JP3393306B2 - 充填塔用液体捕集分配装置 - Google Patents

充填塔用液体捕集分配装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、充填塔用液体捕集分配
装置に関し、特に、空気液化分離装置用充填式精留塔の
中に充填した充填材に、液体を均一に散布するための充
填塔用液体捕集分配装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、充填塔内に充填された充填材
に均一に液体を散布する液体分配装置として、複数本の
枝管の底辺部に多数の散布孔を設けたパイプ式のもの、
円盤に多数の通孔を設けたオリフィス式のもの、樋状ノ
ッチ箱の側壁に多数のV字状ノッチを設けたVノッチ箱
型式のものなどが広く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記パイプ式分配装置
は、分配装置部での圧力損失が小さい利点がある反面、
枝管の先端部寄りの散布孔から流下する液量が少なくな
りやすく、液体ヘッド圧を利用して液体を十分に加圧し
て供給しなければ、均一散布を行うことが困難であると
ともに、塔径の大きな充填塔には不適であった。また、
オリフィス式分配装置は、該装置部分を上昇通過する気
体の通過断面積を大きくすることができないため、分配
装置部での圧力損失を小さくするために大きな気体通過
断面積を必要とする場合には適当ではなく、空気液化分
離装置用充填塔の場合は、このオリフィス式分配装置を
用いることはできなかった。一方、Vノッチ箱型式分配
装置は、分配装置を構成する各ノッチ箱への液供給量が
設計通りでないと、ノッチからの液流出量を決定する液
深が所定値にならないため、各ノッチ毎の液散布量が不
均一になりやすいという欠点があった。
【0004】さらに、充填塔においては、液体の流下に
伴い壁流が増加して液分配が不均一になるため、適当な
位置で液体を再分配する必要がある。このとき、液体の
組成を均一にするために、再分配装置の上に液体捕集装
置を設け、ここで一度液体を集めて混合する必要があ
る。また、空気液化分離装置用精留塔の場合は、流下液
体に加えて中間段で外部から液体を導入することがある
が、従来の充填塔では、流下する液体と導入された液体
とを混合する装置(液コレクター)と、上記再分配装置
とを別個に設置していた。このため、充填塔の高さ方向
に大きな空間が必要となり、充填塔の全高が大きくなっ
ていた。すなわち、従来の棚段式精留塔を充填塔に置き
換えた場合、その充填高さが従来の2倍以上にもなるの
で、空気液化分離装置用充填塔においては、特に液体捕
集分配装置の高さに対して注意を払う必要が生じてい
る。
【0005】そこで本発明は、液体の散布を均一に行え
るとともに、充填塔の高さを低く抑えることが可能で、
特に、空気液化分離装置用精留塔に用いるのに好適な充
填塔用液体捕集分配装置を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の充填塔用液体捕集分配装置は、充填塔の
中間部に設けられ、下方から上昇する気体を上方に通過
させるとともに、上方から流下する液体を捕集して下方
の充填層に分配する充填塔用液体捕集分配装置におい
て、該充填塔用液体捕集分配装置は、前記充填塔内に設
けられるリング状の液受板と、該液受板の内周縁に立設
する円筒状の堰板と、該堰板の内側に固設される複数の
液分配箱と、該液分配箱の上部に固設されて上方から流
下する液体を前記液受板上又は液分配箱内にガイドする
傾斜板とを備え、前記堰板には、前記液受板上の液体を
液分配箱内に流入させるノッチを設け、前記液分配箱の
底部には、下方の充填層に液体を散布する液散布孔を設
けるとともに、該液分配箱の底部近傍に、各液分配箱を
連通させる連通管を設けたことを特徴としている。
【0007】また、本発明は、上記の充填塔用液体捕集
分配装置の構成において、前記傾斜板を、前記上方から
流下する液体の全てを前記液受板上に流下させるように
形成するとともに、前記流入堰に、液体中の異物を分離
するフィルターを設けたことを特徴とし、さらに、前記
液受板は、前記充填塔の内周壁に設けた支持部材を介し
て充填塔内に固設するとともに、液受板の外周部には、
充填塔内径より小径の液受筒を設け、該液受筒の上方に
は、充填塔内周壁に沿って流下する液体を前記堰板と液
受筒との間の液受板上に流下させる壁流捕集板を設けた
ことを特徴としている。
【0008】
【作 用】本発明によれば、液コレクターを構成する液
受板,堰板,傾斜板と、再分配装置を構成する液分配箱
とが一体化されているため、液体捕集分配装置の高さが
低くなり、その結果、充填塔の高さを低く形成すること
ができる。
【0009】さらに、上方から流下する液体の全てを前
記液受板上に一旦流下させ、流入堰のフィルターを介し
て液分配箱内に流入させることにより、液中の異物、例
