JPH0825722B2 - 増湿装置 - Google Patents
増湿装置Info
- Publication number
- JPH0825722B2 JPH0825722B2 JP58212512A JP21251283A JPH0825722B2 JP H0825722 B2 JPH0825722 B2 JP H0825722B2 JP 58212512 A JP58212512 A JP 58212512A JP 21251283 A JP21251283 A JP 21251283A JP H0825722 B2 JPH0825722 B2 JP H0825722B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- wall
- heat transfer
- liquid
- transfer tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
- B01F23/214—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media using a gas-liquid mixing column or tower
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Air Humidification (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、増湿方法に関し、特に被増湿気体と液体と
を直接接触させると共に、さらに該液体は第３の流体と
間接接触させて、第３の流体が持っている熱を該液体の
蒸発に用いることによって、被増湿気体を増湿させる方
法の改良に関する。
を直接接触させると共に、さらに該液体は第３の流体と
間接接触させて、第３の流体が持っている熱を該液体の
蒸発に用いることによって、被増湿気体を増湿させる方
法の改良に関する。
従来、この種の増湿方法は、水蒸気改質法により炭化
水素気体と水蒸気を所定の割合で混合し、触媒存在下に
て加熱改質し、アンモニア合成用或はメタノール合成用
の原料ガスを製造する工程において、炭化水素気体中に
水蒸気を混合する一手段として用いられている。
水素気体と水蒸気を所定の割合で混合し、触媒存在下に
て加熱改質し、アンモニア合成用或はメタノール合成用
の原料ガスを製造する工程において、炭化水素気体中に
水蒸気を混合する一手段として用いられている。
従来用いられている増湿方法の一例に、濡れ壁を用い
て被増湿気体と水を直接接触させ、被増湿気体を増湿さ
せる濡れ壁増湿方法がある。第１図は該濡れ壁式増湿方
法の概略説明図である。
て被増湿気体と水を直接接触させ、被増湿気体を増湿さ
せる濡れ壁増湿方法がある。第１図は該濡れ壁式増湿方
法の概略説明図である。
第１図において、水102はスプレ105から供給され、伝
熱管104の上部をオーバーフローして、その内面を液膜
を形成して流下する。該水は伝熱管104の内部を流下す
る間、管壁を通して加熱媒体103より供給される熱によ
り加熱され、蒸発する。被増湿気体101はチャンネル入
口106から供給され、伝熱管104内で加熱増湿されチャン
ネル出口07から回収される。加熱媒体103は胴側流体入
口108から供給され管の外部空間を流れ、管内流体を加
熱し自身は冷却されて胴側流体出口109から回収され
る。なお、第１図において管104は１本しか図示されて
いないが、実施に当っては十分な効果を得るために管群
を用いる必要があることは言うまでもない。
熱管104の上部をオーバーフローして、その内面を液膜
を形成して流下する。該水は伝熱管104の内部を流下す
る間、管壁を通して加熱媒体103より供給される熱によ
り加熱され、蒸発する。被増湿気体101はチャンネル入
口106から供給され、伝熱管104内で加熱増湿されチャン
ネル出口07から回収される。加熱媒体103は胴側流体入
口108から供給され管の外部空間を流れ、管内流体を加
熱し自身は冷却されて胴側流体出口109から回収され
る。なお、第１図において管104は１本しか図示されて
いないが、実施に当っては十分な効果を得るために管群
を用いる必要があることは言うまでもない。
第２図に第１図の伝熱管104の縦断面の一部を拡大し
て示す。図中101〜104は第１図と同じを意味し、202は
水膜である。
て示す。図中101〜104は第１図と同じを意味し、202は
水膜である。
第１図に示した従来装置においては水量が少ないと、
水膜202が破断し壁面が乾くという欠点があった。この
現象を以下「ドライパッチが発生する」という。ドライ
パッチの発生は非加熱条件では、液膜内の局所表面張力
分布、あるいは該沸騰の気泡生成等に起因するが、蒸発
によって水量が少なくなった領域に発生しやすく、下記
の弊害をもたらす。
水膜202が破断し壁面が乾くという欠点があった。この
現象を以下「ドライパッチが発生する」という。ドライ
パッチの発生は非加熱条件では、液膜内の局所表面張力
分布、あるいは該沸騰の気泡生成等に起因するが、蒸発
によって水量が少なくなった領域に発生しやすく、下記
の弊害をもたらす。
ドライパッチ発生時に水中のCl-イオンの濃縮がお
こり、オーステナイト系ステンレス鋼の伝熱管を用いた
場合応力腐食割れ（SCC）を生じることがある。（一般
の炭素鋼では炭酸腐食を生ずるためステンレス鋼を使用
することが多い。） 不規則な壁面の乾湿による温度変動により局部的熱
応力の繰りかえしが生じ伝熱管材質の熱疲労が発生す
る。
