簡単にわかる情報: 蒸留トレイと梱包

Jul 09, 2023

2020年3月1日 | スコット・ジェンキンス著

工業用蒸留塔は、液体混合物の成分を所望の純度まで分離する際に、蒸気と液体の接触を促進するためにトレイまたはパッキンを使用します。 世界中でカラムの約半分にトレイが装備されており、残りの半分にはパッキンが含まれています。 この 1 ページのリファレンスでは、この 2 つの違いと、どちらか一方に適したプロセス状況について説明します。

液体混合物が工業用蒸留塔で加熱されると、発生する蒸気は低沸点 (より揮発性の高い) 物質に集中し、液体は高沸点物質に集中します。 この原理を利用することで、蒸留塔は混合物の成分を分離できます。 塔の内部を横切って水平に配置された金属トレイの積み重ねは、上昇する蒸気が上方に流れる間、液体を保持するように設計されています。 トレイには、蒸気が塔内を上向きに流れることを可能にする開口部と、凝縮した液体が下方に流れることを可能にする導管 (ダウンカマー) があります (図)。 トレイは、上向きに移動する蒸気と下向きに移動する液体の間の密接な接触を促進するように設計されています。 各トレイは、蒸気と液体がカラム内の次のトレイに移動する前に、目的の濃度 (純度) に達するまで分離の一部を実行します。 一般的なタイプのトレイには、バブル キャップ トレイ、バルブ トレイ、シーブ トレイなどがあります。

蒸留塔は、蒸気と液体の接触を提供する個別のトレイの積み重ねではなく、単位体積あたりの表面積が大きくなるように設計された充填剤で塔の内部を充填することにより、液体と蒸気の接触を促進します。 液相が塔内を流れるとき、蒸気と液体は金属、セラミック、またはプラスチックのパッキンの表面で継続的に接触します。 充填タワーは通常、ランダム充填と構造化充填という 2 つの形式のいずれかになります。 ランダム充填は、カラムに投入され、沈殿する高表面積形状の小さなユニットで構成されます。 構造パッキンは、穴あきメタル、プラスチック、または金網の波板で作られ、所定の位置に固定されます。 構造化されたパッキングは、表面積対体積の比率が高く、液体の拡散を最大化するように設計されています。 同時に、流れに対する低い抵抗を維持しようとします。 ランダム充填塔と構造化充填塔はどちらも、塔の上部に液体分配器を必要とし、塔の底部に充填支持プレートを必要とします。

トレイカラムとパックドカラムには、次のような重要な利点と欠点があります。

圧力降下。 トレイと比較した場合、パッキンに関連する最大の利点は圧力損失が低いことです。 これは、大気圧より低い圧力で稼働するカラムに特に当てはまります。 一般に、構造化パッキングのベッド全体の圧力損失は、同じ全高を有するトレイのスタック全体の圧力損失の約 6 分の 1 です。

高圧。 純粋な製品が対象となる高圧蒸留塔など、充填があまり適用できない状況もあります。 液体対蒸気の体積比が高いカラムでは、トレイのパフォーマンスが向上し、より予測どおりにパフォーマンスが向上します。

汚れ。 汚れはあらゆるタイプのカラムにとって課題です。 トレイを使用すると、部品が詰まり、液体や蒸気を通過させる能力が失われる可能性があります。 パッキンを使用すると、液体分配器が詰まり、分配が最適ではなくなる可能性があります。 構造化パッキンの金属シートは密な間隔で配置されているため、構造化パッキンはランダムパッキンよりも汚れがつきやすくなります。

改良。 ベンダー企業が新しいトレイや梱包形状を開発することで、時間の経過とともに、これらの製品のパフォーマンスが向上してきました。 新世代のトレイ、ランダム充填、および構造化充填により、比較的簡単なカラムの改良でカラムの性能を大幅に向上できる場合があります。 トレイがパッキンを交換する場合、通常はパッキンの性能が期待外れであることが原因です。 トレイの代わりにパッキンを使用する場合、通常は圧力損失の低減が追求されます。