JPH0616802B2 - 気液接触塔 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気相と液相との間の物質交換を行うための気
／液接触塔に関し、さらに詳細には気体と液体とを向流
させる塔に関するものである。

気／液接触塔は、たとえば蒸溜、吸収、ストリツピング
および蒸発などの極めて多種の処理操作のために工業に
おいて広く使用されている。気／液接触用に最も一般的
に使用されている塔は、プレート型塔および充填塔であ
る。一般に、プレート型塔は直交流型であつて、上昇気
体のための開口部を有するトレーと降下液のための１個
もしくはそれ以上の降下管とを備える。

この種の塔に許容しうる最小の液体負荷は、降下管の液
体放出開口部を流過する気体の上昇流を防止するための
降下管に必要とされる最小の液体レベルに依存する。最
大許容しうる液体負荷は、降下管が液体により完全に満
たされた場合に達する。この最大許容しうる液体負荷
は、トレーに対する降下管堰の長さを増大させて増加さ
せることができる。堰の長さを増大させるには、降下管
の長さおよび／または降下管の個数を増大させねばなら
ず、このことは降下管が占める全トレー面積の増大を意
味する。しかしながら、全降下管面積の増大は、上昇気
体のための開口部を設けるトレーの全作用面積（すなわ
ち気体と液体とが互いに接触するトレーの部分）におけ
る減少をもたらす。接触トレーの全作用面積の減少は、
上昇気体が通過しうる全面積の減少をもたらす。所定の
気体負荷において、接触トレーの全作用面積の減少はト
レー開口部における気体速度の増大をもたらし、これは
塔を溢れさせ、すなわち隣接する接触トレー間の空間が
液体と気体との泡により完全に満たされる。上記から明
らかなように、プレート型塔の液体容量は降下管面積の
拡大により比較的容易に拡大させうるが、このような増
大は許容しうる最大の気体負荷に悪影響を及ぼす。この
説明については上昇気体のためのトレー開孔部の間隔お
よび寸法は比較的狭い範囲内でのみ変化させうることを
理解すべきである。極めて小さい開孔部は作成困難であ
りかつ汚染物による閉塞をもたらす一方、大きい開口部
は漏洩（すなわち液体が開孔部を流過する）およびトレ
ー全体の貧弱な気体分散をもたらす。一般に、開孔部の
間隔は、これら開孔部の直径２．５〜４倍の範囲であ
る。一定の開孔部直径における近接した間隔は過度の漏
洩をもたらす一方、幅広い間隔は過度の圧力低下と開孔
部における気体の高速度による液体の同伴をもたらす。

本発明の目的は、慣用のプレート型塔に比較して、改良
された気体容量を有する気／液接触塔を提供することで
ある。

本発明による気／液接触塔は、複数の垂直離間した気／
液案内装置を備え、そのそれぞれが塔の断面全体に延在
しかつそれぞれが水平方向に延在する複数の平行な交互
の気体通路と液体通路とからなり、各気体通路は隣接す
る上側の案内装置の液体通路と垂直方向に整列し、液体
通路は開放上端部を有してそれぞれ側壁部とを底壁部と
により形成されると共に前記底壁部にまたはその近傍に
液体放出口を備え、各気体通路は開放下端部を有して側
壁部により形成されると共にその上端部が２方向に延在
する複数のほぼ水平に指向する絞り気体出口で終つてお
り、各気体出口は気体通路に連通することを特徴とす
る、液体を気体と接触させるための垂直塔からなつてい
る。

この接触塔の操作に際し、気体と液体とを塔を介して向
流させ、気体通路を介して下方から到来する気体は気体
出口を介して流れ、気体の速度の急激な増大を生ぜしめ
る。複数のほぼ水平な高速気体流が気体出口から流出し
て、上方液体通路の液体放出口から生ずる液体カーテン
に対し衝突する。この液体カーテンは気体流に対しほぼ
垂直であり、気体出口に対する衝突により予備分散さ
れ、かつ高速度の気体流によりさらに分散されて激しく
混合される。気体はほぼ水平方向に指向して液体と接触
するので、気体による液体の同伴の危険は小さくなる。
何故なら、気体は液体に対し主として水平速度成分を付
与するからである。さらに、接触の際の気体速度は相当
に減少する。隣接する上方の気体通路に流入する気体に
より同伴される液体が存在すれば、これは気体速度が気
体通路において比較的小さいため上昇移動する気体から
重力により分離されうる。気／液接触の後、液体は液体
通路まで下方向に流動し、通路の下部に蓄積した後、液
体放出口を介して隣接する下段の接触段階へ放出され
る。

