JP2001523544A - 二次羽根を備えた蒸気/液体接触サイクロン - Google Patents
二次羽根を備えた蒸気/液体接触サイクロンInfo
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Abstract
Description
留または関連物質移動または熱伝達用途にこれを使用する方法とに関する。本発
明は、当初の液体除去のレベルよりも上の点でサイクロンに、および、スピンが
最小にされるサイクロンの基部の領域に、置かれた二次羽根の使用に関する。
めの公知の装置である。典型的なサイクロンセパレータの設計は、ニューヨーク
市マグローヒルブックカンパニー(McGraw-Hill Book Company)が出版したPe
rry’s Chemical Engineers’ Handbookに例
示されている。
または固体の連行を最小限にするために使用される。米国特許第3,969,09
6号(Herbert)には、複数の羽根式気体入口を有するサイクロンセパレ
ータが開示されている。気体入口は、入ってくる気体を気体出口管から円形経路
内へ撓むように位置決めされた細長い入口開口(ルーバーのようなもの)から構
成される。
入口部分を備えた円筒形シェルを有するサイクロンセパレータが開示されている
。ガイド羽根のリングが出口内に位置決めされ、回転性流れを入ってくる気体に
与える。リングは、軸方向に移動可能である。
様に述べられるものと類似した近くに詰められたサイクロンが開示されている。
しかし、好適な実施態様において、蒸気および連行液体は、サイクロンの基部の
タブによって回転式に上方へ方向づけられる。本発明には、1つの実施態様が基
部にスピンゾーンを有さない近くに詰められたサイクロンが開示されている。
装置を示す。バレルは、点線で引かれ、装置の他の部品とは区別される。図1に
示されるように、液体は、サイクロンバレルの軸方向に位置する降水管を通って
導入されることが好ましい。あるいは、プレナムを通って導入されてもよく、こ
れは、上のトレイから降水管によって供給される(この実施態様は示されない)
。
オリフィスを通る。米国特許第3,969,096号等の特許に示されるように、
サイクロンの入口に位置してスピンを与える羽根等の装置の概念は公知である。
これらの羽根は、サイクロンの基部で穴と一体的に形成されることが好ましい。
気体は次いで液体に回転作用を与える。液体は、サイクロンの外部へ捨てられる
ことが好ましい。サイクロンのバレルの開口によって、液体はサイクロンから出
ることができる。これらの開口内または近傍のフラップまたはバッフルを使用し
て、液体を開口から外へ出す補助ができる。バレル上の環状ハットも使用して、
バレルの頂部から合流する液体を捉えてこの液体を下方へ方向づけることができ
る。図1に示される従来の装置を使用する場合には、液体が蒸気のスピン作用を
低下させることもある。これによって、サイクロンの液体収集効率が落ちる。
なければならないときに、液体と蒸気とを接触するための容器が例示されている
。液体は、中心に向けて内側に延在する水平管を通って容器の底部に加えられる
。蒸気は容器内を垂直に上昇する。蒸気および液体は容器の底部で混合し、蒸気
は連行液体とともに上昇する。
ch)に譲渡された英国特許第1,070,777号には、カラムの基部に位置す
る少なくとも1つの管状液体/気体接触装置を有する液体/気体接触用のカラム
に装着するためのトレイが例示される。米国特許第5,683,629号には、ま
ず英国特許第1,070,777号に開示された液体送出装置が、上方に方向づけ
られた開口を有する複数の平行チャネルをさらに具備する。これによって気体内
の連行液体が増加し、それによって熱伝達を改良する。
った後に、スピンが蒸気および連行液体に与えられる。蒸気および連行液体は、
次いで、上方に動いてゾーンに入り、そこで、バレル内のスロットまたは他の穿
孔を経由して、またはバレルの頂部の環状ハットによって、液体が除去される。
