JPH0731866A - 分散装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 上部および下部の空間に分割された容器にお
いて、液体を上部空間側から下部空間側へ均一な流出量
で良好に分散させて供給する。 【構成】 容器1 内を上部空間と下部空間とに分割する
トレイ5 には各空間に連通する筒状のチムニー7 が複数
個設けられている。チムニー7 は上端に上部ノッチ、下
端に下部ノッチ11を有し、上部空間側の側壁には筒体の
直径方向で対向するオリフィス12a,12b が形成されてい
る。チムニー7 の筒内には各オリフィス12a,12b と向き
合う２枚の短冊形状のバッフル21A,21B が立設され、そ
の長辺にオリフィス12a,12b に向かって屈折された羽部
23が形成された分散手段20が設けられている。上部空間
に注入されトレイ5 に滞留した液体は、チムニー7 の筒
内にオリフィス12a,12b および上部ノッチ10によって各
チムニー7 それぞれにおいて同じ流出量で導かれ、分散
手段20および下部ノッチ11によって分散されて下部空間
に飛散される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トレイによって上部空
間と下部空間とに仕切られた容器内で、上部空間に注入
されて前記トレイ上に滞留した液体を下部空間側へ均一
に分散する液体の分散装置に関し、特には気体と液体が
混在する気液混相流体のうちの液体の分散性を改良した
分散装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントや石油精製プラント等の反
応器には、供給原料として気体と液体が混在する気液混
相流体を、前記反応器内に充填された触媒層の表面上に
分散して供給する分散装置が通常設けられている。従
来、この種の分散装置においては、反応器本体容器の上
部に設けられる流体入口と、同下部に充填される触媒層
との間の空間に、上部および下部空間に仕切り、両空間
に連通する筒体（チムニー）が複数個配設されたトレイ
が設置されている。そして、流体入口より注入された流
体のうちの液体をトレイ上に滞留させ、トレイに穿孔さ
れた通路としての孔または前記筒体内部を通して気体お
よび液体を下部空間の触媒層に導いていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の分散装置では、各通路からの液体流出量がばら
つき、同時に各通路からの液体分散を良好にすることが
できなかった。具体的には、トレイ上に滞留した液体
を、開口した筒体の上部から各筒体内にオーバーフロー
させるタイプでは、トレイの水平度が悪いとトレイ上の
滞液に勾配ができるために、各筒体からの液体流出量に
多寡が生じるとともに、筒体が傾き、筒体内壁面を均一
に流れ落ちることができなくなり、筒体からの液分散が
良好に行われないという問題があった。

【０００４】そこで本発明は、上記問題点を解消するた
めに、上部空間に導かれた液体を下部空間に対して均一
な流出量で良好に分散させることができる液体の分散装
置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による分散装置は、液体が流下する容器１内
に設けられ、該容器１内の空間を上部空間と下部空間と
に仕切るトレイ５と、該トレイ５に貫通して設けられた
複数の筒体７とを有する液体の分散装置において、前記
トレイ５によって仕切られた上部空間側に突出する前記
筒体７の側壁に貫通して設けられ、トレイ５上に滞留し
た液体を筒体７内に導くオリフィス１２と、前記筒体７
内に設けられ、前記オリフィス１２によって導かれた液
体を前記トレイ５によって仕切られた下部空間側へ分散
する分散手段２０，３０とを具備したことを特徴として
いる。

【０００６】

【作用】容器１内に注入された液体は、一旦トレイ５上
に滞留するとともに筒体７の側壁に貫通して設けられた
オリフィス１２によって各筒体７内に均一な流速および
流出量で導かれる。さらに、筒体７内に導かれた液体は
筒体７内の分散手段２０，３０によって良好に分散さ
れ、下部空間側に導かれる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。図１は本発明の分散装置の第１の実施
例を示す概略側断面図、図２は同実施例の要部を示す側
面図、図３（ａ）は図２で示す要部の内部構成を示す斜
視図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
である。

