(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を処理するための装置において、
ａ）複数のフィン層と、
ｂ）前記複数のフィン層を、各フィン層を通って流体流路が画定されるように分離している複数の非有孔プレートと、
ｃ）前記流体流路の第１端部分と流体連通している第１相分離ゾーンと流体連通しており、第１流体流を受け入れるように構成されている第１流体入口と、
ｄ）前記流体流路の第２端部分と流体連通している、第１相分離ゾーンと反対側の第２相分離ゾーンと流体連通している第１流体出口と、
ｅ）前記第２相分離ゾーンと流体連通しており、第２流体流を受け入れるように構成されている第２流体入口と、
ｆ）前記第１相分離ゾーンと流体連通している第２流体出口と、を備えており、
ｇ）前記複数のフィン層は、それぞれ、複数の交互に配置されたオフセットフィンの列を備えており、前記第２流体流が前記流体流路を通って流れる際、当該第２流体流に対し剪断作用を提供して、前記第１流体流が前記流体流路を流れる際、当該第１流体流への物質移動を提供するようになっている、装置。
【請求項２】
前記処理は混合工程を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理は反応工程を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
複数の側面バー対を更に備えており、各側面バー対は、各フィン層の互いに反対側の側面縁部に隣接して配置されており、前記側面バー対のそれぞれは、更に、各フィン層の一対の境界を画定しているプレートの間に、各フィン層の前記側面縁部を取り囲むように配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のフィン層、前記複数のプレート、及び前記複数の側面バーは、金属接合プロセスによって一体に固定されてブロックを形成している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記金属接合プロセスは、蝋付けである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記金属接合プロセスは、拡散接合である、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のフィン層、前記複数のプレート、及び前記複数の側面バーは、全て、金属から作られている、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記金属はアルミニウムである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各フィンは、長さが１／１６インチから５インチ（１．５８８ｍｍから１２７．０ｍｍ）であり、厚さが０．００４インチから０．０２４インチ（０．１０１６ｍｍから０．６０９６ｍｍ）である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
列に沿ったフィン間隔は、０．０３インチから０．５インチ（０．７６２０ｍｍから１２．７０ｍｍ）である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
各列は、波形フィン区間を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記フィンの内の少なくとも１つは、ヘリンボーン形状を特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記フィンの内の少なくとも１つは有孔である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン厚さを特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン長さを特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン高さを特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、列に沿った異なるフィン間隔を特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記フィン層の内の少なくとも１つは、波形フィンを特徴としている