JPH06205901A - 充填コラム式蒸留システム - Google Patents
充填コラム式蒸留システムInfo
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- JPH06205901A JPH06205901A JP5308545A JP30854593A JPH06205901A JP H06205901 A JPH06205901 A JP H06205901A JP 5308545 A JP5308545 A JP 5308545A JP 30854593 A JP30854593 A JP 30854593A JP H06205901 A JPH06205901 A JP H06205901A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】充填蒸留コラムの改良。
【構成】空気等の極低温蒸留に用いるのに特に有利な充
填コラム式蒸留システム。特にストリッピングセクショ
ンのコラム壁に外部熱を供給し、コラム壁の内表面上に
堆積した液体を気化させ、低い高さの充填床で高い分離
効率を達成する。
填コラム式蒸留システム。特にストリッピングセクショ
ンのコラム壁に外部熱を供給し、コラム壁の内表面上に
堆積した液体を気化させ、低い高さの充填床で高い分離
効率を達成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蒸留コラム内に気液接
触部材として構造体型パッキング又はランダムパッキン
グを用いるタイプの充填蒸留コラム（パッキングを充填
した蒸留コラム）に関する。
触部材として構造体型パッキング又はランダムパッキン
グを用いるタイプの充填蒸留コラム（パッキングを充填
した蒸留コラム）に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば空気等の流体混合物をその混合物
のそれぞれの成分を豊富にされた２つ以上の留分に蒸留
し分離する操作は、一般に、コラム内器材即ち物質移動
部材としてトレーを充填した１基以上の蒸留コラムを用
いて行われてきたが、近年、物質移動部材としてパッキ
ングを用いることが多くなっている。なぜなら、パッキ
ングは、トレーに比べて圧力降下を起す度合がはるかに
低いからである。パッキングとしては、構造体型パッキ
ングと、ランダムパッキングとがあるが、構造体型パッ
キングは、ランダムパッキングよりその性能を予測（計
算）し易いので、特に好ましい。
のそれぞれの成分を豊富にされた２つ以上の留分に蒸留
し分離する操作は、一般に、コラム内器材即ち物質移動
部材としてトレーを充填した１基以上の蒸留コラムを用
いて行われてきたが、近年、物質移動部材としてパッキ
ングを用いることが多くなっている。なぜなら、パッキ
ングは、トレーに比べて圧力降下を起す度合がはるかに
低いからである。パッキングとしては、構造体型パッキ
ングと、ランダムパッキングとがあるが、構造体型パッ
キングは、ランダムパッキングよりその性能を予測（計
算）し易いので、特に好ましい。
【０００３】パッキングは蒸留コラムの操作において在
来のトレーより有利であるが、パッキングには、分離効
率の低下が理論的に予期される値より相当に大きい場合
があるという欠点があった。このような分離性能上の欠
点は、液体がコラムの壁に沿って流れることにより特定
のパッキング充填セクションをバイパスしてしまう結果
であると考えられる。充填コラム内において液体の流れ
に対して最も抵抗の小さい経路は、コラム壁に沿う経路
である。壁沿いの液体は、パッキング内の曲がりくねっ
た経路を通って流れるバルク液体（主流の液体）に比べ
てコラム内の滞留時間がはるかに短い。壁沿い液体とバ
ルク蒸気（主流の蒸気）との間の物質移動は、バルク液
体とバルク蒸気との間の物質移動に比べて少ない。従っ
て、蒸留コラムの壁に沿って下に流下するほど、壁沿い
液体は、バルク液体に比べて、低沸点又は高揮発性成分
を含有する割合が高くなる。
来のトレーより有利であるが、パッキングには、分離効
率の低下が理論的に予期される値より相当に大きい場合
があるという欠点があった。このような分離性能上の欠
点は、液体がコラムの壁に沿って流れることにより特定
のパッキング充填セクションをバイパスしてしまう結果
であると考えられる。充填コラム内において液体の流れ
に対して最も抵抗の小さい経路は、コラム壁に沿う経路
である。壁沿いの液体は、パッキング内の曲がりくねっ
た経路を通って流れるバルク液体（主流の液体）に比べ
てコラム内の滞留時間がはるかに短い。壁沿い液体とバ
ルク蒸気（主流の蒸気）との間の物質移動は、バルク液
体とバルク蒸気との間の物質移動に比べて少ない。従っ
て、蒸留コラムの壁に沿って下に流下するほど、壁沿い
液体は、バルク液体に比べて、低沸点又は高揮発性成分
を含有する割合が高くなる。
【０００４】例えば、構造体型パッキングを有するコラ
ムを用いて酸素とアルゴンの二成分混合物を分離する典
型的な極低温酸素分離プラントの場合、コラムは主凝縮
器の上方に配置され、約１０〜２０％のアルゴンを含
み、残りは主として酸素である液体を収容した分配器が
コラムのパッキングの上方に配置されている。液体は、
分配器から均一な態様でコラム内の第１（最上段）パッ
キング充填セクションのパッキングへ流れる。第１パッ
キング充填セクション（以下、「充填セクション」又は
単に「セクション」又は「床」とも称する）のパッキン
グは、コラム軸線に対して約４５°の角度をなして延長
した波形を有する構造体型パッキングであり、高さ２
５．４ｃｍの厚い層即ち床である。アルゴン含有量の高
いこの液体の一部は、波形を有する構造体型パッキング
を経てコラム壁へ偏向される。この壁沿い液体は、表面
積の小さい、比較的速い流速の細流として流れる。従っ
て、物質移動の効率は低い。一方、バルク液体は、効率
的な物質移動を達成するのに理想的な大きな表面積を有
する薄膜（フィルム）状に拡がり、ゆっくり流れる。従
って、第１セクションのパッキングの底部近くの壁沿い
液体は、第１セクションのパッキングから流出したバル
ク液体に比べて、アルゴン即ち低沸点成分を多く含有す
る。第１セクションのパッキングの下の第２セクション
において、壁沿い液体の一部は、第２セクションのパッ
キングへ戻る。残りの壁沿い液体とバルク蒸気との間に
若干の物質移動が生じ、アルゴン濃度を僅かに低下せし
められた若干の液体が壁沿い液体に加えられる。バルク
液体に対する壁沿い液体の量の割合は、液体が流下する
につれて増大する。第２セクションのパッキングの底部
近くの壁沿い液体も、第２セクションのパッキングから
流出したバルク液体に比べて、やはり、アルゴン即ち低
沸点成分を多く含有する。この過程が、コラムの最終
（最下段）充填セクションの底部に達するまで以後の各
セクションのパッキングを通して続けられる。コラムの
最終充填セクションの底部において、バルク液体に比べ
て相当に高いアルゴン濃度を有する壁沿い液体は、該セ
クションのパッキングから流出したバルク液体と混合す
る。この混合液のアルゴン濃度は、バルク液体に比べて
高くなっているので、この充填セクションの見掛け分離
効率は悪い。
ムを用いて酸素とアルゴンの二成分混合物を分離する典
型的な極低温酸素分離プラントの場合、コラムは主凝縮
器の上方に配置され、約１０〜２０％のアルゴンを含
