JPH0829201B2 - 並行流阻止下降管分別トレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は揮発性化学的化合物の
分離を行うために分別蒸留塔内で分流トレイとして用い
られる蒸気−液体接触装置の並行流阻止下降管分別トレ
イに関するものである。

【０００２】

【従来技術】分別蒸留トレイは炭化水素処理、化学およ
び石油化学工業で広く使われている。したがって、改良
された分別蒸留トレイを提供するために、たくさんの研
究、開発、および創造的思考が払われている。それ故、
分別トレイの開発は接触領域の構造、下降管設計、およ
び全体的な構造は多くのバリエーションをもたらした。
米国特許第3,410,540号は、この発明によるトレイに用
いられているのと類似した設計を用いた、先行技術に基
づく複数下降管型のトレイを示している。米国特許第4,
582,569号は、上昇蒸気流が塔の中心を通じて延びてい
る中心バッフルによって、２つの別個の平行流に分けら
れる分別塔を開示している。ケミカルウィーク誌の1983
年10月30日号、第30ページに掲載されている記事は、中
央バッフルが塔の２つの蒸気通過ゾーンに分け、液体が
２つのゾーンの間で並んで下方に流れる別の分別トレイ
を示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の複数下降管型ト
レイは短い液体流路を有して、より長い液体流路を有し
ておらず、複数下降管型トレイの効率が悪いという問題
がある。

【０００４】そこでこの発明の目的は（１）ルイス・ケ
ース・フローの利点を達成し、（２）トレイ・デッキを
通じてのより長い平均液体流路を設けることにより、高
いトレイ効率を提供するにある。また、分別トレイ上で
の並列フローの利点は1936年に W. K. Lewis が行った
よく知られた古典的な研究で明らかにされた。この研究
で調査された３つの蒸気−液体接触理論において、ケー
ス２は、液体が連続する各トレイを通じて同じ方向に流
れる柱状上昇非混合蒸気を形成するものであり、一方、
ケース３は液体が連続する各トレイ内を“馬蹄”形状に
交互に逆方向に流れるものである。ケース２は柱状並列
型流路であり、ケース３は在来型の流路である。ルイス
のケース２は任意のトレイ上での物質移送のための駆動
力が、そのトレイのどこでその物質移動が行われるかに
は関係なく、ほぼ同じになるようにする。このことによ
り、ルイスのケース２に従って作動されるトレイを用い
ると、効率がかなり上昇する。したがって、ルイス・ケ
ース２並列フロー・パターンを有する複数下降管型トレ
イを提供するにある。さらに、この発明は、分流蒸留で
用いられる改良型蒸気−液体接触装置であって、より広
い範囲で用いられるクロスフロー・トレイとは異なっ
て、複数下降管型のトレイで用いられる型の下降管と、
高性能高効率接触装置を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、独特の方式
の蒸気および液体フロー方向指示バッフルとを一緒に用
いている。この発明の好ましい実施例は、蒸気−液体接
触トレイ（以下トレイという）を通じて平行な液体流を
提供すること、および、上昇蒸気フローを複数の別個の
流れに分けることによっても特徴づけられる。この発明
の種々の実施例は複数の下降管を平行に揃えた形態を有
していることと、それら下降管の取入口を覆っている傾
斜した下降管バッフルを有している。傾斜下降管バッフ
ルの並べ方を変えて、別の液体流路、したがってこの発
明の別の実施例を提供することもできる。好ましい実施
例において、中央の液体／蒸気バッフルはトレイ表面を
通じて液体および泡フローの方向を決め、別の方向に移
動することが意図されている液体と泡の混合を阻止する
ために、トレイ表面から上方に延びている。これらのト
レイは１つ以上の下降管を用いることができる。１つの
下降管を有するトレイを用いているこの発明の１つの実
施例は、揮発性化学的化合物を分離するのに有益で、周
囲を囲まれた上部の第１の端部と周囲を包囲された下部
の第２の端部、および円筒形内部体積を有する円筒形外
部容器と；その外部容器の中心軸に沿って垂直方向に離
れて配置されており、それぞれのトレイが全体として、
トレイが円形の外周を有し、（１）中央に配置された少
なくとも１つの箱体状の下降管で、各下降管がそれぞれ
２つの対向する、側壁及び側壁より短い端壁により形成
され、側壁と、端壁とがトレイの平面に対して垂直な方
向を向いており、各下降管が取入開口と底部に液体取出
口とを有する下降管と、（２）トレイが下降管の数より
少なくとも１つ多い蒸気−液体接触デッキを有し、この
蒸気−液体接触デッキは各下降管の側壁に近接して配置
されている蒸気−液体接触デッキと、（３）垂直上方に
位置する下降管から、トレイ上への液体の下向きの流れ
を導くための手段であって、下降管バッフルによって構
成され、下降管バッフルはその水平方向の長さが、組付
けられる下降管の側壁の水平方向長さの半分に等しくな
っており、一方の下降管バッフルが垂直下方に位置する
一方の下降管の側壁の一側上端に組付けられ、他方の下
降管バッフルは他方の下降管の側壁の他側上端に組付け
られていて、液体の流れが下降管に直接入るのを防ぎ、
液体を下降管の下降管バッフルと反対側に配置された蒸
気−液体接触デッキへ導くように傾斜していて下降管の
取入開口の上方で流体の流れを横切っている下降管バッ
フルとを具えたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】トレイを通じての並列液体フローは、各下降管
の１つの側壁の上部端部から、すぐ上の下降管の対向す
る側壁の底部端部まで延びたこの一連の無孔下降管バッ
フルによって維持される。このバッフル・システムは上
部下降管から下降する液体を遮断し、それがすぐ下の下
降管の取出口に直接入ることを防ぐ。これにより、液体
がそのトレイの下降管に入って、すぐ下のトレイにバイ
パスするのを防止し、バッフルの傾斜した表面は、トレ
イ上に存在する液体と泡を、トレイのこの部分あるいは
ゾーンに対する下降管の液体取出口から下降する液体に
水平方向の運動量を与える。トレイ上の液体流路は、ト
レイ上に存在する下降管の数、およびそのトレイのどの
ゾーンで液体が流れているか、などのファクターによっ
て変わり、２つ以上の下降管が存在している場合、一部
の液体は２つの下降管の間のデッキ・エリアに流れ込
み、それから、それらに対して垂直か、あるいは平行の
いずれかの方向で流れる。対照的に、一番外側の下降管
からはトレイ・デッキへ、あるいは単一下降管の場合、
トレイ上に下降する液体は塔の外側の壁の方向に流れ
る。そうすると、塔の内面が、好ましくは特定の方向を
示す細孔と共に、液体を中央のバッフルの回りを塔の他
の蒸気通路の方に導く。これは容器壁と、その性格が
“馬蹄トレイ”に類似した垂直方向の中央バッフルによ
り形成される半円型流路である。この発明のいくつかの
実施例は下降管の中央でトレイ表面に取り付けられ、上
方のトレイとトレイの間のトレイ間空間に延びて、それ
を複数の蒸気通路に分割している無孔垂直バッフルを含
んでいる。これらの垂直バッフルはトレイの２つの側で
反対の方向に流れている液体および泡が混合するのを防
止する。バッフルは、これによって、液体がデッキング
を“ショートカット”して、意図された流路からそれて
しまうのを防止する。