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１流体入口と前記第２流体入口は、それぞれ、入口ノズルを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１流体出口と前記第２流体出口は、それぞれ、出口ノズルを含んでいる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１流体流は、液体を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第２流体流は、液体を含んでいる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第２流体流は、気体を含んでいる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記流体流路と連通している注入ポートを更に備えており、前記注入ポートは、第３の注入流体流を受け入れるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
温度制御流体を受け入れるように構成され、前記複数の非有孔プレートの内の少なくとも１つに隣接して配置されている温度制御層を更に備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
流体処理装置において、
ａ）非有孔の第１プレートと、
ｂ）非有孔の第２プレートと、
ｃ）前記第１プレートと前記第２プレートの間に、中を通って流体流路が画定されるように配置されているフィン層と、
ｄ）前記流体流路の第１端部分と流体連通している第１相分離ゾーンと流体連通しており、第１流体流を受け入れるように構成されている第１流体入口と、
ｅ）前記流体流路の第２端部分と流体連通している、第１相分離ゾーンと反対側の第２相分離ゾーンと流体連通している第１流体出口と、
ｆ）前記第２相分離ゾーンと流体連通しており、第２流体流を受け入れるように構成されている第２流体入口と、
ｇ）前記第１相分離ゾーンと流体連通している第２流体出口と、を備えており、
ｈ）前記フィン層は、複数の交互に配置されたオフセットフィンの列を備えており、前記第２流体流が前記流体流路を通って流れる際、当該第２流体流に対し剪断作用を提供して、前記第１流体流が前記流体流路を流れる際、当該第１流体流への物質移動を提供するようになっている、流体処理装置。
【請求項２８】
前記処理は混合工程を含んでいる、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記処理は反応工程を含んでいる、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
対になった側面バーを更に備えており、各側面バーは、前記フィン層の互いに反対側の側面縁部に隣接して配置されており、前記対になった側面バーは、更に、前記第１プレートと前記第２プレートの間に、前記フィン層の側面縁部を取り囲むように配置されている、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項３１】
前記フィン層、前記第１及び第２プレート、及び前記側面バーの対は、金属接合プロセスによって一体に固定されブロックを形成している、請求項３０に記載の流体処理装置。
【請求項３２】
前記金属接合プロセスは、蝋付けである、請求項３１に記載の流体処理装置。
【請求項３３】
前記金属接合プロセスは、拡散接合である、請求項３１に記載の流体処理装置。
【請求項３４】
前記フィン層、前記第１及び第２プレート、及び前記側面バーの対は、全て、金属から作られている、請求項３０に記載の流体処理装置。
【請求項３５】
前記金属はアルミニウムである、請求項３４に記載の流体処理装置。
【請求項３６】
各フィンは、長さが１／１６インチから５インチ（１．５８８ｍｍから１２７．０ｍｍ）であり、厚さが０．００４インチから０．０２４インチ（０．１０１６ｍｍから０．６０９６ｍｍ）である、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項３７】
列に沿ったフィン間隔は、０．０３インチから０．５インチ（０．７６２０ｍｍから１２．７０ｍｍ）である、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項３８】