み、残りは主として酸素である液体を収容した分配器が
コラムのパッキングの上方に配置されている。液体は、
分配器から均一な態様でコラム内の第１（最上段）パッ
キング充填セクションのパッキングへ流れる。第１パッ
キング充填セクション（以下、「充填セクション」又は
単に「セクション」又は「床」とも称する）のパッキン
グは、コラム軸線に対して約４５°の角度をなして延長
した波形を有する構造体型パッキングであり、高さ２
５．４ｃｍの厚い層即ち床である。アルゴン含有量の高
いこの液体の一部は、波形を有する構造体型パッキング
を経てコラム壁へ偏向される。この壁沿い液体は、表面
積の小さい、比較的速い流速の細流として流れる。従っ
て、物質移動の効率は低い。一方、バルク液体は、効率
的な物質移動を達成するのに理想的な大きな表面積を有
する薄膜（フィルム）状に拡がり、ゆっくり流れる。従
って、第１セクションのパッキングの底部近くの壁沿い
液体は、第１セクションのパッキングから流出したバル
ク液体に比べて、アルゴン即ち低沸点成分を多く含有す
る。第１セクションのパッキングの下の第２セクション
において、壁沿い液体の一部は、第２セクションのパッ
キングへ戻る。残りの壁沿い液体とバルク蒸気との間に
若干の物質移動が生じ、アルゴン濃度を僅かに低下せし
められた若干の液体が壁沿い液体に加えられる。バルク
液体に対する壁沿い液体の量の割合は、液体が流下する
につれて増大する。第２セクションのパッキングの底部
近くの壁沿い液体も、第２セクションのパッキングから
流出したバルク液体に比べて、やはり、アルゴン即ち低
沸点成分を多く含有する。この過程が、コラムの最終
（最下段）充填セクションの底部に達するまで以後の各
セクションのパッキングを通して続けられる。コラムの
最終充填セクションの底部において、バルク液体に比べ
て相当に高いアルゴン濃度を有する壁沿い液体は、該セ
クションのパッキングから流出したバルク液体と混合す
る。この混合液のアルゴン濃度は、バルク液体に比べて
高くなっているので、この充填セクションの見掛け分離
効率は悪い。
【０００５】充填コラム内の液体の分配不良を修正する
ための手段として、ある種の方法が知られている。例え
ば、壁沿い液体を収集してバルク液体に混合するために
高さの低い充填セクションとセクションの間に液体再分
配器又はトレーを配置することが提案されている。しか
しながら、その場合、設備コスト面並びにプロセスコス
ト（運転コスト）面での不利益が大きい。又、後述する
ように壁沿い液体をバルク液体に混合することは、熱力
学的に不可逆性の現象であり、それに伴うプロセス面の
不利益もある。設備コスト面に関していえば、壁沿い液
体を収集してバルク液体に混合するための収集トレー及
びそのための支持部材、収集トレーから液体を受取り、
次の充填セクションへ均一な流れとして供給する液体分
配器を追加しなければならないので、設備コストが高く
なる。又、コラムの高さも高くしなければならないの
で、コラム素材の材料費及び溶接費がかさみ、断熱材、
梯子、プラットホーム等のコストが増大する。最終的に
は、コラムの基礎構造にも影響が及ぶ。更に、コラムの
高さが高い場合、そのようなコラムを含むプラント内で
の液体の移送に関しても問題が生じる。
ための手段として、ある種の方法が知られている。例え
ば、壁沿い液体を収集してバルク液体に混合するために
高さの低い充填セクションとセクションの間に液体再分
配器又はトレーを配置することが提案されている。しか
しながら、その場合、設備コスト面並びにプロセスコス
ト（運転コスト）面での不利益が大きい。又、後述する
ように壁沿い液体をバルク液体に混合することは、熱力
学的に不可逆性の現象であり、それに伴うプロセス面の
不利益もある。設備コスト面に関していえば、壁沿い液
体を収集してバルク液体に混合するための収集トレー及
びそのための支持部材、収集トレーから液体を受取り、
次の充填セクションへ均一な流れとして供給する液体分
配器を追加しなければならないので、設備コストが高く
なる。又、コラムの高さも高くしなければならないの
で、コラム素材の材料費及び溶接費がかさみ、断熱材、
梯子、プラットホーム等のコストが増大する。最終的に
は、コラムの基礎構造にも影響が及ぶ。更に、コラムの
高さが高い場合、そのようなコラムを含むプラント内で
の液体の移送に関しても問題が生じる。
【０００６】上述した設備コスト面での不利益に加え
て、液体の再分配に随伴するプロセスコスト面での不利
益もある。再分配器を設けると、それだけ蒸気相の圧力
降下が増大するので、それを補償するために供給圧を増
大しなければならない。しかも、再分配器は、コラム全
体の物質移動の能力を高めるものではない。基本的にい
えば、再分配器は、比較的高濃度の低沸点成分を含有し
た液体（壁沿い液体）を比較的低濃度の低沸点成分を含
有したバルク液体に混合する働きをする。次いで、混合
された液体は、次のパッキング充填セクションにおいて
更に蒸留され、液体中の低沸点成分の濃度が更に低下す
る。再分配器で行われる液体混合は、熱力学的に不可逆
性の現象であり、定量化可能なプロセス上の不利益であ
る。このプロセス上の不利益と、上述した液体再分配に
随伴する設備面及びプロセス面の不利益に関がみて、壁
沿い液体流を処理するための優れた代替手段を求める大
きな要望がある。
て、液体の再分配に随伴するプロセスコスト面での不利
益もある。再分配器を設けると、それだけ蒸気相の圧力
降下が増大するので、それを補償するために供給圧を増
大しなければならない。しかも、再分配器は、コラム全
体の物質移動の能力を高めるものではない。基本的にい
えば、再分配器は、比較的高濃度の低沸点成分を含有し
た液体（壁沿い液体）を比較的低濃度の低沸点成分を含
有したバルク液体に混合する働きをする。次いで、混合
された液体は、次のパッキング充填セクションにおいて
更に蒸留され、液体中の低沸点成分の濃度が更に低下す
る。再分配器で行われる液体混合は、熱力学的に不可逆
性の現象であり、定量化可能なプロセス上の不利益であ
る。このプロセス上の不利益と、上述した液体再分配に
随伴する設備面及びプロセス面の不利益に関がみて、壁
沿い液体流を処理するための優れた代替手段を求める大
きな要望がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、壁沿い液体を収集してバルク液体に混合するために
充填セクションと充填セクションの間に液体再分配器又
はトレーを配置することに依存する必要なしに、壁沿い
液体流によって惹起される液体の不良分配の問題を克服
することができる改良された充填コラム式蒸留システム
を提供することである。
は、壁沿い液体を収集してバルク液体に混合するために
充填セクションと充填セクションの間に液体再分配器又
はトレーを配置することに依存する必要なしに、壁沿い
液体流によって惹起される液体の不良分配の問題を克服
することができる改良された充填コラム式蒸留システム
を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、その一側面においては、パッキングから
成る物質移動部材を備えた蒸留コラムにおいて、該コラ
ムの壁に外部熱を供給するための手段を設けたことを特
徴とする蒸留コラムを提供する。本発明は、又、別の側
面においては、蒸留コラム内で蒸気と液体とを互いに向
流関係をなしてパッキングから成る物質移動部材を被っ