【０００８】図１に示すように、この実施例による分散
装置は、反応器本体となる容器１内に充填された触媒層
２の表面上に気体と液体が混在する気液混相流体を分散
させるものである。前記容器１の最上部には、気液混相
流体が注入される注入口３が設けられ、この注入口３に
注入された気液混相流体は、注入口３に設けられたディ
ストリビュータ４を介して容器１内部に取り込まれる。
また、容器１内部には、容器１内の空間を注入口３側と
触媒層２側すなわち上部空間と下部空間とに分割するト
レイ５が容器１内周面に溶接等で固定されたサポートリ
ング６を基部として取り付けられている。トレイ５に
は、前記容器１内空間の上部空間と下部空間とを連通す
る筒体のチムニー７が、三角ピッチ，四角ピッチ等によ
って等間隔に複数個配設されている。

【０００９】図２に示すように、チムニー７の上部には
円盤状のルーフ８が固定されている。ルーフ８は、チム
ニー７の外周よりも大きい径を有しており、ルーフサポ
ート９によってチムニー７の上端との間に所定の間隔を
おき、適宜な固定手段で固定されている。また、チムニ
ー７の上端縁にはＶ字形状に削られた上部ノッチ１０が
複数設けられている。そして、チムニー７の下端はトレ
イ５の下面より触媒層２側に延出しており、下側に行く
にしたがって拡がるように形成され、その拡がり部分の
下端縁にはＶ字形状に削られた下部ノッチ１１が複数設
けられている。さらに、トレイ５の上部空間側に延出す
るチムニー７の側壁には、筒体内部に連通するオリフィ
ス１２が貫設されている。

【００１０】注入口３より容器１内部に注入された気液
混相流体のうち、気体はルーフ８とチムニー７の上端と
の間からチムニー７の筒内を通ってトレイ５の下方にあ
る触媒層２に導かれる。このルーフ８は、注入口３より
注入された気体および液体が、ディストリビュータ４か
ら流れる落ちる状態そのままで直接チムニー７内部に流
れ込まないようにしている。一方、液体は一旦トレイ５
上に滞留し、例えば液上面が図２の破線（イ）で示す位
置にある場合には、オリフィス１２を通ってチムニー７
の筒内に導かれ、液面が破線（ロ）で示す位置にある場
合には、オリフィス１２および上部ノッチ１０をオーバ
ーフローしてチムニー７の筒内に導かれる。

【００１１】ところで、図３（ｂ）に示すように、チム
ニー７の側壁に貫設されているオリフィス１２は２個設
けられており、この２個のオリフィス１２ａ，１２ｂ
は、それぞれ同じ水平線上に位置するとともに、筒体で
あるチムニー７の直径方向でそれぞれ向き合った状態で
設けられている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、チ
ムニー７の筒内部には、前記各オリフィス１２ａ，１２
ｂより導かれた液体を均一に分散させる分散手段２０が
設けられている。この分散手段２０は、バッフル２１と
羽部２３とで大略構成されている。

【００１２】バッフル２１は、２枚の短冊形状の板体２
１Ａ，２１Ｂで構成されている。この２枚の板体２１
Ａ，２１Ｂは、一方の板面２１Ａａ，２１Ｂａを互いに
向かい合わせた状態で所定の間隔を置いて平行に並設さ
れている。バッフル２１は、チムニー７の筒内において
長手（軸）方向に立設され、他方の板面２１Ａｂ，２１
Ｂｂと前記各オリフィス１２ａ，１２ｂとがそれぞれ向
かい合うように設けられている。そして、オリフィス１
２ａ，１２ｂ間を係る水平線と、他方の板面２１Ａｂ，
２１Ｂｂとが、それぞれチムニー７の筒体の中央にて直
角に交わるように設けられている。

【００１３】羽部２３は、バッフル２１を構成する板体
２１Ａ，２１Ｂの各長辺に、該長辺を角にしてそれぞれ
対応するオリフィス１２ａ，１２ｂに向かって屈折する
かたちで、板体２１Ａ，２１Ｂと一体に形成されてい
る。この羽部２３は、図３（ｂ）に示すように、バッフ
ル２１の外側板面である他方の板面２１Ａｂ，２１Ｂｂ
側に向いて角度θで屈折しており、各角度θは９０°≦
θ≦１３５°で設定されるのが望ましい。そして、羽部
２３の下端には、チムニー７の下部の拡がりに沿って拡
がるガイド２４が形成されており、バッフル２１の下端
は窄んで形成されている。さらに、バッフル２１の窄ん
だ部分，羽部２３の長辺の自由端部、およびガイド２４
の自由端部における各縁は、オリフィス１２ａ，１２ｂ
と向き合っていない側の角が面取りされ、その逆側の液
体の流れを有する側であるオリフィス１２ａ，１２ｂと
向き合う側の面の端に向かって狭まって形成されてい
る。なお、上述した分散手段２０は、バッフル２１の各
板体２１Ａ，２１Ｂ間に挟持固定したバッフルサポート
２２を介し、バッフル２１が上述した位置関係になるよ
うにチムニー７の筒内に固定される。