各列は、波形フィン区間を含んでいる、請求項２７に記載の装置。
【請求項３９】
前記フィンの内の少なくとも１つは、ヘリンボーン形状を特徴としている、請求項２７に記載の装置。
【請求項４０】
前記フィンの内の少なくとも１つは有孔である、請求項２７に記載の装置。
【請求項４１】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン厚さを特徴としている、請求項２７に記載の装置。
【請求項４２】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン長さを特徴としている、請求項２７に記載の装置。
【請求項４３】
前記交互に配置されたオフセットフィンの列の内の少なくとも２つは、異なるフィン高さを特徴としている、請求項２７に記載の装置。
【請求項４４】
前記フィン層は、波形フィンを特徴としている、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項４５】
前記第１流体入口と前記第２流体入口は、それぞれ、入口ノズルを含んでいる、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項４６】
前記第１流体出口と前記第２流体出口は、それぞれ、出口ノズルを含んでいる、請求項４５に記載の流体処理装置。
【請求項４７】
前記第１流体流は、液体を含んでいる、請求項２７に記載の装置。
【請求項４８】
前記第２流体流は、液体を含んでいる、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第２流体流は、気体を含んでいる、請求項４７に記載の装置。
【請求項５０】
前記流体流路と連通している注入ポートを更に備えており、前記注入ポートは、第３の注入流体流を受け入れるように構成されている、請求項２７に記載の流体処理装置。
【請求項５１】
ｉ）非有孔の第３プレートと、
ｊ）前記第３プレートと前記第２プレートの間に、中を通って温度制御流体流路が画定されるように配置されている温度制御層であって、前記温度制御流体流路は、温度制御流体を受け入れるように構成されている、温度制御層と、を更に備えている、請求項２７に記載の流体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、流体処理設備に関し、より具体的には、プレートフィン技術を採用した流体処理を行うための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００７年７月９日出願の米国仮特許出願第６０／９５８，７７６号からの優先権を主張する。
化学薬品又は食料品の生産、廃棄物処理、及び、回収又は精製操作における幾つかの重要なプロセスには、２つ又はそれ以上の流体の組合せが関わっているので、分離、混合、及び／又は反応が起こる。その様なプロセスには、吸着、吸収、脱着、及び二相反応の様な気液プロセスと、抽出及び反応の様な液液プロセスと、が含まれる。その様なプロセスを実行するための容認できる設備は存在してはいるが、その様な装置の効率を損なう欠点が存在する。
【０００３】
抽出を行うための抽出器装置の様に、液液抽出のプロセスは、当技術では周知である。液液抽出では、１つ又はそれ以上の成分が、溶液又は混合液の送給物から、第２液との密接接触によって除去される。第２液は、混合液との非混合性を有しているが、混合液送給物の成分の１つ又はそれ以上に対しては優先的結合性又は選択性を示すので、混合液から（単数又は複数の）成分を除去するための溶媒としての機能を果たす。従って、液液抽出は、物質移動操作である。
【０００４】
液液抽出を行うために広く使用されている従来型の装置に、シーブトレイカラムがあり、これは多孔板カラムと呼ばれることもある。その様な装置の例は、Robbinsへの米国特許第３，９８８，１１６号、及びBairdへの米国特許第４，４２４，１３１号に提示されている。
【０００５】
