(57)【要約】１以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留の方法であって、前記方法は構造充填を含む塔で行われ、前記構造充填は下部末端（２）と上部末端（３）とを有する１以上の充填層（１）を有し、前記充填層はその全高にわたって変化する内部ジオメトリーを有し、蒸留又は反応蒸留においては、充填層（１）の最初の、下部領域（６）において、主として分散気体相を有する気泡層が形成可能であり、同時に充填層（１）の第二の、上部領域（７）において、主として連続気体相を有する層流が形成可能であるような様式でなされる方法を提案する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留の方法であって、構造充填物を含む塔における処理の実施を含み、前記構造充填は下部末端（２）と上部末端（３）を有する１以上の充填層（１）を有し、蒸留又は反応蒸留において充填層（１）の最初の下部領域（６）で主として分散した気相を有する気泡層を形成可能であり、同時に充填層（１）の第二の上部領域（７）において主として連続気体相を有する層流を目的の様式で形成可能であるように、前記充填層はその全高にわたって変化する内部ジオメトリーを有する方法。
【請求項２】
充填層（１）が全高にわたって変化する流れに対する抵抗性を有しており、充填層（１）の下部領域（６）が充填層（１）の上部領域（７）よりも強い抵抗性を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
充填層（１）が平板状充填要素（４）、特に折り曲げ金属シート、エキスパンデッドメタル、ワイヤーファブリック又はニットメッシュと相互に接触を有し、充填層（１）の上部領域（７）においてよりも充填層（１）の下部領域（６）において充填層（１）の縦軸（５）に対してより大きな角度を有するように折り曲げライン（８）が充填層（１）の高さ（Ｈ）にわたって変化する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
折り曲げライン（８）への接線と充填層（１）の縦軸（５）の間の角度が、充填層（１）の下部領域（６）において約４５〜７５°、好ましくは６０〜７０°から、充填層（１）の上部領域（７）において１０〜４５°、好ましくは３０〜４５°へと減少するような曲線コースを折り曲げラインが有している、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
折り曲げライン（８）が部分的に直線的であって、充填層（１）の下部領域（６）において折り曲げライン（８）が、４５〜７５°、好ましくは６０〜７０°である充填層（１）の角度（５）であり、充填層（１）の縦軸（５）への折り曲げライン（８）の角度が、頂部に向けて１以上のステップにて１０〜４５°、好ましくは３０〜４５°へと減少するコースを有している、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
充填層（１）の高さが０．０５〜０．２０ｍ、好ましくは０．１０〜０．１５ｍであり、充填層（１）の下部領域（６）が０．０２〜０．１ｍ、好ましくは０．０３〜０．０５ｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
充填層（１）が１以上の第一部分充填層及び１の第二部分充填層（１０、１１）の組み合わせからなり、第一部分充填層（１０）及び第二部分充填層（１１）は内部ジオメトリーに関して異なり、特に第一部分充填層（１０）の流れに対する抵抗性は第二部分充填層（１１）の流れに対する抵抗性に対して約１．２〜５倍、好ましくは１．５〜２．５倍と高いものである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
下部領域（６）又は第一部分充填層（１０）は、上部領域（７）又は第二部分充填層（１１）と比較してより高い単位体積あたりの比表面積を有し、特に２０〜１００％だけ、好ましくは３０〜６０％だけ大きな単位体積あたりの比表面積を有している、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
塔が液体コレクター又はディストリビューターを有していない、請求項１〜８のいずれかに記載の方法を実施するための塔。
【請求項１０】