【００１４】これにより、トレイ５上に滞留した液体
は、液上面とオリフィス１２との間の高さ分の位置エネ
ルギーにより、相応の流速でオリフィス１２からチムニ
ー７の筒内に導かれる。チムニー７の筒内に導かれた液
体は、図３（ｂ）に矢印にて示すようにバッフル２１に
衝突し、方向を変えて各羽部２３に導かれ、チムニー７
内で均一に分散される。バッフル２１および羽部２３を
伝わって流下する液体は、バッフル２１の窄んだ部分お
よびガイド２４の各縁の面取りによって形成された狭ま
った部分によって、同縁部で滞留したり、流れ面の背面
に回り込むことなく、一定の方向に放たれ、均一に分散
して触媒層２に導かれる。この面取りは必ずしも必要で
はないが、面取りしないと液体の飛びだす方向が定まら
ず、分散性は悪くなる。また、羽部２３の長辺の自由端
部で方向を変えられ、チムニー７内に衝突し、チムニー
７の内壁面を伝わる液体は、チムニー７下端部に適宜の
間隔で設けられた下部ノッチ１１により一箇所に集中す
ることなく流下し、分散され触媒層２に導かれる。そし
て、バッフル２１および羽部２３によって分散され、チ
ムニー７より触媒層２に導かれる液体は、チムニー７の
下部に形成された拡がり部分によって、広範囲にわたっ
てシャワー状に飛散される。

【００１５】オリフィス１２から流れ出る液体を適当な
流速に設定することにより、バッフル２１に衝突した液
体は、バッフル２１，羽部２３，チムニー７の内壁等に
導かれてチムニー７内で均一に分散される。前記流速が
遅いと、バッフル２１に届かなかったり、衝突する力が
弱く、逆に流速が速すぎると、チムニー７内部で液体同
志が干渉し、良好な分散が得られない。この液体の流速
は、オリフィス１２から液面までの高さによって調節さ
れる。例えば石油等を取り扱う場合、扱う液体の種類、
容器内の条件等によって多少異なるものの、また、チム
ニー７の内径は５〜１５ｃｍ、特には７〜１３ｃｍ程度
が好ましいが、チムニー７の内径をおよそ５〜１５ｃｍ
とすると、オリフィス１２の径は、オリフィス１２から
液面までの高さが１０〜３０ｃｍ程度になるように決定
することが望ましい。但し、重油のように汚れやすい液
体の場合、オリフィス１２の閉塞を防止するため、でき
ればオリフィス１２の内径は６ｍｍ以上であることが好
ましい。また、オリフィス１２から液面までの高さが、
１０ｃｍ以上あればトレイ５の水平度の影響は容器のサ
イズにもよるが、ほとんど無視しうる。

【００１６】ここで、オリフィス１２ａ，１２ｂ上端と
バッフル２１の上端との高さの差を、バッフル２１に衝
突した液体がバッフル２１上端を飛び越えない長さ（少
なくとも２cm）があるように設定しておくことが均一な
分散を得る上で望ましい。また、チムニー７の下部に形
成された拡がり部分の拡がり角の変更により、飛散範囲
を調節することが可能である。さらに、バッフル２１，
バッフル２１下部の窄んだ部分，羽部２３，羽部２３の
ガイド２４の形状や、バッフル２１の他方の板面２１Ａ
ｂ，２１Ｂｂに対する羽部２３の角度θを変えることに
より、流下する液体の飛散状態を調整することができ
る。

