KR100860216B1 - 지지식 하강유로를 갖는 접촉 트레이 및 이를 구성하는 방법 - Google Patents

Abstract

횡류 타입의 복수의 유체-유체 접촉 트레이(16)가 물질 전달 또는 열교환 칼럼(10)의 쉘 내부에 제공된다. 트레이(16)는 쉘의 내측 표면에 고정된 링(18) 상에 지지되는 트레이 데크(20)와, 쉘(12)에 고정된 종래의 볼트 결합 바아가 아닌 하부 트레이의 데크(20)에 의해 지지되는 하강유로(24)를 포함한다. 이러한 방식으로 하강유로(24)를 지지하기 위한 메커니즘은 칼럼 쉘에 고정되지 않고 대신에 하강유로로부터 하방으로 연장되어 아래에 놓인 데크의 트레이 데크(20) 상에 놓이는 지지 브라켓(54)이다. 교대되는 트레이들은 트레이 데크(20)의 일단부 또는 양단부에 위치된 측면 하강유로(26)를 갖는다. 측면 하강유로를 갖는 트레이들 상의 지지 링(18)은 측면 하강유로 개구가 위치되는 쉘 원주부의 부분 둘레에서 연장되지 않도록 절두형일 수 있다. 나머지 트레이 상에서는, 완전한 360°링이 사용될 수 있다. 하강유로들 중 일부 또는 모두는 트레이 데크의 일부를 지지하고 유체 통로를 포함하는 일 측벽 또는 양 측벽들 내에서 내측으로 연장되는 견부 세그먼트를 갖는다.

칼럼, 트레이, 트레이 데크, 하강유로, 브라켓, 지지 링

Description

지지식 하강유로를 갖는 접촉 트레이 및 이를 구성하는 방법 {CONTACT TRAY HAVING SUPPORTED DOWNCOMERS AND METHODS INVOLVING SAME}

본 발명은 물질 전달 장치에 관한 것으로, 특히 증기-액체(기액) 접촉 트레이와, 이러한 트레이를 제조하고 이용하는 방법에 관한 것이다.

다양한 유형의 트레이가 상승하는 유체 스트림과 하방으로 유동하는 유체 스트림 사이의 접촉 및 물질 전달을 증진시키도록 물질 전달 칼럼(column) 내에서 통상 사용된다. 액체-액체 및 기체-액체 시스템도 공지되어 있지만, 상승하는 유체는 통상 증기이고 하강하는 유체는 통상 액체이다. 각각의 트레이는 보통 칼럼의 전체 수평 단면을 대체로 가로질러 수평으로 연장되고 그의 주연부 둘레에서 원형 칼럼 벽 또는 쉘의 내측 표면에 용접된 링에 의해 지지된다. 이러한 방식으로 복수의 트레이가 인접한 트레이들 사이에 균일한 수직 간격으로 위치된다. 트레이들은 칼럼에서 일어나는 다단계 공정의 일부를 수행하도록 칼럼의 일부 내에만 위치될 수 있다. 대안으로, 트레이들은 대체로 칼럼 내부의 전체 개방 영역을 채울 수 있다.

전술한 유형의 트레이는 트레이 데크 내의 개구에 위치되어 액체가 하나의 트레이로부터 인접한 하방의 트레이로 하강하기 위한 통로를 제공하는 하나 이상의 하강유로(downcomer)를 포함한다. 하강유로로 진입하기 전에, 트레이 데크 상의 액체는 트레이 데크의 선택된 부분 내에 제공된 개구를 통과하여 상승하는 증기와 상호 작용한다. 증기 개구를 포함하는 트레이 데크의 이들 영역들은 트레이의 그러한 영역 위에서 일어나는 증기 및 액체의 혼합 및 포말 형성 때문에, 통상 "활성" 영역으로 불린다. 수직으로 인접한 트레이들의 하강유로 입구들은 하강하는 액체의 더욱 균일한 측방향 분포를 증진시키도록 측방향 대향(laterally opposite) 방향으로 연장되거나, 평행하지만 오프셋된 관계로 연장될 수 있다.