塔頂のコンデンサが塔に統合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の方法を実施するための塔又は請求項９に記載の塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、１種以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留の方法、及びこの目的に使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体とガス状媒質の間での熱交換及び物質伝達のために、特に蒸留による混合物の分離のために、プレート塔（プレートカラム）及び充填塔が工業的に使用されている。この２種は、流体力学的運用環境に関して相違している。
【０００３】
プレート塔においては、いずれの場合も気泡層は各プレートで形成され、プレートでは主として液体が連続相（分散媒）であり、気体が分散相（分散質）である。各プレートの間には空間があり、そこでは主として気体が連続相である。
【０００４】
充填塔の運用のモード（様式）は、流体力学的観点から、プレート塔とは相違する。この場合に、連続相を形成するのは液体ではなく気体である。液体は充填にわたって下方への層（薄層）として移動する。
【０００５】
構造充填物は、例えば金属シート（金属薄板）、エキスパンデッドメタル（網状延伸金属）及びワイアーファブリック（金属線材織物）のような充填要素の個々の層の多数からなっており、規則正しい構造で互いに垂直に配向しており、通常は、例えば金属ワイアー（金属線）、細い金属ロッド又は金属シートストリップ（金属薄板片）のようなアタッチメント（取り付け具）で、コンポジット（複合材）中で結合している。通常、充填要素それ自身がジオメトリー構造（幾何学的構造）を有していて、例えば折り目構造又は直径約４〜６ｍｍの環状孔構造である。この開放は、充填のフロード限界（充満限界）を増大させ、より高いカラムロード（塔充填）を可能にする。
【０００６】
例として、「Ｍｅｌｌａｐａｋ」ＣＹ及びＢＸ、Ｓｕｌｚｅｒ  ＡＧ製、ＣＨ−８４０４  Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒ、又はＡ３、ＢＳＨ又はＢ１、Ｍｏｎｔｚ  ＧｍｂＨ製  Ｄ−４０７２３  Ｈｉｌｄｅｎ等の充填物がある。これら充填物の充填要素の折り目は、直線状に走り、充填の軸方向に対して約３０°〜４５°の角度にある。充填要素の折り曲げは、構造充填中のクロスチャネル（海峡横断）構造へと導かれる。
【０００７】
ＤＥ−Ａ１９６０５２８６は、高度の減圧（頂部圧力約１ｍｂａｒ）において実施する場合に可能な限り充填物の圧力ドロップを減少させるためにこの角度をさらに３°〜１４°の値へと減少させる特別な展開を記載している。
【０００８】
先行技術において、触媒活性である構造充填物が知られている。通常の形態での触媒活性蒸留充填には、例えばＫＡＴＡＰＡＫ、Ｓｕｌｚｅｒ  ＡＧ製、ＣＨ−８４０４  Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒがある。
【０００９】
構造充填物は、通常、各充填層として提供され、それはある層が他の層に積み重なった塔へと後にアレンジ（配置）される。充填層は一般に約０．１７ｍ〜約０．３０ｍの高さを有する。
【００１０】
先行技術において、「Ｍｏｎｔｚ」Ａ２、Ｍｏｎｔｚ  ＧｍｂＨ製  Ｄ−４０７２３  Ｈｉｌｄｅｎと呼ばれる構造充填が知られており、これは湾曲した折り目コースを備えた折り曲げ充填要素を有している。充填要素の中で、これらの折り目コースの勾配は、充填要素の全高にわたって変化する。この場合に充填要素の層は互い違いになっており、いずれの場合にも折り目ライン（線）の勾配が充填層の底部（下部）末端で最大となっている１の充填要素は、折り目ラインの勾配が充填層の頂部末端で最大となっている充填要素の隣に位置している。充填層の内部ジオメトリーは、そのためにその高さにわたって一定である。しかし、この充填タイプは、通常の構造充填と比べて、不都合な分離効果を有している。
【００１１】
化学及びプロセス工学における、特に蒸留による分離における、熱交換及び物質伝達処理（プロセス）の工業的重要性のために、多くの技術開発は、熱交換器及び物質伝達塔、特に蒸留塔を改良することを目標としている。効率よく経済的な熱交換及び物質伝達塔、特に蒸留塔の重要な基準は、その価格であり、気体及び液体流に対する処理（スループット）性能であり、そして塔の高さに対する分離効率である。分離効率は、通常、塔の高さあたりの理論段数（ｎｔｈ／ｍ）、又は理論段に対する高さ当量(height equivalent)（ＨＥＴＰ）として説明される（特徴づけられる）。
【００１２】