ンと、図2に示されるようなサイクロンに発生する液体と蒸気との分離の方法と
、である。図2に示されるように、サイクロンの基部上にいくらかの距離をおい
てサイクロン内に二次スピン羽根を配置することは、さらなるスピンを蒸気に与
え、これがサイクロンの液体収集効率を補助する。これによって、上方へ運ばれ
蒸気とともにサイクロンから出る液体の量が減少する。この型の液体連行は、分
別効率を減少し、蒸留カラムをあふれさせる可能性があるため、分別装置には通
常望ましくない。スピンが最小になるゾーンがサイクロンの基部に設けられても
よい。
素の下で開始する。これらの要素は、スピン羽根の2つの別々のセットであるこ
とが好ましく、サイクロンバレルの出口スロットはスピン羽根の上部セットの下
で開始する。降水管またはプレナムを経由してサイクロンに入った後に、蒸気お
よび連行液体は、サイクロンの基部でゾーンに入ることが好ましく、ここにはス
ピンを与える羽根または他の装置はない。蒸気および連行液体は、サイクロンを
通って上方へ動いて、スピン羽根に遭遇し、これは、連行液体のいくらかをバレ
ルの壁へ方向づけ、そこでスロットを経由して除去される。蒸気および残りの連
行液体は、次いで第2のセットのスピン羽根に遭遇し、これが連行液体にスピン
を与え、そのため、バレルの側面のスロットまたは穴等の穿孔を経由して、また
は、サイクロンの頂部の環状ハットを通って、効率的に除去される。
があってもよい。
れが所望の液体収集に干渉する可能性がある。上昇運動量を中断するためにサイ
クロン外部に手段を配置することによって、液体収集を補助することができる。
様々な羽根またはバッフルがこの手段として作用することができる。バレルに追
加装置を固定するのとは対照的に、これらの羽根をバレル材料から一体的に形成
することによって、製作を簡略化することができる。図3は、好適な手段を示し
、これは複数のキャップ羽根である。これらのキャップ羽根は、出口穴の頂部に
沿って置かれてもよく、さらに、穴を横切って複数の高さに置かれてもよい。
ントによって制限される。本発明のサイクロンは、非ボトルネック気体プラント
、および様々な他の大気圧および高圧塔を補助することができる。その容量利益
は、中度流速の状態(塔面積の1m2につき約0.136〜33.95l/秒) でおそらく最高である。これは、いくらかの圧力低下が起こっても、低い液体荷
重の状態で高容量と、真空塔で見られるような高蒸気率とを保持する。
用する液体と蒸気とを分離する方法とに関する。図1に例示され先行技術に記載
されているように、羽根1は、液体と蒸気とが混合するサイクロン入口に位置す
ることが多い。蒸気は篩穴2を通って入る。液体は、降水管を通って降下し、サ
イクロン床近傍の出口を通ってサイクロンの接触領域に入り、蒸気と混合する。
蒸気および連行液体がサイクロンバレル内で上昇する。液体は、サイクロンバレ
ルの外側壁へスピンし、出口4を通って出る。図2は、二次羽根1の位置を示す
。本発明の二次羽根は、サイクロンのバレル内のいずれにも位置してもよい。好
適な高さは、サイクロンの高さの中点近傍である。これによって、液体の多くが
サイクロンの下部から出て、二次羽根に接触する流体は主に蒸気であり、ほんの
わずかの量の液体しか残っていない。
低下および製造コストを最小限にする等の面を考慮に入れて、所望の量のスピン
作用を提供するように選択される。2セット以上の二次羽根があってもよい。単
一のらせん形状の二次羽根であってもよい。サイクロンの高さの5〜25%を占
める単一セットの二次羽根を使用することが好ましい。まっすぐな(カールして
いない)羽根を使用する場合には、図2に示されるように、垂直に対して好適な
角度は30〜60度であり、より好ましくは40〜55度である。羽根はバレル
の中心から、または(中央降水管を使用するのであれば)降水管の表面から、サ
イクロンの壁へ、または、サイクロンの壁から距離d内へ延在することが好まし
く、ただし、dは、サイクロンの直径の0.02〜0.1倍に等しい。