液体通路の液体放出口から流出した液体は、水平方向の
絞り気体出口に衝案してほぼ２つの等しい液量に分割さ
れ、２方向に延在する気体出口から生ずる気体流を横切
ることに注目すべきである。次いで、これら２つの等し
い液量は、気体通路の両側における案内装置の液体通路
に蓄積する。

塔壁部に隣接する液体通路および／または気体通路を半
分にして、塔壁部により気体と液体との両者を変位させ
ることもできる。

本発明の好適実施例によれば、案内装置は水平方向に延
在し、かつ通路は塔の全体にわたり壁部から壁部まで直
線的に延在する。案内装置は傾斜させても或いは水平で
なくてもよいが、全ての単一液体通路は水平方向に延在
し、塔内で同一レベルにあつてはならず、案内装置は全
体として水平構造が好適である。何故なら、これにより
空間が少なくて済み、かつ製作上の観点から簡単になる
からである。案内装置における通路は、塔壁部に対し交
互に円形かつ同芯的とすることができる。

気体通路は、上方向に細くなる構造が特に好適である。
空間を節約しかつ塔の全断面を通路で満たすためには、
液体通路は好ましくは下方向に細くなる。隣接する気体
通路と液体通路とは、共通の傾斜側壁部により少なくと
も部分手に制限される。上方向に細くなる気体通路の利
点は、気体出口の方向に気体速度が増大することであ
る。

好ましくは、気体通路の絞り気体出口は、水平方向に延
在しかつ各下方平行壁部よりも大きい幅を有する平行壁
部によつて形成される。上方液体通路の液体放出口から
流出する液体は、かくして最上部の平行壁部に衝突し、
さらに交差気体出口から生ずる気体流と徐々に混合され
る。

互いに対面する隣接気体通路から気体出口を介して流出
する気体流が互いに影響しあうのを防止するため、隣接
気体通路の気体出口間に垂直邪魔板を存在させてもよ
い。

以下、添付図面を参照して本発明をさらに説明する。

第１図には円形断面の垂直配置された塔１の中間部分が
示され、この塔にはその頂部と底部とに必要に応じ液体
用および気体用の入口および出口（図示せず）を設け
る。

塔１の内部には、適当な間隔で互いに上下配置されかつ
塔のほぼ全断面にわたつて延在する複数の水平な気／液
案内装置２を設ける。これら案内装置の外周部にはリン
グ３を設け、これを塔１の側壁部の内面に接続された支
持リング４に装着する。これら案内装置２はそれぞれ複
数の交互に伸びた上方に細くなる気体通路５と、下方に
細くなる液体通路６とよりなつている。気体通路５と液
体通路６とは、共通の傾斜側壁部８および９と、これら
側壁部８および９にそれぞれ接続された共通のほぼ垂直
な側壁部１０および１１により横方向に制限される。垂
直方向に離間した案内装置２は、垂直方向に気体通路が
それぞれ隣接する上方装置の液体通路と整列するよう相
対的に位置せしめる。液体通路６はその下端部が水平底
壁部１２により制限され、これら底壁部にはその長さに
沿つて延在するスリツト形状の液体放出口１３を設け
る。これら開口部１３は、塔の操作に際し液層が壁部１
２に形成されて、開口部１３を介し上方向へ気体が流入
するのを防止するような寸法である。気体通路５は、隣
接する上方液体通路６の底壁部１２に対し垂直方向に整
列したほぼ水平な頂壁部１４により上方向に制限され
る。頂壁部１４の幅は、底壁部１２の幅とほぼ一致す
る。頂壁部１４と底壁部１２との間隔は、塔の操作に関
し液体放出口１３を通る液体の流出を妨げないよう充分
大きく選択すべきである。

気体通路５には、互いに上下配置された複数の絞り気体
出口１５を設ける（第３図参照）。これらの気体出口は
ほぼ水平な壁部１６により形成され、これらの壁部１６
は気体出口１５の外側端部１７が垂直に対し傾斜した仮
想面に配置されて下方の気体出口１５の外側端部が上方
気体出口の外側端部よりも横方向外方向に大きく位置す
るような幅を有する。各出口１５を流過する気体流のほ
ぼ一様な速度パターンを確保するため、垂直方向に延在
する壁部１０および１１により規定された気体通路５の
上方絞り部は垂直平行壁部１９により複数の出口通路１
８に分割され（第３図参照）、各出口通路は通路５と１
つの気体出口１５との間に液体連通を形成する。これら
案内装置には、さらに垂直方向に延在する衝突邪魔板２
０を設け、これら邪魔板を隣接気体通路５の対向気体出
口１５の間の中央に配置する。