従来のシーブトレイカラム１０内で起こる液液抽出プロセスが、図１から図３に示されている。図１は、全体的な流れを示している。カラムの上端部には、液２の入口と液１の出口が配置されている。カラムの下端部には、液１の入口と液２の出口が配置されている。図２に示されている様に、全体を１０として表わされているシーブトレイカラムは、多数の有孔板を特徴としており、その内の２枚が１２と１４で示されている。図１から図３に示されている例では、溶媒である図１の液２は、カラムの上部の入口を通って流入し、カラムを下って流れ、カラムの下部の出口から出る。除去されるべき成分を有する溶液である図１の液１は、カラムの下部の入口を通ってカラムの中へ流入し、カラムの中を上ってカラムの上部の出口から出る。この例では、液２の密度は液１の密度より高いが、溶液がより濃密である場合は、別の状況が起こることもある。そこでは、当該液は上部から進入し、泡は下向きに流れることになる。
【０００６】
図２に示されている様に、溶液の液泡１６は、溶液（図１の液１）が下側の分配トレイ１４の開口部又は穴を通って上昇する際に形成される。抽出の目標物である成分Ａの物質移動には幾つかの段階が伴う。成分Ａの分子は、２つの液の溶解度の差に起因する泡表面からの物質移動により、溶媒（図１の液２）の中へ移動する。これらの分子は、拡散により、溶媒（液２）の中へ移動し続ける。泡表面における成分Ａの濃度が下がると、泡内に濃度勾配が生じる。泡が、矢印１８で示されている様に、浮力により上昇している間に、溶液（液１）の泡の中の問題の成分Ａは、泡の内部から（図３の矢印２０で示されている様に）Ａの濃度の勾配に従って拡散してゆき、泡の外部の溶媒（液２）との界面に到る。移動は、平衡条件によって制限される。
【０００７】
泡が上側トレイ１２の下側に到達すると、それらの運動は妨げられ、泡は再結合して、均一な成分Ａの濃度を有する新しい溶液（液１）の層を形成する。その層は、再結合層と呼ばれ、図２に２２で示されている。新しい小液泡が、上側分配トレイ１２の孔を通して、再度形成されることになり、上記のプロセスが繰り返される。
【０００８】
泡１６の外部の溶媒への成分Ａの物質移動は、泡の境界における成分Ａの濃度勾配に起因する拡散によって起こる。図３に示すように、泡１６の境界領域の勾配は、数式（ＣＡｂ−ＣＡ）／ｂによって計算することができ、ここに、
ＣＡｂは、境界の内縁部における成分Ａの濃度、
ＣＡは、境界の外縁部における成分Ａの濃度（溶媒中の成分Ａの濃度）であり、
ｂは、境界の厚さである。
【０００９】
境界領域を通過する移動が速ければ、ＣＡｂとＣＡは、より早く平衡状態に達することができる。泡内部から境界の内縁部までの移動、即ち、濃度ＣＡ０から濃度ＣＡｂへの移行（ＣＡ０は、泡の中心におけるＡの濃度である）は、境界領域を通過する移動より遅いので、通常は、速度制御（制限）段階である。ＣＡ０からＣＡｂへの物質移動は、高い物質移動抵抗を有する拡散への依存性が高い。結果として、（上記数式により）泡の境界領域の勾配のほうが小さいために、ＣＡｂはゆっくりと上昇し、物質移動効率は低い。
【００１０】
気液プロセスに関わる或る例を見てみると、吸収又は脱着は、通常は、大きな表面積又は高効率の充填材料で満たされている充填層塔を使用して行われる。現在の充填層装置による効率も、液液抽出カラムに関連して先に説明した様に、塔の中に形成される泡又は液滴内の物質移動の限界によって制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／９５８，７７６号
【特許文献２】米国特許第３，９８８，１１６号
【特許文献３】米国特許第４，４２４，１３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上に説明されている液液又は気液の何れかの装置内に、より小さな泡又は液滴を形成できれば、材料の体積当たり表面積の拡大及び泡又は液滴内の拡散距離の短縮に役立つ。従って、物質移動のためのより小さい泡又は液滴の形成を介して大きな表面積を提供することができ、且つ、泡又は液滴を頻繁に分離及び再結合させることを通して泡又は液滴内の混合を介した対流物質移動を提供することのできる流体処理装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、流体を処理するための装置において、
ａ）複数のフィン層と、
ｂ）前記複数のフィン層を、各フィン層を通って流体流路が画定されるように分離している複数のプレートと、
ｃ）前記流体流路の第１端部分と連通しており、第１流体流を受け入れるように構成されている第１流体入口と、
ｄ）前記流体流路の第２端部分と連通している第１流体出口と、
ｅ）前記流体流路の前記第２端部分と連通しており、第２流体流を受け入れるように構成されている第２流体入口と、
ｆ）前記流体流路の前記第１端部分と連通している第２流体出口と、を備えており、
