(57)【要約】物質移動カラム（２０）は、開放内部領域を画成する外側シェルを備える。上記開放内部領域内には、交互的で垂直に離間された関係にて遠心的接触トレイ（２６）および向心的接触トレイ（２８）が位置される。各接触トレイは、気体がトレイ・デッキを貫通して上方に流れることで上記トレイ・デッキの表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路（３３）を有する。少なくとも一本の中央降下管（４０）は、上記向心的トレイ・デッキにおける開口にて下方に延在し、且つ、液体を遠心的トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有する。中央降下管（４０）内には回転誘起要素が載置されることで、該中央降下管（４０）を出射する液体における回転運動が誘起され得る。少なくとも一本の環状降下管（３６）は、上記遠心的トレイ・デッキの周縁部にて下方に延在し、且つ、液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキに関して離間された下側放出用吐出口を有する。上記遠心的接触トレイの内の少なくとも一枚の遠心的接触トレイは、上記向心的接触トレイの内の少なくとも一枚の向心的接触トレイが隣り合う上記遠心的接触トレイの上方に位置される距離よりも相当に大きな距離にて、隣り合う上記向心的接触トレイの上方に位置される。物質移動カラム（２０）は更に、単一の支持リング（６４）、一枚以上のバッフル（６８）、または、それらの組み合わせを含み得る。
2005534477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放内部領域を画成する外側シェルと、
上記開放内部領域内において交互的で垂直に離間された関係にて位置された複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは各々、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは各々、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
を備え、
上記遠心的接触トレイの内の少なくとも一枚の遠心的接触トレイは、上記向心的接触トレイの内の少なくとも一枚の向心的接触トレイが隣り合う一枚の上記遠心的接触トレイの上方に位置される距離よりも相当に大きな距離にて、隣り合う一枚の上記向心的接触トレイの上方に位置される、
物質移動カラム。
【請求項２】
前記気体通路はバルブである、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項３】
前記バルブは前記トレイ・デッキを踏破して流れる液体に対して所望の方向的付勢を提供すべく配向される、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項４】
前記気体通路は鎧窓および篩孔の内の一方である、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項５】
前記中央降下管を出射する液体における回転運動を誘起する上記中央降下管内の回転誘起要素を更に備えて成る、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項６】
前記バルブ・カバーは前記遠心的トレイ・デッキもしくは向心的トレイ・デッキの一方もしくは両方の平面に対して所定角度で傾斜されることで液体進入に対し遮断される、請求項２記載の物質移動カラム。
【請求項７】
一対の接触トレイを単一の支持リングが支持する、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項８】
前記向心的接触トレイの上方に位置されて、前記液体が前記中央降下管を飛び越えるのを阻止する一枚以上のバッフルを更に備えて成る、請求項１記載の物質移動カラム。
【請求項９】
交互的で垂直に離間された関係にて位置された複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは各々、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは各々、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
を備え、
上記遠心的接触トレイの内の少なくとも一枚の遠心的接触トレイは、上記向心的接触トレイの内の少なくとも一枚の向心的接触トレイが隣り合う一枚の上記遠心的接触トレイの上方に位置される距離よりも相当に大きな距離にて、隣り合う一枚の上記向心的接触トレイの上方に位置される、
気液接触トレイ・ユニット。
【請求項１０】
一対の接触トレイを単一の支持リングが支持する、請求項９記載の気液接触トレイ・ユニット。
【請求項１１】
前記向心的接触トレイの上方に位置されて、前記液体が前記中央降下管を飛び越えるのを阻止する一枚以上のバッフルを更に備えて成る、請求項１０記載の気液接触トレイ・ユニット。