적어도 두 개의 광범위한 분류의 트레이가 물질 전달 칼럼 내에서 사용된다. 제1 분류의 트레이는 대향류 트레이(counter-flow tray) 또는 다중 하강유로 트레이로 불리고 각각의 트레이 상에 위치된 비교적 많은 하강유로에 의해 특징지어 진다. 대향류 트레이에서, 하강유로는 대체로 홈통(trough) 형상이고, 액체가 하강유로의 입구로 진입하기 전에 트레이 표면에 축적되도록 트레이 위에서 연장된다. 그러한 하강유로의 하부 출구는 액체의 하강 유동을 방해하는 하강유로 내로의 상승 증기의 진입에 대해 출구를 밀봉하도록 액체가 하강유로 내부에 축적되게 하는 천공판(perforated plate)을 이용한다. 이러한 유형의 하강유로의 하부 출구는 보통 하방의 트레이의 데크의 위에 그리고 하방의 트레이 상의 하강유로의 입구 위에 위치된다.

제2 광범위한 분류의 트레이는 횡류 트레이(cross-flow tray)로 불리고 여러 주요 관점에서 대향류 트레이와 다르다. 우선, 횡류 트레이 내에서 사용되는 하강유로의 개수는 보통 대향류 트레이 내에서 사용되는 개수보다 적다. 횡류 트레이 는 보통 인접한 트레이들의 대향 단부에 위치된 측면 하강유로를 사용하지만, 다중 경로 구성에서는 하나 이상의 추가적인 하강유로가 각각의 횡류 트레이 상의 중간 위치에 위치된다. 횡류 트레이 상의 하강유로는 보통 하방의 트레이 상에 위치된 무공성(imperforate) 수용 팬 상으로 액체를 방출하고, 입구 위어(weir)가 수용 팬에 인접하게 제공되어 하강유로 내로의 증기의 진입에 대해 밀봉하도록 액체가 하강유로 출구의 레벨 이상으로 축적되게 한다. 대조적으로, 전술한 바와 같이, 횡류 트레이 하강유로는 액체 시일(seal)을 형성하기 위해 입구 위어보다는 천공된 방출판을 사용하고, 액체는 무공성 밀봉판이 아닌 하부 트레이의 활성 영역으로 방출된다.

대향류 및 횡류 트레이들은 또한 구성 방식 및 칼럼 내로의 설치 방식에서 다르다. 대향류 트레이는 보통 칼럼 쉘의 내측 표면에 용접된 지지 링 상에 완전히 지지된다. 대향류 트레이 내의 하강유로 출구가 하방의 트레이 위에 위치되기 때문에, 링 배치 및 하강유로 구조의 편차로부터 발생된 트레이 간격의 몇몇 변화들은 트레이 성능에 현저하게 영향을 미치지 않고서 수용될 수 있다. 결과적으로, 대향 트레이 내의 각각의 하강유로 및 트레이 패널은 보통 미리 조립된 다음 단순히 맨웨이(manway) 또는 다른 개구를 통해 칼럼 내로 운반되어 지지 링 상에 위치된다.

대조적으로, 대향류 트레이 내의 하강유로는 하방의 트레이까지 거의 완전하게 연장되고 적절한 수직 간극이 하강유로의 하부 모서리와 하방의 트레이 상의 무공성 밀봉팬 사이에 제공되어야 한다. 이러한 수직 간극의 변화는 하강유로로부터 방출될 수 있는 액체의 양에 현저하게 영향을 미치며 하강유로 및 칼럼이 넘치는 좋지 않은 결과를 낳을 수 있다. 수직 간극이 아주 중요하기 때문에, 하강유로는 보통 하강유로의 하부벽 또는 에이프런(apron)이 적절한 수직 간극을 제공하도록 조정될 수 있게 복수의 부품을 사용하여 칼럼 내부에서 조립된다.

