(57)【要約】【課題】溶解及び／又は懸濁された物質を含む、流体の流れ、特に液体の流れが、溶解及び／又は懸濁された物質の堆積物が装置に形成されることなく、化学装置において均等に分割されることができる方法を提供する。【解決手段】１つ以上の流体の流れが、堆積物を形成する傾向を低減するように、化学装置において２つ以上の部分的な流体の流れに均一に分配される。このような流れの分割は、２つ以上の開口を有する少なくとも１つのプレートを有する分配装置を使用することによって達成され、前記開口は少なくとも一方の側において丸みづけ又は面取りされている。【選択図】図３
2010051959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学装置において流体の流れを２つ以上の部分的な流体の流れに分割するための方法において、
ａ）少なくとも１つの流体の流れを分配装置に通過させ、該分配装置が、（ｉ）２つ以上の開口を有する少なくとも１つのプレートを有しており、前記開口が、部分的な流体の流れが形成されるように、プレートの少なくとも一方の側において丸み付け又は面取りされており、
ｂ）形成された部分的な流体の流れを分配装置から流出させることを特徴とする、化学装置において流体の流れを２つ以上の部分的な流体の流れに分割するための方法。
【請求項２】
分配装置に設けられた開口が、部分的な流体の流れの入口側において丸み付け又は面取りされている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記開口が、孔又はスロットとして形成されている、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記開口が丸み付けされており、丸み付けされることにより形成された部分的な円の半径Ｒが、プレートの厚さよりも小さい、請求項３記載の方法。
【請求項５】
プレートの平らな表面と、プレートを貫通する通路の近傍の開口の表面における面取りされた側との間の角度が、４０°〜６０°である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
開口が面取りされており、該面取り部が、プレートの厚さの半分までは延びていない、請求項５記載の方法。
【請求項７】
部分的な流体の流れが、開口から流出する際に、≦１のレイノルズ数を備えて流れる、請求項５記載の方法。
【請求項８】
開口が、孔又はスロットとして形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項９】
開口が、丸みづけされており、このように形成された部分円の半径Ｒがプレートの厚さよりも小さい、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
プレートの平らな表面と、プレートを貫通する通路の近郷の開口表面との間の角度が、４０°〜６０°である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
開口が面取りされており、面取り部が、プレートの厚さの半分までは延びていない、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
部分的な流体の流れが、開口から流出する際に、≦１のレイノルズ数を備えて流れる、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
流体の流れを２つ以上の均一な流体の流れの部分に分割する、化学装置のための分配装置において、少なくとも２つの開口を有する少なくとも１つのプレートが設けられており、前記開口が、少なくともプレートの一方の側において丸みづけ又は面取りされていることを特徴とする、化学装置のための分配装置。
【請求項１４】
丸みづけ又は面取りされた開口が、流体の流れが分配装置に導入されるプレートの側において丸みづけ又は面取りされている、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
プレートに設けられた開口が、孔又はスロットとして形成されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
開口が丸みづけられており、丸みづけされた開口の半径がプレートの厚さよりも小さい、請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