ドイツ特許出願１９９３６３８０．３（ＮＡＥ１９９８０７８７に対応する）は、本願出願よりも早期の優先権を有してはいないが、熱交換及び物質伝達の改良されたスループット及び経済的効率を確実とする熱交換及び物質伝達のための構造充填を開示しており、この構造充填はその高さにわたって変化する内部ジオメトリーでつくられており、充填の操作（処理）において、下部領域では主として分散気体相を有している気泡層が目的の様式で形成され、同時に上部領域では主として連続気体相を有している層流（薄層流）が目的の様式で形成される。
【００１３】
化学工学において、多くの実際の適用では、１種以上の毒性成分を含む混合物を仕上げなければならない。特に決定的な成分（構成要素）の例には、イソシアネートを製造及び精製する処理があり、反応成分としてホスゲンで操作（運用）され、あるいは青酸が発生（現存）する処理がある。安全上の理由から、毒性物質の量は、できるだけ低く保つという試みがなされている。
【００１４】
【特許文献１】
ＤＥ−Ａ１９６０５２８６
【特許文献２】
ドイツ特許出願１９９３６３８０．３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
すなわち本発明の目的は、１種以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留の方法であって、同じスループット及び同じ分離効率を有する公知の処理（方法）と比較して塔中の毒性物質の量が減少している方法（処理）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者等はこの目的が、１種以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留の方法を使用することによって達成されることを見いだした。本発明が特徴としているのは、下端部及び上端部に１以上の充填層を有する構造充填を有する塔中でこの処理を行うことであり、この充填層は全高にわたって変化する内部ジオメトリーを有しており、そのために、最初の、充填層の下部領域で、蒸留又は反応蒸留において、主として分散気体相を有する気泡層が目的の様式で形成可能であり、これと同時に第二の、充填層の上部領域で、主として連続気体相を有する層流を目的の様式で形成可能である。
【発明の効果】
【００１７】
驚くべきことに次のことが見いだされた。すなわち、塔中に存在する毒性物質の量は相当な程度に減少可能であり、構造充填がドイツ特許出願１９９３６３８０．３（これは本願発明より早期の優先日を有しているものではない）に記載のように使用された場合には少なくとも約２〜４分の１である。本発明によれば、塔中の毒性物質の量は、充填層群の全高にわたって変化する内部ジオメトリーを有する構造充填を使用して最小化される。特別な成形によって、前記所定の小領域では液体が連続相を形成し、他の小領域では分散相を形成している領域において、目的（目標）とされた基準（測定）によって処理（運用）可能である。液体と気体の量を適切に選択することにより、充填層の下部領域では分散気体相を有する気泡相が目的の様式で形成され、充填層の上部領域では連続気体相を有する層流が目的の様式で形成されるようなやりかたで、充填層を運用（処理）することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
液体流及び気体流がある値を超えたときに充填物で充満（氾濫）(flooding)が生じることが知られている。充填（負荷）の増大による充満状態への転移の特徴は、最初は層（薄層）として分散した形態で流出していた液体が、気泡塔と同様の、液体が連続相である新たな処理（運用）状態へと転化することである。この状態の特徴は、顕著な圧力増加と分離効率の劇的な低下であり、これは液体が大きな高さ領域にわたって逆混合されるためである。本発明で使用される充填は、この充満状態を下部小領域に限定する。一方、さらに上部の小領域では、充填は通常に処理され、そのために液体は充填表面を層（薄層）として流出する。この小領域はさらにデミスターとして作用する。
【００１９】
説明したこれら流体力学的処理段階は、特に、その全高にわたって流れに対して変化する抵抗性を有して形成されている充填層によって、達成可能であり、この充填層の下部領域は、充填層の上部の領域よりも、流れに対してより大きな抵抗性を有している。上部領域と下部領域は好ましくはいずれの場合も充填層の断面範囲全体にわたって広がっている。
【００２０】
好ましくは、充填層がフラット（平板状）充填要素、特に折り曲げ金属シート、エキスパンデッドメタル、ワイアーファブリック、及びニットメッシュと接触している構造充填が使用され、折り曲げラインは充填層の全高にわたって変化し、それは充填層の上部領域よりも充填層の下部領域の縦軸に対してより大きな角度となるような様式である。