【請求項１２】
複数個の気体通路を備えたトレイ・デッキを有する複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、少なくとも一本の中央降下管と、少なくとも一本の環状降下管とを有する物質移動カラムにおいて気体流および液体流を相互混合する方法であって、
（ａ）複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイを交互的で垂直に離間された関係で位置決めする段階であって、上記遠心的接触トレイの内の少なくとも一枚の遠心的接触トレイは、上記向心的接触トレイの内の少なくとも一枚の向心的接触トレイが隣り合う一枚の上記遠心的接触トレイの上方に位置される距離よりも相当に大きな距離にて、隣り合う一枚の上記向心的接触トレイの上方に位置されるという段階と、
（ｂ）一本以上の中央降下管の取入口内へと液体流を導向する段階と、
（ｃ）上記一本以上の中央降下管から上記液体流の実質的に全てを、下側に位置する遠心的接触トレイ・デッキ上に放出する段階と、
（ｄ）上記遠心的接触トレイにおける気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記遠心的接触トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行うという段階と、
（ｅ）上記液体流を、上記遠心的接触トレイ・デッキの周縁部に向けて該遠心的接触トレイ・デッキを踏破させて流す段階と、
（ｆ）上記液体流の少なくとも一部を、上記遠心的接触トレイの上記周縁部における一本以上の環状降下管内へと導向する段階と、
（ｇ）上記一本以上の環状降下管から上記液体流の上記部分の実質的に全てを向心的トレイ・デッキ上へと放出する段階と、
（ｈ）上記向心的トレイ・デッキの気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記向心的トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行うという段階と、
（ｉ）上記液体流を、上記向心的トレイ・デッキにおける少なくとも一個の開口に向けて該向心的トレイ・デッキを踏破させて流す段階と、
（ｊ）下側に位置する遠心的接触トレイおよび向心的接触トレイに関して上記段階（ａ）乃至（ｉ）を反復する段階と、を備える方法。
【請求項１３】
開放内部領域を画成する外側シェルと、上記開放内部領域内に支持された複数枚の気液接触トレイとを備えた物質移動カラムであって、
開放内部領域を画成する外側シェルと、
上記開放内部領域内において交互的で垂直に離間された関係にて位置された少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
上記向心的接触トレイの上方に位置されて、上記液体が上記中央降下管を飛び越えるのを阻止する一枚以上のバッフルと、
を備えて成る物質移動カラム。
【請求項１４】
前記バッフルは円錐部材である、請求項１３記載の物質移動カラム。
【請求項１５】
前記バッフルは湾曲された偏向表面を備える、請求項１３記載の物質移動カラム。
【請求項１６】
前記バッフルは個別のフロス収集プレートから成る、請求項１３記載の物質移動カラム。
【請求項１７】
交互的で垂直に離間された関係にて位置された少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
上記向心的接触トレイの上方に位置されて、上記液体が上記中央降下管を飛び越えるのを阻止する一枚以上のバッフルと、
を備えて成る気液接触トレイ・ユニット。
【請求項１８】
前記バッフルは円錐部材である、請求項１７記載の気液接触トレイ・ユニット。
【請求項１９】
前記バッフルは湾曲された偏向表面を備える、請求項１７記載の気液接触トレイ・ユニット。
【請求項２０】
前記バッフルは個別のフロス収集プレートから成る、請求項１７記載の気液接触トレイ・ユニット。
【請求項２１】
複数個の気体通路を備えたトレイ・デッキを有する少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイと、少なくとも一本の中央降下管と、少なくとも一本の環状降下管とを有する物質移動カラムにおいて気体流および液体流を相互混合する方法であって、
（ａ）液体流を、遠心的トレイ・デッキの周縁部に向けて中央接触トレイを踏破させて流す段階と、
（ｂ）上記遠心的接触トレイにおける気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記遠心的接触トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行うという段階と、
（ｃ）上記液体流の少なくとも一部を、上記遠心的接触トレイの上記周縁部における一本以上の環状降下管の取入口内へと導向する段階と、
（ｄ）上記一本以上の環状降下管から上記液体流の上記部分の実質的に全てを向心的トレイ・デッキ上へと放出する段階と、
（ｅ）上記液体流を、上記向心的トレイ・デッキにおける少なくとも一個の開口に向けて該向心的トレイ・デッキを踏破させて流す段階と、