て通流させ、該コラム壁の内側表面上に液体を生成させ
ることから成る蒸留方法において、該コラム壁の内側表
面上に生成された液体の少くとも一部を気化（蒸発）さ
せるのに十分な量の外部熱を該コラム壁に供給すること
を特徴とする蒸留方法を提供する。
に、本発明は、その一側面においては、パッキングから
成る物質移動部材を備えた蒸留コラムにおいて、該コラ
ムの壁に外部熱を供給するための手段を設けたことを特
徴とする蒸留コラムを提供する。本発明は、又、別の側
面においては、蒸留コラム内で蒸気と液体とを互いに向
流関係をなしてパッキングから成る物質移動部材を被っ
て通流させ、該コラム壁の内側表面上に液体を生成させ
ることから成る蒸留方法において、該コラム壁の内側表
面上に生成された液体の少くとも一部を気化（蒸発）さ
せるのに十分な量の外部熱を該コラム壁に供給すること
を特徴とする蒸留方法を提供する。
【０００９】本発明は、蒸留コラムにおいて、液体の少
くとも一部をそれが物質移動部材（パッキング）をバイ
パスして流れないうちに気化させることにより、コラム
壁上に生じる又はコラム壁に沿って流れる液体によって
惹起される気液分離効率の劣化を克服する。壁沿い液体
の一部を気化させるだけであるが、その結果生じた上昇
蒸気が残りの液体をパッキングへ流し戻す働きをする。
かくして、熱力学的に不可逆性の現象である壁沿い液体
とバルク液体の混合が減少又は完全に回避される。
くとも一部をそれが物質移動部材（パッキング）をバイ
パスして流れないうちに気化させることにより、コラム
壁上に生じる又はコラム壁に沿って流れる液体によって
惹起される気液分離効率の劣化を克服する。壁沿い液体
の一部を気化させるだけであるが、その結果生じた上昇
蒸気が残りの液体をパッキングへ流し戻す働きをする。
かくして、熱力学的に不可逆性の現象である壁沿い液体
とバルク液体の混合が減少又は完全に回避される。
【００１０】本発明は、任意の多成分混合物の分別蒸留
（分流）に関連して実施することができる。そのような
例としては、酸素と窒素、酸素とアルゴン、エチルベン
ゼンとスチレン、プロピレンとプロパン、エチレンとエ
タン、揮発性有機化合物と水の各混合物の蒸留がある。
本発明は、空気を各成分に分離する極低温蒸留に適用す
るのに特に有用であると考えられる。なぜなら、一定量
の極低温液体を気化させるのに要する熱量は、それと同
量の非極低温液量を気化させるのに要する熱量より少な
くてすむからである。「極低温蒸留」とは、少くとも一
部分が例えば１５０°Ｋ以下の低温下で実施される蒸留
プロセスのことである。
（分流）に関連して実施することができる。そのような
例としては、酸素と窒素、酸素とアルゴン、エチルベン
ゼンとスチレン、プロピレンとプロパン、エチレンとエ
タン、揮発性有機化合物と水の各混合物の蒸留がある。
本発明は、空気を各成分に分離する極低温蒸留に適用す
るのに特に有用であると考えられる。なぜなら、一定量
の極低温液体を気化させるのに要する熱量は、それと同
量の非極低温液量を気化させるのに要する熱量より少な
くてすむからである。「極低温蒸留」とは、少くとも一
部分が例えば１５０°Ｋ以下の低温下で実施される蒸留
プロセスのことである。
【００１１】ここでいう「コラム」とは、蒸留又は分留
コラム又は帯域、即ち、流体混合物の分離を行うために
液相と蒸気相とを向流関係で接触させる接触コラム又は
帯域のことである。流体混合物の分離は、例えば、コラ
ム内に設置された一連の上下に離隔したトレー又はプレ
ート、又は、コラム内に充填したパッキング部材上で蒸
気相と液相を接触させることによって行われる。このよ
うな蒸留コラムの詳細については、Ｒ．Ｈ．ペリー、
Ｃ．Ｈ．チルトン編「ケミカルエンジニアのハンドブッ
ク」第５版、米国ニューヨーク・マックグロー−ヒル・
ブック・カンパニー刊、セクション１３Ｂ．Ｄ．スミス
著「蒸留」第１３−３頁の「連続蒸留プロセス」の欄を
参照されたい。「複コラムシステム」とは、比較的高い
圧力のコラムと、比較的低い圧力のコラムとを組合せた
ものであり、比較的高い圧力のコラムの上端と、比較的
低い圧力のコラムの下端が熱交換関係に接続されてい
る。複コラムの詳細は、ルエマン著「ガスの分離」オク
スフォード大学出版、１９４９年刊、第VII 章「商業用
空気分離」に記載されている。
コラム又は帯域、即ち、流体混合物の分離を行うために
液相と蒸気相とを向流関係で接触させる接触コラム又は
帯域のことである。流体混合物の分離は、例えば、コラ
ム内に設置された一連の上下に離隔したトレー又はプレ
ート、又は、コラム内に充填したパッキング部材上で蒸
気相と液相を接触させることによって行われる。このよ
うな蒸留コラムの詳細については、Ｒ．Ｈ．ペリー、
Ｃ．Ｈ．チルトン編「ケミカルエンジニアのハンドブッ
ク」第５版、米国ニューヨーク・マックグロー−ヒル・
ブック・カンパニー刊、セクション１３Ｂ．Ｄ．スミス
著「蒸留」第１３−３頁の「連続蒸留プロセス」の欄を
参照されたい。「複コラムシステム」とは、比較的高い
圧力のコラムと、比較的低い圧力のコラムとを組合せた
ものであり、比較的高い圧力のコラムの上端と、比較的
低い圧力のコラムの下端が熱交換関係に接続されてい
る。複コラムの詳細は、ルエマン著「ガスの分離」オク
スフォード大学出版、１９４９年刊、第VII 章「商業用
空気分離」に記載されている。
【００１２】気液接触分離法は、各成分の蒸気圧の差に
依存している。蒸気圧の高い（又は揮発性の高い又は沸
点の低い）成分は、蒸気相として濃縮しようとするのに
対して、蒸気圧の低い（又は揮発性の低い又は沸点の高
い）成分は、液相として濃縮しようとする。「蒸留」と
は、液体混合物を加熱することによって揮発性成分を蒸
気相として濃縮させ、その結果として揮発性の低い成分
を液相として濃縮させる分離プロセスである。「部分凝
縮」とは、蒸気混合物を冷却することによって揮発性成
分を蒸気相として濃縮させ、その結果として揮発性の低
い成分を液相として濃縮させる分離プロセスである。
「精留」又は「連続蒸留」とは、蒸気相と液相を向流接
触関係で処理することによって次々に行われる部分蒸発
と部分凝縮とを組合せた分離プロセスである。蒸気相と
液相との向流接触は、断熱プロセスであり、蒸気相と液
相との接触は積分接触であってもよく、あるいは、微分
接触であってもよい。精留の原理を利用して混合物を分
離するための分離装置は、精留コラム、蒸留コラム、又
は、分留コラムと称される。
依存している。蒸気圧の高い（又は揮発性の高い又は沸
点の低い）成分は、蒸気相として濃縮しようとするのに
対して、蒸気圧の低い（又は揮発性の低い又は沸点の高
い）成分は、液相として濃縮しようとする。「蒸留」と
は、液体混合物を加熱することによって揮発性成分を蒸
気相として濃縮させ、その結果として揮発性の低い成分
を液相として濃縮させる分離プロセスである。「部分凝
縮」とは、蒸気混合物を冷却することによって揮発性成
分を蒸気相として濃縮させ、その結果として揮発性の低
い成分を液相として濃縮させる分離プロセスである。
「精留」又は「連続蒸留」とは、蒸気相と液相を向流接
触関係で処理することによって次々に行われる部分蒸発
と部分凝縮とを組合せた分離プロセスである。蒸気相と
液相との向流接触は、断熱プロセスであり、蒸気相と液
相との接触は積分接触であってもよく、あるいは、微分
接触であってもよい。精留の原理を利用して混合物を分
離するための分離装置は、精留コラム、蒸留コラム、又