【００２１】
しかし、曲線コース、特に折り曲げラインに対する接線と、充填層の縦軸の間のなす角度が、充填層の下部領域では約４５〜７５°、好ましくは６０〜７０°から、充填層の上部領域では１０〜４５°、好ましくは３０〜４５°へと減少するような曲線コースを有する折り曲げラインを有する充填要素を形成することは可能である。この曲線折り曲げラインは、特に容易でありそのために経済的に製造できる。
【００２２】
しかし、折り目の他のコース（推移経路）、例えば断面が直線である２以上のコースを準備することも可能である。
【００２３】
驚くべきことに、充填の分離効率のさらなる改良が、約０．１８〜０．３０ｍ、より低い高さで、特に約０．１０〜０．１５ｍの従来の工業的に通常の高さからの離脱として、それぞれの充填層の構築により可能であることが見いだされた。この場合に上述の範囲よりも低い値が、特に密に充填された充填物に、すなわち約５００〜７５０ｍ２／ｍ３の特別の表面表面積（特別な表面の面積）を有している充填物に、特に好適であり、そして対照的に充填高のより高い値は、約１００〜５００ｍ２／ｍ３の比表面積を有するより粗い充填物に特に好適である。
【００２４】
充填層が充填要素を有している本発明の好ましい実施の態様においては、少なくとも充填要素のうちに幾つかが、充填層の下部末端部及び／又は上部末端部において舌状の様式で屈曲している。好ましくは、充填要素は、所定の長さ（距離）で、好ましくは折り目幅の約半分に対応する長さで、充填層の下部末端部及び／又は上部末端部においてこれのためにカットされ、舌部は、異なった方向に屈曲可能となる。舌部は充填要素の両側に向けて交互に屈曲することが、特に好ましい。カットの深さは好ましくは３〜８ｍｍである。
【００２５】
屈曲舌部が充填要素になす角度は、好ましくは約１１０〜１５０°であり、そのために舌部は充填層においてほぼ水平に配向する。舌部の横方向への伸長は、流れの断面の約３０〜６０％がブロックされる（遮られる）ように、選択される。他の充填層の上に積み重なった充填層の十分な機械的安定性を確保するために、連続する充填要素のちょうど１つおきに、横方向に屈曲していることが好ましい。
【００２６】
さらに好ましい実施の態様においては、少なくとも１の最初の部分充填層と１の第二の部分充填層の組み合わせ（コンビネーション）からなっており、この最初の及び第二の部分充填層はその内部ジオメトリーに関して互いに異なっている。
【００２７】
最初の充填層は、第二の充填層の直下に配置されている。特に好ましくは、最初の充填層と第二の充填層は、一方のうえに直接にもう一方が配置され、最初の充填層は下部部分充填層を形成し、第二の充填層は上部部分充填層を形成している。部分充填層は、好ましくはその内部ジオメトリーがその全高にわたって変化しないように設計（デザイン）されている。最初の下部部分充填層は、好ましくは０．０２〜０．１０ｍ、特に好ましくは０．０３〜０．０５ｍの高さを有している。第二の上部部分充填層は、好ましくは０．０５〜０．２ｍ、特に好ましくは０．１０〜０．１５ｍの高さを有している。最初の部分充填層の高さ１メートルあたりの流れに対する抵抗性は、好ましくは約１．２〜約５倍、特に好ましくは約１．５〜約２．５倍であり、第二の部分充填層の流れに対する抵抗性と同じくらいに高い。部分充填層が、折り目を有する充填要素から構成されている場合には、部分充填層の流れに対する抵抗性は、折り目コース又は折り目コースの接線が充填層の縦軸とつくる角度によってセット（設定）可能である。この角度が大きければ、流れに対する抵抗性は高くなる。本発明に関しては、部分充填層が折り目を有する充填層からなる実施の態様が好ましく、このときに最初の部分充填層の折り目コースの接線又は折り目コースが、第二の部分充填層の折り目コースの接線又は折り目コースよりも、充填層の縦軸に対して大きな角度にある。好ましい角度は上記で既に述べたが、参照により組み込まれる。部分充填層の流れに対する抵抗性はさらに、単位体積当たりの比表面積のサイズによって達成される。
【００２８】
好ましくは、部分充填層は、異なった単位体積当たり比表面積を有する。特に好ましくは、最初の下部部分充填層は、第二の上部部分充填層よりも高い単位体積当たり比表面積を有する。この場合に最初の下部部分充填層の比表面積は、好ましくは２０〜１００％、特に好ましくは３０〜６０％、第二の上部充填層のそれよりも大きい。
【００２９】