（ｆ）上記向心的トレイ・デッキにおける気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記向心的トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行い、上記向心的接触トレイの上方には液体が上記中央降下管を飛び越えるのを阻止すべく一枚以上のバッフルが位置されるという段階と、
（ｇ）上記液体流の少なくとも一部を一本以上の中央降下管の取入口内へと導向する段階と、
（ｈ）上記一本以上の中央降下管から上記液体流の上記部分の実質的に全てを放出する段階と、を備える方法。
【請求項２２】
開放内部領域を画成する外側シェルと、上記開放内部領域内に支持された複数枚の気液接触トレイとを備えた物質移動カラムであって、
開放内部領域を画成する外側シェルと、
上記開放内部領域内において交互的で垂直に離間された関係にて位置された少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的接触トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
上記遠心的トレイおよび向心的トレイの両方を支持すべく上記カラム・シェルに取付けられた支持リングと、
を備えて成る物質移動カラム。
【請求項２３】
交互的で垂直に離間された関係にて位置された少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイであって、
上記向心的接触トレイは、
当該向心的トレイ・デッキの上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的接触トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備え、
上記遠心的接触トレイは、
上側表面と、周縁部と、気体が当該遠心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを備える、
という複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイと、
上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にて下方に延在する少なくとも一本の中央降下管であって、上記液体を上記遠心的接触トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的接触トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の中央降下管と、
上記遠心的接触トレイ・デッキの上記周縁部にて下方に延在する少なくとも一本の環状降下管であって、上記液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有するという少なくとも一本の環状降下管と、
上記遠心的トレイおよび向心的トレイの両方を支持すべく上記カラム・シェルに取付けられた支持リングと、
を備えて成る気液接触トレイ・ユニット。
【請求項２４】
複数個の気体通路を備えたトレイ・デッキを有する少なくとも一枚の向心的接触トレイおよび少なくとも一枚の遠心的接触トレイと、少なくとも一本の中央降下管と、少なくとも一本の環状降下管とを有する物質移動カラムにおいて気体流および液体流を相互混合する方法であって、
（ａ）液体流を、遠心的トレイ・デッキの周縁部に向けて遠心的接触トレイを踏破させて流す段階と、
（ｂ）上記中央接触トレイにおける気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記遠心的接触トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行うという段階と、
（ｃ）上記液体流の少なくとも一部を、上記遠心的接触トレイの上記周縁部における一本以上の環状降下管の取入口内へと導向する段階と、
（ｄ）上記一本以上の環状降下管から上記液体流の上記部分の実質的に全てを向心的トレイ・デッキ上へと放出する段階であって、上記向心的トレイおよび上記遠心的トレイはカラム・シェルに取付けられた単一の支持リングにより支持されるという段階と、
（ｅ）上記液体流を、上記向心的トレイ・デッキにおける少なくとも一個の開口に向けて該向心的トレイ・デッキを踏破させて流す段階と、
（ｆ）上記向心的トレイ・デッキにおける気体通路を通して気体流を上方に通過させる段階であって、上記気体流は上記向心的トレイ・デッキの表面上で上記液体流と相互作用を行うという段階と、
（ｇ）上記液体流の少なくとも一部を一本以上の中央降下管の取入口内へと導向する段階と、
（ｈ）上記一本以上の中央降下管から上記液体流の上記部分の実質的に全てを放出する段階と、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質移動および熱交換用のカラムに関し、より詳細には、斯かるカラムにおいて使用される気液接触トレイ（ｖａｐｏｒ−ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｒａｙ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