ができる、六角形八角形を初めとする他のいずれの形状であってもよい。サイク
ロンによって取り囲まれる領域は、所与のレベルで全領域の40〜85%である
ことが好ましい。記載のサイクロン装置は、様々な方法で容器に装着されること
ができ、蒸気/液体接触を達成する。1つの配列において、サイクロンバレルは
、その基部で水平シートに貼付され、これは個別のトレイの形態を取り、容器壁
に接着される。円形降水管は液体を1つのトレイから下のトレイへ運び、各降水
管は下のトレイでサイクロンのバレル内で終結する。各サイクルの上には空間が
あり、サイクロンを備えたトレイの重量は、トレイを介して容器壁へ伝達される
。
びてもよく、シートとそのサイクロンとの重量は、主に下のレベルのサイクロン
によって支えられる。この配列において、サイクロン装置は、製作コストおよび
設置コストを減少することができる構造包装の一部になる。
可能性のあるかなりの上昇速度を有することがある。したがって、上昇運動量を
中断するためにサイクロン外部に手段を配置することによって、液体収集を補助
することができる。様々な羽根またはバッフルがこの手段として作用することが
できる。図3は、複数のキャップ羽根1である好適な手段を示す。これらのキャ
ップ羽根は、出口穴の頂部に沿って置かれてもよく、さらに、穴を横切って複数
の高さに置かれてもよい。
ーン)サイクロンを示す。もっとも簡単な場合には、基部プレートに簡単な篩穴
があるものである。これは、5.08〜50.8cm、好ましくは7.62〜2
45.5cmの高さのサイクロンの基部で蒸気/液体接触の非スピンゾーンを与
える。これは、物質移動用に優良な蒸気/液体接触を提供する。この非スピンゾ
ーンには、バレルに出口スロットがない。1つの変形例において、このゾーンは
、構造波形包装、グリッド、無作為包装またはメッシュ等のいくつかの種類の包
装で、または他のバッフルまたは羽根で詰められ、蒸気/液体接触を促進する。
/液体混合物にスピンを与える。この一次セットのスピン羽根の上で、サイクロ
ンのバレルの出口スロットが開始する。1セットの二次スピン羽根が、出口スロ
ットのもっとも低い開口の上のいずれかに位置する。この配列は図4に示される
。詰められた非スピンゾーン1が図5に示される。図5は、液体収集用に環状ハ
ット2を示す。二次羽根の好適な高さは、スロット部分のほぼ中間である。二次
羽根は、バレルのスロット部分の完全高さまで延びることができ、すなわち、一
次羽根のすぐ上からであり、または一次羽根がスロット部分内へ上方延在するよ
うに現れ、そのため、図6に示されるように、1つの細長いスピン付与ゾーン1
しかない。液体抜き取りは、スピン付与ゾーン1の頂部の下に位置する通し出口
2の頂部の下で開始することが注目される。しかし、別個の二次羽根を有するこ
とが好ましく、二次羽根はサイクロンの総高さの約5〜25%しか占めないこと
が好ましい。図3に例示されるように、バレルの外側にはスプラッシキャップ等
のバッフルが好適である。
穴の均一なパターンであり、直径0.3〜0.6インチである。しかし、液体が
大量に滲出するのに防ぐほど十分に小さいサイズであれば、蒸気が通ることがで
きるサイクロンの床のいずれの型の開口も、受け入れ可能である。これらの開口
は、スロット等の様々な形状であってもよく、非均一な空間的分布を有し、弁ま
たは弁関連羽根等の様々な型の硬質製品を有することができる。これらの開口は
、プロセス液体の0.5〜3.0インチ先で基部プレートにわたって圧力低下を
生み出すサイズであることが好ましい。
体出口手段とが上に載せられており、トレイ上の孤立バレル、または、接触する
ように近くに詰められるサイクロンバレルに適用することができ、それらの間の
残りの空間が液体降水管を規定する。バレルは、円形であっても円錐形であって
もよく、または直立側面部分を含んでもよい。米国特許第5,683,493号は
、近くに詰められたサイクロンに関するが、基部に非スピンゾーンはなく、二次
スピン羽根もない。
し、蒸気は上方へ移動する。蒸気および液体は、当初、サイクロンの基部でスピ