えば充填材中に残存する金属粉等が液分配箱内に流入し
て液散布孔を閉塞することが防止できる。また、液受板
を支持部材を介して充填塔に固設することにより、液受
板、即ち充填塔用液体捕集分配装置の充填塔への取付け
を容易に行えるとともに、水平度等の調節も簡単に行う
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。まず、図1及び図2に示す液
体捕集分配装置は、空気液化分離装置用精留塔として用
いる充填塔1の中段部分に設けられたものであって、外
部からの液体を導入する部分に設けたものである。この
液体捕集分配装置は、アルミニウム又はステンレス鋼等
の板材を用いて折り曲げ加工と溶接又は真空ろう付けと
により製作されたもので、充填塔1の内周に沿って設け
られたリング状の液受板2と、該液受板2の内周縁から
立設した円筒状の堰板3と、該堰板3の内側に固設され
た3個の液分配箱4と、該液分配箱4の上部に固設され
た4枚の傾斜板5と、液分配箱4の底部近傍を連通させ
る連通管6と、外部から液体を導入する導入管7に対応
して設けられた整流板8とから構成されており、液受板
2の外周縁が充填塔1の内周面に接合されている。
【0011】上記液分配箱4は、上部が開口した箱状に
形成されており、その底部には、多数の液散布孔41が
設けられている。この液散布孔41は、下方の充填層に
均一に液体を散布できるように設けられるもので、その
径及び数と液分配箱4の深さは、液流量に応じて設定さ
れ、液流量が最小のときでも所定の液深が得られるとと
もに、液流量が最大のときでも液分配箱4から液体が溢
れない範囲に設定されている。この液散布孔41の孔径
と液分配箱4内の液深との関係は、次の式で表される。 H=F2 /{(πD2 /4)2 2gα2 } [m] H:液深[m] F:散布孔1個当りの液量(全液流量/散布孔の個数)
[m3 /sec] D:散布孔の直径[m] g:重力加速度(9.8m2 /sec) α:流出係数[−] すなわち、1個の孔の液流量がFのとき、液分配箱4の
深さが上記のH以上の値であれば液が溢れることはな
い。
【0012】同様に、前記連通管6は、液深が最小のと
きでも各液分配箱4間に液体を流通させることができる
位置に設けられており、各液分配箱4の液面の変化に応
じて必要十分な量の液体を流通させることができる大き
さの管体で形成されている。
【0013】また、上記液分配箱4の上部側面に対応す
る堰板3の上縁部には、液受板2の上に溜まる液体を液
分配箱4内に流入させる流入堰であるVノッチ31が、
それぞれの液分配箱4に対応して設けられるとともに、
液分配箱4内に異物が流入して液散布孔41を閉塞する
のを防止するための金属メッシュ(フィルター)32が
設けられている。
【0014】前記傾斜板5は、上方から流下する液体が
堰板3内の液分配箱4の間に形成される気体上昇通路9
内に落下するのを防止して、液体を液受板2上あるいは
液分配箱4内にガイドできるように、気体上昇通路9を
覆うように設けられるもので、この傾斜板5は、図1左
端のものを除いて、液分配箱4の一辺を上方に延長して
所定角度に折曲げて形成され、液分配箱4と一体に製作
されている。なお、図1左端の傾斜板5は、支柱51を
介して堰板3に固着されているが、他の傾斜板5も、適
宜な板材を同様な支柱で支持する構造にしてもよい。ま
た、隣接する傾斜板5同士は、液分配箱4間を上昇して
くる気体の流通を阻害しないように、十分な間隔が空く
ような角度に傾斜させて設けられている。
【0015】前記整流板8は、充填塔1内壁面と堰板3
外周面との間に同心円状に設けられ、導入管7から流入
する気液混相流体が、流入時の勢いで堰板3を越えて下
方に流下するのを防止するとともに、流入する流体の気
液分離を行い、分離後の液体の流れを変えて上方から流
下した液体と外部から流入した液体との混合を促進する
ためのもので、下縁がVノッチ最低部と液受板2上面と
の間に位置し、上縁部が充填塔1の内壁に固着されてい
る。
【0016】このように構成した液体捕集分配装置は、
充填塔1上方の充填層から流下する液体を傾斜板5で受
けるとともに壁流を液受板2で受け、これらの液体を各
液分配箱4内に流入させ、さらに、導入管7から流入す
る流体を整流板8で気液分離し、液受板2上で上方から
流下した液体と混合して液分配箱4内に流入させる。こ
のとき、上方から流下する液体は、その全てが液受板2
や傾斜板5により捕集され、気体上昇通路9内に落下す
ることがなく、下方の充填層には、各液分配箱4の底部
に設けられた液散布孔41から所定流量の液体が所定の
位置に供給される。しかも、各液分配箱4の底部近傍に
設けた連通管6により、各液分配箱4内の液深の均一化
が図れるので、各液分配箱4内に流入する液体量に差異
が生じても、各液分配箱4内のヘッド圧を同一にするこ
とができ、各液分配箱4底部の各液散布孔41からの散