直立した円筒形状を有する物質移動および熱交換用のカラムにおいて上昇する気体流（ｖａｐｏｒ  ｓｔｒｅａｍ）と下降する液体流（ｌｉｑｕｉｄ  ｓｔｒｅａｍ）との間における接触を促進すべく、種々の形式の気液接触トレイが開発されている。カラムの開放内部領域内においては斯かるトレイの複数枚が、水平方向には延在し且つ垂直方向には離間された関係で載置されるのが通常である。上記トレイは、トレイ・デッキの上側表面を踏破して流れる液体との相互作用のために気体が上記トレイ・デッキを貫通して上方に通過するのを許容する開口を有する接触領域もしくは作用領域を含む。上記デッキの作用領域の上方にて生ずる気液相互作用は、所望の物質移動および／または熱交換を促進するフロス（ｆｒｏｔｈ）を形成する。殆どの形式のトレイはまた、上昇気体との相互作用の後で液体がトレイ・デッキから退去されるのを許容する大寸開口、および、降下管（ｄｏｗｎｃｏｍｅｒ）と称される関連構造も含む。液体は上記降下管を通して、下側に位置するトレイ上において通常は無孔とされて液体を受容しまたは取入れる領域へと下方に導向される。
【０００３】
単一流路式直交流トレイ（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ  ｃｒｏｓｓｆｌｏｗ  ｔｒａｙ）として公知の気液接触トレイにおいて、取入領域は典型的にトレイの一端に配置され、その場合に液体はトレイの逆側端部まで該トレイを踏破し、其処でそれは下側に位置するトレイへと通過すべく降下管に進入する。また複数流路式トレイにおいては、少なくとも幾つかのトレイに２本以上の降下管が配備されると共に、液体流は、任意のトレイを踏破して逆方向に流れるという２つより多い流れへと分割される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の形式の直交流接触トレイに伴うひとつの問題は、液体が取入領域から降下管までトレイを踏破するときに該液体の均一な流れを確実にすることが困難なことである。上記トレイは円形状であることから、該トレイの周縁部に沿い進行する液体は、該トレイの中心に沿い進行する液体よりも長い距離を進行する。結果として、停滞流の領域が生ずると共に、液体と気体との相互作用および効率が減少し得る。
【０００５】
キッテル（Ｋｉｔｔｅｌ）に対する米国特許第３，０４５，９８９号に開示された気液接触トレイは、交互的なトレイ上にて中央降下管および外側環状降下管を利用している。この降下管配置の結果として、液体は、一つおきのトレイにて径方向に流れすなわち該トレイの中央から周縁部に向かう螺旋状流路に沿い流れてから、その他のトレイの周縁部から中央まで流れることから、液体の更に均一な流れと大きな効率および容量とを提供している。キッテル特許に記述されたトレイは他の形式の気液接触トレイと比較して相当の利点を呈するが、更なる改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ひとつの見地において本発明は、開放内部領域を画成する外側シェルを有する物質移動カラムに関する。上記開放内部領域内には、交互的で垂直に離間された関係にて複数枚の向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイが位置される。上記向心的接触トレイは、上側表面から液体を退去させるための少なくとも一個の開口と、気体が当該向心的トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該向心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを有する。上記遠心的接触トレイは、上側表面と、周縁部と、気体が当該トレイ・デッキを貫通して上方に流れることで当該遠心的トレイ・デッキの上記上側表面上で液体と相互作用を行うことを許容する複数個の気体通路とを有するトレイ・デッキを有する。上記向心的トレイ・デッキにおける上記開口にては少なくとも一本の中央降下管が下方に延在し、該中央降下管は、液体を上記遠心的トレイ・デッキ上に供給するために該遠心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有する。上記遠心的トレイ・デッキの上記周縁部にては少なくとも一本の環状降下管が下方に延在し、該環状降下管は、液体を上記向心的トレイ・デッキ上に供給するために該向心的トレイ・デッキの上方に離間された下側放出用吐出口を有する。一実施例において、上記遠心的接触トレイの内の少なくとも一枚の遠心的接触トレイは、上記向心的接触トレイの内の少なくとも一枚の向心的接触トレイが隣り合う上記遠心的接触トレイの上方に位置される距離よりも相当に大きな距離にて、隣り合う上記向心的接触トレイの上方に位置される。上記トレイ・デッキにおける上記気体通路は、バルブ、鎧窓（ｌｏｕｖｒｅ）、篩孔、傾斜篩孔、または、他の形式の気体通路とされ得る。これに加え、バルブ・カバーは上記遠心的トレイ・デッキおよび向心的トレイ・デッキの一方もしくは両方の平面に対して所定角度で傾斜されることで液体進入に対し遮断され得る。別実施例においては、向心的接触トレイおよび遠心的接触トレイの両方を単一の支持リングが支持する。更に別の実施例において上記向心的接触トレイの上方には、液体が上記中央降下管を飛び越えるのを阻止する一枚以上のバッフルが位置される。