本発明は本発明の方法を行うための塔にも関する。本出願よりも早期の優先権は有していないドイツ特許出願に記載されているように、構造充填を含む塔は、発明の実施の態様において使用され、液体コレクター（回収装置）及びディストリビューター（分配装置）が不要である。上述の構造充填は好適な特性を有しており、液体再分配の連結目的には全く十分なある種の分配作用を有していることが、驚くべきことに見いだされた。結果として、塔中の残留液体及び塔の全体積は、さらに減少可能である。塔頂及び供給部（フィードポイント）においてのみ、簡易なタイプの分配装置（例、リングディストリビューター）が、液体のために準備されている。好ましくは、少なくとも充填層の下部領域において、充満した領域で液体のクロス分配を改善するために、穿孔（貫通）された充填物質が使用され、好ましくは５〜５０％、特に好ましくは１０〜２０％の穿孔含量を有している。
【００３０】
発明に係る塔のさらに好ましい実施の態様において、塔中の毒性物質の量は、塔頂のコンデンサ（凝縮装置）を塔中へ統合することによって、さらに減少可能である。結果として、液体残留は、さらに減少する。この処置において、蒸留技術で通常であって実際に実証されてきたデザイン（設計）へとコース変更することも可能である。
【００３１】
本発明を、以下の実施例及び図面によって詳細に説明する。
【００３２】
図１は、構造充填の実施の態様の充填層１を示す。
【００３３】
図２は、構造充填の実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【００３４】
図３は、構造充填のさらなる実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【００３５】
図４は、横方向に屈曲した充填要素４を有する構造充填の実施の態様の充填層１の充填要素４の断面を、三次元図で示す。
【００３６】
図５は、充填要素４の間の薄いストリップ１５を有する構造充填のさらなる実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【００３７】
図６は、相違する内部ジオメトリーの２つの部分充填層から形成された充填層１を有する構造充填のさらなる実施の態様を示す。
【００３８】
図７は、相違する内部ジオメトリーの２つの部分充填層から形成された充填層１を有する構造充填のさらなる実施の態様を示す。
【００３９】
図において、同じ参照番号（リファレンスナンバー）は、同じ又は等価な特徴を表す。
【００４０】
図１は、本発明の構造充填の実施の態様の充填層１を示す。充填層１は、最初の、下部末端部２及び第二の上部末端部３を有している。これは、例えば０．２ｍの高さＨを有する。充填層は、互いに接触するフラット（平板状）充填要素４を有しており、これは折り目（図には示されていない）を備えたメタルシートで作られている。参照番号５は、充填層１の縦軸を示す。充填層１は、さらに、円形の横断面を有している。充填層１の内部ジオメトリーは、その全高にわたって変化する（図には示されていない）。充填層１は、最初の、下部領域６を有し、この内部ジオメトリーは第二の、上部領域７とは相違している。充填層１の最初の、下部領域６は、第二の、上部領域７よりも大きな流れ抵抗性を有している。液体及び気体の流速の適切な設定により、主として分散気体相を備える気泡層が、充填層１の最初の、下部領域６において形成され、同時に主として連続気体相を備えた液体の層流（フィルムフロー）が、充填層の第二の、上部領域７において形成される。充填層１の最初の、下部領域６及び充填層１の第二の、上部領域７は、充填層１の横断面全体にわたって広がっている。加えて、最初の、下部領域６は、第二の、上部領域７へと直接に連結している。充填層１の第二の、上部領域７は、充填層１の第二の、上部末端３と結合しており、最初の、下部領域６は、充填層１の最初の、下部末端２と結合している。
【００４１】
図２及び図３はそれぞれ、本発明の構造充填の異なった実施の態様の充填層１の直列配列された充填層４を、図示している。連続線は、最初（第一）、第三、第五・・・の充填層４の折り目コースを示し、破線は、第二、第四、第六・・・の充填層４の折り目コースを示す。
【００４２】
図２中の充填要素４は、例えば０．２ｍの充填層１と同じ高さＨを有している。これらの充填要素からつくられた充填層１のクロスチャネル構造（海峡横断構造）を受ける結果として、充填要素４は、折り目８を備えたメタルシートからなっている。折り目８は、断面で直線コースを有している。充填層１の最初の、下部領域６においては、充填層１の第二の、上部領域７においてよりも、折り目コースは、充填層１の縦軸５に対してより大きな角度αになっている。充填層１の最初の、下部領域６においては、折り目コースは、充填層１の縦軸５に対して約６０°の角度αになっている。第二の、上部領域７においては、折り目コースは充填層の縦軸５に対して、約３０°の角度αになっている。
【００４３】