ｇ）前記複数のフィン層は、前記第２流体流が前記流体流路を通って流れる際、当該第２流体流に対し剪断作用を提供して、前記第１流体流が前記流体流路を流れる際、当該第１流体流への物質移動を提供するようになっている、装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来型のシーブトレイ抽出カラムの概略図である。
【図２】図１の従来型のシーブトレイ抽出カラムの内部の概略図である。
【図３】図１と図２のシーブトレイ抽出カラムからの泡の拡大図である。
【図４】本発明のプレートフィン式流体処理装置の或る実施形態のブロック部分の分解斜視図である。
【図５】図４のブロック部分の組立斜視図である。
【図６】図４と図５のブロック部分を含んでいる本発明のプレートフィン式流体処理装置の実施形態の、図５の６−６線に沿う断面図である。
【図７】鋸歯状のフィン構成を特徴とする本発明のプレートフィン式流体処理装置の代わりの実施形態のブロック部分の流体流路の端面図である。
【図８】図７の流体流路の、図７の８−８線に沿う断面図である。
【図９】使用時における図７と図８のフィン通路の或る部分の概略図である。
【図１０】図９のフィン通路部分からの泡の拡大図である。
【図１１】冷却層を含んでいる本発明のプレートフィン式流体処理装置の或る実施形態のブロック部分の斜視図である。
【図１２】図６のプレートフィン式流体処理装置に流体注入ポートが追加された実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図４から図６は、本発明のプレートフィン式流体処理装置の或る実施形態の構造を示している。装置は、液液抽出に関して説明されているが、本発明は、限定するわけではないが、吸着、吸収、脱着、及び反応を含む他の液液プロセス及び気液プロセスでも使用することができるものと理解頂きたい。
【００１６】
プレートフィン式装置は、基本的に、テキサス州ウッドランドのChart Energy ＆ Chemicals, Inc.社のFINTEC系列の熱交換器及び反応器の技術を使用している。より具体的には、図４に示されている様に、装置は、２４で示されている波形フィンの層を積み重ねることによって作られ、仕切シート又はプレート２６によって分離され、縁部に沿って側面及び端面バー３２でシールされている。３つの構成要素は、全てアルミニウムから作られているのが望ましいが、他の金属を使用してもよい。母材アッセンブリは、真空炉内で蝋付けされて、図５に全体を３４として示されている一体型の剛性のあるブロックに形成されるのが望ましい。
【００１７】
図４と図５には３層のフィン層が示されているが、装置のフィン（及び、対応するプレート）のセットの数は、それより多くても少なくてもよいものと理解頂きたい。更に、図４と図５に示されているものに代わるものとして、様々なフィン構成と形状及びブロック構造を使用することができる。その様な代わりのフィン構成と形状及びブロック構造としては、同様に、テキサス州ウッドランドのChart Energy ＆ Chemical, Inc.社のSHIMTEC系列の熱交換器及び反応器のものが含まれる。これらのフィン構成と形状及びブロック構造は、共にWattonらへの特許である米国特許第６，５１０，８９４号と同第６，７３６，２０１号に示されており、両特許の内容を参考文献としてここに援用する。代わりに、Hesselgreavesへの米国特許第５，１９３，６１１号のフィン構成と形状及びブロック構造を使用することもでき、同特許の内容を参考文献としてここに援用する。
【００１８】
図５の矢印３６と３８によって示されている様に、流体は、中にフィンが入っている流体流路（ブロック３４の隣り合う仕切シート又はプレートの間の空間）を通って何れの方向に流れていてもよい。更に、装置ブロック３４の流体流路は、プレートフィン式装置が完全に組み立てられ、使用できるように設置された時、流体が、垂直方向に、水平方向に、又は何か他の方向に流れるように、向きを定めることができる。
【００１９】
図６に示されている様に、相分離ゾーンとノズルが、望ましくは溶接によって、ブロック３４の上に取り付けられ、全体を４２として示されているプレートフィン式装置が完成する。より具体的には、装置の上部は、上側相分離ゾーン４６と、上部入口ノズル４８と、上部出口ノズル５２と、を特徴としている。上側相分離ゾーン４６は、ブロック部分３４の流体流路、上部入口ノズル４８、及び上部出口ノズル５２と連通している。カラムの下部には、下側相分離ゾーン５３と、下部入口ノズル５４と、下部出口ノズル５６とが設けられており、両ノズルは、下側相分離ゾーン５３と連通しており、その下側相分離ゾーンは、ブロック３４の流体流路と連通している。図示の相分離ゾーンとノズルの構成は、一例に過ぎず、様々な代わりの構成を図示のものに代えて使用することもできるものと理解頂きたい。