【０００７】

【実施例】蒸気−液体接触装置は装置全体を基本的には
下方に流れる液体を、上昇する蒸気と接触させるため
に、幅広い範囲で用いられている。例えば、これらの装
置はガス流を、そのガス流から生成物化合物、あるいは
不純物を選択的に取り除く処理液と接触させるために、
幅広く用いられている。ここで取り上げられる装置は、
したがって、酸性ガス吸収装置またはストリッパー、あ
るいは、酸化エチレン吸収装置内で用いることができ
る。蒸気−液体接触装置の別の応用例は分別蒸留を通じ
ての化学的化合物の分離における使用である。したがっ
て、この発明による装置は種々の蒸気−液体接触機能に
おいて用いることができる。ここでの検討は主として分
別蒸留による分離のためのプロセスにおける使用に関す
るもので、この発明の利用をそうした作動モードに限定
することはまったく意図されていない。

【０００８】ここで取り上げられる装置は、基本的には
すべての分離、あるいは分別蒸留による精製を行い易い
化学的化合物の分離において用いることができる。分別
トレイはプロパンまたはプロピレン、そしてベンゼンお
よびトルエンなど特定の炭化水素の分離、あるいは、Ｌ
ＰＧ（液化石油ガス）、ナフサ、あるいは灯油などの種
々の炭化水素流分の分離において広範に用いられてい
る。この発明による装置で分離された化学的化合物は炭
化水素にだけ限定されるのではなく、分別蒸留により分
離されるのに十分な揮発性と温度安定性を有するどの化
合物も含まれる。これらの物質の例としては酢酸、水、
アセトン、アセチレン、スチレン・アクリロニトリル、
ブタジエン、クレゾール、キシレン、クロロベンゼン、
エチレン、エタン、プロパン、プロピレン、キシレノー
ル、酢酸ビニル、フェノール、イソブタンおよび通常の
ブタン、ブチレン、ペンタン、ヘプタン、ヘキサン、ハ
ロゲン化炭化水素、アルデヒド類、ＭＴＢＥまたはＴＡ
ＭＥなどのエーテル類、および三価ブチル・アルコール
およびイソプロピル・アルコールである。接触トレイの
質の２つの決定因子は分離を行うための効率と液体ある
いは蒸気輸送量に関する能力である。この発明の１つの
目的は、複数下降管トレイの効率を高めることである。
この発明のもう１つの目的は、ルイス・ケース２蒸気−
液体接触構成を有する蒸気−液体接触装置を提供するこ
とである。

