(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔外壁に非閉鎖接近の外表面と、該外表面を貫通する周辺開口を有する横向き流路から成る構造化バッキンを内蔵する塔外壁から成る気液接触塔において、前記周辺開口をフレキシブルなポリマーシートからなるバリヤ膜で実質的に閉鎖することからなり、前記構造化パッキンの上部が前記塔外壁に対してワイパ・バンドによってシールされ、そして前記バリヤ膜が構造化パッキンの最上部を閉鎖しない寸法で配置されることを特徴とする気液接触塔。
【請求項２】
前記フレキシブルなポリマーシートはシリコーン・エラストマーであることを特徴とする請求項１記載の気液接触塔。
【請求項３】
前記周辺開口の少なくとも90％が前記バリヤ膜によって閉鎖されることを特徴とする請求項１記載の気液接触塔。
【請求項４】
前記フレキシブルなポリマーシートがフォーム組成物で形成されていることを特徴とする請求項１記載の気液接触塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、気液接触塔用構造化パッキンである。本発明は、互に反対側の非閉鎖位置に配置される時に塔外壁と構造化パッキン間に形成される空間に開口する構造化パッキンの周辺開口をバリヤ膜によって閉鎖する手段から成る。この周辺開口の閉鎖は、前記空間の蒸気流を少くすることによって気液接触を促進すると共に塔の性能を改善する。
【０００２】
【従来の技術】
構造化パッキンは典型的に、パッキンの外周に流路開口を形成するオーダー要素から成るかなり剛性のプリフォームド構造物である。かかる構造化パッキンの構成材料は、金属、プラスチック及びセラミックス製のコルゲート・メッシュ及びシートを含む。従って、構造化パッキンは、塔外壁の内壁と容易に合致せず、その内壁が一様でない場合には、プリフォームド構造化パッキンを普通より小さくしてその塔内配置を容易にする必要がある。これらの状況下において、構造化パッキンの外周に開口する流路は、塔外壁と構造化パッキン間の空間に蒸気を流入させる手段を与え、それによって構造化パッキン内での蒸気の液相の接触を減少させる。この蒸気のバイパスは塔内における気液接触を不連続にさせると共に塔内における蒸気と液体間の熱及び物質の移動を減少させて、塔の性能を下げる。  この気液接触の不連続性を低減させる一つの方法は、構造化パッキンにワイパ−として作用するパッキン要素の外側にバンドを接着することであった。これらのバンドはパッキン要素と塔外壁間にシールを提供することを意図している。
かかるバンドの使用はさらに詳しくは米国特許第５，４８６，３１８号及び第５，２２４，３５１号に記載されている。後者の特許は薄い金属やプラスチックのような適当な材料の連続バンドから調製したシールデバイスを記載している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
我々は、塔外壁と内部に配置した構造化パッキンとの間に空間がある場合のかかるバンドは、それらのバンド間の空間を流通することによって十分な蒸気流が構造化パッキンをバイパスできないので、完全に満足なものでないことを見出だした。従って、本発明は、横向き周辺開口流路を介して構造化パッキンは存在する蒸気を低減させることによって、構造化パッキン外の蒸気流を最少にすることを意図している。
【０００４】
この従来技術の気液接触の不連続性を低減させるもう一つの方法は、塔外壁と構造化パッキン間の空間をランダム・パッキンで充てんする方法である。この方法の使用は、不規則な表面を有する塔においては、空間を適当に充てんして流体の流通を回避することがしばしば困難であり、パッキンの後続の除去はさらに困難で時間がかかる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
構造化パッキンが周辺開口を有する横向き流路から成る気液接触用構造化パッキンにおいて、本発明は、周辺開口をバリヤ膜によって実質的に閉鎖することから成る。また、本発明は、塔外壁に非閉鎖接近の外表面と外表面を貫通する周辺開口を有する横向き流路から成る塔外壁から成り、該周辺開口がバリヤ膜で実質的に閉鎖されることを特徴とする優れた気液接触塔を提供する。
【０００６】
用語“気液接触塔”は、液相と液相が構造化パッキン上で接触して、該塔に供給される流体混合体の分離、又は反応及び分離をさせる接触塔又はゾーンを意味する。その塔のサイズ、形状、構造及び材料は一般に限定されず、かかる塔の技術においては既知のものである。
【０００７】
用語“構造化パッキン”は、液相と気相の接触を促進して両相間の熱及び／又は物質移動をさせる表面の規則的反復パターンを有する気液接触媒体を意味する。構造化パッキンは、コルゲートシート、加工シート、スタンプ又は曲げシート又はかかるシートの組み合わせから成る要素から形成できる。前記シートは孔あけすることもできる。これらシートの各々はさらにコルゲーション、加工、スタンピング、曲げ、及び孔あけを含む一種以上の物理的修正の組合せも包含する。構造化パッキンを形成する要素の物理的形状及び修正は、該要素が周辺開口を有する横向き流路を形成するように配列される限り本発明に限定されない。