【００２０】
プレートフィン式装置のフィン層と分離プレートの或る代わりの好適な実施形態が、図７と図８に示されている。この実施形態では、装置のフィンは、鋸歯状構成を特徴としている。より具体的には、図８に示されている様に、各フィン層は、図７に５８と６０で示されている仕切シート又はプレートの間に、交互に配置されたオフセットフィンの列５７ａ、５７ｂ、５７ｃなどを含んでいる。図７と図８に示されている様に、それぞれのフィン列は、複数の列が一体に単一のフィン層として形成されている波形フィン区間であってもよい。代わりに、列を形成するそれぞれの波形フィン区間が個々に形成された後、他の列と接合されて単一のフィン層が作成されるようにしてもよい。フィンは、それらが、図７のプレート５８と６０の間に全体的に又は部分的に伸張している限り、様々な他の方法を使用して形成することができる。
【００２１】
図７と図８に示されている構成を有する複数のフィン層及び分離プレートは、ブロックに組み立てられ、望ましくは、図６の入口及び出口ノズルと相分離ゾーンとが設けられている。残りの考察はその様な場合を想定している。
【００２２】
図７と図８に示されている流体処理装置の実施形態の動作を、図６から図９に関連して（図６のブロック３４は図７から図９の鋸歯状のフィンを特徴としているものとの理解に立って）説明してゆく。
【００２３】
図７から図９に示されている様に、１列のフィン層（図８の５７ａ）の部分は、フィン６２ａ−６２ｅを含んでおり、隣接する列（図８の５７ｂ）の部分は、オフセットフィン６４ａ−６４ｄを含んでいる。各フィン構造は、プロセス要件又はプロセスの律速段階（ＲＤＳ）に基づいて選択されるのが望ましい。例えば、改質反応後の芳香族化合物抽出のための鋸歯状フィンでは、フィンの長さは、１／１６インチから５．０インチ（１．５８８ｍｍから１２７．０ｍｍ）であればよく、通常は、大凡１／８インチ（３．１７５ｍｍ）であり、フィンの厚さは、０．００４インチから０．０２４インチ（０．１０１６ｍｍから０．６０９６ｍｍ）であればよく、通常は、大凡０．０１６インチ（０．４０６４ｍｍ）であり、隣り合うフィン同士の間のフィン間隔（水平方向、即ち列に沿って測定）は、０．０３インチから０．５０インチ（０．７６２０ｍｍから１２．７０ｍｍ）であればよく、通常は、大凡１／４インチ（６．３５０ｍｍ）である。カラム長さは、プロセス要件に応じて異なり、数フィートから１００フィート（３０．４８ｍ）（又はそれ以上）のこともある。
【００２４】
鋸歯状フィンは、図７から図９に示されている直線状のフィン形状に代わるものとして、図８に６５ａと６５ｂで仮想線で示されているヘリンボーン形状を特徴としていてもよい。フィンの長さ（図８に６７で図示）、フィンの厚さ（図８に６９で図示）、及びフィンの高さ（図７に７１で図示）も、装置の列又はゾーンによって異なっていてもよい。単に一例として、フィンの長さ６７（図８）は、フィン層内の流体の選択された流れ方向に漸次的に増大していてもよい。また、フィンは、図８に７３で表わされている様に、有孔（それぞれに穴が貫通形成）であってもよい。列内のフィンの数も、フィン層全体を通して異なっていてもよい。
【００２５】
図６から図９を見ると、溶媒は、矢印６６で示されている様にカラム又は装置の上部の入口ノズル４８を通って流入し、矢印６８で示されている様に装置の流体流路を下って流れ、そこで６２ａ−６２ｅ及び６４ａ−６４ｄの様なフィンに遭遇し、矢印７２で示されている様に装置の下部の出口ノズル５６から出る。除去されるべき成分を有している溶液は、矢印７４で示されている様に装置の下部の入口ノズル５４を通って装置の中へ流入し、矢印７５で示されている様に装置の中を上り、そこで６２ａ−６２ｅ及び６４ａ−６４ｄの様なフィンに遭遇し、矢印７６で示されている様に装置の上部の出口ノズル５２から出る。しかしながら、溶液と溶媒の入口地点と出口地点は、どちらが濃密かに基づいて逆にして（比重の大きいほうの液を装置の上部の入口を通してカラムに流入させるようにして）もよい。
【００２６】