開口が面取りされており、プレートの表面と各開口との間に、４０〜６０°の角度が形成されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
開口が面取りされており、各開口の面取り部が、プレートの厚さの半分よりも大きな距離まで延びていない、請求項１３記載の装置。
【請求項１９】
部分的な流体の流れが、開口から流出する場合に、１よりも大きくないレイノルズ数を備えて流れる、請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣用の装置と比較して堆積物を形成する傾向が減じられた化学装置において流体の流れを２つ又は３つ以上の部分流に均等に分割する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学技術において、頻繁に使用される化学反応装置は、反応装置内で流体の流れを均等に分配するための装置を使用する。このような装置は、しばしばインターナル（内部構造物）とも呼ばれる。
【０００３】
このようなインターナルの特定の形式は、いわゆるプレートであり、特に、いわゆる分配プレートが特別な事例を成す。このような分配プレートはしばしば、例えば段塔又は熱交換機等の化学反応装置において使用される。
【０００４】
このような分配プレートは慣用的に、開口が設けられた平坦な水平な面（プレート）の形式であり、開口を通って特定の流体の流れが化学装置の他の部分に進入する。開口を流過する結果、低減された流速又は再循環流を特徴とする領域が、慣用的に、幾何学的な不規則な部分において分配プレートにおいて形成される（例えば、穿孔された穴等の開口における９０°の角度等）。
【０００５】
開口を通って化学反応装置に進入する流体が、溶解された物質又は粒子の懸濁液を含んでいる場合、低減された流速又は再循環流を生じる領域において、これらの物質及び／又は粒子の堆積物が慣用的に形成される。この現象は一般的に知られており、例えば、H.Mueller-Steinhagen, "Heat-Exchanger Fouling-Mitigation and Cleaning Technologies", Publico Publications, pp.8-9,Essen 2000. ISBN 3-934736-00-9に記載されている。
【０００６】
ＩＮ−Ａ−１９２１８３は、段塔における液体の均等な分配を可能にすると言われる装置を開示している。その装置は、主分配装置（１０）と、この主分配装置に結合された二次分配装置（１１）とを特徴とし、この二次分配装置自体は、管（２）を介して実際の分配する分配プレート（４）に結合されている。液体の実際の均等な分配は、狭い間隙を残しながら分配プレート（４）の周囲に構造及び配置された案内壁部（５）に沿って、分配プレート（４）から滴下することによって行われる。装置に存在する開口の正確な幾何学的形状は開示されていない。ここで使用される参照番号は、ＩＮ−Ａ−１９２１８３において使用されている参照番号に関連する。
【０００７】
ＩＮ−Ａ−１９２１８３に記載された装置は、分配プレート（４）と案内壁部（５）との間の狭い間隙が、液体の流れが著しく減速されかつ再循環させられることができる領域を形成するので、特に不都合である。したがって、このような装置が使用される場合、液体に溶解／懸濁された物質の堆積が生じると仮定される。装置はさらに、分配プレート（４）の縁部及び排出開口（１２）のボア等の、幾何学的に不規則な多くの部位を有しており、これらの部位において、堆積物の形成が、上記の理由から極めて起こりやすい。
【０００８】
独国特許出願公開第２７５２３９１号明細書は、Ｖ字形の液体出口開口を有するオーバーフローエッジ（３，６）を備えた平行なチャネルから成る、液体を均一に分配するための装置を開示している。分配される液体の量は、２つの平行なオーバーフローエッジの間の間隔（７）を調節することによって、及びＶ字形の液体出口開口の寸法及び数によって決定される。Ｖ字形の液体出口開口の正確な幾何学的形状、特に入射角は、開示されていない。ここで使用された参照番号は、独国特許出願公開第２７５２３９１号明細書において使用されている参照番号に関連している。
【０００９】
独国特許出願公開第２７５２３９１号明細書に開示された装置は、多数の、幾何学的に不規則な部分を有している。例えば、Ｖ字形の液体出口開口のエッジと、オーバーフローエッジとは、このような幾何学的な不規則さを特徴とする。したがって、特にこのような部分において、液体速度の減少及び／又は再循環流が生じ、これにより、分配されるべき液体が、溶解された／懸濁された物質を含んでいる場合には、堆積物が形成されることが想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＩＮ−Ａ−１９２１８３
