(57)【要約】      （修正有）【課題】気液両相の接触を強化し、物質移動分離効率とスループットを向上させる充填塔を提供する。【解決手段】充填塔は、塔本体２を含み、塔本体の上端に液体入口６、下端に液体出口１０、内部に規則充填材８が設けられる。充填材の下部は充填材支持装置９により支持され、その下方にガス入口１が設けられる。充填材は、二つ以上の中空柱体を配列した組み合わせることにより構成され、その上部にガス出口３が設けられる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
塔本体と、ガス入口と、ガス出口と、液体入口と、液体出口と、充填材と、充填材支持装置とを含み、前記液体出口が塔本体の下端に設けられ、前記液体入口が塔本体の上端に設けられ、充填材が塔本体の内部に取付けられ、その下部が充填材支持装置により支持され、前記ガス入口が塔本体における充填材支持装置の下方に設けられる新型充填塔において、
前記充填材は、２つ以上の中空柱体を配列して組み合わせることにより構成される規則充填材であり、塔本体における充填材支持装置に取付けられ、規則充填材の各中空柱体の間及び規則充填材と塔本体の壁との間に、隙間がないようにフィラーを詰め込み、前記ガス出口は規則充填材の上部に設けられ、
前記充填塔は、１つの長方形状のプレートを平らのままねじることにより構成され、各横断面のいずれもが直線で、規則充填材のそれぞれの中空柱体内に取付けられるガスガイドプレートをさらに含むことを特徴とする新型充填塔。
【請求項２】
液体分布プレートと液体ガイドパイプをさらに含み、前記液体分布プレートは塔本体の内径よりも少し小さい直径の円板であり、塔本体における規則充填材の上方に水平に取付けられ、円板において、直径が同じで、規則充填材における中空柱体に等しい数の小さな穴が開けられ、それぞれの小さな穴の下方に液体ガイドパイプが接続され、前記液体ガイドパイプは規則充填材のそれぞれの中空柱体に連通され、ガスガイドプレートを押え、各液体ガイドパイプの直径及び長さが同じであることを特徴とする請求項１に記載の新型充填塔。
【請求項３】
前記中空柱体は、その横断面の形状が円形状、正六角形状、正三角形状又は四角形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の新型充填塔。
【請求項４】
前記ガスガイドプレートはプラスチックシートで構成され、その高さが中空柱体の高さよりも少し小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の新型充填塔。
【請求項５】
前記ガスガイドプレートの側縁に複数の突出点が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の新型充填塔。
【請求項６】
液体分布プレートの上側の塔本体に取付けられ、液面測定装置と、自動吸気弁と、自動排気弁とより構成される液面自動制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の新型充填塔。
【請求項７】
前記ガスガイドプレートはプラスチックシートで構成され、その高さが中空柱体の高さよりも少し小さいことを特徴とする請求項３に記載の新型充填塔。
【請求項８】
前記ガスガイドプレートの側縁に複数の突出点が設けられることを特徴とする請求項７に記載の新型充填塔。
【請求項９】
液体分布プレートの上側の塔本体に取付けられ、液面測定装置と、自動吸気弁と、自動排気弁とより構成される液面自動制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の新型充填塔。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学工業生産に用いられる設備に関し、具体的には、化学工業生産における気液物質移動、例えばガス吸収又は液体蒸留のための充填塔に関し、化学工業設備の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