装置内で、フィンは、溶液の泡内の混合作用を高めるので、抽出プロセスにおける物質移動が大幅に改善される。より具体的には、図９に示されている様に、鋸歯状のフィン６２ａ−６２ｅによって泡８２が形成される。更に、図９に示されている様に、泡は、フィンの縁部による剪断力によって分散する。このプロセスは、泡内部の混合を強化する。更に、泡が剪断領域上方の次のチャンバ内で再結合すると、新しい大きな泡８４が形成される。この再結合プロセスの間に、成分Ａの濃度は、再度、より均一になる。
【００２７】
泡８２と８４について図１０に示されている様に、分散及び再結合それぞれのプロセスにより、ＣＡｂはＣＡ０に近く、ＣＡｂ’はＣＡ０’に近くなっている。図２と図３に関連して説明されている拡散ではなく、泡内の強制的な混合によって、結果的に物質移動が強化される。更に、結果的に境界領域の内縁部における成分Ａの濃度（ＣＡｂ又はＣＡｂ’）が高くなることによって、この成分が泡を通って移動し泡の外部の溶媒の溶液の中へ進入することが促進される。結果として、本発明のプレートフィン式装置を使った物質移動速度は、従来型の装置より格段に速くなる。
【００２８】
上の例を特定のプロセスに当てはめて考える上で、アミン吸収は一般的に使用されている二酸化炭素（ＣＯ２）分離プロセスである。その様な気液プロセスでは、アミン溶液は、矢印６６と６８（図６）で示されている様に、カラムの上部の入口ノズル４８に進入する。排ガス及び天然ガス流が、矢印７４と７５で示されている様にカラムの下部の入口ノズル５４を通ってカラムの中へ流入する。ガス流は、アミン溶液の中を泡状になって上ってゆき、同ガス流中のＣＯ２は溶液中のアミン基と結合してゆく。その結果、７６でカラムの上部の出口ノズル５２から出てゆく、得られたガス流中のＣＯ２含有量は、著しく減少している。
【００２９】
気液反応プロセスを説明するための一例には、エチレンオキシド（ＥＯ）がＣＯ２と反応してエチレンカーボネート（ＥＣ）が形成される反応が含まれる。ＥＣは、ポリマー産業で広く使用されているエチレングリコール（ＥＧ）を形成するのに使用される中間物質である。その様なプロセスでは、ＥＯ溶液は、矢印６６と６８（図６）で示されている様に、カラムの上部の入口ノズル４８に進入する。ＣＯ２ガス流は、矢印７４と７５で示されている様に、カラムの下部の入口ノズル５４を通ってカラムの中へ流入する。ＣＯ２はＥＯ溶液の中を泡状になって上ってゆき、得られた液体ＥＣ流は、矢印７２で示されている様に、カラムの下部の出口ノズル５６から出てゆく。
【００３０】
上の段落の反応中、同反応によって発生する大量の熱は、冷却層流路をカラム又は装置内の反応層流体通路に隣接して追加し、反応温度を制御できるようにすることにより、除去することができる。その様な配列を含んでいる装置のブロックの或る例が、全体を１３４として図１１に表されている。より具体的には、上で説明されている実施形態と同じく、ブロックは、１２４、１２５、及び１２７で示されている波形フィンの層を積み重ねることによって作られ、仕切シート又はプレート１２６により分離され、縁部に沿って側面及び端面バー１３２と１３３でシールされている。矢印１３６と１３８で示されている様に、反応又は他のプロセスを行うのに使用される流体は、フィン層１２４と１２５によって形成されている流体流路を通って何れの方向に流れてもよい。フィン層１２７は、温度制御流体、即ち本例では冷却流体が、矢印１３９で表わされている様に、得られた温度制御流体流路を通して送られるという点で、温度制御層の役目を果たしている。結果として、熱がフィン層１２４と１２５によって形成されている通路から取り除かれることになる。冷却流体に代わるものとして、加温又は加熱流体を温度制御層１２７の温度制御流体として使用すれば、フィン層１２４と１２５により形成されている通路に熱を供給することもできる。
【００３１】
本発明の装置では、反応要件に基づき、随意的に流体通路への注入が含まれることもあることに留意されたい。一例として、図１２は、注入ポート１４２を含むように修正が加えられた図６の実施形態を示しており、同ポートは、装置の側面又は端面バー及び／又は仕切シートに貫通形成された通路を含んでいてもよい。流体流路に注入されるべき流体は、矢印１４４と１４６で表わされている様に、注入ポート１４２を通して装置に進入し、流体流路内で反応が起こるようにするか、又は反応を強化する。１４２の様な注入ポートを装置に複数個設けて、注入ひいては反応の質を高める分配システムを形成することもできる。