【０００７】
別の見地において本発明は、上述の気液接触トレイを用いる物質移動カラムにおいて気体流および液体流を相互混合する方法に関する。本発明はまた、気液接触トレイ・ユニットにも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付図面は本明細書の一部を構成すると共に該明細書と併せて読破されるべきであり、該図面において同様の参照番号は種々の視野において同一の部材を表すべく使用される。
【０００９】
図面を相当に詳細に参照すると共に先ず図１を参照すると、物質移動および熱交換プロセスにおいて使用されるに適したカラムは、概略的に番号２０により表される。カラム２０は、概略的に円筒状の形態である直立の外側シェル２２を含むが、多角形などの他の形態が可能であり且つ本発明の有効範囲内である。シェル２２は任意の適切な直径および高さであると共に、カラム２０内に存在する流体および状態に対して好適には不活性であり又は別様に適合する一種以上の適切な剛性材料から構成される。
【００１０】
カラム２０は、典型的には液体流および気体流である流体流を処理することで分留生成物を獲得し且つ／又は別様にして各流体流間における物質移動もしくは熱交換を引き起こすべく使用される形式のものである。カラム２０のシェル２２は、各流体流間における所望の物質移動および／または熱交換が生ずる開放内部領域２４を画成する。上記流体流は通常、一条以上の下降液体流および一条以上の上昇気体流から成る。代替的に流体流は、両者ともに液体流、または、ガス流および液体流とされ得る。
【００１１】
流体流は、カラム２０の高さに沿う適切な箇所に位置された任意の適切な本数の供給ラインを介して該カラム２０へと導向され得る。一条以上の気体流は、上記各供給ラインの内の１本の供給ラインを介してカラム２０内に導入されるのではなく、カラム２０内で生成され得ることも理解される。カラム２０はまた典型的に、気体状の生成物もしくは副生成物を取出すオーバヘッド・ライン、および、カラム２０から液体状の生成物もしくは副生成物を取出す底部流取出しラインも含む。上記図面中において、種々の供給および取出しライン、ならびに、還流ライン、再沸器、凝縮器、気体ホルン（ｖａｐｏｒ  ｈｏｒｎ）などの典型的に存在する他のカラム構成要素は示されていない、と言うのも、それらは習用的な性質であると共に本発明の理解にとり必要とは思われないからである。
【００１２】
カラム２０の開放内部領域２４内には、交互的で垂直に離間された関係にて、水平に延在する複数枚の第１のもしくは遠心的接触トレイ（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｒａｙ）２６および第２のもしくは向心的接触トレイ（ｒｅｔｕｒｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｒａｙ）２８が位置される。各トレイ２６および２８は、適切な様式にて接合された複数の個別パネル３２から構成された水平延在トレイ・デッキ３０を含む。遠心的接触トレイ２６に対するトレイ・デッキ３０は好適には概略的に円形状、または好適には、図２に示された八角形状などの多角形状を有する。向心的接触トレイ２８に対するトレイ・デッキ３０は好適には、図４に示された如くカラム・シェル２２の形状に密接に合致すべく概略的に円形である。各トレイ・デッキ３０は、該トレイ・デッキ３０の上側表面を踏破して流れる液体との相互作用のために気体が該トレイ・デッキ３０を上方へと貫通することを許容する複数個の気体通路３３を含む。以下において相当に詳細に論じられる如く気体通路３３は、出射する気体が事前選択方向に流れることで、トレイ・デッキ３０を踏破する液体を所望方向に付勢する様に構成される。遠心的接触トレイ２６の場合、気体は好適には接線方向の流れ成分を以て出射することから、液体はトレイ・デッキ３０の中央から周縁部へと外方に旋回される。向心的接触トレイ２８の場合、気体は好適には液体をトレイ・デッキ３０の周縁部から中央へと内径方向に付勢する。
【００１３】