【０００８】
構造化パッキンは、横向きの流路を有する。用語“横向き”流路は、気液接触塔においてパッキンが所望の向きに配置されている時、流路が構造化パッキンの最上部又は底部での開口が対向するように、流路が塔外壁の側壁の反対側にあるように構造化パッキンの側部で開口することを意味する。
【０００９】
構造化パッキンの構成材料は、例えば、金属、プラスチック又はセラミックである。従って、構造化パッキンはステンレス鋼、ポリテトラフルオルエチレン、ポリエチレン、セラミック又はかかる材料の組合せ材で作られる。その構成材料は、例えば、物理的修正のある又はない固体シート、又は物理的修正のある又はないメッシュの形態にすることができる。
【００１０】
本発明に有用な構造化パッキンの例は、一般に次の番号の米国特許に記載されている：２，０４７，４４４；３，４０２，１０５；４，１８６，１５９；４，２９６，０５０；４，４５５，３３９；４，４９７，７５２；及び４，４９７，７５３。
【００１１】
本発明の構造化パッキンは、バリヤ膜で閉鎖できる周辺開口を備えた横向き流路を持たなければならない。本発明のバリヤ膜は、一般に周辺開口を備えた構造化パッキンの表面に合致し、それによって前記開口の閉鎖をし、かつそこから蒸気が排出するのを防止することができる構成である。このバリヤ膜は、例えば、金属、プラスチック、ゴム又はフォームで作ることができる、そしてシート又は箔の形態にできる。バリヤ膜はさらに、ポリテトラフルオルエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなプラスチック、又はシリコーンエラストマーのようなゴムで作った軟質ポリマーシートにすることができる。バリヤ膜は、薄い金属シートや箔又は硬化性シリコーンエラストマー又は現場で硬化するフォーム組成物で作ることもできる。バリヤ膜の厚さは、周辺開口を排出する蒸気を低減させる障壁を与え、構造化パッキンと塔外壁間の空間を全体的に充てんする厚さにできる。バリヤ膜が硬化性粘性液体又はフォームを塗布することによって構造化パッキンの周囲に現場で形成される状況下で、我々のバリヤ膜も周辺開口を備えた横向き流路内へ部分的に延在する。
【００１２】
周辺開口と閉鎖接触状態でバリヤ膜を保持する方法は、本発明にとって重大ではない。バリヤ膜は、横向き流路を形成する要素の外表面に、例えば、溶接、融合、接着、相互噛み合わせ、帯締め、又はそれらの組合せにより取り付けることによって保持できる。バリヤ膜は、塔外壁への圧縮嵌合によってもその場所に保持できる。
【００１３】
本発明は、周辺開口をバリヤ膜で実質的に閉鎖することから成る。用語“実質的”は、横向き流路の周辺開口の全て又は一部が周辺開口からの蒸気の排出を拘束するようにバリヤ膜によって部分的又は完全に閉鎖されることを意味する。用語“実質的”の使用によって、製造、取扱い、及び取付け工程中に周辺開口の少部が塔外壁への密接圧縮又は周辺開口の不随的圧縮閉鎖よって閉鎖される場合を排除することを意図している。本発明の好適実施態様において、周辺開口の少くとも９０％が我々のバリヤ膜によって部分的又は完全に閉鎖される。
【００１４】
【実施例】
塔に単一要素として、又は鉛直積み重ねセグメントとして使用するように構造化パッキンを作る場合には、図１に示すように単一要素の周囲はバリヤ膜で部分的又は完全に閉塞される。図２に示すように、一連の要素が塔をパックする必要があるように構造化パッキンを作る場合には、製造化パッキンの表面において塔外壁の反対側にあることを意図している横向き流路の周辺開口の全部又は一部のみを閉鎖する必要がある。
【００１５】
本発明の構造化パッキンの利点は、特に該パッキンが塔外壁に非閉鎖近接の外表面からなり、横向き流路が外表面に周辺開口を有するときに得られる。用語“非閉鎖近接”は、塔外壁と構造化パッキンの外表面の少くとも一部との間にスペース（空間）があることを意味する。バリヤ膜が該空間の全て又は一部を閉鎖することを意味する。
【００１６】
図１−図４を参照して本発明をさらに説明する。図１は構造化パッキン２の横断面図であり、該構造化パッキン２は、本発明によりバリヤ膜で閉鎖した周辺開口を備えた横向き流路からなる。図１において、バリヤ膜３は構造化パッキ２の円周も包含する。
【００１７】
図２は、塔外壁１と非閉鎖反対側の構造化パッキン要素２の表面の周辺開口を閉鎖するバリヤ膜３を有する一連の構造化パッキン２を含む塔外壁１の横断面図である。
【００１８】
図３は、本発明の実施態様であって、構造化パッキン多要素が塔外壁１内に鉛直に積み重なる周辺開口を有する横向き流路から成る。この塔外壁内には構造化パッキン２の多重セグメントを配置し、構造化パッキン２の各セグメントは最上部において塔外壁に対してワイパバンド４でシールされる。さらに、構造化パッキン２の表面に、即ち塔外壁１の非閉鎖反対側で、バリヤ膜３を当てて、構造化パッキン２の横向き流路の周辺開口を閉鎖する。最終的に、バリヤ膜３は、構造化パッキン２の表面全体を被覆する。