【００３２】
上で示した様に、プレートフィン式装置は、その固有の構造のおかげで物質移動のための大きな表面積を提供しているのみならず、フィン構造の剪断力と頻繁な分離及び再結合によって生じる、泡又は液滴内の対流物質移動も提供している。このプロセスの間に、表面積が再生されるばかりでなく、対流物質移動も強化される。その結果、物質移動の効率は大幅に改善される。更に、速やかな熱の除去が行われるので、上の段落の発熱の激しい例では特に好都合である。
【００３３】
本発明のプレートフィン式装置の様々な実施形態の利点には、装置全体での圧力低下が小さいこと、装置のサイズがより小さくても内部の処理能力が同等であること、及び、装置の体積当たり処理時間の短縮と産出量の増加によりプロセスの効率が改善されることが含まれる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について図示し説明してきたが、当業者には自明の様に、本発明には、本発明の精神から逸脱することなく、変更及び修正を加えることができる。
【００３５】
尚、本発明は、特許請求の範囲に記載されるものの他、以下の態様を含む。
１．流体処理を行う方法において、
ａ）複数のフィンを含む流体流路を含んでいる装置を提供する段階と、
ｂ）第１流体流入流を、前記流体流路の第１端部分の中へ入るように提供する段階と、
ｃ）第２流体流入流を、前記流体流路の第２端部分の中へ入るように提供する段階と、
ｄ）前記複数のフィンを使用して、前記第２流体流入流に剪断作用を施して、前記第１流体流入流への物質移動が起こるようにする段階と、
ｅ）第１流体流出流を、前記流体流路の前記第２端部分から出てゆくように方向決めする段階と、
ｆ）第２流体流出流を、前記流体流路の前記第１入口部分から出てゆくように方向決めする段階と、から成る方法。
２．前記流体流路の前記複数のフィンは、交互に配置されたオフセットフィンの列を含んでいる鋸歯状形態に配列されている、上記１．に記載の方法。
３．前記処理は抽出であり、前記第１流体流入流は溶媒であり、前記第２流体流入流は溶液であり、前記第１流体流出流は、前記溶液から抽出された成分を含んでいる前記溶媒であり、前記第２流体流出流は前記抽出成分の無い溶液である、上記１．に記載の方法。
４．前記第１流体流入流は、液体を特徴としている、上記１．に記載の方法。
５．前記第２流体流入流は、液体を含んでいる、上記４．に記載の方法。
６．前記第２流体流入流は、気体を含んでいる、上記４．に記載の方法。
７．前記処理は反応を含んでいる、上記１．に記載の方法。
８．前記処理は混合工程を含んでいる、上記１．に記載の方法。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 従来のシーブトレイカラム
１２ 上側分配トレイ
１４ 下側分配トレイ
１６ 泡
１８ 泡の上昇する方向
２０ 成分Ａの拡散する方向
２２ 再結合層
２４ 波形フィン
２６ 仕切シート又はプレート
３２ 側面及び端面バー
３４ 剛性ブロック
３６、３８ 流体の流れる方向
４２ プレートフィン式装置
４６ 上側相分離ゾーン
４８ 上部入口ノズル
５２ 上部出口ノズル
５３ 下側相分離ゾーン
５４ 下部入口ノズル
５６ 下部出口ノズル
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ オフセットフィンの列
５８、６０ 仕切シート又はプレート
６２ａ−６２ｄ、６４ａ−６４ｄ フィン
６５ａ、６５ｂ ヘリンボーン形状のフィン
６６、６８、７２ 溶媒の流れる方向
６７ フィンの長さ
６９ フィンの厚さ
７１ フィンの高さ
７３ 孔
７４、７５、７６ 溶液の流れる方向
８２、８４ 泡
１２４、１２５ フィン層
１２６ 仕切シート又はプレート
１２７ 温度制御層としてのフィン層
１３２、１３３ 側面及び端面バー
１３４ ブロック
１３６、１３８ 流体の流れる方向
１３９ 温度制御流体の送られる方向
１４２ 注入ポート
１４４、１４６ 注入流体の流れる方向
ＣＡ０ 泡の中心における成分Ａの濃度
ＣＡｂ 境界の内縁部における成分Ａの濃度
ＣＡ 境界の外縁部における成分Ａの濃度（溶媒中の成分Ａの濃度）
ｂ 境界の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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