【特許文献２】独国特許出願公開第２７５２３９１号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H.Mueller-Steinhagen, "Heat-Exchanger Fouling-Mitigation and Cleaning Technologies", Publico Publications, pp.8-9,Essen 2000. ISBN 3-934736-00-9
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
溶解及び／又は懸濁された物質を含む液体又は液体の流れの分割に関する従来の装置において生じる問題を考慮して、本発明の目的は、溶解及び／又は懸濁された物質を含む、流体の流れ、特に液体の流れが、溶解及び／又は懸濁された物質の堆積物が装置に形成されることなく、化学装置において均等に分割されることができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的及び当業者に明らかになるその他の目的は、本明細書においてさらに詳細に記載された方法において、本明細書に詳細に記載された分配プレートを使用することによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法を実施するのに適した分配装置を示す図である。
【図２】本発明の方法を実施するのに適した分配装置を示す図である。
【図３】図１に示された孔のうちの１つの断面図である。
【図４】図２に示された孔のうちの１つの断面図である。
【図５】実施例１の試験結果を表すグラフである。
【図６】試験装置（実施例２）を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、化学装置において流体の流れを２つ以上の部分流体流れに分割する方法に関し、この化学装置において、少なくとも１つの流体の流れが、２つ以上の開口３を有する少なくとも１つのプレート２を有する分配装置に通過させられる。開口３は、プレート１の少なくとも１つの側において丸み付けされている又は面取りされている。部分流体流れは引き続き開口３を流過する。
【００１６】
本発明の文脈において、"流体"は、超臨界状態、臨界未満状態又は臨界状態における、あらゆる液体及び／又は気体を意味する。液体及び／又は気体の特定の状態は、流体の流れが本発明による装置を通過する前及び／又は通過した後における条件によって決定される。液体及び／又は気体の状態は発明にとって重要ではない。流体が本発明の装置を通過しながら流体の状態が変化することも可能である。
【００１７】
流体は好適には液体である。最も好適には、流体は、少なくとも１つの物質が溶解及び／又は懸濁した形式で存在する液体である。
【００１８】
少なくとも１つの物質が溶解及び／又は懸濁した形式で存在する液体は、本発明による方法に関連して特に有利である。なぜならば、堆積物が形成される傾向の減少が、本発明において特に顕著であるからである。
【００１９】
本発明の文脈における"プレート"は、厚さＤを有する平坦な形状のボディを表す。平面におけるプレートのジオメトリは本発明にとって重要ではない。しかしながら、プレートは、通常は円形のプレートである。なぜならば、プレートは通常、円筒形として概して当業者に知られる段塔又は同様の化学装置に水平に導入されるからである。平面におけるプレートの空間的な範囲が大きい場合、部分的な流体の流れが出現する側において、例えば支柱又はその他の強化手段によって、プレートが強化されることができる。
【００２０】
本発明の範囲内の化学装置は、化学反応又は化学物質又は熱輸送過程が生じることができるあらゆる装置を含む。例えば、反応器、特に管状の反応器、又は熱交換器、特に管状の熱交換器、及び／又は、物質を分離するための装置、例えば段塔又はその他の適切な装置が、本発明の範囲内である。
【００２１】
プレートの厚さＤは、通常、プレートが、自重に耐え、かつ付加的に概してプレート上に配置された流体の重量に耐えるように選択される。プレートに使用される材料に基づいてプレートの厚さをどのように決定するかは、概して当業者に知られている。択一的に、プレートの厚さＤは極めて小さく選択されていることもでき、その代わりに支柱の形式の強化手段が使用されることもできる。