図２、図３および図６に最適に示される如く各遠心的接触トレイ２６は、中央の円形もしくは多角形の取入領域３４と、トレイ・デッキ３０の外周縁部に沿い形成された外側の環状降下管３６とを有する。図４および図５において理解され得る如く各向心的接触トレイ２８は、上側に位置する遠心的接触トレイ２６からの環状降下管３６の下側に位置する外側の通常はリング形状の取入領域３８と、下側に位置する遠心的接触トレイ２６の取入領域３４の上側に位置する中央降下管４０とを有する。この構成の結果として液体は、最上の遠心的接触トレイ２６の中央取入領域３４から外方へと流れ、径方向もしくは螺旋状の流路に沿いトレイ・デッキ３０を踏破し、環状降下管３６に進入する。液体は次に、環状降下管３６を介して下方へと進行し、下側に位置する向心的接触トレイ２８のリング形状取入口３８上へと放出され、且つ、トレイ・デッキ３０に沿い中央降下管４０へと内径方向に流れる。中央降下管４０に進入する液体は下方に進行すると共に、下側に位置する遠心的接触トレイ２６の中央取入領域３４上へと放出される。液体は、連続するトレイ対２６および２８の各々に対し、上述の流路に沿い連続する。
【００１４】
接触トレイ２６および２８上の取入領域３４および３８は好適には無孔性とされることで、液体の下向き運動量の結果として該取入領域３４および３８を貫通して液体が垂れることが防止される。上記無孔性の領域３４および３８に代わりにまたはそれらと組み合わせて、液体の垂れを防止もしくは阻止する他の手段が利用され得る。たとえば取入領域３４および３８の一方もしくは両方がトレイ・デッキ３０の平面の上方に上昇されることで、上昇された取入領域３４および３８の下側に位置するトレイ・デッキ３０の領域を通して気体が上方に流れるのを許容し得る。代替的に、取入領域３４および３８の一方もしくは両方がトレイ・デッキ３０の平面の下方に下降されることで、液溜（ｓｕｍｐ）を形成し得る。
【００１５】
各環状降下管３６は、トレイ・デッキ３０の外周縁部から下方に延在する垂直延在取入壁部４２を有する。取入壁部４２は単一の円形壁部とされ得るか、または、該壁部は複数の平坦なもしくは湾曲した区画から形成された多角形もしくは複数セグメント形状を有し得る。いずれの場合でも、取入壁部４２は好適にはトレイ・デッキ３０の外周縁部の形状に合致すると共に、カラム・シェル２２から事前選択距離だけ内方に離間される。取入壁部４２とカラム・シェル２２との間における水平間隔は、降下管３６までのリング形状もしくは複数セグメント状の取入口４４を画成する。
【００１６】
下側裾部４６は取入壁部４２の下側縁部から下方に延在すると共にカラム・シェル２２に対して角度付けられ、該裾部４６の下側縁部は、下側に位置するトレイ・デッキ３０の平面の上方に事前選択垂直距離だけ離間されることで降下管吐出口４８を画成する。裾部４６は単一の平坦リングとされ得るか、または、それは複数の連続的なもしくは不連続的なセグメントから形成され得る。図示実施例において裾部４６は個々のセグメントから形成されるが、その各々は、該セグメントがその両端部におけるよりも中央部分にてカラム・シェル２２に近い様に該シェル２２に向けて外方に湾曲している。殆どもしくは全ての裾部４６の下側縁部とカラム・シェル２２との間の水平間隔が、取入壁部４２とカラム・シェル２２との間の水平間隔より小さい限りにおいて、他の形態が可能である。裾部４６をこの様に構成すると、液体が利用可能な環状面積は、降下管３６の上部におけるよりも下部における方が小さくなる。降下管３６におけるこの絞りによれば、降下管吐出口４８における動的な液体シールの形成を促進することで、降下管３６内への気体の進入が防止される。比較的に広幅の取入口４４によれば、降下管３６に進入する液体から解放された気体もまた、該気体が液体流と干渉し得る箇所である降下管３６を介して搬送されるのではなく、上方へと離脱し得る。環状降下管３６上における傾斜裾部４６はまた、下側に位置する向心的トレイ上で気体通路３３の載置のために利用可能な面積を増大することで、当該作用領域の上方にては望ましい気体および液体の相互作用とフロス生成とが行われるというトレイ・デッキ３０の”作用領域”を増大する役割を果たす。
【００１７】
同様の様式にて各向心的トレイ２８上の中央降下管４０は取入壁部５０を有するが、該取入壁部は、トレイ・デッキ３０の平面内で取入口５２を形成すると共に、カラム２０の中央軸心に向けて内方に傾斜することで、下方に狭幅となる液体通路を画成する。製造および／または設置の効率のために、取入壁部５０は好適には、端部同士で接合され且つ継目に沿い接続された複数の平坦パネルにより形成された倒立截頭円錐形状を有し、取入壁部５０の下側縁部と下側に位置するトレイ・デッキ３０との間における事前選択垂直間隔により、放出用吐出口５４が形成される。代替的に、取入壁部５０の下側縁部から下方へと円筒状もしくは他の構成の垂直裾部が延在して吐出口５４を形成可能であり、且つ／又は、取入口５２は中央降下管４０の中間もしくは下側部分を形成する傾斜壁部を備えた複数の垂直壁部から形成され得る。環状降下管３６と同様に、中央降下管４０の構成は、下側に位置するトレイ２６の作用領域に対して利用可能なスペースを増大し乍ら、気体の離脱と動的液体シールの形成とを促進することが意図される。これらの目的を達成する他の降下管形態が可能であり、本発明の有効範囲内である。
【００１８】