【０００９】この発明の説明をさらに進める前に、ここ
で“複数下降管型”の分別トレイと称されているトレイ
のタイプを定義し、その特徴を明らかにしておくことが
重要である。複数下降管トレイはいくつかの構造的特性
によって、従来のクロスフロー・トレイとは異なってい
る（米国特許No.3,410,540号参照）。まず第一に、複数
下降管トレイは“受け皿”を有していない。これは、通
常、取入口である下降管開口部の下側にある穴の開いて
いない部分である。受け皿は、その上に下降管を通じて
下降する液体がトレイのデッキ上に通過する前に衝突す
る無孔エリアである。多くの例で、受け皿は取入口堰に
よってトレイのデッキあるいは「アクティブな」エリア
から分離されている。したがって、受け皿は通常、すぐ
上の従来の分別トレイから通じている下降管のすぐ下に
配置される。複数下降管分別トレイの水平面は基本的に
は下降管手段と、通常、デッキングと呼ばれる蒸気−液
体接触デッキのエリアに分かれている。すぐ上に配置さ
れているトレイから下降する液体を受け入れるために割
り当てられた無孔エリアは存在しない。

【００１０】この発明の複数のトレイのもう１つの明白
な特徴は、比較的多数の箱体状（トラフ状）の下降管
が、前記トレイ上に設けられていることである。この発
明によるトレイは、１から７、あるいはそれ以上の下降
管を用いることができる。これらの下降管はトレイの外
周ではなく、トレイの表面を横切るように配置されてお
り、通常のクロスフロー分別トレイと比較して、比較的
狭い間隔で離れて配置されている。同じトレイの隣接下
降管間の（それらの側壁あるいは堰間で測定された）距
離は、通常、0.3〜1.0ｍで、多くの場合、0.5ｍ以下で
ある。これにより、上方から見た場合に、例えば図１に
示されているように、分別トレイの上部表面を横断して
等間隔で、交互に配置された蒸気−液体接触デッキのエ
リアと下降管手段で構成された独特の設計を可能にして
いる。

【００１１】複数のトレイの実際の下降管も、通常のク
ロスフロー分別トレイに基づく下降管と比較すると独特
である。下降管は次の分別トレイの方に下方に延びては
いなくて、それらの下降管は２つのトレイの間の中間で
止まっている。したがって、すぐ上のトレイから下降す
る下降管はデッキ表面と下のトレイの下降管に対する取
入開口のかなり上方で止まっている。複数のトレイの下
降管の最上部あるいは取入開口はそのトレイの堰として
機能し、上の下降管の底部は下に配置されているトレイ
の取出口堰のかなり上方である。

【００１２】分別塔に設置されると、先行技術に基づく
複数のトレイ上の下降管はすぐ上および下に配置された
トレイから90度ずれた方向に向いている。しかしなが
ら、この発明による各トレイの下降管は、１つのトレイ
上の下降管が上のトレイの上の下降管のすぐ下になるよ
うに、塔の他のトレイ上の下降管と位置を揃えられる。
１つの下降管の液体取出口は別の下降管の取入開口のす
ぐ上にある。下降管は塔の中心垂直軸に沿って延びる多
数の平面に沿って設けられる。これらの平面の数は１つ
のトレイ上の下降管の数と同じである。

【００１３】複数のトレイのもう１つの特徴は下降管の
底部あるいは液体取出口に液体密封手段を設けたことで
ある。下降管の底部はしたがっていろいろの細孔を有す
るプレート、あるいは下降管から出てくる真っ直ぐ下向
きのフローを遅らせるために意図された何らかの別の手
段によって部分的に閉ざされている。この液体取出口は
すぐ下に配置されている蒸気−液体接触デッキよりかな
り上方に配置されており、このすぐ下のトレイと組み合
わされた取入開口の上方にある。下降する液体は下降管
の下側部分に集められ、これらの液体取出口を通じて、
下にある次のトレイにこぼれるようになっている。

【００１４】クロスフロー・トレイにおけるように、こ
の発明による複数のトレイの下降管の底部には取入口堰
は存在しない。液体取出口はその役割を担っており、そ
して、この場合も、下降管の底部は次のトレイよりかな
り高い位置にある。通常の複数のトレイは、液体が最初
にトレイに落ちる箇所と液体が下降管を通じてトレイを
出ていく箇所との間の液体流路が非常に短いことを特徴
としている。これは、基本的には、上にも述べたような
下降管間の間隔が狭いことが理由となっている。液体が
移動しなければならない距離の短さと蒸気−液体接触デ
ッキを通じて上方に移動する上記の通路の撹拌機構が組
み合わさって、基本的には、取入口から出口ポイントま
で液体レベル勾配を持たない複数のトレイが構成され
る。隣接下降管の下降管側壁間の距離（蒸気−液体接触
デッキ部の幅）が１〜0.3ｍの間の範囲にあるので、平
均液体流路は１ｍ以下である。