【００１９】
図４は、本発明の好適な実施態様であって、周辺開口を有する横向き流路から成る構造化パッキン多要素が塔外壁１内に鉛直に積み重なる。この塔外壁内には構造化パッキン２のセグメントを配置し、構造化パッキン２の各セグメントは最上部近くにおいて塔外壁に対してワイパバンド４でシールされる。さらに、構造化パッキン２の表面は、即ち塔外壁１の非閉鎖反対側で、バリヤ膜３を当てて、構造化パッキン２の横向き流路の周辺開口を閉鎖する。最終的に、バリヤ膜３は、構造化パッキン２の最上部がバリヤ膜３によって閉鎖されないように作られ、かつ配置される。この構造によって、塔外壁１と構造化パッキン２との空間に溜まる液体は全て塔を流下できる。次の実施例は被請求の本発明をさらに説明するものである。
【００２０】
実施例１
セラミック構造化パッキンを内蔵し、塔外壁と構造化パッキン間の間隙が１６ｍｍの塔における蒸気分布を評価した。その塔は長さが１ｍで直径が３２．４ｃｍの金属シリンダから成った。塔内の最上部から２５ｃｍの所に直径が２９．２ｃｍ高さが１５．２ｃｍのセラミック構造化パッキン（Ｋｏｃｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社の商品名Ｆｌｅｘｅｒａｍｉｃ２８）を配置した。塔外壁と構造化パッキン間の間隙１６ｍｍは、表１の“ロープ・ラップ”の欄に記載したように構造化パッキンを最上部（Ｔ）、底部（Ｂ）又は最上部と底部の両方（Ｔ／Ｂ）に１６ｍｍのポリプロビレン・ロープを巻き付けることによってシールした。実験３の構造化パッキンは、さらに紙を巻いて周辺開口を閉鎖（“紙巻き”）した。  分配弁を介して塔底部に空気を供給し、構造化パッキン及び該パッキンの底部から１０ｃｍのところのパッキンと塔外壁との空間に挿入したプローブを使用して空気流量を測定した。これらの実験の結果は、構造化パッキンと塔外壁との空間における空気流量と構造化パッキン内の空気流量との比として報告する。
【００２１】
【表１】
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実施例２
液体−気体接触に及ぼす構造化パッキンの周辺開口の影響を塔で評価した。その塔は長さが０．６ｍで断面が９．５ｃｍ×１０．８ｃｍの矩形金属流路から成った。塔内に断面が６．４ｃｍ×７．９ｃｍ高さが８ｃｍの構造化パッキン（Ｋｏｃｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社の商品名Ｆｌｅｘｅｒａｍｉｃ２８）を配置した。塔外壁と構造化パッキン間の間隙１６ｍｍは、構造化パッキンの上縁に約１６ｍｍのポリプロビレン・ロープを巻き付けることによってシールした。分配弁を介して反応器の最上部へ水を供給し、また分配弁を介して反応器の底部へ空気を供給して。反応器の最上部を排出する空気の相対湿度を液体−気体接触の指標として測定した。構造化パッキンにバリヤ材を巻き付けなかった対照実験において、反応器の最上部を排出する空気の相対湿度は７０〜８５％であった。第２の実験における構造化パッキンは厚さ０．８ｍｍのシートを巻き付けて周辺開口を閉鎖した核実験における反応器の最上部を排出する空気の相対湿度は９０〜１００％であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の構造化パッキンは、気液接触塔における化学加工産業によってますます利用される。構造化パッキンは、ランダム充てん塔やトレー塔のような従来の熱および物質移動装置と比較して高効率、低圧力降下、高容量、及び正味のエネルギー節約、等ユニークな利点を与える。これらの利点のために、本発明の構造化パッキンは現存の分離塔を改造するためにますます利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により周辺開口をバリヤ膜で閉鎖した横向き流路から成る構造化パッキンの横断面図である。
【図２】  本発明の塔外壁と非閉鎖反対側の構造化パッキン要素の表面に周辺開口を閉鎖するバリヤ膜を有する一連の構造化パッキン要素を配置した塔外壁の横断面図である。
【図３】  他発明の塔外壁内に構造化パッキン要素の多重セグメントを鉛直に積重ねた本発明の実施例である。
【図４】  本発明の塔外壁内に構造化パッキン要素の多重セグメントを鉛直に積重ねた本発明の好適な実施例である。
【符号の説明】
１      塔外壁
２      構造化パッキン
３      バリヤ膜
４      ワイパ・バンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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