各遠心的接触トレイ２６は、カラム２０の中央軸心に沿い上方に延在する中央支持管６２であってビームもしくは他の手段により該カラムの下端部に支持された中央支持管６２に対して固定された支持リング６０により支持される。各環状降下管３６の取入壁部４２および裾部４６は好適には、カラム・シェル２２の回りに離間されて該カラム・シェル２２に対して溶接もしくは別様に固定されたボルト締め用バー５６に対してボルト締めされる。降下管裾部４６は付加的に、下側に位置するトレイ・デッキ３０に対して固定されて円周方向に離間された複数のブラケット５８により支持される。それらの支持機能に加えて各ブラケット５８は、裾部４６の下側縁部をトレイ・デッキ３０およびカラム・シェル２２から所望距離に位置する役割を果たす。
【００１９】
向心的トレイ２８は各々、カラム・シェル２２の内側面に溶接もしくは別様に固定された支持リング６４により支持される。下側に位置する遠心的接触トレイ２６のトレイ・デッキ３０上に中央降下管４０を支持すべく、且つ、下側に位置するトレイ・デッキ３０上の取入領域３４の所望距離だけ上方に降下管吐出口５４を位置すべく、ステー６６も使用される。各トレイ２６および２８に対する付加的な支持は、トレイ・デッキ・パネル３２と一体的に形成されるかまたは別体の構成とされた（不図示の）支持ビームにより提供され得る。種々のボルト締め用バー５６、ブラケット５８およびステー６６と組み合わせて支持管６２上で支持リング６０を使用すると、カラム・シェル２２に溶接された単一の支持リング６４のみを使用してトレイ２６および２８の各対を支持し得ることは理解され得る。支持管６２上の支持リング６０はシェル２２に対する支持リング６４の溶接部よりも相当に円周部が小さい溶接部を有することから、トレイ２６および２８の各対を支持すべくカラム・シェル２２に取付けられた単一の支持リング６４のみを使用することにより、設置の時間および費用が相当に節約され得る。
【００２０】
図１において最適に理解され得る如く本発明の一実施例において遠心的接触トレイ２６は、該遠心的接触トレイ２６の上方に向心的トレイ２８が位置される距離よりも相当に大きな距離だけ、向心的トレイ２８の上方に位置される。トレイ２６および２８のこの配置によれば、遠心的接触トレイ２６の上方におけるよりも向心的接触トレイ２８の上方において、向心的接触トレイ２８の上方に存在する大きなフロス高さに適合する大きな開放体積が提供される。フロスは向心的接触トレイ２８の上方にて大きな高さまで積み上がる、と言うのも、液体がトレイ周縁部から中央降下管４０まで内径方向に流れるにつれて流路幅は狭まるからである。トレイ２６および２８の間における垂直間隔の差は、特定用途に適合すべく変更され得る。たとえば、各トレイ２６および２８の上下に１８インチの間隔を使用するのではなく、遠心的接触トレイ２６は向心的接触トレイ２８の２２インチ上方に離間され得る一方、向心的接触トレイ２８は遠心的接触トレイ２６の１４インチ上方に離間され得る。この様に向心的接触トレイ２８の上方に大きな間隔を使用すると、カラム２０内におけるトレイ２６および２８の枚数を増大せずに且つ該カラム内で各トレイにより占有される総面積を増大せずに、容量および効率における増大が実現され得る。
【００２１】
カラム２０の効率および容量はまた、遠心的接触トレイ２６および／または向心的接触トレイ２８の上方で種々の構造を利用して液体からの気体の分離を促進すると共に降下管３６および４０内への液体の進入を支援することでも、増大され得る。たとえば図７に示された如く一枚以上の向心的接触トレイ２８の上方に一枚以上のバッフル６８が位置されることで、液体が中央降下管４０を飛び越えることが防止もしくは阻止されると共に、気液分離を促進する衝当表面が提供される。これらのバッフル６８は、最上の遠心的接触トレイ２６の下方において中央支持管６２から径方向に延在する複数の垂直プレート６９、または、中間における遠心的接触トレイ２６の下方に示された如く支持管６２を囲繞する中央開口を有する倒立円錐部材７０などの、種々の形態とされ得る。円錐部材７０は、平坦なもしくは湾曲された偏向表面７２を呈すると共に、好適には２つ以上の区画から組立てられることで支持管６２の回りへの設置を促進する。以下に示される代替実施例において図７の最下部の遠心的接触トレイ２６の下方にて、バッフル６８は個別のフロス収集プレート７４の形態であるが、該プレートは、液体流の方向において下方に角度付けられて液体を上方流から下方流へと方向変換する。プレート７４は、気体のみ、もしくは、液体および気体の両方に対して透過性とされ得るか、または、液体に対しても気体に対しても不透過性とされ得る。
【００２２】
カラム２０の性能はまた、上記のキッテル特許に開示された形式のトレイにおいて習用的に使用されるエキスパンドメタル（ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｍｅｔａｌ）により形成される以外の気体通路３３を利用することでも増進され得る。たとえば図２および図４に示された如く気体通路３３は、（不図示の）鎧窓とされ得るか、または、静止的もしくは可動とされたバルブ７６であってトレイ・デッキ３０を踏破して流れる液体に対して所望の方向的付勢を与えるべく配向されたバルブ７６とされ得る。故に上記遠心的接触トレイ上の鎧窓もしくはバルブ７６は、中央取入領域３４を出射する液体の元の径方向の流れ方向に対して接線方向にもしくは他の一定角度にて気体を放出すべく配向される。この様に液体を接線方向に付勢すると液体は径方向から螺旋状の流路へと偏向するが、該流路は、トレイ・デッキ３０上において更に長い滞留時間と気体に対する更に完全な相互作用とを提供すると共に、液体からの気体の分離および環状降下管３６内への液体の進入も促進する。螺旋状の液体流路が好適であるが、所望であれば、鎧窓もしくはバルブ７６の適切な配向により径方向のまたは他の流路が維持もしくは獲得され得る。バルブ７６の代わりにもしくはそれと連携して、傾斜されて径方向に延在するブレードが使用されることでも、所望の気体および液体の方向性流れが誘起され得る。バルブ７６はまた、向心的接触トレイ２８上にも位置され得ると共に、好適には液体に対して内径方向の付勢を提供すべく配向される。