대향류 칼럼 및 횡류 칼럼 내의 하강유로들은 또한 그들이 칼럼 내에서 지지되는 방식에서 다르다. 대향류 하강유로는 구성이 박스형이고 보통 트레이의 설치를 단순화하기 위해 칼럼 단면을 완전히 가로질러 연장되지 않는다. 보통 더 적은 하강유로들이 횡류 트레이 내에서 사용되기 때문에, 하강유로는 종래에는 하강유로들의 총 액체 보유 용량을 최대화하기 위해 칼럼의 수평 단면을 가로질러 완전히 연장된다. 보통 칼럼 쉘은 이러한 하강유로의 짧은 단부벽들을 형성하고, 측면 하강유로의 경우에 종방향으로 연장되는 하강유로 측벽들 중 하나를 형성한다. 각각의 하강유로의 나머지 측벽들은 칼럼 쉘의 내측 표면에 위치되어 용접된 수많은 수직 연장되고 경사진 볼트 결합 바아(bolting bar)를 사용하여 칼럼 쉘에 부착된다. 이러한 볼트 결합 바아들의 배치 및 설치는 횡류 트레이의 설치 비용을 현저하게 추가시킬 수 있는 작업으로서 시간이 많이 들고 노동 집약적이다. 또한, 볼트 결합 바아들이 오정렬되면, 하강유로의 설치는 더욱 어려워지고 그리고/또는 하강유로 출구에서의 중요한 수직 방출 간극은 악영향을 받을 수 있다.

따라서, 설치하기 쉽고 하강유로 볼트 결합 바아의 사용을 필요로 하지 않는 요구가 횡류 트레이에 대해 대두되었다.

일 태양에서, 본 발명은 개방 내부 영역을 형성하며 소정 길이의 원주부를 구비한 내측 표면을 갖는 직립 쉘을 갖는 물질 전달 또는 열교환 칼럼에 관한 것이다. 부분적이거나 완전한 지지 링와 같은 제1 트레이 지지부는 쉘의 내측 표면에 부착되어 쉘의 내측 표면의 원주부의 적어도 일부 둘레의 제1 평면 내에서 연장된다. 지지 링 또는 그의 세그먼트들과 같은 제2 트레이 지지부는 쉘의 내측 표면에 부착되어 쉘의 내측 표면의 원주부의 적어도 일부 둘레의 제1 평면 아래로 소정의 거리만큼 이격된 제2 평면 내에서 연장된다. 제1 트레이 및 그 하부의 제2 트레이는 쉘 내부에 위치되고, 각각의 트레이는 유사한 구조이며 활성 영역, 대향 단부, 및 대향 측면을 갖는 트레이 데크를 포함한다. 적어도 하나이며 보통은 복수개인 하강유로들이 트레이 데크의 개구들 내에 각각 위치되어, 트레이 데크 상에서 증기와의 상호 작용에서 발생된 액체를 제거하기 위해 하방으로 연장된다. 제1 트레이의 트레이 데크는 상기 제1 트레이 지지부에 의해 지지되고, 제2 트레이의 트레이 데크는 제2 트레이 지지부에 의해 지지된다. 적어도 하나의 지지 브라켓이 제1 트레이의 하강유로들 중 하나 이상으로부터 하부의 제2 트레이로 하방으로 연장되며 제1 트레이의 관련 하강유로들을 아래에 놓인 제2 트레이 상에 지지한다. 이러한 방식으로, 지지 브라켓은 지지 링들의 배치에 변화가 있을 수 있더라도 소정의 하강유로 간극이 유지되는 것을 가능케 한다. 또한, 기존에 칼럼 쉘에 용접된 보트 결합 바아의 제거는 칼럼(10) 내부에서 트레이(16)의 더욱 신속하고 저렴한 조립을 가능케 한다.

