蒸留塔の内部：棚段、充填物、流動特性

01 / 入門

基礎原理

上昇蒸気と下降液が接触します。棚段は離散的な接触、充填物は濡れた表面を提供し、理論段相当高さHETPで表せます。実棚段が完全な平衡段とは限りません。降液管は次段へ、分配器は充填層へ液を送ります。支持、集液、再分配も設計に含めます。低圧損は真空に有利ですが、汚れと保守も選択に影響します。

02 / 実用

計算例

塔条件でQv = 3 m³/s、仮定したフラッディング速度2.5 m/s、その80%で運転、降液管面積15%とします。設計速度2 m/s、正味面積1.50 m²、塔断面1.765 m²、直径1.499 mです。限界速度は例の入力で、一般相関式ではありません。別の充填高さ例で理論10段、仮定HETP 0.50 mなら5 m、さらに支持と分配空間が必要です。降液管補正を充填塔に適用しません。

u_design = f × u_flood
A_net = Qv / u_design
A_shell = A_net / (1 − f_downcomer)
D = √(4 A_shell / π)
H_packing = N_theoretical × HETP

03 / 上級

設計上の判断

フラッディングでは蒸気が下降液を妨げ、ウィーピングでは蒸気不足で棚段穴から液が漏れます。最低・最高負荷で液滞留、発泡、圧損を確認します。分配不良は充填性能を損ねます。HETPは混合物と負荷に依存します。最終設計には物性、相平衡、供給条件、メーカーによる流動評価が必要で、例は製作仕様ではありません。

参考資料

1. Sulzer · Distillation technology and internals ↗