【００１７】なお、上述した第１の実施例では、バッフ
ル２１を２枚の短冊形状の板体２１Ａ，２１Ｂで構成
し、その間にバッフルサポート２２を介してチムニー７
の筒内に固定しているが、上述した実施例と同様に羽部
を有し、適宜の固定手段によって同様な位置関係に固定
されていれば、例えばバッフル２１の板体２１Ａ，２１
Ｂを一方の板面２１Ａａ，２１Ｂａで張り合わせて設け
たり、バッフル２１を１枚の短冊形状の板体で構成して
もよい。また、羽部２３はバッフル２１の他方の板面２
１Ａｂ，２１Ｂｂに対して角度θを有し形成されている
が、この角部分を湾曲させて形成してもよく、さらにこ
の湾曲部分の曲がり加減を変えることによっても流出す
る液体の飛散状態を調整するとができる。

【００１８】次に、チムニー７に設けるオリフィスの数
を１個にした小容量の分散ユニットの場合を第２の実施
例として、図４（ａ），図４（ｂ）を参照して以下に説
明する。なお、第１の実施例として示した概略側断面図
の図１，要部側面図の図２およびこれらの説明は、第２
の実施例にも共通して適用される。また、以下に説明す
る第２の実施例において、上述した第１の実施例と同一
または同等部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００１９】チムニー７に設けるオリフィスの数を１個
にした場合、チムニー７の筒内には、図４（ａ），
（ｂ）に示すような分散手段３０が設けられる。この分
散手段３０は、バッフル３１と羽部３３で大略構成され
ている。バッフル３１は、短冊形状の板体であり、チム
ニー７の筒内において長手（軸）方向に立設されてい
る。そして、いずれか一方の板面は、前記オリフィス１
２に対向して設けられるとともに、オリフィス１２とチ
ムニー７の軸心とを結ぶ水平線と、板面の長手方向を上
下に２分する中央位置とがチムニー７の筒の中央付近に
て直角に交わるように設けられている。

【００２０】羽部３３は、図４（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、バッフル３１の各長辺に設けられるとともに、該
各長辺を角にして屈折してバッフル３１と一体に形成さ
れている。また、羽部３３は、バッフル３１の長辺が前
記オリフィス１２からの液体が衝突する部分（近似的に
はオリフィス１２の高さに対応する部分）を境にして上
下に分割され、それぞれ逆方向に屈折されている。この
羽部３３の屈折する方向は、バッフル３１の長辺が前記
オリフィス１２からの液体が衝突する部分の上側では、
図４中左側（３３ａ）がオリフィス１２の位置する方向
に屈折し、右側（３３ｂ）がその逆に屈折して形成され
ている。また、前記水平線より下側では、図４中右側
（３３ｃ）がオリフィス１２の位置する方向に屈折し、
左側（３３ｄ）がその逆に屈折して形成されている。こ
のようにして、羽部３３はバッフル３１の長辺が前記オ
リフィス１２からの液体が衝突する部分を境にして、上
下および左右において屈折方向が互い違いに形成されて
いる。また、羽部３３の屈折する角度は、上述した第１
の実施例と同様に、９０°≦θ≦１３５°に設定される
のが望ましい。そして、バッフル２１の下端は窄んで形
成されている。さらに、バッフル２１の窄んだ部分，各
羽部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの各縁は、オリフ
ィスを二個有する第１の実施例と同様に液体の流れ方向
を安定させるために、液体の流れない面との角を面取り
して置くことが好ましい。なお、上述した分散手段３０
は、バッフル３１の上部に一体に形成されたバッフルガ
イド３２等の適宜な固定手段によって、上述した位置関
係になるようにチムニー７の筒内に固定される。