は、分留コラムと称される。
【００１３】ここでいう「間接熱交換」とは、２つの流
体流れを互いに物理的に接触又は混合させることなく熱
交換関係にもたらすことである。「パッキング」とは、
コラム内での液相と気相との向流関係をなしての移動
中、気液界面における物質移動を促進するための表面を
提供するコラム内器材として用いられる所定の形態、サ
イズ及び形状の充実又は中空部材のことである。「ラン
ダムパッキング」（不規則なパッキング部材）とは、互
いに、かつ、コラムの軸線に対して特定の向きをもたな
い、不規則に配置されたパッキング部材のことである。
体流れを互いに物理的に接触又は混合させることなく熱
交換関係にもたらすことである。「パッキング」とは、
コラム内での液相と気相との向流関係をなしての移動
中、気液界面における物質移動を促進するための表面を
提供するコラム内器材として用いられる所定の形態、サ
イズ及び形状の充実又は中空部材のことである。「ラン
ダムパッキング」（不規則なパッキング部材）とは、互
いに、かつ、コラムの軸線に対して特定の向きをもたな
い、不規則に配置されたパッキング部材のことである。
【００１４】ここでいう「外部熱」とは、コラム領域の
外部からの熱のことであり、コラム壁の内側表面上に生
成された液体の少くとも一部を蒸発させるのに十分な量
の熱をいう。「ストリッピングセクション」とは、低揮
発性成分が液相として濃縮され、高揮発性成分が上昇蒸
気によって液体からストリッピングされるコラム内のセ
クションをいう。「理論プレート」とは、そのプレート
から出ていく上昇蒸気と流下液体とが物質移動の点で平
衡状態となるようにする気液接触プレートのことをい
う。「ＨＥＴＰ」とは、理論プレートによって達成され
る組成変化に等しい組成変化を達成するのに必要とされ
るパッキングの高さ（厚さ）のことである。
外部からの熱のことであり、コラム壁の内側表面上に生
成された液体の少くとも一部を蒸発させるのに十分な量
の熱をいう。「ストリッピングセクション」とは、低揮
発性成分が液相として濃縮され、高揮発性成分が上昇蒸
気によって液体からストリッピングされるコラム内のセ
クションをいう。「理論プレート」とは、そのプレート
から出ていく上昇蒸気と流下液体とが物質移動の点で平
衡状態となるようにする気液接触プレートのことをい
う。「ＨＥＴＰ」とは、理論プレートによって達成され
る組成変化に等しい組成変化を達成するのに必要とされ
るパッキングの高さ（厚さ）のことである。
【００１５】「構造体型パッキング」とは、個々のパッ
キング部材が互いに、かつ、コラムの軸線に対して特定
の向きに構造体として配向されたパッキングのことであ
る。典型的な構造体型パッキングは、板金で製造された
ハネカム（蜂の巣）構造体のパッキングである。構造体
型パッキングの具体例は、米国特許第４，１８６，１５
９号、４，２９６，０５０号、４，９２９，３９９号及
び５，１３２，０５６号に開示されている。
キング部材が互いに、かつ、コラムの軸線に対して特定
の向きに構造体として配向されたパッキングのことであ
る。典型的な構造体型パッキングは、板金で製造された
ハネカム（蜂の巣）構造体のパッキングである。構造体
型パッキングの具体例は、米国特許第４，１８６，１５
９号、４，２９６，０５０号、４，９２９，３９９号及
び５，１３２，０５６号に開示されている。
【００１６】
【実施例】図１は、供給空気の極低温蒸留によって酸
素、窒素及び粗アルゴンを生成するアルゴン生成コラム
を含む複コラムシステムを用いる極低温空気分離プラン
トに組入れて使用される本発明の充填コラム式蒸留シス
テムの好ましい実施例の概略図である。図１を参照して
説明すると、圧縮され、冷却され、水蒸気や二酸化炭素
等の高沸点不純物を除去された高圧の供給空気１を複コ
ラムシステムの高圧コラムであるコラム２へ導入する。
「供給空気」とは、成分分離のための原料として供給さ
れる、主として窒素と酸素から成る空気（混合物）のこ
とである。ここでは、説明の便宜上、各流体を搬送する
導管と、その流体又はその流れとは同じ参照番号で表す
こととする。コラム２内で、供給空気１は、極低温蒸留
によって窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液体とに分離される。
酸素濃縮液体は、コラム２の下部から導管３を通してア
ルゴン生成コラム（以下、単に「アルゴンコラム」と称
する）１６の頂部凝縮器４へ通され、頂部凝縮器４内で
該凝縮器内のアルゴン豊富蒸気と接触して部分的に気化
（蒸発）する。その結果生じた酸素豊富蒸気と残りの酸
素豊富液体は、それぞれ頂部凝縮器４から蒸気流れ６及
び液体流れ７として複コラムシステムの比較的低い圧力
のコラムであるコラム５へ送られる。所望ならば、圧縮
され、冷却され、浄化された供給空気１の一部分をター
ボ膨脹させて冷凍作用を生じさせ、追加の供給空気とし
て直接コラム５へ送給してもよく、あるいは、図１に示
されるように流れ６に合流される流れ８としてコラム５
へ送給することができる。
素、窒素及び粗アルゴンを生成するアルゴン生成コラム
を含む複コラムシステムを用いる極低温空気分離プラン
トに組入れて使用される本発明の充填コラム式蒸留シス
テムの好ましい実施例の概略図である。図１を参照して
説明すると、圧縮され、冷却され、水蒸気や二酸化炭素
等の高沸点不純物を除去された高圧の供給空気１を複コ
ラムシステムの高圧コラムであるコラム２へ導入する。
「供給空気」とは、成分分離のための原料として供給さ
れる、主として窒素と酸素から成る空気（混合物）のこ
とである。ここでは、説明の便宜上、各流体を搬送する
導管と、その流体又はその流れとは同じ参照番号で表す
こととする。コラム２内で、供給空気１は、極低温蒸留
によって窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液体とに分離される。
酸素濃縮液体は、コラム２の下部から導管３を通してア
ルゴン生成コラム（以下、単に「アルゴンコラム」と称
する）１６の頂部凝縮器４へ通され、頂部凝縮器４内で
該凝縮器内のアルゴン豊富蒸気と接触して部分的に気化
（蒸発）する。その結果生じた酸素豊富蒸気と残りの酸
素豊富液体は、それぞれ頂部凝縮器４から蒸気流れ６及
び液体流れ７として複コラムシステムの比較的低い圧力
のコラムであるコラム５へ送られる。所望ならば、圧縮
され、冷却され、浄化された供給空気１の一部分をター
ボ膨脹させて冷凍作用を生じさせ、追加の供給空気とし
て直接コラム５へ送給してもよく、あるいは、図１に示
されるように流れ６に合流される流れ８としてコラム５
へ送給することができる。
【００１７】一方、窒素濃縮蒸気は、高圧コラム２から
流れ９として低圧コラム５の底部凝縮器である主凝縮器
１０内へ送られ、そこで低圧コラム５の底部の底部液と
の間接熱交換によって凝縮し、底部液を沸騰させる。凝
縮の結果生じた窒素濃縮液体は、流れ１１としてコラム
２へ液体還流として戻される。所望ならば、窒素濃縮液
体の一部分を液体還流としてコラム５へ戻すこともでき
る。又、所望ならば、窒素濃縮液体の一部分を製品液体
窒素（製品としての液体窒素）として回収することもで
きる。
流れ９として低圧コラム５の底部凝縮器である主凝縮器
１０内へ送られ、そこで低圧コラム５の底部の底部液と
の間接熱交換によって凝縮し、底部液を沸騰させる。凝
縮の結果生じた窒素濃縮液体は、流れ１１としてコラム