다른 태양에서, 본 발명은 신규하거나 개조된 물질 전달 또는 열교환 칼럼 내부에서 복수의 접촉 트레이를 설치하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 쉘의 내측 표면에 부착되어 쉘의 내측 표면의 일부 원주부 또는 사실상 전체 원주부 둘레의 제1 평면 내에서 연장되는 제1 트레이 지지부를 제공하는 단계를 포함한다. 제2 트레이 지지부는 쉘의 내측 표면에 부착되어 쉘의 내측 표면의 일부 또는 사실상 전체 원주부 둘레의 제1 평면 아래로 소정의 거리만큼 이격된 제2 평면 내에서 연장된다. 본 명세서에서 설명되는 유형의 제1 트레이 및 하부의 제2 트레이는 적절한 맨웨이 또는 다른 개구를 통해 칼럼 내로 운반되어 제1 트레이 지지부 상에 지지된 제1 트레이의 트레이 데크 및 제2 트레이 지지부 상에 지지된 제2 트레이의 트레이 데크와 함께 조립된다. 적어도 제1 트레이의 하강유로와, 바람직하게는 제1 트레이 및 제2 트레이 모두의 하강유로는 아래에 놓인 트레이의 트레이 데크 상에 완전히 지지된다.

본 발명은 또한 증기가 트레이 데크를 가로질러 유동하는 액체와 혼합되도록 트레이를 통해 상승하는 것을 가능케 하기 위한 증기 구멍(aperture)을 갖는 트레이 데크와, 트레이 내의 길다란 개구(opening)와, 트레이 데크로부터 액체를 제거하기 위해 개구에 위치된 하강유로를 포함하는 접촉 트레이에 관한 것이다. 하강유로는 이격된 측벽들과, 측벽들 사이에서 하강유로의 폐쇄된 대향 단부들로 연장되는 단부벽들을 포함한다. 측벽들 각각은 하부 세그먼트, 직립의 중간 세그먼트, 및 내측으로 연장되는 견부 세그먼트를 포함한다. 하부 세그먼트들 중 적어도 하나는 다른 하부 세그먼트를 향해 경사져서 하강유로의 중간 세그먼트들 사이의 수평 단면적보다 더 작은 수평면 내의 소정의 개방 영역을 갖는 하부 방출 출구를 형 성한다. 트레이 데크의 일부는 견부 세그먼트 상에 중첩되어 지지된다. 견부 세그먼트 및 트레이 데크의 중첩된 부분 내에 정렬된 유체 통로 개구들은 액체가 시동 중에 하강유로 내로 진입하는 것을 가능케 한다. 시동 후에, 유체 통로 개구들은 또한 하강유로 내에서 액체로부터 분리된 증기가 하강유로 입구 내로의 액체의 진입을 방해하지 않으면서 하강유로를 빠져나가는 것을 가능케 한다. 유리하게는, 각각의 하강유로 측벽 및 관련 위어는 단일 금속 시트를 접음으로써 형성된 단일 부품 구조이다.

첨부된 도면은 본 명세서의 일부를 구성하고, 여러 도면에서 동일한 도면 부호가 동일한 부품을 표시하도록 사용된다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 횡류 트레이를 포함하는 물질 전달 칼럼의 부분 사시도이다.

도2는 도1의 선2-2를 따른 수직 단면에서 취한 칼럼 및 복수의 트레이의 확대된 부분 정면도이다.

도3은 칼럼 및 트레이의 상부 평면도이다.

도4는 도시 목적으로 하강유로의 단부벽이 제거되어 있는, 하강유로를 포함하는 트레이의 일부의 확대된 부분 정면도이다.

도5는 도4에 도시된 하강유로의 부분 단부 사시도이다.

도6은 화살표의 방향으로 도4의 선6-6을 따라 취한 하강유로의 상부 평면도이다.

도7은 화살표의 방향으로 도4의 선7-7을 따른 수평 단면에서 취한 하강유로의 상부 평면도이다.

도8은 아래에 놓인 트레이 상에 지지된 측면 하강유로의 일부를 도시하는 칼럼의 부분 상부 평면도이다.