【００１５】複数のトレイのいずれの部分の物理的なサ
イズも、熟練した設計者によって、トレイの意図した作
動のすべての側面を考慮して選定されねばならない。以
下は市販されている従来の複数のトレイの測定寸法で、
これらの数値はこの発明による装置の設計と使用におけ
る指針の提供と、この発明による複数のトレイを通常の
クロスフロー分別トレイを区別するという二重の目的で
提供されるものである。垂直方向で隣り合ったトレイ間
の間隔は20〜91cmの範囲で、好ましくは25〜61cmの範囲
である。蒸気−液体接触デッキのエリアの総空き面積
は、５〜15％の範囲である。これには両方の円形開口部
によってもたらされる空き面積と、トレイの蒸気−液体
接触デッキエリア内にある細長い孔とが含まれる。円形
の細孔の通常の孔径は0.3〜2.6cmの範囲である。通常、
0.47〜0.64cmの孔サイズが好ましい。細孔により提供さ
れる空き面積は好ましくは蒸気−液体接触デッキの面積
の約0.25〜約５％である。蒸気−液体接触デッキの標準
的な厚さは0.19〜0.34cmである。複数のトレイの下降管
の四角形の取入開口は、通常、６〜25cmの幅である。側
壁の水平方向上部端から側壁の底部端までで測った下降
管の高さは、通常、15.2〜45.7cmの範囲である。これ
は、下降管が蒸気−液体接触デッキの上方及び下方に延
びる高さを含んでいる。中央の液体／蒸気バッフルは、
通常、高さが連携する下降管の側壁とほぼ等しい。液体
流方向指示バッフル７および16の高さは、蒸気−液体接
触デッキからバッフルの水平方向上部表面までで測って
10〜30cmの範囲である。

【００１６】この発明に用いられている“並行流”と
は、１つのトレイ上の２つの液体フローのことではな
く、垂直方向で隣接した、あるいは連携したトレイ上で
の液体フローを指している。

【００１７】この発明の１つの実施例（図５および６参
照）において、より長めの流路が設けられている。この
実施例は、より長い流路を有しており、同時に、取入開
口を覆っている下降管バッフルの一部の向き、あるいは
方向を変えることにより、並列フローを維持することが
できる。この発明によるトレイの２つの基本的な構造的
特徴は、それが、上に述べたように、複数の下降管が上
下に位置を揃えて並べられている複数のトレイであり、
そして、少なくとも２つの交互に逆方向に傾斜した下降
管バッフルが各下降管の１つの側壁から上方に延びてお
り、そして、取入開口を覆っていることである。下降管
バッフルは上のトレイからの液体が各トレイに入ること
を防せぐ、そして液体フローの方向を蒸気−液体接触デ
ッキ上へと誘導する。

【００１８】これら２つの基本的な特徴を組み込んだこ
の発明の１つの実施例は、全体としては、トレイ２が円
形の外周を有し、（１）中央に配置された少なくとも１
つの箱体状の下降管10で、各下降管10がそれぞれ２つの
対向する、側壁４及び側壁４より短い端壁６により形成
され、側壁４と、端壁６とがトレイ２の平面に対して垂
直な方向を向いており、各下降管10が取入開口と底部に
液体取出口９とを有する下降管10と、（２）トレイ２が
下降管10の数より少なくとも１つ多い蒸気−液体接触デ
ッキ11を有し、この蒸気−液体接触デッキ11は各下降管
の側壁４に近接して配置されている蒸気−液体接触デッ
キ11と、（３）垂直上方に位置する下降管から、トレイ
２上への液体の下向きの流れを導くための手段であっ
て、下降管バッフル３によって構成され、下降管バッフ
ル３はその水平方向の長さが、組付けられる下降管10の
側壁４の水平方向長さの半分に等しくなっており、一方
の下降管バッフル３が垂直下方に位置する一方の下降管
10の側壁４の一側上端５に組付けられ、他方の下降管バ
ッフル３は他方の下降管10の側壁４の他側上端５に組付
けられていて、液体の流れが下降管10に直接入るのを防
ぎ、液体を下降管10の下降管バッフル３と反対側に配置
された蒸気−液体接触デッキへ導くように傾斜していて
下降管10の取入開口の上方で流体の流れを横切っている
下降管バッフル３とを具えたものである。

【００１９】下降管が垂直方向に位置が揃えられている
ことは、塔内部で個別蒸気流路を形成するのに役立つ。
個別流路の形成は傾斜した下降管バッフルにより行われ
る。圧力を発生させ、トレイ表面を横切る均一の蒸気フ
ローを生じさせるために、好ましくは、下降管の端部に
ギャップを設ける。これは塔内に本当に閉じ込められた
ガス・フローを維持しようとするものである。