２へ液体還流として戻される。所望ならば、窒素濃縮液
体の一部分を液体還流としてコラム５へ戻すこともでき
る。又、所望ならば、窒素濃縮液体の一部分を製品液体
窒素（製品としての液体窒素）として回収することもで
きる。
【００１８】複コラムシステムの低圧コラム５は、高圧
コラム２の圧力より低い圧力で作動する。コラム５内
で、供給物は、極低温蒸留によって酸素豊富流体と窒素
豊富流体とに分離される。この分離は、少くとも一部
は、パッキングから成る物質移動部材を用いて行われ
る。使用するパッキングは、構造体型パッキングである
ことが好ましい。酸素豊富蒸気は、コラム５から流れ１
２として抽出され、製品酸素ガスとして回収される。所
望ならば、酸素豊富液体も、コラム５から回収すること
ができる。窒素豊富蒸気は、コラム５から流れ１３とし
て抽出され、製品窒素として回収される。製品純度を制
御する目的で、廃棄流れ１４が、流れ１３の抽出部位よ
り下方でコラム５から排出される。
コラム２の圧力より低い圧力で作動する。コラム５内
で、供給物は、極低温蒸留によって酸素豊富流体と窒素
豊富流体とに分離される。この分離は、少くとも一部
は、パッキングから成る物質移動部材を用いて行われ
る。使用するパッキングは、構造体型パッキングである
ことが好ましい。酸素豊富蒸気は、コラム５から流れ１
２として抽出され、製品酸素ガスとして回収される。所
望ならば、酸素豊富液体も、コラム５から回収すること
ができる。窒素豊富蒸気は、コラム５から流れ１３とし
て抽出され、製品窒素として回収される。製品純度を制
御する目的で、廃棄流れ１４が、流れ１３の抽出部位よ
り下方でコラム５から排出される。
【００１９】コラム５からは、更に、主として酸素とア
ルゴンを含む流れ１５が抽出され、アルゴンコラム１６
へ通されてアルゴンコラム内で極低温蒸留によってアル
ゴン豊富蒸気と酸素豊富液体とに分離される。アルゴン
コラム１６内の充填物即ち物質移動部材は、パッキング
であることが好ましく、構造体型パッキングであること
が最も好ましい。ただし、図１に示された実施例では、
アルゴンコラム１６は、その下方部分において物質移動
部材としてトレーも使用している。酸素豊富液体は、ア
ルゴンコラム１６からコラム５内へ流れ１７として送ら
れる。アルゴン豊富蒸気は、流れ１８としてアルゴンコ
ラム１６の頂部凝縮器４へ通され、該凝縮器内で先に述
べたように酸素濃縮液体との間接熱交換によって一部凝
縮され、相手の酸素濃縮液体を一部蒸発させる（気化す
る）。その結果生じた２相（気相と液相）のアルゴン豊
富流体は、相分離器２０へ通され通され、相分離器２０
内で分離された液相アルゴン豊富流体（アルゴン豊富液
体）の一部分は、還流としてコラム１６へ戻される。相
分離器２０内で分離された液相アルゴン豊富流体（アル
ゴン豊富液体）の他の一部分と、気相アルゴン豊富流体
（アルゴン蒸気）は、コラム１６からそれぞれ流れ２２
及び流れ２３として抽出され、製品粗アルゴン（製品と
しての粗アルゴン）として回収される。
ルゴンを含む流れ１５が抽出され、アルゴンコラム１６
へ通されてアルゴンコラム内で極低温蒸留によってアル
ゴン豊富蒸気と酸素豊富液体とに分離される。アルゴン
コラム１６内の充填物即ち物質移動部材は、パッキング
であることが好ましく、構造体型パッキングであること
が最も好ましい。ただし、図１に示された実施例では、
アルゴンコラム１６は、その下方部分において物質移動
部材としてトレーも使用している。酸素豊富液体は、ア
ルゴンコラム１６からコラム５内へ流れ１７として送ら
れる。アルゴン豊富蒸気は、流れ１８としてアルゴンコ
ラム１６の頂部凝縮器４へ通され、該凝縮器内で先に述
べたように酸素濃縮液体との間接熱交換によって一部凝
縮され、相手の酸素濃縮液体を一部蒸発させる（気化す
る）。その結果生じた２相（気相と液相）のアルゴン豊
富流体は、相分離器２０へ通され通され、相分離器２０
内で分離された液相アルゴン豊富流体（アルゴン豊富液
体）の一部分は、還流としてコラム１６へ戻される。相
分離器２０内で分離された液相アルゴン豊富流体（アル
ゴン豊富液体）の他の一部分と、気相アルゴン豊富流体
（アルゴン蒸気）は、コラム１６からそれぞれ流れ２２
及び流れ２３として抽出され、製品粗アルゴン（製品と
しての粗アルゴン）として回収される。
【００２０】図１に示された実施例では、コラム５へ外
部熱を供給するための手段は、コラム５のストリッピン
グセクションを囲繞したジャケット２４である。ジャケ
ット２４へ蒸気流が供給され、その蒸気流がジャケット
内で冷却され、好ましくは凝縮し、その結果としてコラ
ム５の壁に熱を与える。ジャケット２４は、コラム５の
ストリッピングセクションだけでなく、コラムの全高又
は任意の高さを囲繞するものとすることもできる。図１
に示された実施例では、供給空気１の一部分２５がジャ
ケット２４へ通されてジャケット内で凝縮し、コラム５
の外壁面に外部熱を供給する。熱は、コラム５の壁を通
して伝導される。先に述べたように、コラム５の壁の内
表面上に液体（壁沿い液体）が堆積する。一般に、コラ
ム５の壁の内表面上に堆積する「壁沿い液体」は、コラ
ムのパッキングセクションの上から、及び、又はそのセ
クションの充填物（パッキング）からの流れから生じ
る。コラム５の壁を通して伝導される熱は、コラム５の
壁の内表面上の壁沿い液体の一部又は全部を蒸発（気
化）させる。凝縮した供給空気は、ジャケット２４から
流れ２６として排出され、好ましくは図１に示されるよ
うにコラム５内へ送られる。図１の実施例では、凝縮し
た供給空気の流れ２６は、酸素豊富液体の流れ７と合流
されてコラム５内へ通される。パッキング又は他の物質
移動部材から成る気液接触セクション（区間）は、ここ
では、「コラムセクション」、「ストリッピングセクシ
ョン」、「パッキングセクション」又は単に「セクショ
ン」と称する。
部熱を供給するための手段は、コラム５のストリッピン
グセクションを囲繞したジャケット２４である。ジャケ
ット２４へ蒸気流が供給され、その蒸気流がジャケット
内で冷却され、好ましくは凝縮し、その結果としてコラ
ム５の壁に熱を与える。ジャケット２４は、コラム５の
ストリッピングセクションだけでなく、コラムの全高又
は任意の高さを囲繞するものとすることもできる。図１
に示された実施例では、供給空気１の一部分２５がジャ
ケット２４へ通されてジャケット内で凝縮し、コラム５
の外壁面に外部熱を供給する。熱は、コラム５の壁を通
して伝導される。先に述べたように、コラム５の壁の内
表面上に液体（壁沿い液体）が堆積する。一般に、コラ
ム５の壁の内表面上に堆積する「壁沿い液体」は、コラ
ムのパッキングセクションの上から、及び、又はそのセ
クションの充填物（パッキング）からの流れから生じ
る。コラム５の壁を通して伝導される熱は、コラム５の
壁の内表面上の壁沿い液体の一部又は全部を蒸発（気
化）させる。凝縮した供給空気は、ジャケット２４から
流れ２６として排出され、好ましくは図１に示されるよ
うにコラム５内へ送られる。図１の実施例では、凝縮し
た供給空気の流れ２６は、酸素豊富液体の流れ７と合流
されてコラム５内へ通される。パッキング又は他の物質
移動部材から成る気液接触セクション（区間）は、ここ
では、「コラムセクション」、「ストリッピングセクシ
ョン」、「パッキングセクション」又は単に「セクショ
ン」と称する。
【００２１】図１に示された実施例は、ジャケット２４