도9는 측면 하강유로가 아래에 놓인 트레이 상에 지지되는 방식으로 도시하는 도8의 선9-9를 따른 수직 단면에서 취한 칼럼의 부분 측면도이다.

도10은 측면 하강유로의 일단부를 지지하는데 사용되는 브라켓들 중 하나를 도시하는 확대된 부분 사시도이다.

이제 도면을 더욱 상세히 참조하면, 먼저 도1 내지 도3에서, 물질 이동 및 열교환 칼럼은 도면 부호 10으로 표시되어 있으며 복수의 유체-유체 접촉 트레이(16)가 내부에 위치되어 있는 개방 내부 영역(14)을 형성하는 직립 원통형 쉘(12)을 포함한다. 트레이(16)는 횡류식이며, 보통 증기-액체 분류(fractionation) 또는 다른 접촉을 용이하기 하기 위해 사용되지만 액체-액체 및 기체-액체 적용예에도 사용될 수 있다. 칼럼(10)은 분류 생성물을 얻는 것을 포함하여, 액체 및 증기 스트림을 처리하기 위해 사용되는 유형이다. 칼럼(10)이 원통형 구성으로 도시되어 있지만, 다각형을 포함하는 다른 형상이 사용될 수 있다. 칼럼(10)은 임의의 적절한 직경 및 높이를 가질 수 있으며 적절한 강성 재료로 구성될 수 있다.

하나 이상의 액체 스트림이 공지된 특성 때문에 도시되지 않은 공급 라인을 통해 공지된 방식으로 칼럼(10)으로 유도될 수 있다. 유사하게는, 하나 이상의 증기 스트림이 칼럼으로 충전될 수 있거나 칼럼 내부에서 발생될 수 있다. 트레이(16)에 추가하여, 패킹의 받침대(bed)와 같은 내장물(internals)들이 액체 및 증기 스트림의 소정의 다른 처리를 수행하도록 칼럼 내부에 위치될 수 있다. 공급, 생성물 제거 및 환류 스트림을 위한 연결구 및 라인과, 리보일러(reboiler)와, 응축기(condenser) 등과 같은 다른 적절한 시스템 구성요소는 공지된 것이기 때문에 도시되지 않았다.

본 발명의 트레이(16)들은 칼럼(10)의 내부 영역(14) 내에 수직 이격 관계로 위치된다. 트레이(16)는 통상 수평으로 배치되고 칼럼 쉘(12)의 내측 표면 상에 용접되거나 아니면 장착된 링(18) 상에 지지된다. 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇의 링(18)들은 칼럼(10)의 내측 원주부 둘레에서 완전히 연장되고, 다른 링들은 칼럼의 내측 원주부의 선택된 부분들만을 둘러싸는 둘 이상의 이격된 링 세그먼트로 형성된다.

각각의 트레이(16)는 복수의 길다란 개구를 형성하도록 이격된 복수의 통상 동일 평면의 패널(22)로부터 형성된 트레이 데크(20)를 포함한다. 하강유로(24)가 트레이 데크(20)로부터 액체를 제거하도록 이러한 개구 내에 위치되어 액체를 하부 방출 출구(25)를 통해 후속의 하부 트레이(16)로 이송한다. 교대되는 트레이(16)들의 대향 단부들의 2개의 패널(22)들은 칼럼 쉘(12)로부터 유사하게 이격되어 측면 하강유로(26)가 내부에 위치되는 현 모양의 개구를 형성한다. 하강유로(24)들은 그들의 더 긴 수평 치수가 동일한 방향으로 연장되도록 배향되지만, 인접한 트 레이(16)들 상의 하강유로(24)들은 그들이 수직 정렬되지 않도록 엇갈려 있다.