充填塔は気液物質移動のプロセスによく用いられる設備である。塔内における気液両相の流動挙動と液体の分布状況は、充填塔の分離効率とスループットに大きな影響を与える。今のところ、化学工業生産に用いられる充填塔は、（１）充填材自身が壁面流効果を有効に抑制することができなく、充填材の表面が乾燥になることを防止するために、一定の高さ毎に１つの液再分布器を追加して取り付ける必要があるが、液再分布器の取り付けは、充填塔の空間利用率の低下を引き起こす、（２）また、充填材の表面が乾燥にならなくても、壁面流などの理由で、液体が充填材の表面に沿って下へ流れる分布は均一ではなく、吸収プロセスにも大きな影響を与える、（３）充填材のいずれもがガスの流れを有効にガイドすることはできない、という欠点がある。液体の分布が均一ではなく、ひいては乾燥現象が発生することや、上昇するガスの液膜に対する撹拌の力が十分ではないことなどは、気液両相の接触に影響し、物質移動の分離効率とスループットを低下させる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、従来の充填塔における気液両相の流動挙動についての検討によって、新しい視点から、新しい概念で充填塔を改良し、気液両相の接触を強化し、これによって充填塔の物質移動分離効率とスループットを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記した目的を実現するために、以下の技術手段を採用した。
【０００５】
塔本体と、ガス入口と、ガス出口と、液体入口と、液体出口と、充填材と、充填材支持装置とを含み、前記液体出口が塔本体の下端に設けられ、前記液体入口が塔本体の上端に設けられ、充填材が塔本体の内部に取付けられ、その下部が充填材支持装置により支持され、前記ガス入口が塔本体における充填材支持装置の下方に設けられる新型充填塔において、前記充填材は２つ以上の中空柱体を配列して組み合わせることにより構成される規則充填材であり、塔本体における充填材支持装置に取付けられ、規則充填材の各中空柱体の間及び規則充填材と塔本体の壁との間に、隙間がないようにフィラーを詰め込み、前記ガス出口は規則充填材の上部に設けられ、前記充填塔は、１つの長方形状のプレートを平らのままねじることにより構成され、各横断面のいずれもが直線で、規則充填材のそれぞれの中空柱体内に取付けられるガスガイドプレートをさらに含むことを特徴とする新型充填塔。
【０００６】
本発明の一つの改良として、前記新型充填塔は、液体が順調に且つ同じ流量でそれぞれの中空柱体内へ流れ込むことを確保するために、液体分布プレートと液体ガイドパイプをさらに含み、前記液体分布プレートは塔本体の内径よりも少し小さい直径の円板であり、塔本体における規則充填材の上方に水平に取付けられ、円板において、直径が同じで、規則充填材における中空柱体に等しい数の小さな穴が開けられ、それぞれの小さな穴の下方に液体ガイドパイプが接続され、前記液体ガイドパイプは規則充填材のそれぞれの中空柱体に連通され、ガスガイドプレートを押え、各液体ガイドパイプの直径及び長さが同じである。
【０００７】
本発明の一つの改良として、前記充填塔は、その中空柱体の横断面の形状が円形状、正六角形状、正三角形状又は四角形状に設けられてもよい。
【０００８】
本発明の一つの改良として、ガスの流速の液膜に対する撹拌作用をよりよく実現するために、前記ガスガイドプレートはプラスチックシートで構成され、その高さが中空柱体の高さよりも少し小さい。
【０００９】
本発明の一つの改良として、液体の中空柱体の内壁に沿って下への流動分布をよりよく実現するために、前記ガスガイドプレートの側縁に複数の突出点が設けられ、ガスガイドプレートと中空柱体の内壁との間隔を常に一定に保つ。
【００１０】
本発明の一つの改良として、前記充填塔は、液体が順調に規則充填材の中空柱体内へ流れ込むことを確保するために、液体分布プレートの上側の塔本体に取付けられ、液面測定装置と、自動吸気弁と、自動排気弁とより構成される液面自動制御装置をさらに含み、液体分布プレート上方の圧力を制御することによって液体分布プレートでの液面を一定に維持する。
【考案の効果】
【００１１】
本発明は以下のメリットがある。規則充填材は２つ以上の中空柱体により構成され、このようにして充填塔において互いに独立している２つ以上の小さな充填塔が形成され、それぞれの小さな充填塔におけるガスや液体は互いに混合しない。液面自動制御装置、液体分布プレート及び液体ガイドパイプによって、液体が順調に且つ全く同じ流量でそれぞれの小さな充填塔へ流れ込むことを確保し、液体分布の不均一さが吸収プロセスに与える影響を完全に解消し、液体ガイドパイプはそれぞれの中空柱体におけるガスガイドプレートを固定する作用を兼ねる。各中空柱体の間及び規則充填材と塔壁との間に隙間がないため、ガスや液体の通過が防止される。ガスガイドプレートはガスをガイドしてそれぞれの小さな充填塔において高速に回転流動させ、ガスの流速を向上させ、ガスの液膜に対する撹拌作用を強め、液相表面の更新を促進し、気液物質移動の速度を高める。ガスガイドプレートの側縁に設けられた複数の突出点は、このガスガイドプレートが中空柱体の内側に密着することを防止し、液体の中空柱体の内壁に沿って下への流動分布に影響しない。液面自動制御装置は、液体分布プレートでの液面の高さに基づいて圧力を調整し、液体が順調に充填材のそれぞれの中空柱体内へ流れ込むことを確保する。上記した手段によって、気液物質移動の速度を大幅に向上させ、充填塔のスループットと分離効率を高めることができる。