【００２０】トレイを通じての並列液体フローは、各下
降管の１つの側壁の上部端部から、すぐ上の下降管の対
向する側壁の底部端部まで延びたこの一連の無孔の下降
管バッフルによって維持される。このバッフルは上部の
下降管から下降する液体を遮断して、それがすぐ下の下
降管の取入開口に直接入ることを防ぐことによって、液
体がそのトレイの下降管に入って、すぐ下のトレイに短
絡的に流入する可能性をなくしてくれる。また、バッフ
ルの傾斜した表面は、トレイ上に存在する液体と泡に、
トレイのこの部分あるいはゾーンに対する下降管の液体
取出口から下降する液体によって水平方向の運動量を与
えるという利点をもつ。

【００２１】トレイ上の液体流路は、トレイ上に存在す
る下降管の数、およびそのトレイのどのゾーンで液体が
流れているか、などのファクターによって変わる。２つ
以上の下降管が存在している場合、一部の液体は２つの
下降管の間の蒸気−液体接触デッキ・エリアに流れ込
み、それから、それらに対して垂直か、あるいは平行の
いずれかの方向で流れる。対照的に、一番外側の下降管
から蒸気−液体接触デッキへ、あるいは単一下降管トレ
イ上に下降する液体は塔の外側の壁の方向に流れる。そ
うすると、塔の内面が、好ましくは特定の方向を示す細
孔と共に、液体を中央のバッフルの回りを塔の他の蒸気
通路の方に導く。これは容器壁と、その性格が“馬蹄ト
レイ”に類似した垂直方向の中央バッフルにより形成さ
れる半円型流路である。

【００２２】この発明のいくつかの実施例は下降管の中
央でトレイ表面に取り付けられ、上方のトレイとトレイ
の間のトレイ間空間に延びて、それを複数の蒸気通路に
分割している無孔垂直バッフルを含んでいる。これらの
垂直バッフルはトレイの２つの側で反対の方向に流れて
いる液体および泡が混合するのを防止する。バッフル
は、これによって、液体がデッキングを“ショートカッ
ト”して、意図された流路からそれてしまうのを防止す
る。

【００２３】この発明によるトレイはトレイのデッキン
グ部内に多数の蒸気方向決め溝を持っていることが望ま
しい。これらの溝は、蒸気−液体接触デッキを通じて、
これらの細孔を通じて上方に上昇するガスがトレイ上の
液体あるいは泡に対して、最も近い下降管の方向への水
平に押す力、あるいは運動量を伝えるように向けられて
いる。これらは基本的には液体が中心のバッフルの回り
を半円型に流れねばならないトレイの各側端のところに
設けられるのが好ましい。これらの細孔とその機能は米
国特許出願No.4,499,035号および米国特許出願No.3,41
7,975号に述べられているものと類似していてもよい。

【００２４】細孔を通じて上方に上昇する蒸気はトレイ
の表面に対して一定の水平成分を有する角度で細孔を離
れ、蒸気の水平方向の運動量を蒸気−液体接触デッキ表
面の液相あるいは懸濁液滴に与え、全体として、泡を下
降管の方向に押しやる正味の成分の力を生じさせて、泡
を下降管により迅速に通過させ、トレイ上の泡の高さを
減少させる。より重要なのは、適切な細孔の配置によっ
て、トレイ上で液体が液体取出口の方向に動いていない
ゾーンがなくなることである。

【００２５】図面を参照することによって、この発明が
より完全に理解できる。図１は外部容器の円形外壁１内
に配置された複数の下降管を有するトレイ２の上部表面
の方向を見下ろした図である。この図に示されているト
レイは３つの下降管を有しており、そして、トレイはそ
の壁の内壁に溶着されたアングル−アイロン・リングで
支えられている。各下降管10は２つの下降管端壁６と２
つの並行下降管側壁４で構成されている。これらの下降
管はトレイ上で等間隔で離れて配置されている。トレイ
の孔のあいたデッキング、あるいは蒸気−液体接触デッ
キ11がこれら下降管の間に配置されている。孔のあいて
いる蒸気−液体接触デッキ11は一番端の下降管とトレイ
の外周との間にもある。つまり、端の下降管とトレイの
縁の間で囲まれたトレイの部分も孔のあいたデッキング
で塞がれており、トレイの活発な蒸気−液体接触エリア
となる。トレイのいずれのデッキング部分においても、
液体受け皿としての役割を果たすかなりの大きさの無孔
エリアは存在しない。

【００２６】蒸気−液体接触デッキは、好ましくはデッ
キング表面全体で均等に分布された左右対称形の（円形
の）孔と蒸気−誘導溝の両方で構成される。この発明に
おいては、これら円形の孔の精密な位置揃え、あるいは
間隔はコントロール上の変数とは考えられない。しかし
ながら、トレイ全体で均一の蒸気対液体流量比率を維持
するために、トレイの、複数の下降管から液体を受ける
部分では、単位面積あたりの孔の数が多めになってい
る。