に外部熱を供給するために供給空気流を用いているが、
高圧コラム２から抽出したガス状窒素流、過熱タービン
空気、又はアルゴンコラム１６から抽出した流れ等の任
意の有効なプロセス流体を用いることができる。これら
の代替方法は、図２に概略的に例示されている。あるい
は又、コラム壁に外部熱を供給するための手段として、
電気抵抗によってコラム壁を加熱する方法など他の任意
の有効な手段を用いることができる。「外部熱」とは、
コラム５の外部から供給される熱のことであり、コラム
内で上昇する蒸気と流下する液体との間で交換される熱
とは区別すべきである。外部熱は、コラムの外表面に供
給してもよく、あるいは、コラム内へ導入してコラム壁
の内表面に供給してもよい。
に外部熱を供給するために供給空気流を用いているが、
高圧コラム２から抽出したガス状窒素流、過熱タービン
空気、又はアルゴンコラム１６から抽出した流れ等の任
意の有効なプロセス流体を用いることができる。これら
の代替方法は、図２に概略的に例示されている。あるい
は又、コラム壁に外部熱を供給するための手段として、
電気抵抗によってコラム壁を加熱する方法など他の任意
の有効な手段を用いることができる。「外部熱」とは、
コラム５の外部から供給される熱のことであり、コラム
内で上昇する蒸気と流下する液体との間で交換される熱
とは区別すべきである。外部熱は、コラムの外表面に供
給してもよく、あるいは、コラム内へ導入してコラム壁
の内表面に供給してもよい。
【００２２】本発明の最も好ましい実施例においては、
コラム５を二重壁コラムとし、プロセス流体を二重壁コ
ラムの外壁と内壁の間の環状空間を通して通流させ、そ
の間にプロセス流体が凝縮又は過熱戻し作用を受けてコ
ラム壁に外部熱を供給する構成とする。この二重壁構造
は、図２に概略的に示されている。即ち、図２には、コ
ラム５が内壁２７と外壁２８を有する二重壁コラムとし
て示されている。蒸気を二重壁コラム５の外壁２８と内
壁２７の間の環状空間に導入して外部熱を内壁２７の外
表面に与え、そこから熱をコラム５内へ通して先に述べ
た態様で壁２７の内表面上の液体を気化させる。外部熱
を供給するための蒸気は、過熱タービン空気、高圧コラ
ム２からの窒素豊富蒸気、又はコラム５の下方部分から
の酸素豊富蒸気等の任意の供給源から得ることができ
る。それらの供給源からの蒸気又は空気の流れは、図２
に流れ２９としての代表的に例示されている。先に述べ
たように、そのような蒸気は、凝縮してコラム５内の壁
沿い液体に外部熱を与えて気化させる。過熱タービン空
気の場合は、壁沿い液体に外部熱を与えて気化させ、自
らは過熱戻し（過熱低減）作用を受ける、即ち冷却され
る。
コラム５を二重壁コラムとし、プロセス流体を二重壁コ
ラムの外壁と内壁の間の環状空間を通して通流させ、そ
の間にプロセス流体が凝縮又は過熱戻し作用を受けてコ
ラム壁に外部熱を供給する構成とする。この二重壁構造
は、図２に概略的に示されている。即ち、図２には、コ
ラム５が内壁２７と外壁２８を有する二重壁コラムとし
て示されている。蒸気を二重壁コラム５の外壁２８と内
壁２７の間の環状空間に導入して外部熱を内壁２７の外
表面に与え、そこから熱をコラム５内へ通して先に述べ
た態様で壁２７の内表面上の液体を気化させる。外部熱
を供給するための蒸気は、過熱タービン空気、高圧コラ
ム２からの窒素豊富蒸気、又はコラム５の下方部分から
の酸素豊富蒸気等の任意の供給源から得ることができ
る。それらの供給源からの蒸気又は空気の流れは、図２
に流れ２９としての代表的に例示されている。先に述べ
たように、そのような蒸気は、凝縮してコラム５内の壁
沿い液体に外部熱を与えて気化させる。過熱タービン空
気の場合は、壁沿い液体に外部熱を与えて気化させ、自
らは過熱戻し（過熱低減）作用を受ける、即ち冷却され
る。
【００２３】蒸気は、又、図２に流れ３０として示され
るようにアルゴンコラム１６から得てもよい。又、アル
ゴンコラムの頂部からのアルゴン豊富蒸気の一部を外部
熱供給のための蒸気源として用いることも可能である。
アルゴンコラム１６の中間の高さの部位から抽出された
蒸気は、凝縮して低圧コラム５への外部熱用蒸気の供給
部より下の該コラム５の壁の内表面上の壁沿い液体を気
化させ、その結果、両方のコラム（コラム５とコラム１
６）内の濃度勾配を低減させ、アルゴンの回収率を高め
る。
るようにアルゴンコラム１６から得てもよい。又、アル
ゴンコラムの頂部からのアルゴン豊富蒸気の一部を外部
熱供給のための蒸気源として用いることも可能である。
アルゴンコラム１６の中間の高さの部位から抽出された
蒸気は、凝縮して低圧コラム５への外部熱用蒸気の供給
部より下の該コラム５の壁の内表面上の壁沿い液体を気
化させ、その結果、両方のコラム（コラム５とコラム１
６）内の濃度勾配を低減させ、アルゴンの回収率を高め
る。
【００２４】上述したように、二重壁コラムが本発明を
実施するための最も好ましい構成であるが、図１に示さ
れるようなジャケット２４をコラム５の全高に亙って延
設した場合、ジャケットは、実効上は、図２に示された
ような二重壁コラムと同じになる。二重壁コラム構成で
あれ、ジャケット構成であれ、内外壁間の又はジャケッ
ト内の環状空間内へプロセス流体が導入される。プロセ
ス流体がコラム壁上で凝縮すると、コラムの内壁面に沿
って流れる液体を沸騰させるのに必要な熱束を供給す
る。外部熱供給手段として環状空間を使用することは、
凝縮しようとする蒸気が、コラム壁の内表面に沿って流
れる多数の液体細流によって惹起されたコラム壁の外表
面上のすべての冷温縞即ちコールドスポットに接触する
ことができるという点で特に有利である。これらの液体
細流は、低沸点成分を含有しており、最も低い温度を有
する。コラム壁の外表面上のこれらのコールドスポット
は、コラム壁の内表面側の沸騰する液体流とコラム壁の
外表面側の凝縮蒸気流との間に熱的駆動力が最大限であ
る、即ち温度差△Ｔが最大限である多数の区域を創生す
るので、凝縮しようとする蒸気は、コラム壁の外表面上
のコールドスポットに集まる。凝縮させるべき蒸気は、
ジャケットの頂部から、あるいは、ジャケット又は二重
壁の環状空間の円周の周りの幾つかの部位から導入する
ことが好ましい。蒸気は、環状空間内に流入し、直ちに
コラム壁の外表面上のコールドスポットを見つけて凝縮
する。このようにして凝縮した凝縮液は、コラム壁の外
表面に沿って流下し、底部で収集されて気液分離器へ排
出される。次いで、分離された液体は、コラム５内の所
定部位へ戻されるか、あるいは、粗凝縮器へ移送され、
そこから蒸留工程へ通される。
実施するための最も好ましい構成であるが、図１に示さ
れるようなジャケット２４をコラム５の全高に亙って延
設した場合、ジャケットは、実効上は、図２に示された
ような二重壁コラムと同じになる。二重壁コラム構成で
あれ、ジャケット構成であれ、内外壁間の又はジャケッ
ト内の環状空間内へプロセス流体が導入される。プロセ
ス流体がコラム壁上で凝縮すると、コラムの内壁面に沿
って流れる液体を沸騰させるのに必要な熱束を供給す
る。外部熱供給手段として環状空間を使用することは、
凝縮しようとする蒸気が、コラム壁の内表面に沿って流
れる多数の液体細流によって惹起されたコラム壁の外表
面上のすべての冷温縞即ちコールドスポットに接触する
ことができるという点で特に有利である。これらの液体
細流は、低沸点成分を含有しており、最も低い温度を有