【００２２】
プレートは、化学装置構造において概して知られるあらゆる材料から形成されることができる。プレートは、通常、金属又はポリマ等の、機械加工（例えば穿孔又は切断）しやすい材料から形成されている。好適には、プレートは金属材料から形成されている。より好適には、プレートは鋼から形成されている。最も好適には、プレートはステンレス鋼から形成されている。
【００２３】
例えば鋼又はステンレス鋼等の金属材料の使用は特に有利である。なぜならば、このような材料が特に強く、厚さＤが小さく選択されることができるか、又は例えば支柱による強化手段が、概して省略されることができるからである。ステンレス鋼は、ほとんどの液体による化学的攻撃（例えば腐食）に対して安定しているので特に有利である。鋼の合金組成に基づいて、本発明による装置の特定の用途のためにステンレス鋼をどのように選択するかは当業者に概して知られている。
【００２４】
本発明のために要求されるプレートを製造するために使用される特定の材料は、発明の有効性にとって重要ではない。使用される材料が丸み付けされている及び／又は面取りされていることだけが重要である。これを達成する方法は、当業者にとって、それに適していると思われるあらゆる方法であることができる。
【００２５】
分配装置のプレートは好適には、装置を通過する流体の流れの主方向に対して正確に垂直に、化学反応装置に配置されている。最も好適には、プレートは正確に水平に配置されている。
【００２６】
装置を通過する流体の主流れ方向に対して垂直な配置は有利である。なぜならば、分配装置の部分領域が、他よりも流体に曝されないからである。均一な分配はこれにより保証されることができる。分配されるべき流体が、化学装置を垂直方向に上から下へ又は下から上へ流れる液体である場合に、水平の配置は特に有利である。これにより、分配装置の部分領域は、他よりも流体に曝されないことが保証されることができる。
【００２７】
プレートにおける開口はあらゆる幾何学的形状を有することができる。孔又はスロットの形式の開口が好適である。孔の形式の開口はより好適であり、円形の孔の形式の開口が最も好適である。
【００２８】
孔及びスロットは、単純な手段、例えば穿孔及び／又は切断によってプレートに導入されることができるので有利である。その他の幾何学的形状は、製造するのがより複雑であるが、その他の点では孔及びスロットと同様に適切である。
【００２９】
プレートにおける開口は、分配装置のプレート上に規則的に又は不規則に分配されていることができる。開口は好適にはプレート上に規則的に分配されている。
【００３０】
規則的な配列は、流体の均一な分配がより達成されることができるので有利である。
【００３１】
開口の寸法及び数は、分配されるべき流体の量によって通常は決定され、通常は、開口から出る時の流体の流れのレイノルズ数が１以下であるように選択されている。
【００３２】
本発明に関連して、レイノルズ数は、Ｒｅ＝ｕ・ｄ／νとして当業者に一般的に知られている無次元指数であり、ｕは開口から出るときの部分流体流の速度であり、νは流体の動粘性率であり、ｄは、開口が円形である場合の開口の直径又は開口がスロットである場合のスロット幅又は２つの前記ジオメトリが存在しない場合の、当業者に一般的に知られた原理によって決定される開口の特徴的な長さを表している。
【００３３】
プレートにおける開口の数は好適には１０〜１００００、最も好適には１００〜５０００である。
【００３４】
分配装置の開口は好適には、少なくとも流体がプレートを通過するプレート２の側において、丸み付けされている又は面取りされている。
【００３５】
開口は、プレート２の両側において丸み付け又は面取りされていることもできる。開口は、プレートの一方の側において面取りされており、プレートの他方の側において丸み付けされていることも同様に可能である。
【００３６】
好適には、開口は、プレートの一方の側においてのみ面取り又は丸み付けされている。
【００３７】
本発明に関連して、丸み付けされているとは、幾何学的な不規則さ、例えば９０°の角度が、規則的なジオメトリ、例えば半円形によって置き換えられていることを意味する。
【００３８】
言い換えれば、本発明の文脈における"丸み付けされている"は、開口へ進入する領域において角が形成されていないことを意味する。その代りに、（開口の外側の）プレートの平らな表面が、角を形成することなく、プレートを貫通する通路領域における開口の表面に移行している。
【００３９】