【００２３】
トレイ・デッキ３０のひとつの部分において鎧窓もしくはバルブ７６により提供される方向的付勢は、トレイ・デッキ３０の他の部分に載置された鎧窓もしくはバルブ７６と異なり得ることは理解される。たとえば図２に示された如く、取入領域３４に最接近して載置されたバルブ７６は径方向に流れる液体に遭遇することから、該液体がバルブ７６に進入して下方に垂れない様な正味の気体流ベクトルを以て配向される必要があり得る。また取入領域３４から離間して載置されたバルブ７６は螺旋的な液体流に対して遭遇すると共に、正味の接線気体流を以て配向される。図２においては２つの配向のみが示されたが、付加的な配向が使用され得ると共に一定の用途では好適とされ得る。
【００２４】
バルブ７６の形式の内でトレイ・デッキ３０上で単独でもしくは組み合わせて利用され得るのは、ＶＧ０およびＶＧ９バルブとして一般的に知られた静止的バルブ、および、ＭＶ１およびＭＶ９バルブとして一般的に知られた可動バルブである。これらの形式のバルブ７６は典型的に、該バルブ内への液体の進入を阻止する更に広幅な上流脚部を利用する。代替的にもしくは付加的に、上記バルブ・カバーはトレイ・デッキ３０の平面に対して所定角度で傾斜されることで、液体進入を遮断し得ると共に、液体に対する更に大きな方向的付勢を提供し得る。所望であれば、上記傾斜の角度はトレイ・デッキ３０の異なる領域において異なり得る。取入領域３４に最接近した領域には鎧窓を配備し且つ残りの領域にはバルブ７６を配備することなどにより、鎧窓およびバルブ７６の組み合わせが利用され得る。単独で、または、上述の鎧窓およびバルブ７６と組み合わせて、篩孔（ｓｉｅｖｅ  ｈｏｌｅ）、好適には傾斜された篩孔も使用され得る。
【００２５】
別の変形例においては、図４の中央降下管４０内にもしくはその吐出口５４に回転誘起要素を載置することで、該中央降下管４０を出射する液体に回転運動が誘起され得る。回転誘起要素の例としては、降下管吐出口５４内において径方向に延在する複数の案内翼板が挙げられる。上記案内翼板は平坦もしくは湾曲とされ得ると共に、上記翼板の内の数枚の翼板の少なくとも一部もしくは全体が垂直に対して所定角度で延在する。
【００２６】
環状および中央降下管３６および４０の夫々に対する取入口４４および５２の上流には、堰板７８が選択的に位置され得る。各堰板７８は異なる高さとされ得ると共に、環状降下管３６に関連する堰板は中央降下管４０に関連する一切の堰板よりも好適には大きな高さである。向心的接触トレイ２８上における液体流に伴う負の動水勾配の故に、概略的には、中央降下管４０に対しては堰板を利用しないことが好適である。
【００２７】
上記内容によれば、本発明は上記に示された目的および課題の全てを、上記構造に特有の他の利点と共に達成し得ることが理解される。
【００２８】
一定の特徴および下位組み合わせは有用なものであり、他の特徴および下位組み合わせに関連せずに採用され得る。このことは各請求項の有効範囲により企図されると共に該有効範囲内である。
【００２９】
本発明に対してはその有効範囲から逸脱せずに多くの可能的実施例が実現され得ることから、本明細書中に記述されもしくは添付図面中に示された全ての事項は限定的な意味ではなく例示的と解釈されるべきことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】カラムの開放内部領域内に位置された本発明の接触トレイを示すべく垂直断面とされたカラムの側面図である。
【図２】図１の２−２線に沿う水平断面における遠心的接触トレイの平面図である。
【図３】図２の３−３線に沿う上記遠心的接触トレイ上の環状降下管の一部の側面図である。
【図４】図１の４−４線に沿う水平断面における向心的接触トレイの平面図である。
【図５】図４の５−５線に沿う上記向心的接触トレイ上の中央降下管の側面図である。
【図６】上記中央降下管の上部斜視図である。
【図７】種々の構造を示すべく垂直断面とされた上記カラムの側面図である。
【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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【国際調査報告】
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