する。コラム壁の外表面上のこれらのコールドスポット
は、コラム壁の内表面側の沸騰する液体流とコラム壁の
外表面側の凝縮蒸気流との間に熱的駆動力が最大限であ
る、即ち温度差△Ｔが最大限である多数の区域を創生す
るので、凝縮しようとする蒸気は、コラム壁の外表面上
のコールドスポットに集まる。凝縮させるべき蒸気は、
ジャケットの頂部から、あるいは、ジャケット又は二重
壁の環状空間の円周の周りの幾つかの部位から導入する
ことが好ましい。蒸気は、環状空間内に流入し、直ちに
コラム壁の外表面上のコールドスポットを見つけて凝縮
する。このようにして凝縮した凝縮液は、コラム壁の外
表面に沿って流下し、底部で収集されて気液分離器へ排
出される。次いで、分離された液体は、コラム５内の所
定部位へ戻されるか、あるいは、粗凝縮器へ移送され、
そこから蒸留工程へ通される。
【００２５】上述した二重壁又はジャケットに代わる外
部熱供給手段として、凝縮させるべきプロセス流体又は
任意の熱源流体を通流させることができるチャンネルを
コラム壁に溶接することもできる。それらのチャンネル
は、コラムの長手に沿って延長させてもよく、あるいは
円周方向に延長させてもよい。ただし、このようなチャ
ンネルは、そのチャンネルが覆っているコラム壁部分に
生じる上述した液体細流によるコールドスポットに対し
ては蒸気を接触させることができるが、チャンネルとチ
ャンネルの間に生じるコールドスポットに対しては蒸気
を接触させることができないので、二重壁又はジャケッ
トほどは効率がよくない。
部熱供給手段として、凝縮させるべきプロセス流体又は
任意の熱源流体を通流させることができるチャンネルを
コラム壁に溶接することもできる。それらのチャンネル
は、コラムの長手に沿って延長させてもよく、あるいは
円周方向に延長させてもよい。ただし、このようなチャ
ンネルは、そのチャンネルが覆っているコラム壁部分に
生じる上述した液体細流によるコールドスポットに対し
ては蒸気を接触させることができるが、チャンネルとチ
ャンネルの間に生じるコールドスポットに対しては蒸気
を接触させることができないので、二重壁又はジャケッ
トほどは効率がよくない。
【００２６】本発明の更に別の変型実施例として、熱追
跡バンド又はチューブのような導管手段をコラム内のパ
ッキングとコラム壁の内表面との間に通すことができ
る。この場合、プロセス流体をそれらのバンド又はチュ
ーブ内を通して通流させ、コラム壁の内表面に外部熱を
与えてコラム壁の壁沿い液体を気化させることができ
る。この実施例は、図５に概略的に例示されている。
跡バンド又はチューブのような導管手段をコラム内のパ
ッキングとコラム壁の内表面との間に通すことができ
る。この場合、プロセス流体をそれらのバンド又はチュ
ーブ内を通して通流させ、コラム壁の内表面に外部熱を
与えてコラム壁の壁沿い液体を気化させることができ
る。この実施例は、図５に概略的に例示されている。
【００２７】
【発明の効果】本発明によって達成される利点は、本発
明によって得られた結果と、在来のコラムにおいて得ら
れて結果と、先に述べた液体再分配器を備えたコラムに
おいて得られて結果とを対比して示す図３及び４から明
らかである。図３は、上記３種類の充填コラム内の液相
の温度分布を示す。即ち、図３Ａは、液体再分配器を備
えていない在来の充填コラムの温度分布を示す。図３Ｂ
は、液体再分配器を備えてた充填コラムの温度分布を示
す。図３Ｃは、本発明による充填コラムの温度分布を示
す。温度分布は、それぞれのコラムによって達成するこ
とができる分離効率の高さを直接的に表す指標である。
図３Ｃに示される平坦な等温曲線は、理想的な望ましい
状態を示す。図３Ａ及びＢに示される垂れ下がった等温
曲線は、コラム壁の近傍において低沸点成分の含有量が
高いことを表す。液体再分配器は、バルク液体（パッキ
ング内の曲がりくねった経路を通って流れる主流の液
体）と壁沿い液体とを周期的に再混合させることによっ
て壁沿い液体を処理し、それによって、液体再分配後の
コラムセクションの頂部における等温曲線を平坦にする
が、液体再分配後コラム内を流下していくにつれて温度
分布は急激に悪くなる。これは、図３Ｃに示される本発
明の場合とは対照的である。本発明によれば、平坦な等
温曲線が床即ちパッキングセクションの全長即ち全高に
亙って維持される。
明によって得られた結果と、在来のコラムにおいて得ら
れて結果と、先に述べた液体再分配器を備えたコラムに
おいて得られて結果とを対比して示す図３及び４から明
らかである。図３は、上記３種類の充填コラム内の液相
の温度分布を示す。即ち、図３Ａは、液体再分配器を備
えていない在来の充填コラムの温度分布を示す。図３Ｂ
は、液体再分配器を備えてた充填コラムの温度分布を示
す。図３Ｃは、本発明による充填コラムの温度分布を示
す。温度分布は、それぞれのコラムによって達成するこ
とができる分離効率の高さを直接的に表す指標である。
図３Ｃに示される平坦な等温曲線は、理想的な望ましい
状態を示す。図３Ａ及びＢに示される垂れ下がった等温
曲線は、コラム壁の近傍において低沸点成分の含有量が
高いことを表す。液体再分配器は、バルク液体（パッキ
ング内の曲がりくねった経路を通って流れる主流の液
体）と壁沿い液体とを周期的に再混合させることによっ
て壁沿い液体を処理し、それによって、液体再分配後の
コラムセクションの頂部における等温曲線を平坦にする
が、液体再分配後コラム内を流下していくにつれて温度
分布は急激に悪くなる。これは、図３Ｃに示される本発
明の場合とは対照的である。本発明によれば、平坦な等
温曲線が床即ちパッキングセクションの全長即ち全高に
亙って維持される。
【００２８】本発明の重要な利点は、パッキングセクシ
ョンの全高に亙って比較的一定であることである。図４
は、図３に示された在来の充填コラム、再分配器を備え
た充填コラム、及び本発明の充填コラムにおけるＢＥＤ
ＨＴ（床の高さ）対ＨＥＴＰの関係を示す。ＨＥＴＰ
は、先に述べたように、組成変化を達成するのに理論的
に必要とされるパッキングの高さ、換言すれば、１つの
理論プレートの高さに等しい高さを有するパッキングの
ことである。図４Ａ及びＢにおいては、ＨＥＴＰは、急
激に悪化する。即ち、ＨＥＴＰは、床の高さ（ＢＥＤ
ＨＴ）が増大するにつれて増大する。液体再分配は、Ｈ
ＥＴＰの平均値をある程度減少させることができる。こ
れに対して、本発明によれば、図４Ｃに示されるよう
に、ＨＥＴＰは、非常に高いパッキングセクション
（床）の全高に亙って比較的一定である。従って、所要
の分離効率を比較的低い床（比較的低い値のＨＥＴＰ）
で実現することができる。要するに、本発明によれば、
液体再分配を行う必要なしに、低ＨＥＴＰを実現するこ
とができる。かくして、本発明は、充填蒸留コラムにお
いて従来可能であったより優れた分離効率を達成する。
ョンの全高に亙って比較的一定であることである。図４
は、図３に示された在来の充填コラム、再分配器を備え
た充填コラム、及び本発明の充填コラムにおけるＢＥＤ
ＨＴ（床の高さ）対ＨＥＴＰの関係を示す。ＨＥＴＰ
は、先に述べたように、組成変化を達成するのに理論的
に必要とされるパッキングの高さ、換言すれば、１つの
理論プレートの高さに等しい高さを有するパッキングの
ことである。図４Ａ及びＢにおいては、ＨＥＴＰは、急
激に悪化する。即ち、ＨＥＴＰは、床の高さ（ＢＥＤ
ＨＴ）が増大するにつれて増大する。液体再分配は、Ｈ
