(57)【要約】本発明は、  物質及び／又は熱移動モジュール、即ち、プレートの表面の濡れ性が、モジュールのゾーン（Ａ，Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいて減少する、クロス-波形プレートの積層を含むデバイスを処理する方法であって、濡れ性が、前記モジュールの底部及び頂部の接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいてのみ減少することを特徴とする方法に関する。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質及び／又は熱移動モジュール、即ち、プレートの表面の濡れ性が、モジュールのゾーン（Ａ，Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいて減少する、クロス-波形プレートの積層を含むデバイスを処理する方法であって、濡れ性が、前記モジュールの底部及び頂部の接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいてのみ減少することを特徴とする方法。
【請求項２】
ｉ）前記モジュールの接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいて、プレートの表面を研磨することにより、又は
ｉｉ）前記モジュールの接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいて、プレートの表面を化学的に処理することにより、又は
ｉｉｉ）電気放電、特に大気圧電気放電により励起された反応性ガス雰囲気を用いた物理的及び／又は化学的処理を施すことにより、
濡れ性が減少する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゾーン（Ｂ，Ｂ’）は、化学浴に浸漬されるか、又は溶液を噴霧される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気放電は、コロナ放電、誘電バリア放電（ＤＢＤ）、又はマイクロ波放電の型である請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記プレートの接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つの濡れ性は、折り曲げの前に減少する請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記モジュールの表面の濡れ性は、前記モジュールの中央ゾーン（Ａ）において増加する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ｉ）前記プレートを液体に浸漬するか、又は溶液を噴霧することにより、又は
ｉｉ）電気放電、特に大気圧電気放電により励起された反応性ガス雰囲気を用いた物理的及び／又は化学的処理を施すことにより、
濡れ性が増加する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電気放電は、コロナ放電、誘電バリア放電（ＤＢＤ）、又はマイクロ波放電の型である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記モジュールのゾーン（Ａ，Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つの濡れ性が、前記モジュールを通してプラズマ雰囲気の特性の勾配をもって減少する請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
注入されたガスの濃度及び／又は電子密度及びプラズマの電子温度は、前記モジュールに沿って変化する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
濡れ特性の変化は、２つの隣接するゾーン（Ａ，Ｂ，Ｂ’）間で漸進的である請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記濡れ性の修正は、ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｂ’）の形状、密度、又は材質の少なくとも１つの修正と結合する請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記プレートは、アルミニウム又は銅からなる請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法により処理された充填材モジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載の充填材モジュールの少なくとも１つを備える塔、好ましくは気液蒸留塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロス-波形充填材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常使用される充填材は、それぞれ垂直な一般面に存在し、相互に対向する交互に平行な波を含む波形ストリップにより形成される。その波は斜めであり、１つのストリップから次のストリップへと反対方向に下降する。孔あけの程度は、これらの波形充填材の場合、約１０％である。