図３は、構造充填のさらなる実施の態様の充填層１の充填要素４を図示している。充填要素４は、連続する曲線折り曲げコースを備えた折り目８を有する。充填要素４は、例えば０．２ｍの充填層１と同じ高さＨを有する。折り曲げコースの接線は、充填層１の最初の、下部領域６においては、充填層１の第二の、上部領域７においてよりも、充填層１の縦軸５に対して大きな角度αになっている。充填層１の最初の、下部領域６においては、折り曲げコースの接線は、充填層１の縦軸５に対して、約４５°〜約７５°の角度にある。第二の、上部領域７においては、折り曲げコースの接線は、充填層の縦軸５に対して約１０°〜約４５°の角度αにある。折り目８は、近似的に放物線状コースを有する。
【００４４】
図４は、本発明の充填のさらなる実施の態様の充填要素４の細部を、三次元図で示す。充填要素４は、示されている細部においては、直線コースを備えた折り目８を有する。参照番号５は、示されている充填要素４が配置されている充填層１の縦軸を表している。充填層１の最初の、下部末端２で、折り目幅の約半分に対応する長さ（間隔）で、約３〜８ｍｍ幅でのカットが、充填要素４へと入れられて、舌部９は両側へと交互に屈曲して、充填要素に対して１１０°から１５０°の角度βとなるようにし、この舌部は充填層でほぼ水平方向へと配向する。舌部の横方向への伸長は、流れの断面の約３０〜６０％がブロックされる（遮られる）ように選択される。
【００４５】
図５は、構造充填のさらなる実施の態様における充填層１の直列配列された充填要素４を示す。連続線は、最初（第一）、第三、第五・・・の充填要素４の折り曲げコースを示し、破線は、第二、第四・・・の充填要素の折り曲げコースを示す。充填要素４は、例えば０．２ｍの充填層１と同じ高さＨを有している。充填要素４は、直線折り目８を有している。参照番号５は、充填層１の縦軸を指している。充填層１の最初の、下部末端２で、薄い金属シートストリップ１５は、充填要素４の間に配置されている。この金属シートストリップは、充填層１の下部末端２へと直接に連結されている。このストリップは、平面状であり、好ましくは、約１５〜２５ｍｍの高さｈを有している。
【００４６】
図６は、縦軸方向断面において、本発明の構造充填の実施の態様の充填層１を示す。充填層１は、２つの部分充填層からなり、これは、最初の部分充填層１０と第二の部分充填層１２とが、１つの層が他の層の上に積み重なってできている。部分充填層１０及び１１の両方があわせられて、充填層１の高さＨを形成している。最初の部分充填層１０は、下部充填層を形成し、第二の部分充填層１１は、上部部分充填層を形成する。最初の部分充填層１０は、充填層１の最初の、下部領域６を形成し、第二の部分充填層１１は、充填層１の第二の、上部領域７を形成する。部分充填層はいずれも、ひとつおきに又は連続して配列された多数の充填要素４からなる。部分充填層１０、１１の充填要素４は、メタルシート（金属シート）からなり、直線的に走る折り目８を有する。連続線は、最初（第一）、第三、第五・・・の充填要素４の折り目コースを示し、破線は、第二、第四、第六・・・の充填要素４の折り目コースを示す。折り目コースは、最初の部分充填層１０においては、充填層１の縦軸５に対して角度αをとり、これは第二の部分充填層１１において折り目コースが縦軸５に対してとる角度よりも大きい。最初の部分充填層１０において、折り目コースは、充填層１の縦軸に対して約６０°の角度αをとっている。第二の部分充填層１１においては、折り目コースは、充填層１の縦軸に対して約３０°の角度αをとっている。最初の部分充填層１０は結果として、第二の部分充填層１１よりもより大きな流れへの抵抗性を有する。最初の部分充填層１０は、好ましくは０．０２〜０．１０ｍ、特に好ましくは０．０３〜０．０５ｍの高さを有している。
【００４７】
図７は、図６で示したように、縦２つの部分充填層１０、１１からなる充填層１を備えた、本発明の構造充填の実施の態様を、軸断面において示す。図６及び図７の２つの実施の態様は、本質的には一致している。同じ参照番号が同じ部分を指している。そのため、図６についての記載を参照できる。図６の実施の態様と対照的に、この図７の実施の態様の折り目コースは、最初（第一）及び第二の部分充填層１０、１１において、充填層１の縦軸５に対して同じ角度αをとっている。しかし、下部部分充填層１０は、上部部分充填層１１のそれと比べて５０％大きい特異的表面を有している。結果として、最初の、下部部分充填層１０においては、第二の、上部部分充填層よりも、流れに対する抵抗性が大きい。
【００４８】
