全面発泡と成し、ウイーピングを起
こしにくい多孔板を提供することにより達成される。本
発明では、パンチング等の手段で液の流れ方向に沿って
傾斜して開口された小孔を持つ多孔板と入口堰との間に
空間部を有し、該空間部を構成する一面を液の流れ方向
へ開口して構成したものである。

【０００６】

【作用】多孔板上に流入する液体は上段の多孔板の溢流
管から多孔板上の上流側に流入し、入口堰を乗り越えて
重力による自然流れで多孔板上を流動し、溢流管から下
段の多孔板へ流入する。気液接触は上記多孔板上で、下
方からの上昇ガスと液体とで行なわれる。多孔板上の液
体の流れは重力による自由流れであるため、下方からの
上昇ガスと気液接触する場合、気液の発泡による上昇ガ
スの上方への流れと液体の泡沫が、液体の流れに見かけ
上スクリーンとなり、液体が滑らかに多孔板を流動する
ための障害となる。つまり、多孔板の小孔を上昇するガ
スと泡沫の障害により、液体が滑らかに多孔板を流動で
きなくなる場合がある。前述したとおり、液の流れ抵抗
及び部分発泡による泡の抵抗により、多孔板上の液膜の
厚さは、上流側が厚く、下流側が小さくなる。このた
め、気液の発泡は、下流側が起こりやすく、上流側ほど
難しくなる。例えば、上昇ガスが少なくなると部分発泡
が起こり、それにより、上流部の液膜の厚さが大きくな
り、ウイーピングが発生する。

【０００７】本発明では、液の流れ方向に沿って傾斜し
て開口された小孔を持つ多孔板と、入口堰との間に空間
部を有し、該空間部を構成する一面を液の流れ方向へ開
口して構成することにより、低負荷時の気液の部分発泡
を防止することができる。上記空間部は例えば、入口堰
を下流方向へ傾斜することにより構成される。多孔板上
流部での気液の流れは次のようになる。すなわち、下方
からの上昇ガスは、傾斜して開口された小孔に沿って上
昇する。液体は、入口堰を乗り越えて多孔板上に流入す
る。この時上昇ガスは空間部内の液体を下流部に開口さ
れた面より下流方向へ流出させ、空間部内は見かけ上ガ
スのみの存在となり、入口堰直後の液膜の厚さは小さく
なる。したがって、同部において、気液の発泡を促進さ
せることができる。多孔板上で発泡が難しい上流部で発
泡が可能となるので、未発泡の隣接部が発泡することに
より見かけ上液体の密度が低下し、発泡が促進される。
遂には全面発泡に至らしめ、気液の接触を十分とならし
めるものである。つまり、傾斜して開口された小孔と、
入口堰の両者により形成される空間部のボイド率，ガス
の流れが同部の発泡促進に作用する。本発明は、傾斜し
て開口された小孔と入口堰とにより空間部を持つ構造に
構成されたことに特徴がある。本発明によれば、部分発
泡を極力低減できるため、ウイーピングが起こりにく
く、高い精留効率を維持できる運転操作範囲が広く取れ
るという効果を得る。

【０００８】

【実施例】図１に本発明の気液接触装置を組み込んだ精
留塔において、第１の実施例の気液接触装置の平面図を
示す。気液接触装置１は、精留塔２内に数十段組み込ま
れている。気液接触装置１は、液体３の流れ方向に傾斜
して開口され、下方からのガスを上昇させる多数の小孔
を有する多孔板４、上段からの液体３を該多孔板４上に
流入させる液受け部５、液体３を下段の気液接触装置に
流入させる溢流管６、及び液受け部５の液シールを行な
う入口堰７とで構成されている。本例の場合、入口堰７
は傾斜して開口された小孔の方向に傾斜して設置されて
いる。液受け部５から流出した液体は、入口堰７を乗り
越え、多孔板４上の上流部に流入し、該多孔板上４で気
液接触を行ない溢流管６に流入する。

【０００９】図２に本発明の気液接触装置の断面図を示
す。本図により本発明を更に詳細に説明する。上方の気
液接触装置の溢流管６よりの液体３は液受け部５に流下
し、更に、入口堰７を乗り越えて多孔板４上に流入す
る。一方、下方からの上昇ガス１０は、傾斜して開口さ
れた小孔８を通って上昇し、多孔板４上の液体と発泡し
ながら接触して、液体及びガスは互いに蒸発，凝縮を行
い、物質移動（精留）を行なう。精留を終了した液体
は、必要によって設置される出口堰９を乗り越えて溢流
管６を通って、下方の気液接触装置に流入する。溢流管
６内の液面の高さは、多孔板４面上に入口堰７を乗り越
えて多孔板４に流入する液体の高さに、圧力損失の液高
さ及び液の流れ抵抗による液高さを加えたものである。
この溢流管６内の液面の高さが高くなると、液面が上方
の多孔板に達してフラッディングを起こし、良好な気液
接触ができなくなる。