【００２７】いずれか２つのフロー誘導溝間の代表的
な、最大の好ましい間隔は５〜17.8cmの範囲である。孔
は好ましくはデッキ・エリア全体で比較的均一な形態で
分布されている。製造コストを最小限に抑えるために、
デッキ材は、通常、望ましい数の円形開口部を設けるた
めに、最初にそのデッキ材に孔をあけることによってつ
くられる。そしてフロー誘導溝を設けるために、２回目
の孔開けステップが行われる。再び、図１で、四角形の
箱体状（トラフ状）下降管のそれぞれが２つの並列端壁
６に結合された２つの並列側壁４によって形成されてい
る。各下降管の中間に、トレイ表面全体の各デッキ・エ
リアから中央バッフル７が上方に隆起している。これら
のバッフルはバッフルの両側に存在する液体および泡の
混合を防ぐ。これらのバッフルはすぐ上のトレイの少し
下方で終端して、圧力および蒸気流速を均一化させるた
めの小さなギャップが設けられている。バッフル７の端
部は、トレイの一方の側から他の側へのフローを可能に
するために、それぞれ一定の距離で内面から離されてい
る。この距離は下降管側壁から容器壁までの最大距離の
半分より大きくなければならない。図１は下降管底部に
ある多数の液体取出口９を示している。これらの取出口
の構成は、それらが下降管の長さ方向に沿って均等な間
隔で離されて配置されている点が従来の複数下降管型ト
レイとは異なっている。

【００２８】図２は図１に示されている線２に沿って見
た図である。この図で見られる基本的な特徴は、下降管
側壁４の大きな平たい面と傾斜した下降管バッフル３で
ある。下降管バッフルがそれら下降管の間で、液体も蒸
気も下降管の上で１つのデッキング面から別のデッキン
グ面に水平方向に移動しないような形態で延びている。
中央バッフル７の端部は、下降管に対して垂直は平面構
造を示している。各トレイ２はサポート・リング８によ
って容器壁で支えられている。通常、“アングル”スト
ックの下側部分はデッキングを支えるために下降管に溶
接接着される。“アングル”ストックの２番目の部分
は、トレイを保持する溝を形成するために、デッキング
上方で壁にボルトで固定される。

【００２９】下降管の底部は、通常、側壁間に延びた平
たい底面である。下降管内部に蓄積される液体が迅速に
出て行けるようにするために、底面に多数の、比較的大
きな液体取出口９である開口部、あるいは孔が設けられ
ている。底板の目的は、下降管の底部が蒸気の上方への
通過に対して液体により動的に妨げるためである。この
発明によるトレイにおいては、１つの下降管の各端部の
長さ方向に沿って、液体取出口９が均等に分布されてい
る。この開口部は円形でも、四角形でも、あるいは、い
ずれかの方向、つまり、下降管の幅あるいは長さ方向の
いずれかに沿って細長い形であってもよいが、円形の開
口部、および、しばしばルーバーと呼ばれる、側壁４間
に延びる細長い細孔状の開口が好ましい。

【００３０】図３は図１の線３に沿った縦断面図であ
る。図３は中央蒸気バッフル７の一方の側の各下降管の
一部分を示したものである。塔のこの部分の３つの複数
下降管分別トレイであるトレイ２と、各トレイの３つの
下降管10が垂直方向に積み上げられて揃えられている様
子との両方がこの図に示されている。トレイの蒸気−液
体接触11の底部と中央バッフル７の上部端との間のギャ
ップもこの図に示されている。この図ではアングル・リ
ング８がトレイを支える方法と、下降管バッフル３が１
つの下降管の取入開口から、そのすぐ上にある下降管の
液体取出口まで延びている様子を見ることができる。こ
の実施例において、２つの傾斜した下降管バッフルが各
下降管の取入開口を覆っている。これらの下降管は、下
降管の別の側のデッキ部分に液体を導く“対向する”傾
斜面を有している。

【００３１】この実施例においては、１つのトレイの半
分側のバッフル３がすべて同じ方向に傾斜しており、そ
して、他の半分側のバッフルは反対の方向に傾斜してい
る。したがって、液体はどの１つのトレイの両側におい
ても、反対方向に流れるが、各トレイの１つの側のすべ
てのデッキ・エリアでは同じ方向に流れる。つまり、図
３において、３つのトレイのそれぞれの見えている側、
あるいは前側では液体は右から左に流れるのに対して、
中央バッフル７の後ろに隠されたトレイの部分の側で
は、液体が左から右に流れる。この図はまた、中央バッ
フル７、あるいは同等の無孔構造が下降管の取入開口の
上に延びており、液体が１つの下降管バッフルから他の
下降管バッフルへの液体フローを防ぐ垂直壁を形成して
いる。したがって、２つの下降液体フローは分離されて
いる。この図において、下降管の全高の少なくとも1/5
〜1/4が、トレイの取出口堰を設けるために蒸気−液体
接触デッキの上に配置されており、下降管の残りの部分
が蒸気−液体接触デッキの下に延びている。中央バッフ
ル７は下に配置され、すぐ上のトレイの底部と平行に延
びている上部端部13を有している。

