JPH0432682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体及び気体の混合物から液体を分
離する装置を備えたカラムに関する。

本明細書においては、気体という用語は、蒸気
を包含して指称される。

上記の種類の装置は、液体及び気体の混合物を
分離するカラム、液体相と気体相とを接触させて
各相間の物質の交換又は熱の交換を行ない、次い
で各相の分離を行なうためのカラムに使用するの
に適している。

これらの装置は、カラムに配置されたトレーに
おける開口部又はその上方に装着される。

液体及び気体の混合物を分離する上記装置の例
は、1982年３月31日付けで公開番号第48508号と
して公開されたヨーロツパ特許出願第81200963.7
号明細書に記載されている。

この従前の装置には、内側空間から直接に気体
を放出するための第１の気体出口管と、外側空間
から気体を放出するための第２の気体出口管とが
設けられている。

この第２の気体出口管から放出される２次気体
は内側空間から放出される液体によつて同伴され
得る。

この従前の装置において、第１の気体出口管か
らの１次気体と第２の気体出口管からの２次気体
とは、適当な出口管から流出した後に、直接に合
体される。

内側空間の断面積と比較して相対的に小さい断
面積を有する下端部を備えた第１の気体出口管を
使用しかつ第１の気体出口管の当該下端部を前記
装置の管状壁部の上端部より下方に配置すること
により、実質的に液体を含有しない１次気体の流
れが第１の気体出口管を介して放出され得る。

しかしながら、比較的高い液体負荷又は比較的
高い流速において第２の気体出口管からの２次気
体の流れは外側空間から同伴された若干の液体を
含有することがある。

その結果、従前の装置から生ずる最終気体生成
物はまだ少量の液体を含有することがある。

本発明の目的は、上記従来型の装置を改善して
液体及び気体の混合物を実質的に気体を含有しな
い液体と実質的に液体を含有しない気体とに高液
体負荷かつ高流速においてさえ分離しうる装置を
備えた垂直カラムを提供することにある。

本発明によれば、前述の目的は、液体及び気体
の混合物から気体を分離する垂直カラムであつ
て、前記カラムは、当該カラムの混合物入口の上
方に、混合物から気体を分離すべく当該混合物の
渦巻流を形成する手段を備えた複数の垂直な管装
置を有する２段の水平トレーの組の少なくとも１
組を備えており、夫々の管装置は、下段のトレー
の開口の上に取付けられていると共に、上段のト
レーにおける当該管装置と同軸的な開口の上に取
付けられた、前記混合物から分離された１次気体
を排出するための第１の気体出口通路を備えてお
り、前記管装置は、前記トレーの間の空間に伸長
していると共に、前記上段のトレーの下方の所定
の距離のところに上端開口部を有しており、前記
第１の気体出口通路は、前記トレーの間の空間に
伸長していると共に、前記管装置の上端開口部の
下の所定の距離のところに下端開口部を有してお
り、前記管装置の外側における前記トレーの間に
は、液体出口手段と、前記上段のトレーに設けら
れていると共に、前記管装置の外側における前記
トレーの間の空間に存在する２次気体を、前記上
段のトレーの上方の空間に導くための第２の気体
出口通路とが設けられており、前記第２の気体出
口通路は、気体出口が前記管装置の第１の気体出
口通路が接続されている前記トレーの間の空間に
接続されていると共に前記２次気体から液体を分
離する２次分離装置の入口端に接続されている垂
直カラムによつて達成される。

本発明の垂直カラムにおける第１の気体出口通
路は、上段のトレーの上方に設けられていると共
に、２次分離装置に接続されて２次気体の収集領
域を横切つていてもよい。

本発明の垂直カラムにおける２次分離装置は、
収集領域の上方にあると共に、緊密に充填された
繊維の層又は複数の傾斜羽根を備えており、かつ
第１の気体出口通路が横切つているフイルタ段
と、分離された液体を収集領域から排出する液体
排出手段とを含んでいてもよい。

本発明の垂直カラムにおける２次分離装置は、
気体を渦巻状にする手段を含んだ管装置と同じよ
うに２段の水平トレーの組に取付けられ、同軸の
気体出口通路を有する少なくとも１つの他の管装
置と、１次気体の気体出口通路とを含んでいても
よく、他の管装置の気体入口端は、収集領域に接
続されていてもよい。