布液量を均一にすることができる。
【0017】また、液体を捕集して混合する液コレクタ
ーと液体分配器とが一体に形成されているため、高さを
低くでき、充填塔の全高を低く形成することができるの
で、製作コストの低減も図れる。加えて、液体の散布部
を箱状に形成しているため、箱体の深さを適当に設定す
ることにより、液処理量が大きく変動する場合でも対応
することができる。しかも、上昇するガスの自由空間を
大きく取れるため、この液体捕集分配装置部分での圧力
損失を小さくでき、ミストの同伴も生じにくい。
【0018】なお、本実施例に示した液体捕集分配装置
は、充填塔中間部で外部からの流体導入を行う部分に設
けたものであり、外部からの液体導入を行わない部分に
設ける場合は、整流板8は不要であり、充填塔最上部に
設ける場合は、傾斜板5は不要である。さらに、充填塔
最上部に設ける場合は、液分配箱4内に直接液体を導入
するように配管を設置することにより、液受板2や堰板
3も省略でき、液分配箱4を支持する手段を設けるだけ
でよい。このときも、液分配箱4の底部近傍に設けた連
通管6により、液流量の変動に対応しながら下方の充填
層に均一に液体を散布することができる。
【0019】次に、図3に示す実施例は、上記同様の構
成の液体捕集分配装置において、前記液分配箱4部分の
傾斜板5の下端部に堰52を設け、該傾斜板5上に上方
から流下した液体を、全て液受板2上に流下させるよう
にしたものである。このように、上方から流下してくる
液体を全て液受板2上に流下させることにより、液分配
箱4内に流入する液体は、全て金属メッシュ32を通過
することになり、該金属メッシュ32で液体中に混入し
ている異物、例えば充填材中に残存している金属粉等を
捕捉することができ、異物が液分配箱4内に流入して底
部の液散布孔41を閉塞することを防止することができ
る。
【0020】なお、本実施例に示す液受板2は、直接充
填塔1の内周壁に固着したサポートリング21上に液受
板2を載置してボルト(図示せず)で取付けられてい
る。
【0021】また、図4乃至図7は、液体捕集分配装置
を充填塔1に設置する方法を示すものであって、図4及
び図5は支持部材としてサポートリングを用いた方法、
図6及び図7は支持部材としてサポートブラケットを用
いた方法を示している。
【0022】前記図1及び図2に示した実施例では、液
受板2の外周を直接充填塔1の内周壁に固着しており、
図3に示した実施例では、サポートリング21上に液受
板2を載置してボルトで固着するようにしているが、空
気液化分離装置用精留塔の場合は、起動運転時や全加熱
運転時に塔壁部近傍の構成部材と塔中央部の構成部材と
の温度差が大きくなるため、図1及び図2に示す構造で
は、熱応力の問題が生じる。また、分配装置は、厳密な
水平度が要求されるが、図1及び図2に示す構造では、
溶接により固着する際に生じる歪みのため、分配装置の
水平度を出しにくいという欠点がある。また、図3に示
す構造では、液体空気のように低温で表面張力の小さな
液体の場合は、液受板2とサポートリング21との間か
らの液リークにより液体の分配が不均一になるおそれが
ある。
【0023】このような欠点を補うため、図4及び図5
に示す実施例では、液受板2の外周部に液受筒22を設
け、該液受筒22と堰板3との間に液体を溜めるように
形成し、充填塔1の内周壁に固着したサポートリング2
1上に液受板2を載置してボルト(図示せず)で取付け
るようにするとともに、液受筒22の上方に、充填塔内
周壁に沿って流下する液体を堰板3と液受筒22との間
に流下させるための壁流捕集板23を設けた構造として
いる。また、外部からの液体を導入する導入管7は、管
下半部に形成した切欠き部71から液体を下方に向けて
導入するように形成している。
【0024】このように、堰板3と液受筒22との間の
液受板2上に液体を溜めるように形成することにより、
サポートリング21と液受板2との間の液密性を考慮す
る必要がなくなるので、サポートリング21と液受板2
とを結合する際に液受板2の水平度を調整することが可
能になり、さらに、熱応力の影響もなくなり、液体のリ
ークもなくすことができる。
【0025】また、図6及び図7に示す実施例では、上
記同様に、堰板3と液受筒22との間の液受板2上に液
体を溜めるように形成するとともに、該液受板2を、充
填塔1の内周壁の4箇所に設けられたサポートブラケッ
ト24の4点でボルトにて支持するように形成してい
る。この場合、液受板2の外周と充填塔1の内周壁との
間に隙間が形成されるので、本実施例では、壁流捕集板
23の先端部23aをVノッチ31より下方の液中まで
延長して壁流捕集板23の先端部23aで液シールを形
成している。これにより、装置上方にミストや液滴が生
じても、これらが液受板2と充填塔1との間の隙間を通
って下方の塔壁部に漏れることを確実に防止できる。な