こり、オーステナイト系ステンレス鋼の伝熱管を用いた
場合応力腐食割れ（SCC）を生じることがある。（一般
の炭素鋼では炭酸腐食を生ずるためステンレス鋼を使用
することが多い。） 不規則な壁面の乾湿による温度変動により局部的熱
応力の繰りかえしが生じ伝熱管材質の熱疲労が発生す
る。
本発明の目的は、上記従来の増湿方法の欠点を解消し
てドライパッチ発生による伝熱管の破壊のない改良され
た増湿方法を提供することにある。
てドライパッチ発生による伝熱管の破壊のない改良され
た増湿方法を提供することにある。
本発明者らは上記目的達成のため研究努力の結果、ド
ライパッチが発生しない程度に水を再循環させ、管内面
の単位幅当りの推量を増加させることにより従来の増湿
方法の欠点を克服できることを見出した。
ライパッチが発生しない程度に水を再循環させ、管内面
の単位幅当りの推量を増加させることにより従来の増湿
方法の欠点を克服できることを見出した。
すなわち本発明の要旨は、加熱されたオーステナイト
系ステンレス鋼製垂直壁の上部から水又は水を主成分と
する液体を流下させてぬれ壁を形成し、これに接するよ
うに水蒸気改質原料気体を流して増湿する方法におい
て、気体の増湿に対応する液量より多量の水を濡れ壁上
部に供給し、濡れ壁下部で未蒸発液を回収し、濡れ壁上
部に再循環させ、かつ、単位濡れ壁幅当たりの水の質量
流量が 熱流束ｑ＜5.99×105Γ2.12 を満足するように制御することを特徴とする増湿方法で
ある。
系ステンレス鋼製垂直壁の上部から水又は水を主成分と
する液体を流下させてぬれ壁を形成し、これに接するよ
うに水蒸気改質原料気体を流して増湿する方法におい
て、気体の増湿に対応する液量より多量の水を濡れ壁上
部に供給し、濡れ壁下部で未蒸発液を回収し、濡れ壁上
部に再循環させ、かつ、単位濡れ壁幅当たりの水の質量
流量が 熱流束ｑ＜5.99×105Γ2.12 を満足するように制御することを特徴とする増湿方法で
ある。
ただし、q:熱流束（W/m2K） Γ：単位濡れ壁幅当りの水の質量流量（kg/m
s） 以下図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
s） 以下図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第３図は、本発明の増湿方法を実施するための増湿装
置の概略説明図であり、図中301は被増湿気体、302は給
水、303は加熱媒体、304は伝熱管、305はスプレ、306は
チャンネル入口、307はチャンネル出口、308は胴側流体
入口、309は胴側流体出口、310は循環ポンプである。
置の概略説明図であり、図中301は被増湿気体、302は給
水、303は加熱媒体、304は伝熱管、305はスプレ、306は
チャンネル入口、307はチャンネル出口、308は胴側流体
入口、309は胴側流体出口、310は循環ポンプである。
第３図においても説明の便のため伝熱管304は１本し
か図示されていないが、実施に当っては十分な効果を得
るために管群を用いる必要があることは言うまでもな
い。
か図示されていないが、実施に当っては十分な効果を得
るために管群を用いる必要があることは言うまでもな
い。
加熱媒体303は胴側流体入口308から供給され、管の外
部空間を流れ、管内流体を加熱し、加熱媒体自身は冷却
されて胴側流体出口309から回収される。
部空間を流れ、管内流体を加熱し、加熱媒体自身は冷却
されて胴側流体出口309から回収される。
また、被増湿気体301はチャンネル入口306から供給さ
れ、伝熱管304内で加熱増湿され、チャンネル出口307か
ら回収される。上記加熱媒体303および被増湿気体301の
流量は、プロセス条件から決定される。
れ、伝熱管304内で加熱増湿され、チャンネル出口307か
ら回収される。上記加熱媒体303および被増湿気体301の
流量は、プロセス条件から決定される。
そして水302はスプレ305から供給され、伝熱管104内
面を液膜を形成して蒸発しながら流下し、未蒸発水は循
環ポンプ310により、再び上部スプレ305に再循環され
る。蒸発分量を302より補給する。
面を液膜を形成して蒸発しながら流下し、未蒸発水は循
環ポンプ310により、再び上部スプレ305に再循環され
る。蒸発分量を302より補給する。
上記循環水量はドライパッチが発生しない条件から決
定する。即ち、断熱条件、加熱条件（未沸騰域）、核沸
騰条件下において液膜が安定して形成されれば良い。例
えば以下のそれぞれを満足するように、決定する。
定する。即ち、断熱条件、加熱条件（未沸騰域）、核沸
騰条件下において液膜が安定して形成されれば良い。例
えば以下のそれぞれを満足するように、決定する。
（イ）断熱条件：液膜レイノルズ数ReL＞Reminを満たせ
ば良い。
ば良い。
ただし、GL:循環水全質量流量（kg/s） N:伝熱管304;本数（−） d:伝熱管304;内径（ｍ） μL:循環水粘性係数（Pas） σL: 〃 表面張力（N/m） ρL: 〃 密度（kg/m2） g:重力加速度（m/s2） とすると、 ReL＝4GL/NπｄμＬ （−） であり、Reminは例えば下記式で表わされる。
Remin＝3.4〔σL 3ρL/μL 4g〕1/5 （−） （ロ）加熱条件（未沸騰領域）；熱流束ｑ≦qminを満た
せば良い。
せば良い。
ただし、kL:循環水熱伝導率（W/mk）（W;ワット,k;ケ
ルビン） Pr:循環水プラントル数 （−） T:温度（℃）とすると、例えばReL≦2000に