【００１２】
本発明によれば、充填塔における液体分布の不均一さを完全に解消することができ、上昇気流の速度を大幅に向上させ、液膜に対する撹拌作用を強め、液相表面の更新を促進し、気液物質移動の速度を大幅に向上させ、充填塔のスループットと分離効率を高めることができるとともに、さらに規則充填材の製造コストを大幅に低減させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の充填塔の構造の模式図である。
【図２】規則充填材の横断面の模式図である。
【図３】ガスガイドプレートの構造の平面図である。
【図４】ガスガイドプレートの構造の斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて本発明を具体的に説明する。
【００１５】
図１は本発明の充填塔の構造の模式図であり、図２は規則充填材の横断面の模式図であり、図３はガスガイドプレートの構造の平面図であり、図４はガスガイドプレートの構造の斜視図である。
【００１６】
本発明の新型充填塔は、図に示すように、塔本体２と、ガス出口３と、ガス入口１と、液体出口１０と、液体入口６と、規則充填材８と、液体ガイドパイプ４と、液体分布プレート５と、ガスガイドプレート１１と、液面自動制御装置７と、充填材支持装置９とを含む。
【００１７】
液体出口１０は塔本体２の下端に設けられ、液体入口６は塔本体２の上端に設けられ、規則充填材８は２つ以上の中空柱体を配列して組み合わせることにより構成され、中空柱体の横断面が円形状、正六角形状、正三角形状、四角形状又は他の形状であってもよい。規則充填材８は塔本体２における充填材支持装置９に取付けられ、規則充填材８の各中空柱体の間及び規則充填材８と塔本体２の内壁との間に、隙間がないようにフィラーを詰め込む。ガスの中空柱体における流速を向上させ、ガスの液膜に対する撹拌作用を強め、物質移動の速度を高めるために、それぞれの中空柱体に１つのガスガイドプレート１１が取付けられ、ガスガイドプレート１１は、１つの長方形状のプレートを平らのままねじることにより構成され、各横断面のいずれもが直線で、高さが中空柱体の高さよりも少し小さく、その下部が充填材支持装置９上又は他の支持装置に支持され、その上部が液体ガイドパイプ４により押さえられ、位置決められる。ガスはガスガイドプレート１１のガイドで、中空柱体内において高速に回転流動し、ガスの流速を向上させ、液膜に対する撹拌作用を強め、液相表面の更新を促進する。
【００１８】
液体が順調に且つ全く同じ流量でそれぞれの小さな充填塔へ流れ込むことを確保し、液体分布の不均一さが吸収プロセスに与える影響を完全に解消するために、上記新型充填塔は液体分布プレート５と液体ガイドパイプ４がさらに設けられ、液体分布プレート５は塔本体２の内径よりも少し小さい直径の円板であり、塔本体２における規則充填材８の上方に水平に取付けられ、円板において、直径が同じで、規則充填材８における中空柱体に等しい数の小さな穴が開けられ、それぞれの小さな穴の下方に液体ガイドパイプ４が接続され、液体ガイドパイプ４は規則充填材８のそれぞれの中空柱体に連通され、各液体ガイドパイプ４の直径及び長さが同じであり、液体ガイドパイプは各中空柱体におけるガスガイドプレートを固定する作用を兼ねる。ガス入口１は塔本体２における充填材支持装置９の下方に設けられ、ガス出口３は規則充填材８と液体分布プレート５との間に設けられる。
【００１９】
ガスガイドプレート１１が規則充填材８の中空柱体の内側に密着することによって、液体の中空柱体の内壁に沿って下への流動分布が影響されることを防止するために、ガスガイドプレート１１の側縁に複数の突出点１２が設けられ、ガスガイドプレート１１と中空柱体の内壁との間隔を常に一定に保ち、ガスガイドプレート１１はプラスチックシート又は他の材料で構成されてもよく、ガスガイドプレートを作製する場合、必要に応じて２週以上ねじってもよい。
【００２０】
本発明において、液体分布プレート５の上側の塔本体２に取付けられ、液面測定装置と、自動吸気弁と、自動排気弁とからなる液面自動制御装置７がさらに設けられ、液体分布プレート５での液面の高さに基づいて圧力を調整し、液体が順調に規則充填材８のそれぞれの中空柱体へ流れ込むことを確保する。
【００２１】