【００３２】下降管のそれぞれは、トレイ全体にわたっ
て延びているものであり、下降管の中に向けて下方に延
びているどのプレート、あるいはバッフルによっても、
あるいは何か他の手段によっても、２つの別個の下降管
に分割されているのではない。したがって、下降管内部
の液体はトレイの両側間の自由に動いて、自由に混じり
合うことができる。下降管内部の液体のフロー及び混合
は、トレイ全体での均一な液体分布を確実に行わせる上
で、絶対に必要なものである。液体は下降管の２つの側
の間を自由に動けなければならない。下降管を経由して
液体を輸送するこの能力を、下降管の底部のいろいろな
サイズの液体取出口と組み合わせて、蒸気−液体接触デ
ッキの異なった場所に輸送される液体の量をコントロー
ルすることができる。これはデッキ全体での均一な流量
比率を維持する上で有益である。補強と、下降管内部で
の液体フローを安定させる目的で、好ましくは、多数の
ブレースが下降管を横切る方向で延びている。

【００３３】下降管を接続する傾斜したバッフル３は無
孔であることが望ましい。しかしながら、望ましい場
合、フロー誘導溝などのような小さな蓋付きの開口部
を、蒸気を通過させ、蒸気−液体接触エリアを増大させ
るための手段として設けることができる。

【００３４】図４はこの発明によるトレイ上で用いるこ
とができるオプション可能な機構である。この機構は好
ましくは、蒸気偏向バッフルと呼ばれ、下降管の側壁４
あるいは下降管バッフル３に固定された、無孔の、そし
て水平なプレート15で構成されている。好ましい配置箇
所は、平面状の下降管バッフル３と下降管側壁とが交差
して、蒸気および液体フローを制約あるいは阻止するシ
ールを形成している。蒸気偏向バッフルはこの箇所で下
降管に固定されている別個のプレートとすることもでき
るし、あるいは、下降管バッフルを延長して形成される
リップであってもよい。蒸気偏向バッフルは蒸気の上方
へのフローを下降管の液体取出口の方向に向かうのを制
限して、液体が蒸気−液体接触デッキに衝突した時に水
平方向に流れるようにする。このバッフルはまた、水平
方向の運動量をトレイに入る液体に与えるために、トラ
ップされた蒸気フローを用いることも意図している。

【００３５】図５は別の全体的なトレイ構成を示してい
る。このトレイ設計は図１〜３に示されているものと非
常に類似している。しかしながら、下降管バッフル３は
図３に示されているように、各トレイ上ですべて同じ方
向に揃えられているわけではない。この特殊な３つの下
降管トレイ・システムにおいて、中央の下降管バッフル
３′は他の２つの下降管バッフルの方向に、反対方向に
傾斜して向いている。中央の下降管の“前面”の下降管
バッフルは２つの隣接する下降管の“後端”の下降管バ
ッフルと同じ傾斜を有している。この下降管バッフル構
成は塔の各トレイにおいて均一である。図５に示されて
いるように、２つの下降管バッフルは液体を蒸気−液体
接触デッキの同じ部分に誘導するので、デッキのその部
分、および液体取出口の設計は、トレイの他の部分と同
じ液体／蒸気流量比率をえるように選択されねばならな
い。

【００３６】図６は図５のトレイ実施例の上向きの図面
である。この図はこのトレイ実施例の表面上での液体／
蒸気フローを示している。この図はこのトレイ構成が、
液体が下降管に対して垂直なトレイ上を流れるトレイよ
り、長い液体滞留時間および液体流路をどのようにして
提供しているかを示している。また、この発明の実施例
が液体の混合を防ぐための、蒸気−液体接触デッキの表
面から上方に延びた垂直な中央バッフル（図１のバッフ
ル７）を組み込んでいないことも非常に明白である。

【００３７】図５および６は蒸気−液体接触デッキ中途
の２つの下降管間の上部表面上でのオプション可能な液
体フロー誘導バッフル16が設けられていることを示して
いる。バッフル16は、好ましくは蒸気−液体接触デッキ
の２つの下降管バッフル３および３′からの液体を受け
入れる蒸気−液体接触デッキ上に設けられる。これらの
バッフルは、その主要な機能が蒸気−液体接触デッキ上
を流れる液体および泡の方向がその下降管の他の端部に
それるようにすることである。バッフル16は下降管の全
長に沿って延びていても差し支えないが、好ましくは、
その長さが組み合わせられた下降管の半分と等しいよう
にする。再度繰り返すが、これらのバッフルはオプショ
ン可能である。したがって、この発明の１つの実施例
は、隣接トレイの各ペア間につくられたトレイ間容積を
形成するために、間隔をとり、上下に揃えられ、同様に
作られた複数のトレイと、少なくとも２つの側壁と２つ
の端壁で構成され、トレイの両側で該トラフ間容積内部
に延びているトラフ状の下降管とを有しており、すべて
のトレイの下降管が同じ方向に揃えられていて、上下の
位置関係で配置された、複数の、同様の構造を有する分
別トレイと；トレイのすぐ下の位置を揃えられた下降管
の取入開口端からトレイ間容積を通って延びている傾斜
した液体偏向バッフルであって、取入開口のすぐ上のス
ペースをすぐ下のトレイまで横断しており、取入開口を
すぐ上の下降管の液体取出口から下方に流れる液体にが
直接流入するのを防ぐ蒸気偏向バッフルと；そして、塔
の内部容積を少なくとも４つの、塔の下端から上端に延
びる流れ左右対称形の分離された、蒸気流路に分割する
手段で、軸方向、塔の第１の端部から第２の端部間のト
レイ間容積内に延びている平面状中央バッフル；とで構
成されている分別蒸留塔の内部容積内に存在する蒸気液
体接触手段として使用されるための装置として、特徴づ
けることができる。