ン羽根の近傍で互いに接触する。
って補われた従来の設計を示す。
に設置されてもよいキャッピング羽根を示す。
りに篩穴が使用される。
設計を例示する。
Claims (10)
- 【請求項1】 蒸留または分別プロセスで蒸気と液体との接触に使用するの
に適切な一連のサイクロン装置であって、各装置は、 (a)床と、 (b)上端と下端とを有する連続した側壁であって、前記下端は前記床内で終
結し、前記上端は、別のサイクロン装置の床に隣接してもよい上部サイクロン領
域を規定し、前記側壁は、前記床より上で前記上部サイクロン領域より下の接触
容積を規定する連続した側壁と、 (c)前記床内の少なくとも1つの蒸気開口であって、それを通って蒸気が前
記接触容積へ流れることができる蒸気開口と、 (d)少なくとも1つの流体降水管であって、 (1)上部と下部とを有する降水管側壁であって、前記上部は前記上部サイ
クロン領域に位置し、前記下部は前記サイクロン床の上の点まで延在し低部分端
を有する降水管側壁と、 (2)前記降水管の前記低部分端のすぐ近くに位置する少なくとも1つの降
水管ポートであって、液体が流れることができる開口を前記降水管側壁に規定す
る少なくとも1つの降水管ポートと、 を具備する少なくとも1つの液体降水管と、 (e)1つの側壁に位置する少なくとも1つの液体出口であって、液体が流れ
ることができる開口を前記側壁に規定する少なくとも1つの液体出口と、 (f)蒸気および連行液体にスピンを与える少なくとも2セットの装置であっ
て、前記(e)の少なくとも1つの液体出口が、第1のセットのスピン装置と第
2のセットのスピン装置との間の前記側壁に位置する蒸気および連行液体にスピ
ンを与える少なくとも2セットの装置と、 を具備する一連のサイクロン装置。 - 【請求項2】 蒸留または分別プロセスで蒸気と液体との接触に使用するの
に適切な一連のサイクロン装置であって、各装置は、 (a)床と、 (b)上端と下端とを有する連続した側壁であって、前記下端は前記床内で終
結し、前記上端は、別のサイクロン装置の床に隣接してもよい上部サイクロン領
域を規定し、前記側壁は、前記床より上で前記上部サイクロン領域より下の接触
容積を規定する連続した側壁と、 (c)前記床内の少なくとも1つの蒸気開口であって、それを通って蒸気が前
記接触容積へ流れることができる少なくとも1つの蒸気開口と、 (d)少なくとも1つのプレナムであって、前記サイクロン装置の前記床近傍
に位置し、これを通って液体が前記サイクロンに入ることができる少なくとも1
つのプレナムと、 (e)1つの側壁に位置する少なくとも1つの液体出口であって、液体が流れ
ることができる開口を前記側壁に規定する少なくとも1つの液体出口と、 (f)蒸気および連行液体にスピンを与える少なくとも2セットの装置であっ
て、前記(e)の少なくとも1つの液体出口が、第1のセットのスピン装置と第
2のセットのスピン装置との間の前記側壁に位置する蒸気および連行液体にスピ
ンを与える少なくとも2セットの装置と、 を具備する一連のサイクロン装置。 - 【請求項3】 蒸留または分別プロセスで蒸気と液体との接触に使用するの
に適切な一連のサイクロン装置であって、各装置は、 (a)床と、 (b)上端と下端とを有する連続した側壁であって、前記下端は前記床内で終
結し、前記上端は、別のサイクロン装置の床に隣接してもよい上部サイクロン領
域を規定し、前記側壁は、前記床より上で前記上部サイクロン領域より下の接触
容積を規定する連続した側壁と、 (c)前記床内の少なくとも1つの蒸気開口であって、それを通って蒸気が前
記接触容積へ流れることができる少なくとも1つの蒸気開口と、 (d)前記連続した側壁の外側に位置する少なくとも1つのトレイであって、
これを通って液体が前記サイクロン装置の前記床にあるかまたは前記床近傍にあ
る前記サイクロン装置に入る少なくとも1つのトレイと、 (e)1つの側壁に位置する少なくとも1つの液体出口であって、液体が流れ