ＥＴＰの平均値をある程度減少させることができる。こ
れに対して、本発明によれば、図４Ｃに示されるよう
に、ＨＥＴＰは、非常に高いパッキングセクション
（床）の全高に亙って比較的一定である。従って、所要
の分離効率を比較的低い床（比較的低い値のＨＥＴＰ）
で実現することができる。要するに、本発明によれば、
液体再分配を行う必要なしに、低ＨＥＴＰを実現するこ
とができる。かくして、本発明は、充填蒸留コラムにお
いて従来可能であったより優れた分離効率を達成する。
【００２９】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、プロセス流体を加熱ジャケットを通し
て通流させることによりストリッピングセクションのコ
ラム壁に外部熱を供給するようにした本発明の充填コラ
ム式蒸留システムの好ましい実施例の概略断面図であ
る。
て通流させることによりストリッピングセクションのコ
ラム壁に外部熱を供給するようにした本発明の充填コラ
ム式蒸留システムの好ましい実施例の概略断面図であ
る。
【図２】図２は、二重壁コラムの外壁と内壁の間の環状
空間へ熱を供給するようにした二重壁コラムの概略断面
図である。
空間へ熱を供給するようにした二重壁コラムの概略断面
図である。
【図３】図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、それぞれ、在来の充
填コラム、再分配器を備えた充填コラム、及び本発明の
充填コラムにおけるコラム内液相の温度分布を示す概略
断面図である。
填コラム、再分配器を備えた充填コラム、及び本発明の
充填コラムにおけるコラム内液相の温度分布を示す概略
断面図である。
【図４】図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、それぞれ、在来の充
填コラム、再分配器を備えた充填コラム、及び本発明の
充填コラムにおける床高さ対ＨＥＴＰの関係を示すグラ
フである。
填コラム、再分配器を備えた充填コラム、及び本発明の
充填コラムにおける床高さ対ＨＥＴＰの関係を示すグラ
フである。
【図５】図５は、コラム壁の内側表面に外部熱を供給す
るようにした本発明の充填コラムの概略断面図である。
るようにした本発明の充填コラムの概略断面図である。
１：供給空気 ２：高圧コラム ３：酸素濃縮液体 ５：低圧コラム ６：酸素豊富蒸気 ７：酸素豊富液体 ９：窒素濃縮蒸気 １２：酸素豊富蒸気 １３：窒素豊富蒸気 １６：アルゴンコラム １８：アルゴン豊富蒸気 ２４：ジャケット ２５：供給空気 ２６：凝縮空気 ２７：内壁 ２８：外壁 ２９：蒸気の流れ ３０：蒸気の流れ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・アーサー・ベドーム アメリカ合衆国ニューヨーク州トナワン ダ、エルムウッド・パーク・イースト94
Claims (20)
- 【請求項１】 パッキングから成る物質移動部材を備え
た蒸留コラムであって、 該コラムの壁に外部熱を供給するための外部熱供給手段
を有することを特徴とする蒸留コラム。 - 【請求項２】 前記外部熱供給手段は、該コラムの全高
の少くとも一部分に亙って延設されたジャケットと、該
ジャケットとコラムの壁によって画定された空間内へ流
体を供給するための手段と、該空間から流体を抽出する
ための手段から成ることを特徴とする請求項１に記載の
蒸留コラム。 - 【請求項３】 前記空間から抽出された流体を該コラム
内へ通すための手段を含むことを特徴とする請求項２に
記載の蒸留コラム。 - 【請求項４】 該コラムはストリッピングセクションを
含み、前記ジャケットは、該ストリッピングセクション
の少くとも一部分を覆うように該コラムに配置されてい
ることを特徴とする請求項２に記載の蒸留コラム。 - 【請求項５】 該コラムは、間に環状空間を画定する内
壁と外壁を有する二重壁コラムであり、前記外部熱供給
手段は、該環状空間内へ流体を供給するための手段から
成ることを特徴とする請求項１に記載の蒸留コラム。 - 【請求項６】 前記パッキングは、構造体型パッキング
であることを特徴とする請求項１に記載の蒸留コラム。 - 【請求項７】 前記外部熱供給手段は、前記パッキング
と該コラムの壁との間に流体を通すための導管から成る
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸留コラム。 - 【請求項８】 パッキングから成る物質移動部材を有す
る蒸留コラムを準備し、該蒸留コラム内に物質移動部材
を覆うようにして蒸気と液体を互いに向流関係に通流さ
せることにより蒸留を実施する方法であって、 該蒸留コラムの壁の内表面に堆積した液体の少くとも一
部を気化させるのに十分な量の外部熱を該コラムの壁に
供給することを特徴とする蒸留方法。 - 【請求項９】 前記コラムの壁の外表面に接触させて流
体を通し、該流体を冷却させることによって前記外部熱
を供給することを特徴とする請求項８に記載の蒸留方
法。 - 【請求項１０】 前記流体は蒸気であり、該流体の少く
とも一部が凝縮されることを特徴とする請求項９に記載
の蒸留方法。 - 【請求項１１】 前記冷却された流体の少くとも一部を
前記コラム内へ通すことを特徴とする請求項９に記載の
蒸留方法。 - 【請求項１２】 該蒸留方法は空気の極低温蒸留であ
り、前記コラムは、供給空気流を有する比較的高い圧力
のコラムと、比較的低い圧力のコラムとを組合せた複コ
ラムシステムの該比較的低い圧力のコラムであることを
特徴とする請求項９に記載の蒸留方法。 - 【請求項１３】 前記流体は、比較的高い圧力のコラム
への前記供給空気流から抽出されることを特徴とする請
求項１２に記載の蒸留方法。 - 【請求項１４】 前記流体は、過熱空気流であり、前記
蒸留コラムの壁の内表面に堆積した液体との熱交換によ
って該過熱空気流の過熱が低減されることを特徴とする
請求項１２に記載の蒸留方法。 - 【請求項１５】 前記流体は、前記比較的高い圧力のコ
ラムと比較的低い圧力のコラムの少くとも一方から抽出
されることを特徴とする請求項１２に記載の蒸留方法。 - 【請求項１６】 アルゴンコラムの使用を含み、前記流
体は、該アルゴンコラムから抽出されることを特徴とす
る請求項１２に記載の蒸留方法。 - 【請求項１７】 冷却された流体は、前記アルゴンコラ
ムへ戻されることを特徴とする請求項１６に記載の蒸留
方法。 - 【請求項１８】 前記外部熱は、前記コラムの壁の外表
面に供給されることを特徴とする請求項８に記載の蒸留
方法。 - 【請求項１９】 前記外部熱は、前記コラムの壁の内表
面に供給されることを特徴とする請求項８に記載の蒸留
方法。 - 【請求項２０】 前記蒸留コラム内に互いに向流関係を
なして通される蒸気と液体は、酸素、窒素及びアルゴン
のうちの少くとも２つであることを特徴とする請求項８
に記載の蒸留方法。
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| US07/977,463 US5282365A (en) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | Packed column distillation system |
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