本発明の文脈において、面取りされているとは、幾何学的な不規則さ、例えば９０°の角度が、同様に不規則であるが、元の幾何学的不規則さと比較して、より幾何学的に規則的なジオメトリ（たとえば２つの４５°の角度）に類似しているジオメトリによって置き換えられていることを意味する。
【００４０】
言い換えれば、本発明に関連する"面取りされている"は、開口への進入領域において鋭い角が形成されていないことを意味する。その代りに、（開口の外側の）プレートの平らな表面が、鋭い角を形成することなく（すなわち好適には角度α，β≧６０になることなく）プレートを貫通する通路領域における開口の表面に移行している。
【００４１】
角度αは、プレートの平らな表面と、部分流体流れの入口側における開口の表面との間の角度であり、角度βは、プレートの平らな表面と、部分流体流れの出口側における開口の表面との間の角度である。これは図３に示されており、参照番号４は角度αを表し、参照番号５は角度βを表わしている。
【００４２】
開口３を有する少なくとも１つのプレート２を有する分配装置は、好適には、プレートを貫通する通路の領域における（すなわち好適には、プレートの厚さＤに対応する、開口の流過長さの３０％〜７０％の範囲における）流過断面が、開口への進入領域における流過断面よりも小さいということを特徴とする。
【００４３】
プレートにおける開口が丸み付けされている場合は、開口は、丸み付けによって形成された部分的な円の半径Ｒが、プレートの厚さよりも小さくなるように丸み付けされていると好適である。
【００４４】
プレートにおける開口が面取りされている場合は、開口は、角度が４０°〜６０°であるように面取りされていると好適である。開口は、面取り部がプレートの厚さＤの半分まで延びていないように面取りされていることも好適である。
【００４５】
本発明は、発明を図面に限定することなく、図面に関連してさらに詳細に説明される。
【００４６】
図１は、本発明の方法を実施するのに適した分配装置を示しており、この分配装置は、円形のプレート２を有しており、プレート２には孔の形式の開口３が規則的に分配されている。
【００４７】
図２は、本発明の方法を実施するのに適した分配装置を示しており、この分配装置は、円形のプレート２から形成されており、プレート２にはスロットの形式の開口３が規則的に分配されている。
【００４８】
図３は、図１に示された孔３のうちの１つの断面図を示しており、開口は、両側において、角度α，βで面取りされている。参照番号４は角度αを表しており、参照番号５は角度βを表わしている。Ｄはプレート２の厚さを表している。
【００４９】
図４は、図２に示された開口３のうちの１つの断面図を示しており、開口は、プレートの一方の側において、半径Ｒ＜Ｄを備えるように丸み付けされている。Ｄはプレート２の厚さを表している。
【００５０】
図５は、例１の試験結果を表すグラフである。
【００５１】
図６は、試験装置（例２）を概略的に示している。
【００５２】
本発明は、実施例に関連して、ただしこれらの実施例に限定されることなく、以下に詳細に説明される。
【００５３】
例
例１
堆積及び結晶化付着物試験が実験室試験において行われた。ブチルゴム／ヘキサンが堆積付着物試験のための試験液として使用され、塩化ナトリウム水溶液が結晶化付着物試験のための試験液として使用された。試験装置は、試験液が連続的に流入する容器から形成された。容器は、垂直な壁（厚さ：２ｍｍ）のうちの１つに、様々な種類の開口を有しており、これらの開口から、試験液が再び円弧においてジェットの形式で流れた。開口は２つの円形の穴（直径：２ｍｍ）であり、第１の穴は鋭い角を備えて形成されており（円筒形である）、第２の穴は（本発明に従って）面取り部を有していた。４５°の面取りが選択され、この面取りは壁厚の半分を占めていた。耐久性試験において、様々な開口における付着物が調査された。評価は、一方では、開口を有するプレートを試験の最後に取り外し、穴における堆積物を視覚的に評価することによって行われ、他方では、２つの開口から水平方向に約５ｃｍ離れて位置決めされた、向き合った壁における衝突箇所の投影範囲又は高さｈを測定することによって行われた。図５におけるＡは、（面取り部を備えない）鋭い角を備えた穴を表している。図５におけるＢは、（面取り部を備えた）面取りされた穴を表している。視覚的評価及び測定の両方は、付着物の両方の仕組み（結晶化及び堆積付着物）に関して、排出孔の（本発明による）面取り又は（本発明による）丸み付けが、付着物に対するより低い傾向を生じることを示した。図５は、様々な時間ｔにおける衝突箇所の測定された高さｈのグラフである。
【００５４】
例２