【０００３】
GB-A-1 004 046は、クロス-波形の充填材を開示している。
【０００４】
CA-A-1 095 827は、クロス-波形ストリップのいずれかの側に液体を流すように、小径の密な孔を加えることによる、この型の改良を提供する。
【０００５】
図１に示すように、この充填材は、一般に、平らな製品、即ちストリップの形の金属シートから製造される。このストリップは、その波がストリップの軸に関して斜めである、ストリップ状のある種の波形シートを形成するように、最初に、折り曲げられ（曲げられ）る。折り曲げられたストリップは、次いで、複数のセクションに切断され、交互に逆となるように、積層される。
【０００６】
このようにして得られた充填材セクションは、モジュールと呼ばれる。
【０００７】
図２に示すように、単純な波形の場合には、クロス-波形を記述する様々なパラメーターは、波の高さ（Ｈ）、折り曲げ角（ρ）、曲率半径（ｒ）、及び波の傾斜（δ）である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、工夫された充填材の技術を改良することにある。
【０００９】
充填材の構造上の特徴は、「スパニング（spanning）」ゾーンと呼ばれるものにおける機能への良好な応答があることを固有に保証する。
【００１０】
モジュール間の接触面ゾーンの重要性は、修正された接触面を有する充填材の開発において示されてきた（MELLPACK + de SULZER CHEMTECH充填材）。
【００１１】
モジュール間の接触面のわずかな修正は、フラッディングの開始を遅らせ、そのため、（“気液接触面を維持する”機能と結合される）物質交換性能の事実上の劣化なしに、（“ガスに対し向流の液体の流れを保証する”機能と結合される）蒸留塔の容量の実質的な増加を達成した。
【００１２】
文献において、この少しの接触面の修正の公表された目的は、接触面におけるガスの圧力損失を減少することにある。
【００１３】
通常のクロス-波形充填材では、ガスは、１つのモジュールから他のモジュールへと通過するときに、約９０°の角度の方向の変化をさせられ、そのため、この“接触面”ゾーンにおいて特に大きな圧力損失が生ずる。MELLPACK+型の修正された“接触面”の充填材では、この特別の圧力損失がスパニングゾーンにより提供される。ガスは“接触面”では方向の変化がないが、その前後では変化はある。
【００１４】
文献において、この現象は、“接触面”近傍のモジュールの底部における液体の保持に関し、しばしば分析される。即ち、方向の変化により生ずる圧力損失が、隣接するゾーンにおいて液体を蓄積させる。液体の蓄積は、塔のフラッディングを早くする。
【００１５】
塔の容量を増加するために、モジュールの接触面におけるガスの圧力損失を制限する他の手段が考案されてきた。
【００１６】
ＵＳ−Ａ−５０１３４９２には、接触面近傍の密度を減少させるように、モジュールにおける充填ストリプごとに垂直方向にずらすことが開示されている。
【００１７】
ＦＲ−Ａ−２６８６２７１には、モジュール間に挿入されたスペーサーが開示されている。
【００１８】
ＪＰ−Ａ−６３１２１０１には、蒸留モジュール間に挿入された低密度モジュールが開示されている。
【００１９】
ＵＳ−Ａ−５６３２９３４には、波形の波の高さを減少すること、谷部の傾斜を変化させること、及びモジュールのベース部近傍に開口を形成することが開示されている。
【００２０】
ＷＯ−Ａ−９７／１６２４７には、ストリップの端部において垂直部まで谷部の傾斜を変化させること、及びモジュール間に格子を設置することが開示されている。
【００２１】
これらの現象の別の説明は、液体膜が上部モジュールを後にする時と下部モジュールに到達する時の間において、モジュール間の“接触面”において、前記液体膜は、上昇するガスの推力に抵抗するためには、充填材の表面の毛管効果により保持されることからは、もはや利益を受けないということである。
【００２２】
液体膜は、そのため、より容易に乱され、またもはや保持されないので、大きな液滴に分解し、局所的フラッディングを生ずる。“ガスに対し向流の液体の流れを保証する”機能は、そのため、モジュール間の“接触面”ゾーンにおいて容易に満たされる。