おいて、 qmin＝5.6×10-4kLρLg（μL 2/ρL 2g）1/3×（−δσ／δＴ）-1ReL 4/3 ReL＜2000において、 qmin＝5.7×10-7kLρLg（μL 2/ρL 2g）1/3×Pr0.344（−δσ／δＴ）-1ReL 2.12 を満たせば良い。
ルビン） Pr:循環水プラントル数 （−） T:温度（℃）とすると、例えばReL≦2000に
おいて、 qmin＝5.6×10-4kLρLg（μL 2/ρL 2g）1/3×（−δσ／δＴ）-1ReL 4/3 ReL＜2000において、 qmin＝5.7×10-7kLρLg（μL 2/ρL 2g）1/3×Pr0.344（−δσ／δＴ）-1ReL 2.12 を満たせば良い。
（ハ）核沸騰条件：例えば、第４図を用いてドライパッ
チが発生しない条件を得る。第４図（出典；藤田，植
田，日本機械学会論文集43巻373号（昭52−９）P.3389
〜P.3398）は、長さ600mm、径25m、Γfin95.5℃の下向
き蒸気流におけるグラフで、●は消滅するドライパッチ
の発生、□は消滅しないドライパッチの発生を示す。ま
た、図中のΓｆは、Γｆ＝GL/Nπｄを意味し、添字inは
入口、outは出口値を示す。従って、例えば熱流束が２
×105（kcal/m2h）、以下の場合に、Γfout≧0.02（kgf
/ins）であれば、核沸騰によるドライパッチは発生しな
い。
チが発生しない条件を得る。第４図（出典；藤田，植
田，日本機械学会論文集43巻373号（昭52−９）P.3389
〜P.3398）は、長さ600mm、径25m、Γfin95.5℃の下向
き蒸気流におけるグラフで、●は消滅するドライパッチ
の発生、□は消滅しないドライパッチの発生を示す。ま
た、図中のΓｆは、Γｆ＝GL/Nπｄを意味し、添字inは
入口、outは出口値を示す。従って、例えば熱流束が２
×105（kcal/m2h）、以下の場合に、Γfout≧0.02（kgf
/ins）であれば、核沸騰によるドライパッチは発生しな
い。
水蒸気改質原料気体への増湿操作では液膜温度が230
℃であり、 ReL＞2000であるので、前期（ロ）項の qm＝5.7×10-7k2ρLg（μL 2/ρL 2g）1/3Pr0.344×（−δσ／δＴ）-1ReL 2.12 が一番重要な式となる。この式に水蒸気改質原料気体へ
の増湿操作における物性値（粘性係数μＬ、密度ρＬ、
プラントル数Pr、表面張力σＬ、熱伝導率kLなど）を代
入すると、 ｑ＜5.99×105Γ2.12 ・・・（１） が得られる。
℃であり、 ReL＞2000であるので、前期（ロ）項の qm＝5.7×10-7k2ρLg（μL 2/ρL 2g）1/3Pr0.344×（−δσ／δＴ）-1ReL 2.12 が一番重要な式となる。この式に水蒸気改質原料気体へ
の増湿操作における物性値（粘性係数μＬ、密度ρＬ、
プラントル数Pr、表面張力σＬ、熱伝導率kLなど）を代
入すると、 ｑ＜5.99×105Γ2.12 ・・・（１） が得られる。
この式（１）をグラフにしたものが第５図である。こ
の第５図の斜線部の範囲内で操業することによって本発
明の目的が達成できる。
の第５図の斜線部の範囲内で操業することによって本発
明の目的が達成できる。
以上詳述した本発明の増湿方法による効果はまずドラ
イパッチが発生しないため、管壁におけるクロルイオン
Cl-の濃縮がなくなり、応力腐食割れの心配がなくなる
ので伝熱管にステンレスを使用できること、さらに管壁
の乾湿交番を防ぐことにより、伝熱管の熱疲労による破
壊を防ぐことができること、そしてドライパッチの発生
を防ぐには、伝熱管内面への供給水量を蒸発量以上にす
る必要があるが、未蒸発水を再循環させることにより、
循環水の受熱量を有効に使用できることである。
イパッチが発生しないため、管壁におけるクロルイオン
Cl-の濃縮がなくなり、応力腐食割れの心配がなくなる
ので伝熱管にステンレスを使用できること、さらに管壁
の乾湿交番を防ぐことにより、伝熱管の熱疲労による破
壊を防ぐことができること、そしてドライパッチの発生
を防ぐには、伝熱管内面への供給水量を蒸発量以上にす
る必要があるが、未蒸発水を再循環させることにより、
循環水の受熱量を有効に使用できることである。
本発明の増湿方法は、例えばメタノールプラント改質
系における天然ガス増湿器（サチュレータ）等に広く利
用できる。
系における天然ガス増湿器（サチュレータ）等に広く利
用できる。
第１図は従来の濡れ壁式増湿器の概略説明図、 第２図は第１図の従来の装置の管の縦断面の一部拡大
図、 第３図は本発明の増湿方法を実施するための増湿装置の
概略説明図、 第４図は一般的な熱流束ｑと単位ぬれ幅当りの水の質量
流速の関係を示すグラフ、 第５図は本発明の操業条件を示すグラフである。
図、 第３図は本発明の増湿方法を実施するための増湿装置の
概略説明図、 第４図は一般的な熱流束ｑと単位ぬれ幅当りの水の質量
流速の関係を示すグラフ、 第５図は本発明の操業条件を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 律男 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 星 要之介 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 丹羽 健祐 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 藤田 尚義 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 斉藤 善彦 新潟県新潟市南笹口１丁目８番地63 (72)発明者 村山 勝利 新潟県新潟市松浜２丁目４番12号 (56)参考文献 特公 昭56−10546（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−41601（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭33−17752（ＪＰ，Ｙ１)