この例において使用された、液体の流れを分割するための装置は、分配装置の孔の付着物挙動を調査するための一連のスクリーニングテストにおける平らな円形のプレートの形式であり、８０℃〜２２０℃の温度で試験された。厚さ２ｍｍのステンレス鋼プレートに、２つの幾何学的に異なる孔が設けられた（有効流過面の均等を保証するために、直径はそれぞれ１．４ｍｍであった）（図６）。孔Ｃは単純な直線的なボアである。第２の孔Ｄは面取り部（４５°）を備えて製造された。使用された試験液は、７００〜１２００ｋｇ／ｍ3の密度と１ｍＰａｓ〜１００ｍＰａｓの範囲の粘度とを有する中間粘度液体であり、この中間粘度液体の表面張力は１５〜５０ｍＮ／ｍであった。液体は、溶解された成分を含有していた。液体は複数の分解反応が行われ、これらの分解反応のうちの幾つかは機械論的に説明されていない。極めて微細な結晶の形式の固体成分（試験の間に形成された懸濁）と、高い分子量の、不確定な塗膜形成製品（付着物）とが形成された。
【００５５】
使用された流体は、保護雰囲気のもとで、加熱された回路において案内され、分配プレートは０〜３００ｍｍの液体層で被覆された。プレートを通過した流体が圧送によって再循環された量は、小孔を有するプレートにおける液体レベルを決定し、液体レベルは、静水高さによる分配装置孔を通る流出挙動又は流出速度を決定する。
【００５６】
試験は有効に１０日間継続し、それぞれ２日の休止があった。孔の周囲のプレートにおける塗膜におけるクレーターの寸法に基づき、流体が、面取りされた孔をより容易に流出したことを決定することが可能であった（孔の角におけるより高い流出率）。ステンレス鋼の開口を有するプレートは、試験の最後に、極めて個体の、糊状の沈殿物で被覆され、これは、高温においてさえも除去するのが困難であった。しかしながら、面取りされた孔は、直線的な孔と比較して通過可能であった。
【００５７】
特に、分配装置プレートにおける低い液体レベルにおいて、相違は、異なるジオメトリの孔の２つのタイプを通る流体の流出挙動において観察されることができた。面取り部を備えた分配装置孔を通る流体の流出は、直線的な孔と比較して有利な挙動を有していた。プレートにおける極めて低い静水圧力において（１０〜２０ｍｍの液体レベル）、面取りされた孔は、より小さな圧力損失（より低い応力ファクタ及びより低い圧力降下）により最初から通過可能であった。これに対して、直線的な孔は、流体の均等な流出を観察することができるために、より高いレベル（４０〜５０ｍｍ）を必要とした。試験は、明らかに、面取りされたジオメトリを備えた分配装置孔が、鋭い角を有する孔よりも、定常作動の間に、より優れた流出挙動を示すことを示した。
【００５８】
本発明は、これまで例示のために詳細に説明されたが、このような詳細は、例示のためだけであり、請求項によって限定されることを除いて、発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更が当業者によって行われることができることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００５９】
２  プレート、  ３  開口
【図１】
2010051959.tif 000003
【図２】
2010051959.tif 000004
【図３】
2010051959.tif 000005
【図４】
2010051959.tif 000006
【図５】
2010051959.tif 000007
【図６】
2010051959.tif 000008
【外国語明細書】
2010051959.tif 000009
2010051959.tif 000010
2010051959.tif 000011
2010051959.tif 000012
2010051959.tif 000013
2010051959.tif 000014
2010051959.tif 000015
2010051959.tif 000016
2010051959.tif 000017
2010051959.tif 000018
2010051959.tif 000019
2010051959.tif 000020
2010051959.tif 000021
2010051959.tif 000022
2010051959.tif 000023
2010051959.tif 000024
2010051959.tif 000025
2010051959.tif 000026
2010051959.tif 000027
2010051959.tif 000028