液体及び気体流速の適した設定によって、図１〜７に記載した本発明の構造充填の実施の態様に全てにおいて、主として分散気体相を有する気泡層が、充填層の最初の、下部領域６において目的の様式で形成され、同時に主として連続気体相を有する液体の層流（薄層流）が、充填層１の第二の、上部領域７において目的の様式で形成される。
【実施例】
【００４９】
使用した実験用の塔は、内径０．１ｍで全高６．２ｍを有するステンレススチール製の金属塔であった。クロスチャネル構造で構造シート金属充填物をそれに充填し、塔充填物は交互に相違する比表面を有するものとした。充填物はそれぞれ、比表面積５００ｍ２／ｍ３（Ｍｏｎｔｚ  Ｂ１−５００型）の０．０３５ｍ高の充填層と、このうえの比表面積２５０ｍ２／ｍ３（Ｍｏｎｔｚ  Ｂ１−２５０型）の０．１９５ｍ高の充填層とからなるものであった。折り目は、いずれの充填の場合にも、塔の縦軸へある角度をなし、水平に対してそれぞれ４５°であった。下部充填物及び上部充填物はいずれも、リム（縁）を液体が通過可能となることを避けるために、外面（周縁）にワイアーメッシュ製の液体スクレーパーを備えていた。下部シート金属充填物は、直径４ｍｍの円形の穿孔を有していた。塔の濃縮区画に、全部で０．９２ｍの充填物が設置された。塔のストリッピング区画は、２．０７ｍの充填高を有していた。トラッピングトレイは塔の供給部にマウントされた。流入液は、トラッピングトレイに注がれて、そこから、再沸騰装置（リボイラー）として働く附属の自然循環蒸発装置へと送られた。この蒸発装置をでた気体／液体混合物は、先のトラッピングトレイより下にある第二のトラッピングトレイへと送られた。このトレイの液体は、同様に蒸発装置へと送られた。過剰の液体は、差し込まれているオーバーフローパイプを通じて流出した。塔底部で、自然循環蒸発装置は加熱のために加熱のためにマウントされた。蒸気は、冷却され、塔頂部で水（＋２２℃）又はブライン（塩水）（−１５℃）にさらされている２つの直列コンデンサ（凝縮装置）を通じて部分的に凝縮された。
【００５０】
供給混合物は本質的には、次の構成成分、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）（６．４％）、塩化水素（１．１％）、ホスゲン（１３．６％）、モノクロロベンゼン（６６．４％）及び高沸点副生成物（１２．５％）からなり、約１０１℃の温度で、流速３７４ｋｇ／ｈで、液相で、塔へと供給される。塔は２．６５ｂａｒ（塔頂部）の圧力で操作された。塔底部の加熱強度は、塔底部で１６６℃の温度となるように設定された。供給部分のリボイラー（再沸騰装置）の加熱強度は、ストリッピング区画の最上部充填層の温度が９４℃となるように制御された。塔頂部で還流はなかった。そのかわりに、還流液として、モノクロロベンゼンを流速５１．６ｋｇ／ｈで、供給温度３２℃で供給した。最初のコンデンサで得られたオーバーヘッド（塔頂）生成物は、約０．９％塩化水素、４１．５％ホスゲン、及び５４．８％モノクロロベンゼンの含量を有する３０．２ｋｇ／ｈの流れであった。第二のコンデンサでは、約２２．４％塩化水素、７５．６％ホスゲン、及び１．２％モノクロロベンゼンの含量を有する約６１ｋｇ／ｈの流れが生成した。３３４．３ｋｇ／ｈの流速での底部生成物は、塩化水素及びホスゲンが高度に減損しており、わずかに５０ｐｐｍ未満の塩化水素及び１０ｐｐｍ未満のホスゲンの残存含量のみを有していた。
【００５１】
塔は、ストリッピング区画において１．７（Ｐａｓ）０．５の気体負荷率Ｆで、運用された。実験プラントで使用された充填物は、アップスケール（規模拡大）可能であり、製造プラントにおいて同じデザイン（設計）とローディング（負荷）とで使用してもよい。安全率から、充填高は、大規模プラントでは２．０７〜３ｍ増大できる。対照的に、類似する製造プラントでは現在、１５バルブトレイがストリッピング区画で使用されねばならず、これはトレイスペーシング０．４ｍで、６ｍの高さを占拠する。トレイは、０．９（Ｐａｓ）０．５の率Ｆで運用された。そのためトレイに対する充填物の容積比は、３／１．７：６／０．９＝０．２６５となった。そして、充填物を備えた塔の内部の気体空間においては、すなわち本発明の方法においては、わずか約２６．５％の毒性物質のみがトレイケースに存在した。約５％の充填物及び約３％のプレートの残留液を考慮に入れると、充填のさらなる利点として、プレート塔と比較して約４４％の残留液の減少がこれによってもたらされた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、構造充填の実施の態様の充填層１を示す。