ることができる開口を前記側壁に規定する少なくとも1つの液体出口と、 (f)蒸気および連行液体にスピンを与える少なくとも2セットの装置であっ
て、前記(e)の少なくとも1つの液体出口が、第1のセットのスピン装置と第
2のセットのスピン装置との間の前記側壁に位置する蒸気および連行液体にスピ
ンを与える少なくとも2セットの装置と、 を具備する一連のサイクロン装置。 - 【請求項4】 サイクロン装置の床に位置するスピン付与装置のない請求項
1、2または3に記載の一連のサイクロン装置。 - 【請求項5】 少なくとも1つの出口が、少なくとも、当初のセットのスピ
ン装置と第2のセットのスピン装置との間の側壁に位置する請求項1、2または
3に記載の一連のサイクロン装置。 - 【請求項6】 前記サイクロン装置は、隣接するサイクロン装置の前記側壁
がある程度互いに接触し且つ前記側壁が隣接するサイクロン装置同士の間の開口
も規定するように接続される請求項1、2または3に記載の一連のサイクロン装
置。 - 【請求項7】 前記サイクロン装置の前記側壁が、円筒形、円錐形、六角形
または八角形からなる群から選択される形状を形成する請求項1、2または3に
記載の一連のサイクロン装置。 - 【請求項8】 スピンを与える装置の1つのセットが、各サイクロン装置の
高さの中間近くに位置する請求項1、2または3に記載の一連のサイクロン装置
。 - 【請求項9】 スピンを与える装置の1つのセットが、各サイクロン装置の
高さの5〜25%を占める請求項1、2または3に記載の一連のサイクロン装置
。 - 【請求項10】 分別、蒸留等のプロセスにおいて、改良は、 (a)囲繞する側壁を有する垂直カラムを設けるステップと、 (b)第1および第2の流体を前記カラムに供給するステップであって、前記
カラム内で前記第1の流体は蒸気状態にあり、前記第2の流体は液体状態にある
ステップと、 (c)前記第1および第2の流体を前記カラム内に位置する一連のサイクロン
装置を通って流れるように方向づけるステップであって、各サイクロン装置は、 (1)床と、 (2)上端と下端とを有する連続した側壁であって、前記下端は前記床内で
終結し、前記上端は上部サイクロン領域を規定し、これは別のサイクロン装置の
床に隣接してもよく、前記側壁は、前記床より上で前記上部サイクロン領域より
下の接触容積を規定する連続した側壁と、 (3)前記床内の少なくとも1つの蒸気開口であって、それを通って蒸気が
前記接触容積へ流れることができる少なくとも1つの蒸気開口と、 (4)1つの側壁に位置する少なくとも1つの液体出口であって、液体が流
れることができる開口を前記側壁に規定する少なくとも1つの液体出口と、 (5)蒸気および連行液体にスピンを与える少なくとも2セットの装置であ
って、前記(4)の少なくとも1つの液体出口が、第1のセットのスピン装置と
第2のセットのスピン装置との間の前記側壁に位置する蒸気および連行液体にス
ピンを与える少なくとも2セットの装置と、 を具備するステップと、 (d)前記流体を複数の液体降水管を通っても流れるように方向づけるステッ
プであって、前記降水管は、 (1)上部と下部とを有する降水管側壁であって、前記上部は前記上部サイ
クロン領域に位置し、前記下部は前記サイクロン床の上の点まで延在し低部分端
を有する降水管側壁と、 (2)前記降水管の前記低部分端のすぐ近くに位置する少なくとも1つの降
水管ポートであって、液体が流れることができる開口を前記降水管側壁に規定す
る少なくとも1つの降水管ポートと、 を具備するステップと、 を含み、 それによって、前記カラム内に存在する前記蒸気は、1つのサイクロン装置か
ら前記蒸気開口を通って次のサイクロン装置へ上方へ流れ、前記カラム内に存在
する前記液体は、1つのサイクロン装置から前記液体出口を通り前記降水管を通
ることによって次のサイクロン装置へ下方へ流れ、それによって前記液体と蒸気
とは、前記サイクロン装置の前記接触容積内で共同流れ式に互いに接触する改良
。
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