図示した装置の操作は次の通りである。液体通路６の下
部に集まつた液体は、液体放出口１３を介し複数の液体
カーテンとしてこの通路６から流出する。この液体カー
テンは隣接する下方装置の気体通路５における気体出口
１５を形成する壁部１４および１６の外側端部に衝突し
て、液体カーテンを大きい全表面積を有する分離した液
滴まで破壊させる。気体通路５からの気体の流れは、複
数の高速流れに分割されて気体出口１５を通過する。２
つのほぼ水平方向で気体出口１５から流出するこれらの
高速気体流は、気体出口１５に沿つて流れる液滴との強
力な混合をもたらす。気体出口１５からの気体流は水平
方向に指向するので、気体の速度は、垂直方向に流出す
る気体と液体との接触に比較して、液体の同伴の危険な
し極めて速くすることができる。気体速度をより速く選
択すれば、液体と気体とのより緊密な混合が可能とな
る。この混合強さは、気相と液相との間の物質移動効果
率に対し極めて重要である。水平壁部１６に対する液体
の衝突は既に液体を分散させているので、流出する気体
のモーメントが壁部１６に対する液体の衝突後に形成さ
れた液滴との混合に対し特に有利に使用される。気／液
接触の後、気体はこの気体と接触した液体が流出する液
体通路の両側において２つの気体通路まで上方向に流動
する。これら気体通路は比較的広い入口であるため、気
体速度が著しく低下し、その結果気体流中の液滴を重力
によりそこから容易に分離することができる。衝突邪魔
板２０は液体分離のための補助手段を形成し、すなわち
これら邪魔板２０に対する気／液混合物の衝突は液対粒
子の急激な速度低下をもたらし、その結果液体は邪魔板
に沿つて薄膜を形成しかつ下方の液体通路の方向へ流動
する。

図示した実施例において、液体通路と気体通路とはほぼ
等しい寸法である。しかしながら、液体通路と気体通路
との寸法は大きく変化させることができ、かつ所望の気
体および液体負荷に適合させうることに注目すべきであ
る。気体と液体との有効な接触は、気体通路の気体出口
前方における空間によつて形成される。この空間はさら
に液体が液体通路中に流入することを意味するので、好
ましくは可使空間を比較的大きく選択すべきである。上
記したように、液体同伴の危険をほぼ無視しうるような
程度に気体速度を維持するには、幅広な気体通路の入口
が便利である。他方、液体通路の下端部は、好ましくは
低液体負荷の操作において液体通路を介する気体の流れ
に対し充分な液体封止を与えるべく比較的小さく選択す
べきである。

液体通路の流さに沿つて延在する細長い液体放出口の代
りに、横方向配置された液体放出口を選択しうることに
も注目すべきである。横方向の液体放出口は、操作に際
し適切な開口部の液体封止を生ぜしめる観点から好適で
ある。さらに、このような横方向配置した液体放出口
は、液体通路の底壁部の幅および気体通路の頂壁部の幅
が比較的小さい場合に好適である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例による気／液案内装置を設け
た気／液接触塔の中間部分の縦断面図、第２図は第１図
のII−II線横断面図、第３図は第１図に示した案内装置
の斜視図である。 １……塔、２……気／液案内装置、 ３，４……リング、５……気体通路、 ６……液体通路、１３……開口部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の垂直離間した気液案内装置を備え、
   それぞれが塔の断面全体に延在し、かつそれぞれが水平
   方向に延在する複数の平向な交互の気体通路と液体通路
   とからなり、各気体通路は隣接する上側の案内装置の液
   体通路と垂直方向に整列し、液体通路は開放上端部を有
   してそれぞれ側壁部と底壁部とにより形成されると共
   に、前記底壁部にまたはその近傍に液体放出口を備え、
   各気体通路は開放下端部を有して側壁部により形成され
   ると共に、その上端部が２方向に延在する複数のほぼ水
   平に指向する絞り気体出口で終つており、各気体出口は
   気体通路に連通することを特徴とする液体を気体と接触
   させるための垂直接触塔。
2. 【請求項２】案内装置が水平方向に延在し、かつ通路が
   壁部から壁部まで塔にわたつて直線的に延在する特許請
   求の範囲第１項記載の接触塔。
3. 【請求項３】気体通路が上方向に細くなり、かつ液体通
   路が下方向に細くなる特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の接触塔。
4. 【請求項４】平行な壁部が気体通路の絞り気体出口を形
   成し、これら壁部が水平方向に延在すると共に、各下方
   の平行な壁部よりも大きい幅を有する特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載の接触塔。
5. 【請求項５】隣接する気体通路および液体通路が共通の
   傾斜側壁部により少なくとも部分的に制限される特許請
   求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の接触塔。
6. 【請求項６】垂直邪魔板が隣接気体通路の気体出口間に
   存在する特許請求の範囲第１項から第５項のいずれかに
   記載の接触塔。