【００２１】これにより、トレイ５上に滞留した液体
は、第１の実施例と同様に相応の流速でオリフィス１２
からチムニー７の筒内に導かれる。チムニー７の筒内に
導かれた液体は、図４（ｂ）に矢印にて示すようにバッ
フル３１に衝突し、方向を変えて各羽部３３ａ，３３
ｂ，３３ｃ，３３ｄに導かれ、チムニー７内で均一に分
散される。バッフル３１および各羽部３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ，３３ｄを伝わって流下する液体は、バッフル３
１の窄んだ部分および各羽部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，
３３ｄの下端部の縁の面取りによって形成された狭まっ
た部分によって、一定の方向に放たれ、均一に分散して
触媒層２に導かれる。また、各羽部３３ａ，３３ｂ，３
３ｃ，３３ｄで方向を変え、チムニー７の内壁面に衝突
して該内壁面を伝わる液体は、チムニー７下端部に適宜
の間隔で設けられた下部ノッチ１１により分散され触媒
層２に導かれる。そして、バッフル２１および羽部２３
によって分散され、チムニー７より触媒層２に導かれる
液体は、チムニー７の下部に形成された拡がり部分によ
って、広範囲にわたってシャワー状に飛散される。ま
た、下側の羽部３３ｃ，３３ｄの下端に、上述した第１
の実施例と同様なチムニー７の拡がり部分の拡がりに沿
って拡がるガイドを設けても良い。

【００２２】したがって、このように構成された第１お
よび第２の実施例による分散装置では、容器１内の空間
を注入口３側の空間と触媒層２側の空間とに分割するト
レイ５にチムニー７を複数個設け、チムニー７の上部に
チムニー７の上端と所定間隔をおいたルーフ８を配設
し、このチムニー７の側面にオリフィス１２を形成した
ことにより、トレイ５にある程度の傾きが生じていても
トレイ５の上に滞留した液体の液面がオリフィス１２を
越えて一定の高さを有していれば、略均一な流出量の液
体を各チムニー７内に導くことができる。また、チムニ
ー７内にオリフィス７と対応する分散手段２０，３０を
備えたことにより、注入口３から容器１内に導かれる液
体に対してオリフィス１２の径を調節し、トレイ５上に
滞留する液体の高さを所望の高さにして、チムニー７内
に導かれた液体をチムニー７内を通過する気体とともに
触媒層２側の空間に対して良好に分散することができ
る。さらに、チムニー７の上端および下端に、上部およ
び下部ノッチ１０，１１を形成したことにより、上部ノ
ッチ１０により液体の処理量の増加にも対応することが
でき、下部ノッチ１１によりチムニー７の内周面より下
端に伝わって集まる液体を分散させることができる。そ
して、チムニー７の下部の拡がった部分によって、触媒
層２に対して均一に分散された液体をシャワー状に広範
囲に降らせることが可能である。また、上述した各分散
手段２０，３０を備えたチムニー７をトレイ上に均等に
配置することによって、液体および気体をトレイ５の下
部空間に均一に分散，流下させることができる。

【００２３】なお、上述した第１および第２の実施例で
は液体の分散装置を反応器に設けた例を説明したが、こ
の限りでなく、上述した液体の分散装置は、特には流下
する液体の均一分散を図るものであれば、気体が上昇す
る系や、気体が流れていない系にも適用できるので、同
様な効果を要する即ち液体を均一に流下させたい設備、
例えばスプレー塔，各種充填塔および充填蒸留塔等に用
いることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明による分散装
置は、トレイによって分割された上部および下部空間を
連通する各筒体の側壁にオリフィスを形成し、前記筒体
内に分散手段を設けたことにより、液体が供給された上
部空間内に滞留した液体をオリフィスと液面との高さの
差異による圧力を利用し、均一な流速および流出量で筒
体内に導き、導かれた液体を下部空間側に対して良好に
分散して供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分散装置の第１の実施例を示す概略側
断面図。

【図２】同実施例の要部を示す側面図。

【図３】（ａ）図２で示す要部の内部構成を示す斜視
図。 （ｂ）図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。

【図４】（ａ）図２で示す要部の他の内部構成を示す斜
視図。 （ｂ）図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

１…容器、５…トレイ、７…筒体としてのチムニー、１
２…オリフィス、２０，３０…分散手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体が流下する容器内に設けられ、該容
   器内の空間を上部空間と下部空間とに仕切るトレイと、
   該トレイに貫通して設けられた複数の筒体とを有する液
   体の分散装置において、 前記トレイによって仕切られた上部空間側に突出する前
   記筒体の側壁に貫通して設けられ、トレイ上に滞留した
   液体を筒体内に導くオリフィスと、 前記筒体内に設けられ、前記オリフィスによって導かれ
   た液体を前記トレイによって仕切られた下部空間側へ分
   散する分散手段とを具備したことを特徴とする分散装
   置。