【００２３】
モジュール間にスペーサーを加えることにより修正された“接触面”充填を備える従来の充填材と比較される他の試みは、液体を導くことの重要性を示した。特に、スペーサーを加えることにより、２つのモジュール間を自由落下する液体の通路が拡張される（また、そのため、液体が容易に乱される時間はもはやない）。このことは、これらの試みにおける観察された容量の劣化を説明するかもしれない。
【００２４】
本発明の１つの目的は、物質及び／又は熱移動モジュール、即ち、プレートの表面の濡れ性が、モジュールのゾーンの少なくとも１つにおいて減少する、クロス-波形プレートの積層を含むデバイスを処理する方法であって、濡れ性が、前記モジュールの底部及び頂部の接触面ゾーンの少なくとも１つにおいてのみ減少することを特徴とする方法を提供する。
【００２５】
他の任意の態様によると：
濡れ性は、前記モジュールの接触面ゾーンの少なくとも１つにおいて、プレートの表面を研磨することにより現象される。
【００２６】
濡れ性は、前記モジュールの接触面ゾーン（Ｂ，Ｂ’）の少なくとも１つにおいて、プレートの表面を化学的に処理することにより減少する。
【００２７】
前記ゾーンは、化学浴に浸漬されるか、又は溶液を噴霧される。
【００２８】
濡れ性は、電気放電、特に大気圧電気放電により励起された反応性ガス雰囲気を用いた物理的及び／又は化学的処理を施すことにより減少する。
【００２９】
電気放電は、コロナ放電、誘電バリア放電（ＤＢＤ）、又はマイクロ波放電の型である。
【００３０】
プレートの接触面ゾーンの少なくとも１つの濡れ性は、折り曲げの前に減少する。
【００３１】
モジュールの表面の濡れ性は、前記モジュールの中央ゾーンにおいて増加する。
【００３２】
濡れ性は、プレートを液体に浸漬するか、又は溶液を噴霧することにより増加する。
【００３３】
濡れ性は、電気放電、特に大気圧電気放電により励起された反応性ガス雰囲気を用いた物理的及び／又は化学的処理を施すことにより増加する。
【００３４】
電気放電は、コロナ放電、誘電バリア放電（ＤＢＤ）、又はマイクロ波放電の型である。
【００３５】
モジュールのゾーンの少なくとも１つの濡れ性が、モジュールを通してプラズマ雰囲気の特性の勾配をもって減少する。
【００３６】
注入されたガスの濃度及び／又は電子密度及びプラズマの電子温度は、モジュールに沿って変化する。
【００３７】
濡れ特性の変化は、２つの隣接するゾーン間で漸進的である。
【００３８】
濡れ性の修正は、ゾーンの形状、密度、又は材質の少なくとも１つの修正と結合される。
【００３９】
プレートは、アルミニウムからなる。
【００４０】
プレートは、銅からなる。
【００４１】
本発明によると、上述の方法により処理された充填材モジュールが提供される。
【００４２】
中央ゾーン及び２つの外側ゾーンを有するモジュールについて、少なくとも１つの外側ゾーンは、上述の方法の１つにより処理される。
【００４３】
本発明によると、上述の充填材モジュールの少なくとも１つを備える塔、好ましくは気液蒸留塔が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】クロス-波形充填材を示す図である。
【図２】クロス-波形を記述するパラメータを示す図である。
【図３】クロス-波形の波を傾斜を示す図である。
【図４Ａ】本発明のプロセスにより処理された充填材の一例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明のプロセスにより処理された充填材の他の例を示す図である。
【発明の実施の形態】
【００４５】
本発明は、モジュールの様々なゾーンにおいて機能を付与された極低温液体による充填材表面の濡れ性を適合させることからなる。これを行うために、それらの製造に際し、充填材シート上に表面処理が実施される。
【００４６】
このように、スパニングゾーンにおいて、又はモジュールの頂部における接触面ゾーンにおいて、この目的は、第１に、ガスと接触するより長い時間、より良好な濡れ性、及びそのため、より大きいガス／液体接触面積を提供するように、液体を保持すること、及びそのため物質移動を改善することであろう。
【００４７】
モジュールの底部における接触面ゾーンにおいて、この目的は、液体の離脱を制限するために、モジュールの端部において液体が蓄積することを防止し、液流としての流れを促進するように、出来るだけ多くの液流を排出することであろう。
【００４８】
そのような最適な手法はまた、流体の物理特性が塔の温度に応じて変化する蒸留塔において、利用可能である。このように、流体はより高い粘性か又はより低い粘性（種々の粘性を有する）を有し、あるいはより高い濡れ性か又はより低い粘性（種々の表面張力を有する）を有する。
【００４９】