【００１０】従来の気液接触装置では、例えば上昇ガス
１０の量が少なくなると、前述したごとく多孔板４上流
部で気液の発泡が行なわれなくなる、いわゆる部分発泡
が起こり、この現象はウイーピングを引き起こし、精留
効率の低下を引き起こす。本発明は、傾斜して開口され
た小孔８と、入口堰７との間に空間部１１を有し、該空
間部１１の一面が液体の流れ方向に開口して構成される
ことを特徴とする。入口堰７の先端は溢流管６の下端と
上下方向でほぼ一致することが望ましい。本発明は、上
記のように構成されるため、傾斜して開口された小孔８
に沿って上昇する上昇ガス１０のエネルギーは、入口堰
７を乗り越えて流動する液体３を下流部へ流動あるいは
発泡させる力となり得る。この場合、空間部１１を構成
する小孔８が開口された多孔板４と傾斜した入口堰７の
垂直方向の重なりは、少なくとも５mm以上が望ましい。
また、同部において小孔８は少なくとも直径方向に２列
以上、多孔板４と入口堰７の傾斜は、好ましくは15〜30
゜が望ましい。また、小孔８の傾斜度は、多孔板４の水
平面に対し30゜以上、好ましくは60〜80゜が望ましい。
一方、傾斜して開口された小孔８と入口堰７とで空間部
１１が形成され、該空間部１１を構成する一面は多孔板
４下流方向に開口されているため、該空間部１１では、
傾斜して開口された小孔８より上昇する上昇ガス１０の
力により、空間部１１は見かけ上ガス状のみの存在と成
り、液体３は入口堰７を乗り越えて流動し、空間部１１
に入り込まない状態となる。このため、入口堰７直後の
液体の液膜の厚さは、多孔板４下流方向の液体の流れ抵
抗の影響を直接受けることがなくなるため小さくなり、
同部において気液の発泡がたやすくなり、同時に発泡を
促進させることができる。

【００１１】図３に本発明の第２の実施例の気液接触装
置の断面図を示す。本実施例では、空間部１１を構成す
る多孔板４の小孔８が、少なくとも液体の流れ方向に沿
って傾斜して開口された構造である。他の領域での小孔
１２は、例えば垂直方向に開口されている。本実施例で
の作用，効果は第１の実施例と同等であるが、本実施例
では、精留塔の仕様及び構造により、入口堰７部より下
流方向の多孔板４の小孔８，１２の形状を変化させるこ
とにより、より最良の気液の流動を行なわせることがで
きる。

【００１２】図４及び図５に本発明の第３及び第４の実
施例の気液接触装置の断面図を示す。これらの実施例で
は、入口堰７は凸形或いは凹形に折れ曲がって構成され
ている点に特徴がある。入口堰７はそれぞれ部材７ａと
７ｂで構成され、部材７ｂと多孔板４とで空間部１１が
構成されている。この場合、部材７ａが上方の気液接触
装置の溢流管６と液受け部５の液シールの役目を持ち、
部材７ｂと傾斜して開口された小孔８が気液の発泡を促
す役目を持つ。液受け部５において、液シールを確実に
行なうためには溢流管６の下端と部材７ａの上端は上下
方向において少なくとも一致していることが望ましい。
これらの実施例では、入口堰７が上記のようにその作用
ごとに独立しているため、部材７ｂを必要以上大きくす
る必要が無くなる。つまり、部材７ｂは空間部１１のみ
を構成するために設置されるので、多孔板４を有効に使
用できる効果を得る。

【００１３】図６に本発明の第５の実施例の気液接触装
置の断面図を示す。本実施例では、液受け部５を構成す
る気液接触装置の部材５ａを下方に凹形として構成し、
その下流部に入口堰７を設置したものである。本実施例
によれば、液受け部５が下方に凹形として構成されてい
るため、液シールに必要な多孔板４面上からの液深さを
小さくすることができる。このことは、溢流管６内の液
面の高さを小さくでき、ひいては上段と下段の気液接触
装置の距離、つまり段間隔を小さくでき、コンパクトで
安定した気液接触ができる効果を得る。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、多孔板上の液体の流れ
方向に沿って傾斜して開口された小孔を持つ多孔板と、
例えば該多孔板の小孔の傾斜方向に傾斜して設置された
入口堰とで空間部を有するように構成されるため、精留
塔の負荷が小さい運転範囲でも多孔板上の気液が全面発
泡となる良好な気液接触が得られ、広い運転範囲で高い
精留効率を維持できる気液接触装置を提供することがで
きる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の気液接触装置の平面図
を示す。

【図２】本発明の第１の実施例の気液接触装置の断面図
を示す。

【図３】本発明の第２の実施例の気液接触装置の断面図
を示す。

【図４】本発明の第３の実施例の気液接触装置の断面図
を示す。

【図５】本発明の第４の実施例の気液接触装置の断面図
を示す。

【図６】本発明の第５の実施例の気液接触装置の断面図
を示す。

【符号の説明】

１…気液接触装置、２…精留塔、４…多孔板、７…入口
堰、８…小孔、３…液体、１０…上昇ガス、１１…空間
部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の小孔を有する多孔板と溢流管を有す
   る気液接触装置に、上方から液体を下降させ、下方から
   ガスを上昇させ液体とガスとを接触させて精留操作を行
   なう気液接触装置において、該気液接触装置が液体の流
   れ方向に沿って傾斜して開口された小孔を有する多孔板
   で構成され、多孔板上流部に設置された入口堰と小孔と
   の間に多孔板の垂直方向において空間部を有し、該空間
   部を構成する一面を多孔板下流方向に開口して構成した
   ことを特徴とする気液接触装置。
2. 【請求項２】請求項１において、入口堰は多孔板下流方
   向に傾斜して設置して構成したことを特徴とする気液接
   触装置。
3. 【請求項３】請求項１において、入口堰は凸形或いは凹
   形に折れ曲がって構成したことを特徴とする気液接触装
   置。
4. 【請求項４】前記空間部は、傾斜して開口された小孔と
   入口堰を構成する部材とから組み合わせて構成され、他
   の小孔は少なくとも、傾斜した小孔及び、垂直方向に開
   口された小孔を有する多孔板で構成したことを特徴とす
   る請求項１から３項記載の気液接触装置。