ヨーロツパ特許出願第81200963.7号明細書に記
載された装置においては、第２の気体出口管から
の２次気体が第１の気体出口管からの１次気体へ
直接加えられており、したがつて高液体負荷およ
び／または高流速の状態において、実質的に液体
を含有しない第１の気体出口管からの１次気体の
品質は比較的濡れた第２の気体出口管からの２次
気体により悪影響を受ける。

上記公知の装置を使用する場合に、気体をさら
に乾燥するためには、第１の気体出口管からの１
次気体及び第２の気体出口管からの２次気体の全
量を、乾燥処理せねばならない。

今回提案する管装置を備えた垂直カラムにおい
ては、実質的に液体を含有しない気体の全量を得
るために、一但乾燥処理された１次気体を除い
た、気体の全量の極く少量部をしめる第２の気体
出口通路からの２次気体だけを別途乾燥処理すれ
ばよい。

したがつて、本発明における第２の気体出口通
路からの２次気体を処理する液体の２次分離のた
めの管装置は、別途の２次分離のための管装置を
使用する場合に、比較的小寸法とすることができ
る。

さらに、本発明における管装置は、公知装置に
おける低効率の分離をもたらすような液体負荷お
よび／または流速の状態においても動作すること
ができる。

その結果、所定の生産量を得るよう設計される
本発明における管装置の寸法は、公知装置と比較
して小型化することができ、その結果著しい経費
低減をもたらす。

以下、本発明を添付図面を参照して具体例につ
きより詳細に説明する。

本発明の一具体例に示した部材は、図面に示し
たその他幾つかの具体例に対し個々に適用しうる
ことが了解されよう。

図面に示した同一の部材は同一の符号で示され
ている。

第１図は本発明のカラムの説明用の参考例の管
装置を示し、この管装置を以下「渦巻管」という
表現で示す。

渦巻管１は、内側空間３を規定する管状壁部２
を備える。管状壁部２は底壁部４の開口部に装着
されて包封壁部５により包囲される。管状壁部２
と包封壁部５との間には、液体が放出される外側
空間６が存在している。外側空間６は底壁部４に
より下方が、頂壁部７により上方が閉鎖される。
頂壁部７を管状壁部２の上端部より上方に所定の
距離をもつて配置し、それにより内側空間３と外
側空間６との間に流体通路８を設ける。渦巻管１
の開放下端部９を介して液体及び気体の混合物
を、複数の羽根１１を備えかつ内側空間３内に配
置された混合物を渦巻流に形成する手段としての
羽根アセンブリ１０へ供給することができる。渦
巻管１の管状壁部２には多数の液体放出開口部１
２を設け、これらを管状壁部２の外周に沿つて均
等に分布させ、かつ羽根アセンブリ１０の下流に
位置させる。

頂壁部７における開口部を貫通する第１の気体
出口通路としての第１気体出口管１３は、管状壁
部２の上端部１５より下方に配置された開放下端
部１４を備え、それにより内側空間３中へ突入し
ている。第１気体出口管１３と羽根アセンブリ１
０と内側空間３とは実質的に互に同軸配置され
る。頂壁部７には、さらに外側空間６からの気体
を放出するための第２の気体出口通路を形成する
開口部１６を設ける。包封壁部５の下端部におけ
る加工部に一端部を配置した液体排出手段を形成
する出口管１７は、液体を外側空間６から放出す
る作用をする。最後に、渦巻管１はフアン１９を
設けた導管１８を備え、開口部１６と内側空間３
の入口部との間に流体連通部を形成する。

操作に際し、液体及び気体の混合物を開放下端
部９を介して渦巻管１の内側空間３中へ導入す
る。内側空間３において混合物は羽根アセンブリ
１０を通過し、その際羽根アセンブリ１０の羽根
１１は混合物に渦巻運動を付与して渦巻流を形成
する。この渦巻運動により、混合物の液滴が外方
に飛散して管状壁部２の内部表面に衝突しかつ付
着する。管状壁部２の内表面でこのように形成さ
れた液層は、その一部が管状壁部２における液体
放出開口部１２を通過し、かつ一部が流体通路８
を通過する。この液層は、分離された外側空間６
に集められ、次いで液体の出口管１７を介して外
側空間６から放出される。