この物理特性の変化と釣り合いをとるために、表面は、以下の物理特性にするように機能を付与される。即ち、液体がより高い粘性又は低い濡れ性である点においてより高い濡れ性にすること、液体がより低い粘性又は高い濡れ性である点においてより低い濡れ性にすることである。この場合、充填材の単位面積当たりの液体の流量は、塔の位置に応じて変化する。あるゾーンは、他のゾーンよりも高い液体負荷量又はより低い液体負荷量を有する。液体負荷量におけるこれらの変化と釣り合いをとるために、表面は、以下の物理特性にするように機能を付与される。即ち、液体負荷量が低い点においてより高い濡れ性にすること、液体負荷量が高い点においてより低い濡れ性にすることである。この場合、充填材モジュールは、塔のセクションにより構成される。あるセクションは、底部ガス入口と、一般に頂部液体マニホールドとの間に位置する。
【００５０】
あるセクションの頂部において、こうして表面は、マニホールドから落下する液体による充填材表面の急速な濡れのために、機能を付与される。
【００５１】
あるセクションの底部において、表面は、入ってくるガスとの相互作用を減少し、液体の吸い上げ作用を制限するように、濡れ性を減少させるために機能を付与される。
【００５２】
必要に応じて、最初はその天然アルミナ層で覆われたアルミニウム表面の濡れ性に適合させるために、この表面の物理化学的修正は、以下のことを含む。
【００５３】
１．エッチング及び酸洗い
２．粗さの変更
３．微細組織の形成
４．化学官能基のグラフト
５．フィラー物質薄膜の被覆等
１、２、及び３のタイプの修正のために、充填材の機械的処理が、従来例、特にＵＳ−Ａ−４６０４２４７、ＵＳ−Ａ−４２９６０５０、及びＥＯ−Ａ−０１９０４３５に記載されている。この従来例は、本願に記載されているように、機能を付与されるべき特定のゾーンに対してでなく充填材の全面へのこれらの処理の適用を記載している。
【００５４】
他の手段もまた、所望の修正を達成することが出来る。
【００５５】
好ましくは、気相を用いて、特に薄いアルミニウムシートを処理するための許容し得る温度が非常に限られているため、特にコールドプラズマを用いて、表面処理が施される。最終的に、大気圧プラズマプロセスが、低コストの要請とともに高収率の連続処理に最も適しているものと思われる。対応するデバイスは、充填材の連続製造に使用されたプラントに容易に組み立てることが出来る。
【００５６】
物質の薄膜を堆積することは、アルミニウムの表面の濡れ性を修正する最も有利な方法である。これは、微細組織化プロセスは一般に安全性及び環境問題を生ずるハロゲン化ガスを必要とし、そのため追加の制約及びコストを伴うからである。更に、微細組織化された表面は、予想できない偶発的な燃焼初期条件の下で酸素に関し再生可能である反応性を有する。
【００５７】
化学官能基の単純なグラフトは、不十分であることが証明される。これは、充填材が、長年にわたり、製造中に付与されてきた非常に特異的レベルの濡れ性を維持し、一方、液体又は２相酸素との永久の接触が、グラフト化された官能基（表面に小量の物質を含むことが思い起こされるであろう）に対しある効果を有し、時がたつにつれて濡れ特性が修正されるからである。
【００５８】
しかし、化学的反応性プラズマを用いて薄膜として堆積され得る広範な物質が知られており、これらの物質の濡れ性は、高度に疎水性から高度に親水性まで広範囲である。この挙動は、少なくともこれまでは、水に関してであり、そのため、モジュール又は塔の所定のゾーンにおける条件の下で、問題の極低温液体によるこれらの物質の濡れ性を“再検量”することが必要であろう。
【００５９】
ＰＥＣＶＤ（プラズマエンハンスト化学的気相蒸着）は、基体に近接又は接触する電気的放電プラズマ、即ち、薄膜としての物質中に含まれる様々な元素の前駆体の化学的蒸気における励起からなる。例えば、シリカを堆積するためには、モノシランＳｉＨ４と酸素の混合物が必要である。プラズマ中では、初期の化学的分子は、より小さい部分、特に表面に関し非常に高い化学的エネルギーを有するラジカルに解離され、このラジカルは、前記表面に凝縮し、成膜プロセスにおいて物質膜中に取り込まれ、不可逆的に強い結合を形成する。ＰＥＣＶＤプロセスの利点は、電気的励起により与えられた非常に高いラジカル反応性により、表面を実質的に加熱する必要なしに、殆ど周囲温度で、物質の薄膜が基体表面に形成されることである。
【００６０】
制御された物性を有する物質の例として、窒化シリコン薄膜は、フルオロカーボンポリマー膜のように、一般に疎水性である。ガス状オルガノシリコン前駆体から疎水性膜を得ることも可能である。
【００６１】
これに対し、例えば、シリカＳｉＯｘ及び酸化チタンＴｉＯ２は親水性である。
【００６２】