【図２】図２は、構造充填の実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【図３】図３は、構造充填のさらなる実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【図４】図４は、横方向に屈曲した充填要素４を有する構造充填の実施の態様の充填層１の充填要素４の断面を、三次元図で示す。
【図５】図５は、充填要素４の間の薄いストリップ１５を有する構造充填のさらなる実施の態様の充填層１の直列配列された充填要素４を示す。
【図６】図６は、相違する内部ジオメトリーの２つの部分充填層から形成された充填層１を有する構造充填のさらなる実施の態様を示す。
【図７】図７は、相違する内部ジオメトリーの２つの部分充填層から形成された充填層１を有する構造充填のさらなる実施の態様を示す。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月27日(2003.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造充填物を含む塔の使用方法であって、
前記構造充填物は、下部末端（２）と上部末端（３）を有する１以上の充填層（１）を有し、前記充填層はその全高にわたって変化する内部ジオメトリーを有し、そのために蒸留又は反応蒸留において、充填層（１）の最初の、下部領域（６）で、主として分散気体相を有する気泡層が形成可能であり、同時に充填層（１）の第二の、上部領域（７）で、主として連続気体相を有する層流が目的の様式で形成可能である、
１以上の毒性成分を含む混合物の蒸留又は反応蒸留についての使用方法。
【請求項２】
充填層（１）がその全高にわたって変化する流れ抵抗性を有し、充填層（１）の下部領域（６）が充填層（１）の上部領域（７）よりもより大きな流れ抵抗性を有している、請求項１に記載の使用方法。
【請求項３】
充填層（１）が平板状充填要素（４）、特に折り曲げ金属シート、エキスパンデッドメタル、ワイヤーファブリック又はニットメッシュと相互に接触を有し、充填層（１）の上部領域（７）においてよりも充填層（１）の下部領域（６）において充填層（１）の縦軸（５）に対してより大きな角度を有するように折り曲げライン（８）が充填層（１）の高さ（Ｈ）にわたって変化する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
折り曲げライン（８）への接線と充填層（１）の縦軸（５）の間の角度が、充填層（１）の下部領域（６）において約４５〜７５°、好ましくは６０〜７０°から、充填層（１）の上部領域（７）において１０〜４５°、好ましくは３０〜４５°へと減少するような曲線コースを折り曲げラインが有している、請求項３に記載の使用方法。
【請求項５】
折り曲げライン（８）が部分的に直線的であって、充填層（１）の下部領域（６）において折り曲げライン（８）が、充填層（１）の縦軸（５）と４５〜７５°、好ましくは６０〜７０°の角度であり、充填層（１）の縦軸（５）への折り曲げライン（８）の角度が、頂部に向けて１以上のステップにて１０〜４５°、好ましくは３０〜４５°へと減少するコースを有している、請求項３に記載の使用方法。
【請求項６】
充填層（１）の高さが０．０５〜０．２０ｍ、好ましくは０．１０〜０．１５ｍであり、充填層（１）の下部領域（６）が０．０２〜０．１ｍ、好ましくは０．０３〜０．０５ｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の使用方法。
【請求項７】
充填層（１）が１以上の第一部分充填層及び１の第二部分充填層（１０、１１）の組み合わせからなり、第一部分充填層（１０）及び第二部分充填層（１１）は内部ジオメトリーに関して異なり、特に第一部分充填層（１０）の流れに対する抵抗性は第二部分充填層（１１）の流れに対する抵抗性に対して約１．２〜５倍、好ましくは１．５〜２．５倍と高いものである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
下部領域（６）又は第一部分充填層（１０）は、上部領域（７）又は第二部分充填層（１１）と比較してより高い単位体積あたりの比表面積を有し、特に２０〜１００％だけ、好ましくは３０〜６０％だけ大きな単位体積あたりの比表面積を有している、請求項１〜７のいずれかに記載の使用方法。
【請求項９】
塔が液体コレクター又はディストリビューターを有していない、請求項１〜８のいずれかに記載の使用方法。
【請求項１０】
塔頂のコンデンサが塔に統合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の、又は請求項９に記載の使用方法。
【国際調査報告】
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