渦巻管１中へ供給される気体及び液体の混合物
の気体成分の大部分は、第１気体出口管１３を介
して内側空間３から放出される。第１気体出口管
１３を介して放出される気体により、管状壁部２
の内表面に集められた液体が同伴されるのを防止
するため、第１気体出口管１３の断面積は内側空
間３の断面積より相当小さくすべきである。第１
気体出口管１３の適する断面積は、内側空間３の
断面積の15〜65％の範囲で選択することができ
る。この範囲の断面積において、第１気体出口管
１３を通過する気体は実質的に液体を含有せず、
しかも渦巻管１における許容しえないような圧力
低下を伴なわない。羽根アセンブリ１０の作用に
より気体の流れから分離されて外側空間６中へ流
入する液体は、少量の同伴気体を含有することが
ある。この気体は、開口部１６を介して外側空間
６から放出される。特に渦巻管１における高液体
負荷および／または高流速の状態において、液体
は開口部１６を介して外側空間６から流出する気
体により同伴されることがある。この場合第１気
体出口管１３からの気体の品質が開口部１６から
の湿潤気体により混合の際に悪影響を受けるのを
防止するため、開口部１６からの気体の流れをさ
らに処理してそこから液体を分離する。この目的
で、開口部１６からの気体の流れをフアン１９の
作用により導管１８を介して内側空間３の入口部
である開放下端部９へ循環させる。

第１図に示した参考例において、渦巻管１は導
入された液体及び気体の混合物の主たる分離を行
なうための第１段階の分離器として作用するだけ
でなく、開口部１６からの気体の流れから液体を
除去するための第２段階の分離器としても作用す
る。上記の配置により、液体及び気体の混合物
は、極めて高い液体負荷および流速の状態におい
てさえ、実質的に液体を含有しない気体と実質的
に気体を含有しない液体とに分離することができ
る。

外側空間６から流出する気体の流れによる液体
の同伴を減少させるため、ヨーロツパ特許出願第
81200963.7号に提案されたような、頂壁部７を貫
通しかつこの頂壁部７の下表面以下に配置された
開口部１６の管を使用することは、第１図に示し
た参考例において無意味である。何故なら、開口
部１６からの気体はこの気体を乾燥するためさら
に処理にかけられるからである。

次いで本発明の他の参考例を示す第２図につき
説明する。この図面において、液体及び気体の混
合物を分離するための一般に符号２０で示された
カラムの底部が図示されている。

管状外殻２１を有するカラム２０には、カラム
２０の内部に流体を供給しかつ放出するための手
段を設ける。これらの手段は、液体及び気体の混
合物を供給するための混合物入り口としての入口
２２と、分離された液体を放出するための液体出
口２３と、カラム２０の上部に配置されて分離さ
れた１次気体を放出するために気体出口（図示せ
ず）とを備える。

下側の水平トレーとしてのほぼ水平に配置され
たトレー２４にはその開口部に複数の管装置とし
ての渦巻管２５を設け、このトレー２４をカラム
２０の内部に設置する。トレー２４に対しほぼ平
行に上側の水平トレーとしてのトレー２６を渦巻
管２５の上端部から上方へ所定の距離をもつて配
置する。渦巻管２５を包囲し、かつトレー２４と
トレー２６と管状外殻２１とにより閉じ込められ
た空間２７を、以下外側空間という表現で示す。
他の壁部２８をトレー２６の上方に所定の距離を
もつて配置し、それにより渦巻管２５からの気体
を集める収集領域としての空間２９を形成する。
空間２９は第２の気体出口通路を形成する導管３
０を介してカラム２０の入口２２と流体連通し、
導管３０には入口２２のベンチユリ３２の中央に
配置されたスロート状端部３１を設ける。ベンチ
ユリ３２は入口２２に吸引状態をもたらし、空間
２９における２次気体を導管３０を介してカラム
２０の入口２２へ強制流過させ得る。

渦巻管２５は、それぞれ、内側空間３４を規定
する管状壁部３３を備え、この内側空間３４には
混合物を渦巻流に形成する手段としての羽根アセ
ンブリ３５を配置して入口２２を介し供給される
液体と気体との混合物に渦巻運動を付与して渦巻
流を形成する。管状壁部３３には、それぞれ液体
排出手段としての液体放出開口部３６を設けて、
分離された液体を内側空間３４から抜き出す。

複数の第１の気体出口通路としての第１気体出
口管３７がトレー２６における開口部を貫通し、
その下端部を管状壁部３３の開口上端部より下方
における内側空間３４内に位置せしめる。２次気
体を外側空間２７から空間２９中へ放出するた
め、トレー２６にはさらに複数の開口部３８を設
ける。