これらすべての物質はアモルファスであり、ＰＥＣＶＤプロセスにおいて取り込まれるべき様々な元素の幾つかのガス状前駆体を結合するにより“中間”合金組成物を達成することが可能である。このように、親水性物質と疎水性物質の間で物質の組成を連続的に変化させることにより、原則として、任意の濡れ性の値を達成することが可能である。充填材がその連続処理中に移動する方向と垂直な方向に空間的に沿って、物質の組成、それ故、その濡れ性を変化させることが可能である。これを行うためには、前記方向に沿って適切に変化する組成を有するガス混合物を注入することで十分であり、これによる大気圧下での操作に大きな問題はない。
【００６３】
大気圧ＰＥＣＶＤプロセスを行うには、プラズマを励起するための適切な装置が必要である。非加熱的大気圧“プラズマ源”（即ち、例えば溶接アークに対抗する）の２つの族がある。第１の族は、フィラメント状又は均一な（グロー）モードで存在する、誘電バリア放電の“プラズマ源”である。このモードのみがＰＥＣＶＤプロセスを行うのに適切であるが、その操作条件は限定的であり、特に導電性基体の直接処理は可能ではない。このことは、充填材ストリップが２つの電極間を移動することが可能ではないことを意味する。
【００６４】
第２の族は、高電子密度の利点を有し、そのためガス状前駆体を変換する高収量を有し、高いコストに対する制約が存在する用途において非常に重要な高堆積速度をもたらす、大気圧マイクロ波放電のプラズマ源である。流れる線状プラズマ源、即ち、充填材ストリップの表面に落ちて、移動方向に垂直に延びるプラズマ“カーテン”を発生するプラズマ源を用いることが、特に有利である。そのようなプラズマ源は、２００７年９月２０日のフランス特許出願ＦＲ０７／５７７１９に記載されており、ＰＥＣＶＤプロセスを実行するデバイスを製造するために適用される方法が、２００７年９月２０日のフランス特許出願ＦＲ０７／５７７２０に記載されている。なお、両出願は、本願出願人によるものである。封止されたチャンバーは、製造建屋内の雰囲気への汚染物の飛散を防止するように、堆積ゾーン内に活性ガスを閉じ込めるのに役立つ。モジュール又は塔における使用にしたがって、それぞれ製造されたバッチの濡れ特性の起源をたどるために、自動制御機構が使用される。
【００６５】
薄膜の堆積は、打ち抜き前の平滑なアルミニウムシートに対し実施され、このことは打ち抜き操作中のその一体性を維持する問題を引き起こす。しかし、打ち抜き操作の下流において薄膜の堆積を実施してもよい。この場合、実施中に高い示差熱応力を受ける膜の良好な密着性を確保するように、実際の堆積前に、表面を清浄化することが必要となる。この処理は、還元プラズマに水素又は水蒸気を含む出発ガスを適用することからなるのが有利である。
【００６６】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明のプロセスにより処理された様々な充填材を示す。
【００６７】
図４Ａでは、波形は、通例はプレート中を移動し、プレートの端部と一定の角度をつくる。この場合、上部ゾーンＢ又は下部ソーンＢ’、又は双方が、その表面の濡れ性を減少させるように、本発明のプロセスにより処理される。中央ゾーンＡもまた、その濡れ性を増加させるように、上述のプロセスを用いて処理される。
【００６８】
図４Ｂは、波形の角度がモジュールの下端部及び上端部に向かって垂直に近づく修正された端部を有する充填材エレメントを示す。このように、ゾーンＢ，Ｂ’では、波形の角度は水平に対し９０°に近づき、一方、ゾーンＡでは、角度は４５°近辺である。この場合、上部ゾーンＢ又は下部ソーンＢ’、又は双方は、それらの表面の濡れ性を減少させるために、本発明の方法により処理される。中央ゾーンＡはまた、その濡れ性を増加させるために、上述のプロセスにより処理される。
【００６９】
濡れ性が増加するゾーンに対し、他の公知の手段により、これらのゾーンにおけるガス／液体の接触を増加させることも可能である。
【００７０】
濡れ性が減少するゾーンに対し、他の公知の手段により、これらのゾーンにおけるガス／液体の接触を減少させることも可能である。
【００７１】
ゾーンＡ，Ｂ，Ｂ’の相対的高さは変化するが、しかし、一般に、ゾーンＢ及びＢ’は、プレートの高さの２〜２０％を含み、中央ゾーンＡは、プレートの高さの６０〜９６％を含む。
【図１】
2011515213.tif 000003
【図２】
2011515213.tif 000004
【図３】
2011515213.tif 000005
【図４Ａ】
2011515213.tif 000006
【図４Ｂ】
2011515213.tif 000007
【国際調査報告】
2011515213.tif 000008
2011515213.tif 000009
2011515213.tif 000010
2011515213.tif 000011
2011515213.tif 000012
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