Claims (1)
- 【請求項１】加熱されたオーステナイト系ステンレス鋼
製垂直壁の上部から水又は水を主成分とする液体を流下
させてぬれ壁を形成し、これに接するように水蒸気改質
原料気体を流して増湿する方法において、気体の増湿に
対応する液量より多量の水を濡れ壁上部に供給し、濡れ
壁下部で未蒸発液を回収し、濡れ壁上部に再循環させ、
かつ、単位濡れ壁幅当たりの水の質量流量が 熱流束ｑ＜5.99×105Γ2.12 を満足するように制御することを特徴とする増湿方法。 ただし、q:熱流束（W/m2K） Γ：単位濡れ壁幅当りの水の質量流量（kg/m
s）
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58212512A JPH0825722B2 (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 増湿装置 |
| AU35332/84A AU577553B2 (en) | 1983-11-14 | 1984-11-12 | A humidifier |
| CA000467674A CA1258618A (en) | 1983-11-14 | 1984-11-13 | Method of humidifying a gas |
| DE3441860A DE3441860A1 (de) | 1983-11-14 | 1984-11-13 | Als rieselfilmbefeuchter ausgebildete befeuchtungsanlage |
| GB08428707A GB2152839B (en) | 1983-11-14 | 1984-11-14 | A humidifier |
| US06/863,519 US4705654A (en) | 1983-11-14 | 1986-05-15 | Method of humidifying a gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58212512A JPH0825722B2 (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 増湿装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60106528A JPS60106528A (ja) | 1985-06-12 |
| JPH0825722B2 true JPH0825722B2 (ja) | 1996-03-13 |
Family
ID=16623897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58212512A Expired - Lifetime JPH0825722B2 (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 増湿装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825722B2 (ja) |
| AU (1) | AU577553B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120107216A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Gt Solar Incorporated | Hydrochlorination heater and related methods therefor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1094276B (de) * | 1959-05-26 | 1960-12-08 | Koppers Gmbh Heinrich | Verfahren zur indirekten Erwaermung eines Gemisches aus einer Fluessigkeit und einemGas |
| JPS5610546A (en) * | 1979-07-06 | 1981-02-03 | Matsushita Electric Works Ltd | Preparation of phenol resin molding compound |
-
1983
- 1983-11-14 JP JP58212512A patent/JPH0825722B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-11-12 AU AU35332/84A patent/AU577553B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU577553B2 (en) | 1988-09-29 |
| JPS60106528A (ja) | 1985-06-12 |
| AU3533284A (en) | 1985-05-23 |
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