第２図に示したカラム２０を操作するに際し、
混合物を入口２２により形成された共通の混合物
入口を介して渦巻管２５のそれぞれへ供給する。
羽根アセンブリ３５を通過する際、混合物に渦巻
運動が付与されて混合物からの気体と液体との分
離をもたらす。液体は、その一部が管状壁部３３
の開口上端部とトレー２６との間の通路を介して
渦巻管２５から流出し、かつ一部が液体放出開口
部３６を介して流出する。外側空間２７に集めら
れた液体は、液体出口２３を介してカラム２０か
ら抜き取られる。実質的に液体を含有しない１次
気体は第１気体出口管３７を介して渦巻管２５を
流出し、壁部２８の上方のカラム２０の上方部分
へ流入し、ここで気体はさらに処理され、又はカ
ラム２０の内部から直接に放出することができ
る。

渦巻管２５から流出する液体により同伴された
気体は、頂壁部としてのトレー２６における開口
部３８を通して上方に流動し、空間２９中へ流入
する。入口２２におけるベンチユリ３２の吸引作
用により、２次気体は空間２９から導管３０を介
して入口２２へ流動される。導管３０からの２次
気体は次いで渦巻管２５へ流入してさらに処理さ
れ、そこから液体が分離される。

第１図に示した渦巻管１と同様に渦巻管２５は
多量の気体と液体とを分離するための第１段階の
１次分離器として作用するだけでなく、第１段階
の主分離で得られた２次気体をさらに乾燥するた
めの第２段階の２次分離器としても作用する。

次に、本発明の具体例を示す第３図につき説明
する。第１図及び第２図における説明は、基本的
に第３図の説明にも適用される。

この具体例において、第２図に示したような２
次気体をさらに処理するための循環系は一般に符
号４０で示されたフイルタ手段により置換されて
おり、フイルタ手段４０は第１気体出口管３７の
囲りに配置される。フイルタ手段４０はたとえば
ステンレス鋼で作られた緊密充填繊維の層４１を
有しており、これをカラム２０の管状外殻２１に
固定された一対のトレーとしての有孔壁部４２の
間に配置する。第２図に示した循環系において必
須のベンチユリ型の入口２２は、カラム２０の底
部に配置された慣用の混合物入口としての入口４
３により置換されている。液体出口２３の他に、
第３図に部分的に示したカラム２０には、フイル
タ手段４０により分離された液体を抜き取るため
の液体出口４４をさらに備える。第１段階で分離
された気体である２次気体を空間２７から除去す
るため、複数の第２気体出口管４５が頂壁部とし
てのトレー２６における開口部を貫通する。

第３図に示したカラム２０を操作するに際し、
第１段階の分離器を形成する渦巻管２５へ入口４
３を介して供給された液体及び気体の混合物から
分離された実質的に液体を含有しない１次気体
を、第１気体出口管３７から放出する。渦巻管２
５から放出された液体により同伴される２次気体
は第２気体出口管４５を流過し、次いで２次分離
装置を形成するフイルタ手段４０へ流入する。フ
イルタ手段４０において、同伴された液滴は２次
気体から分離され、したがつて実質的に液体を含
有しない２次気体は上方有孔壁部４２を介してフ
イルタ手段４０から流出する。フイルタ手段４０
を流過する気体から分離された液体は、液体出口
４４を介してカラム２０から抜き取られる。トレ
ー２６の下表面より下方に下端部を配置した第２
気体出口管４５の配置により、２次気体による液
体の同伴という危険が相当に減少され、したがつ
て高液体負荷および／または高流速の状態におい
てさえ、少量の液体のみをフイルタ手段４０によ
り分離すればよい。

第４図には、本発明の他の具体例が示されてい
る。

本発明の他の具体例において、カラム２０には
第２の気体出口通路を形成する導管５０を設け、
この導管５０は２次気体を収集するための空間２
９と渦巻管２５の入口との間に流体連通部を形成
する。第４図に示したカラム２０の操作に際し、
第２気体出口管４５からの２次気体を収集領域と
しての空間２９に集める一方、第１気体出口管３
７からの実質的に液体を含有しない１次気体は壁
部２８の上方に配置されたカラム２０の部分へ流
入する。第１気体出口管３７の上方の圧力差によ
り、２次気体は空間２９から導管５０を介して渦
巻管２５へ強制流動させられる。２次分離装置と
して作用するこの渦巻管２５において、２次気体
により同伴された液体は２次気体から分離されて
抜き取られ、その結果実質的に液体を含有しない
２次気体が適当な渦巻管２５からそれに付随する
第１気体出口管３７と同様の別の気体出口管３８
を介して流出する。