お、外部から液体を導入する導入管7の部分には、前記
図1と同様の整流板8が設けられている。
【0026】上記両実施例に示すように、液受板2の内
周と外周部とに堰板3と液受筒22とを設けて液溜部を
形成することにより、液体捕集分配装置を充填塔1に設
置する際に、その水平度を容易に、かつ、正確に調整す
ることが可能となり、下方の充填層に均一に液体を散布
することができるとともに、熱応力の問題も解消でき、
液体のリークも防止することができる。
【0027】なお、本発明の充填塔用液体捕集分配装置
は、空気液化分離装置の精留塔に限らず、広く一般の充
填塔にも適用することができ、充填材の種類も特に限定
されず、規則充填材、不規則充填材のいずれにも対応す
ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の充填塔用
液体捕集分配装置は、複数設けられた液分配箱の底部近
傍に、各液分配箱を連通させる連通管を設けたから、各
液分配箱内に流入する液量に差異があっても、各液分配
箱内の液深を同一に保つことができ、下方の充填層に均
一に液体を散布することができる。
【0029】また、構造が単純で、設計・製作が容易で
あり、さらに、ガスの通過面積が大きく、ガスの流れに
よるミストの同伴を極力防止できる利点を有するととも
に、液体の処理範囲が大きく、液体流量が3倍程度変化
しても液体の分配状態を常に均一に保つことができる。
【0030】しかも、液コレクターを構成する液受板,
堰板,傾斜板と、再分配装置を構成する液分配箱とを一
体化していることにより、充填塔の高さを低く形成する
ことが可能になり、装置全体の小型化と低コスト化が図
れる。
【0031】さらに、上方から流下する液体の全てを前
記液受板上に一旦流下させ、流入堰のフィルターを介し
て液分配箱内に流入させることにより、液中の異物が液
分配箱内に流入して液散布孔を閉塞することが防止でき
る。また、液受板を支持部材を介して充填塔に固設する
ことにより、液受板の充填塔への取付けを容易に行える
とともに、水平度等の調節も簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図2】 同じく平面図である。
【図3】 本発明の他の実施例を示す正面図である。
【図4】 液体捕集分配装置の設置例を示す平面図であ
る。
【図5】 図4のV−V線断面図である。
【図6】 他の設置例を示す平面図である。
【図7】 図6の VII−VII 線断面図である。
【符号の説明】
1…充填塔、2…液受板、21…サポートリング、22
…液受筒、23…壁流捕集板、24…サポートブラケッ
ト、3…堰板、31…Vノッチ、32…金属メッシュ、
4…液分配箱、41…液散布孔、5…傾斜板、52…
堰、6…連通管、7…導入管、8…整流板、9…気体上
昇通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/18 B01D 3/32 B01J 16/00 B01J 19/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充填塔の中間部に設けられ、下方から上
    昇する気体を上方に通過させるとともに、上方から流下
    する液体を捕集して下方の充填層に分配する充填塔用液
    体捕集分配装置において、該充填塔用液体捕集分配装置
    は、前記充填塔内に設けられるリング状の液受板と、該
    液受板の内周縁に立設する円筒状の堰板と、該堰板の内
    側に固設される複数の液分配箱と、該液分配箱の上部に
    固設されて上方から流下する液体を前記液受板上又は液
    分配箱内にガイドする傾斜板とを備え、前記堰板には、
    前記液受板上の液体を液分配箱内に流入させるノッチを
    設け、前記液分配箱の底部には、下方の充填層に液体を
    散布する液散布孔を設けるとともに、該液分配箱の底部
    近傍に、各液分配箱を連通させる連通管を設けたことを
    特徴とする充填塔用液体捕集分配装置。
  2. 【請求項2】 前記傾斜板は、前記上方から流下する液
    体の全てを前記液受板上に流下させるように形成すると
    ともに、前記ノッチに、液体中の異物を分離するフィル
    ターを設けたことを特徴とする請求項1記載の充填塔用
    液体捕集分配装置。
  3. 【請求項3】 前記液受板は、前記充填塔の内周壁に設
    けた支持部材を介して充填塔内に固設するとともに、液
    受板の外周部には、充填塔内径より小径の液受筒を設
    け、該液受筒の上方には、充填塔内周壁に沿って流下す
    る液体を前記堰板と液受筒との間の液受板上に流下させ
    る壁流捕集板を設けたことを特徴とする請求項1記載の
    充填塔用液体捕集分配装置。
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