液体は、液体入口６から塔本体２における液体分布プレート５の上方に入り、液体分布プレート５、液体ガイドパイプ４及び液面自動制御装置７によるガイド・制御で、全く同じ流量で順調に規則充填材８のそれぞれの中空柱体内へ流れ込み、中空柱体の内壁に沿って下へ流れ、塔の底部で集まって液体出口１０を通して塔本体２から流れ出す。ガスは、ガス入口１を通して塔本体２に入り、ガスガイドプレート１１のガイドで、規則充填材８の各中空柱体内において高速に回転して上へ流れ、気液両相の熱伝達と物質移動が実現してから、規則充填材８と液体分布プレート５との間にあるガス出口３を通して塔本体２から離れ、充填材支持装置９は規則充填材８とガスガイドプレート１１をともに支持する。
【００２２】
本発明の主な技術的特徴は以下の通りである。
【００２３】
規則充填材８は、横断面が円形状、正六角形状、正三角形状、四角形状又は他の形状の２つ以上の小さな充填塔を構成し、液体分布プレート５は、液体ガイドパイプ４によって直接に液体を完全に均一にそれぞれの小さな充填塔内へガイドし、液体ガイドパイプ４は各中空柱体におけるガスガイドプレート１１を固定する作用を兼ね、液面自動制御装置７は、液体分布プレート６での液面が一定になるように制御し、規則充填材８の各中空柱体内にガスガイドプレート１１が追加して取り付けられる。
【００２４】
この充填塔の特徴は以下の通りである。
【００２５】
１．このような構造を有する充填塔は互いに独立している２つ以上の小さな充填塔により構成されるため、それぞれの小さな充填塔におけるガスや液体は互いに混合しなく、液体の流量は全く同じで、液体分布の不均一さが吸収プロセスに与える影響を完全に解消する。
【００２６】
２．規則充填材の各中空柱体内に追加して取り付けられたガスガイドプレートは、上昇気流の速度を大幅に向上させ、液膜に対する撹拌作用を強め、液相表面の更新を促進し、気液物質移動の速度を大幅に向上させ、充填塔のスループットと分離効率を高めることができる。
【００２７】
３．液面自動制御装置は、液体分布プレート上方の圧力を調整することによって液体分布プレートでの液面を一定に維持するため、液体が順調に規則充填材のそれぞれの中空柱体内へ流れ込むことを確保する。
【００２８】
４．このような構造を有する充填塔では、充填層の高さにかかわらず、液再分布器を取り付ける必要がないため、充填塔の空間利用率を向上させる。
【００２９】
実施例１
ステンレスメッシュ波紋状充填材が取り付けられた充填材吸収塔において、純水で空気とアンモニアの混合ガスにおけるアンモニアを吸収し、作業液ガス比は１.８（モル比）であり、入口での混合ガスにアンモニアを２.５％（体積％）含み、吸収率は９２.６％と測定された。改めて本発明の充填塔を利用し、即ち、塔内に規則充填材として改めて半径１.０ｃｍの円形状の中空柱体を取り付け、各円形状の中空柱体に、ひねられたプラスチックシートで構成されたガスガイドプレートを取り付け、規則充填材の上方に液体分布プレートと液体ガイドパイプを取り付けたこと以外、上記と同じ条件である場合、吸収率は９５.８％に向上したと測定された。また、上記した２つの場合に、試験装置の最大処理能力として、後者は前者よりも１３％向上した。
【００３０】
実施例２
ステンレスメッシュθ環が取り付けられた充填材吸収塔において、純水で空気とアセトンの混合ガスにおけるアセトンを吸収し、作業温度は２９３Ｋであり、作業圧力は１０１.３ＫＰａであり、入口での混合ガスにアセトンを３％（体積％）含む場合、試験装置の吸収率は９１％と測定された。改めて本発明の充填塔を利用し、即ち、塔内に規則充填材として改めて半径１.０ｃｍの円形状の中空柱体を取り付け、各円形状の中空柱体に、ひねられたプラスチックシートで構成されたガスガイドプレートを取り付け、規則充填材の上方に液体分布プレートと液体ガイドパイプを取り付けたこと以外、上記と同じ条件である場合、吸収率は９４.９％に向上したと測定された。また、上記した２つの場合に、試験装置の最大処理能力として、後者は前者よりも１１％向上した。
【００３１】
本発明は上記した実施例によって何ら限定されるものではなく、同等の取替又は等価の交換による技術手段は、すべて本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１…ガス入口
２…塔本体
３…ガス出口
４…液体ガイドパイプ
５…液体分布プレート
６…液体入口
７…液面自動制御装置
８…規則充填材
９…充填材支持装置
１０…液体出口
１１…ガスガイドプレート
１２…突出点
【図１】
0003174372.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003174372.tif 000006