本発明の上記具体例においては、２次分離装置
として作用する渦巻管２５を第１段階の１次分離
装置として作用する他の渦巻管と同レベルに配置
したが、この２次分離装置は第１段階の１次分離
装置が配置されているレベルとは異なるレベルに
配置しうることも了解されよう。たとえば、２次
分離装置は壁部２８の開口部に設けられることも
できる。このような配置においては、２次気体を
循環させるための導管５０が省略される一方、第
２段階の分離器にはこの第２段階の分離器で分離
された液体を集めるための別の空間を設けるべき
であろう。

第３図は緊密充填された繊維の形態のフイルタ
手段を２次分離装置として使用する本発明の具体
例を示しているが、その他任意の型式のフイルタ
手段、たとえば２次気体の流れ方向に対し傾斜し
た複数の邪魔板又は羽根を使用しうることも了解
されよう。

図面においては、渦巻管を底壁部の開口部に装
着したが、これら渦巻管を当該底壁部の開口部上
方に配置しうることも了解すべきである。

図示した渦巻管１および２５には、ヨーロツパ
特許出願第81200963.7号明細書に記載されたよう
に前記渦巻管の下端部に連通する混合室を設ける
ことができる。この場合、渦巻管を使用するカラ
ムには、液体と気体とのための別途の入口を設け
るべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のカラムの説明用参考例の縦
断面図、第２図は、本発明のカラムの他の参考例
の縦断面図、第３図は、本発明の一具体例の下部
の縦断面図、第４図は、本発明の他の具体例の下
部の縦断面図である。 １，２５……渦巻管、２……管状壁部、３……
内部空間、４……底壁部、５……包封壁部、６…
…外部空間、７……頂壁部、８……流体通路、９
……下端部、１０……羽根アセンブリ、１１……
羽根、１２……開口部、１３……第１気体出口
管、１４……下端部、１５……上端部、１６……
開口部、１７……出口管、１８……導管、１９…
…フアン、２４，２６……トレー、２７……液体
放出空間、３７……第１気体出口管、４０……フ
イルタ手段、４５……第２気体出口管、５０……
導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体及び気体の混合物から気体を分離する垂
   直カラムであつて、前記カラムは、当該カラムの
   混合物入口の上方に、混合物から気体を分離すべ
   く当該混合物の渦巻流を形成する手段を備えた複
   数の垂直な管装置を有する２段の水平トレーの組
   の少なくとも１組を備えており、夫々の管装置
   は、下段のトレーの開口の上に取付けられている
   と共に、上段のトレーにおける当該管装置と同軸
   的な開口の上に取付けられた、前記混合物から分
   離された１次気体を排出するための第１の気体出
   口通路を備えており、前記管装置は、前記トレー
   の間の空間に伸長していると共に、前記上段のト
   レーの下方の所定の距離のところに上端開口部を
   有しており、前記第１の気体出口通路は、前記ト
   レーの間の空間に伸長していると共に、前記管装
   置の上端開口部の下の所定の距離のところに下端
   開口部を有しており、前記管装置の外側における
   前記トレーの間には、液体出口手段と、前記上段
   のトレーに設けられていると共に、前記管装置の
   外側における前記トレーの間の空間に存在する２
   次気体を、前記上段のトレーの上方の空間に導く
   ための第２の気体出口通路とが設けられており、
   前記第２の気体出口通路は、気体出口が前記管装
   置の第１の気体出口通路が接続されている前記ト
   レーの間の空間に接続されていると共に前記２次
   気体から液体を分離する２次分離装置の入口端に
   接続されている垂直カラム。 ２ 前記第１の気体出口通路が、前記上段のトレ
   ーの上方に設けられていると共に、前記２次分離
   装置に接続された前記２次気体の収集領域を横切
   つている特許請求の範囲第１項に記載のカラム。 ３ 前記２次分離装置は、前記収集領域の上方に
   あると共に、緊密に充填された繊維の層又は複数
   の傾斜羽根からなり、かつ前記第１の気体出口通
   路が横切つているフイルタ手段と、分離された液
   体を前記収集領域から排出する液体排出手段とを
   含む特許請求の範囲第２項に記載のカラム。 ４ 前記２次分離装置は、前記管装置と同じよう
   に２段の水平トレーの組に取付けられ、同軸の気
   体出口通路を有する少なくとも１つの他の管装置
   と、１次気体の気体出口通路とを含み、前記他の
   管装置の気体入口端は、前記収集領域に接続され
   ている特許請求の範囲第２項に記載のカラム。