【００３８】この発明により包括的な実施例は、複数の
この発明によるトレイ、中央バッフル、およびその内部
に搭載された下降管を有する細長い円筒型外部容器で構
成される分別塔である。装置全体としては、接触させら
れる液体および蒸気を供給するための、そして、リボイ
ラーおよびリフラックス・システムなどの他の通常に用
いられる機器などの、通常の取り付け装置を含むことも
できる。

【００３９】この発明によるトレイはメタノール／水混
合物を用い、61cm直径の塔を用いて行われた。これらの
テストの目的は、種々の負荷でのトレイの効率を判定す
ることにあった。結果を表１に示す。それらは、この発
明によるトレイが、通常の複数下降管トレイ、あるい
は、改良型の複数下降管トレイのいずれにおけるよりも
高い効率を示したことを示唆している。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【発明の効果】複数下降管型分別トレイは垂直方向で隣
接した下降管の液体取出口と取入開口を接続する各下降
管上に傾斜した液体偏向バッフルのペアを設け、それに
よって、各トレイ上での液体の動きに対しては環状の液
体流路と、液体流路の長さを増大し、プレート効率向上
に対するケース２のポイントをつくりだす働きをするト
レイ間ベース上での並行液体フローをつくりだすことに
よって、その効率が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のトレイ２を挟んで離れて配
置されている３つの下降管10を示しており、中央の液体
／蒸気バッフル７が塔の内部容積を２つの分離された通
路に分離している、分別塔の内部を見下ろした断面図で
ある。

【図２】同上の下降管の側壁４と接続下降管バッフル３
の構造をより良く示すための、図１に示されている塔１
の縦断面図である。

【図３】同上の塔１の図２に示されている部分を横断し
て見た縦断面図で、３つのトレイを示しており、そのそ
れぞれは３つの下降管を有しており、下降管バッフル３
が下降する液体が次の下側にある下降管に流れ込むのを
阻止している。

【図４】同上の２つの下降管の長さ方向の縦断面図で、
下降管側壁４の上部端に蒸気で偏向するバッフル15の配
置を示している。

【図５】２つの異なった下降管の傾斜した下降管バッフ
ル３および３′によって、液体がトレイ２の同じ部分に
向けられるこの発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。

【図６】同上のトレイの表面の意図された液体流路を示
している図５のトレイの平面図である。

【符号の説明】

２ トレイ ３ 下降管バッフル ４ 側壁 ５ 上部端部 ６ 端壁 ９ 液体取出口 10 下降管 11 蒸気−液体接触デッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバト ジェイ．ミラー アメリカ合衆国 14304 ニューヨーク, ナイアガラ フォールス，ケイユーガ ド ライヴ 10409 (56)参考文献 特開 昭60−216801（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気−液体接触トレイ２が円形の外周を
   有し、 （１）中央に配置された少なくとも１つの箱体状の下降
   管10で、各下降管10がそれぞれ２つの対向する、側壁４
   及び側壁４より短い端壁６により形成され、側壁４と、
   端壁６とが、トレイ２の平面に対して垂直な方向を向い
   ており、各下降管10が取入開口と底部に液体取出口９と
   を有する下降管10と、 （２）トレイ２が下降管10の数より少なくとも１つ多い
   蒸気−液体接触デッキ11を有し、この蒸気−液体接触デ
   ッキ11は各下降管の側壁４に近接して配置されている蒸
   気−液体接触デッキ11と、 （３）垂直上方に位置する下降管から、トレイ２上への
   液体の下向きの流れを導くための手段であって、下降管
   バッフル３によって構成され、下降管バッフル３はその
   水平方向の長さが、組付けられる下降管10の側壁４の水
   平方向長さの半分に等しくなっており、一方の下降管バ
   ッフル３が垂直下方に位置する一方の下降管10の側壁４
   の一側上端５に組付けられ、他方の下降管バッフル３は
   他方の下降管10の側壁４の他側上端５に組付けられてい
   て、液体の流れが下降管10に直接入るのを防ぎ、液体を
   下降管10の下降管バッフル３と反対側に配置された蒸気
   −液体接触デッキへ導くように傾斜していて下降管10の
   取入開口の上方で流体の流れを横切っている下降管バッ
   フル３とを具えたことを特徴とする蒸気−液体接触トレ
   イ。