트레이 데크(20)의 패널(22)은 "활성 영역"으로 알려진 트레이 데크의 일부를 가로질러 균일하게 분포된 복수의 증기 유동 구멍(28)들을 포함한다. 구멍(28)들은 증기가 트레이 데크를 통과하여 데크의 상부 표면을 가로질러 유동하는 액체와 상호 작용하는 것을 가능케 한다. 구멍(28)들은 트레이(16)가 이용될 특정 작동 조건으로 선택된 크기, 형상 및 분포를 갖는다. 도8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구멍(28)은 종래 설계의 펀칭된 밸브일 수 있다. 선택적으로, 이 구멍(28)은 가동 밸브 유닛 또는 단순한 시이브(sieve) 구멍일 수 있다.

각각의 트레이 데크 패널(22)은 그 대향 단부에서 칼럼 쉘(12)에 용접된 지지 링(18)에 의해 지지된다. 패널(22)이 위치되지 않은 트레이 데크(20)의 부분 들에서, 지지 링(18)의 부분은 설치 공정을 단순화하도록 생략될 수 있다. 예를 들어, 지지 링(18)은 측면 하강유로(26)가 위치된 트레이(16)의 부분에서는 존재할 필요가 없다. 도4 및 도5에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 데크 패널(22)들의 측면들은 부분적으로 중첩되고 데크 패널(22)과 동일한 종방향으로 연장되는 T형 비임(30)들에 의해 지지된다. T형 비임(30)은 유사하게는 그 대향 단부에서 지지 링(18)에 의해 지지된다. 각각의 비임(30)은 바람직하게는 역전된 L형상으로 구부러진 두 조각의 평평한 금속 스톡(flat metal stock)으로부터 형성된 다음 상호 결합되어 T형상의 비임을 형성한다. 당연히 다른 제조 기술이 이용 가능하고, 선택적인 거싯(31; gusset)이 보강 목적으로 사용될 수 있다. 비임(30)의 수직 다리는 점프 방지 배플(32; anti-jump baffle)로 기능하여 액체를 하방의 트레이 상의 수 직으로 정렬된 하강유로(24) 내로 유도하는 것을 도와준다. 증기가 배플(32)을 통해 유동하여 그의 양 측면들 상의 압력을 동일하게 할 수 있도록 배플(32) 내에 복수의 개구(33)가 형성될 수 있다.

T형 비임(30)의 측방향으로 또는 수평으로 연장되는 부분들은 상방의 트레이(16)로부터 하방으로 연장되는 하강유로(24)의 아래에 놓인 입구 패널(34)을 형성한다. 2개의 평행 이격된 열의 박스형 버블 프로모터(36; bubble promotor)가 입구 패널(34) 내에 형성된 (도시되지 않은) 개구 위의 입구 패널(34)의 상부 표면 에 위치되어 증기가 버블 프로모터(36) 내로 진입하는 것을 가능케 한다.

길다란 액체 수용 팬(38)이 입구 패널(34)의 상부 상의 버블 프로모터(36)의 열들 사이의 중심에 위치되어 입구 패널(34)의 길이를 따라 연장된다. 수용 팬(38)은 상부의 하강유로(24)의 방출 출구(25)와 수직으로 정렬되어 상부의 하강유로(24)로부터 방출되는 액체를 수용한다. 수용 팬(38)은 바람직하게는 무공성이어서 하방으로 유동하는 액체가 수용 팬(38)을 통해 떨어지는 것을 방지하여 트레이 데크 상에서 증기와의 의도된 상호 작용을 회피할 수 있게 된다.

상부의 하강유로(24)로부터 방출된 액체를 수용 팬(38) 상에 축적시켜서 상부의 하강유로(24)의 방출 출구(25) 내로의 증기의 진입을 저해하는 액체 시일을 형성하도록 소정의 길이만큼 상방으로 연장되는 위어(40)가 수용 팬(38)의 양 측면을 따라 위치된다. 수용 팬(38)과 위어(40)는 바람직하게는 길다란 평평한 금속 스톡 조각의 종방향 측면들을 상방으로 구부림으로써 형성된 단일 부품 구조이다.

각각의 하강유로(24)는 한 쌍의 종방향으로 연장되고 이격된 측벽(42) 및 측 벽(42)의 단부에 고정된 한 쌍의 단부벽(44)을 포함한다. 측벽(42)의 수직으로 연장되는 상부들 사이의 간격은 액체가 하강유로(24)로 진입하기 위한 입구(46)를 형성한다. 측벽(42)의 하부 또는 에이프런 부분들은 서로를 향해 각도를 이루어 입구(46)보다 더 작은 단면적을 갖는 방출 출구(25)를 형성하여 약간의 액체가 칼럼(10)의 작동 중에 하강유로 내부에 축적될 것이다. 한 쌍의 이격된 위어(48)가 하강유로 입구(46)를 따라 형성되어 액체가 하강유로(24)로 진입하기 전에 증기 상호 작용을 위해 트레이 데크(20) 상에 축적될 것이다. 각각의 하강유로 측벽(42) 및 관련 위어(48)는 평평한 금속 스톡을 구부림으로써 형성된 단일 부품 구조이다. 이러한 방식으로, 위어(48)는 측벽(42)과 일체로 형성되고 측벽(42)의 상부로부터 내측으로 연장되는 수평 플랜지(50)에 연결된다. 도5 및 도6에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 플랜지(50) 및 트레이 데크(20)의 중첩된 부분은 유리하게는 액체가 칼럼(10)의 시동 중에 존재하는 낮은 유속으로 하강유로(24) 내로 진입하는 것을 가능케 하는 시동 분출구(start up spout)로 기능하는 복수의 이격되고 정렬된 개구(52)를 포함한다. 수평으로 연장되는 플랜지(50)는 또한 트레이 데크(20)의 중첩된 부분을 지지하며 측벽(42)의 상부가 하강유로(24)의 내부 체적을 증가시키도록 외측으로 배치되는 것을 가능케 한다는 것을 알 수 있다. 시동 후에, 플랜지(50) 및 트레이 데크(20) 내에 포함된 개구(52)는 증기가 하강유로 내에서 액체와 분리된 후에 하강유로(24)의 내부 체적을 빠져나오기 위해 준비된 유동 경로를 제공한다.

각각의 하강유로(24)는 각각의 하강유로 단부벽(44)의 하부에 고정된 지지 브라켓(54)을 포함한다. 지지 브라켓(54)은 하강유로 출구(25)의 원하는 수직 방출 간극에 대응하는 소정의 거리로 단부벽(44) 아래로 하방으로 연장된다. 하강유로(24)가 칼럼(10) 내에 위치되면, 지지 브라켓(54)은 아래에 놓인 트레이(16)의 수용 팬(38) 상에 놓인다. 이러한 방식으로, 지지 브라켓(54)은 하강유로(24)의 총중량을 지지하며 이를 하방의 트레이(16) 상의 T형 비임(30)으로 전달한다. 따라서, 하강유로(24)는 하강유로가 그로부터 하강하는 트레이(16)와 동일한 링(18) 상에 지지될 필요가 없다. 지지 브라켓(54)이 하강유로(24)의 중량을 하방의 트레이로 전달하기 때문에, 하강유로(24)는 종래의 대향류 트레이의 경우와 같이 수직 볼트 결합 바아에 의해 지지될 필요가 없다. 또한, 지지 브라켓(54)이 하강유로 방출 출구(25)와 하부의 수용 팬(38) 사이에 소정의 수직 간극을 유지하기 때문에, 하강유로(24)는 소정의 수직 방출 간극을 얻기 위해 하강유로 에이프런을 종래와 같이 조정할 필요가 있는 경우에서와 같이 다부품 구조일 필요가 없다. 결과적으로, 하강유로 측벽(42)은 단일 부품 구조일 수 있으며, 하강유로는 칼럼(10)의 외부에서 미리 조립된 다음 단순히 맨웨이를 통해 운반되어 하부의 트레이(16) 상에 위치될 수 있다. 볼트 결합 바아를 설치하고 하강유로를 칼럼 내에서 복수의 부품으로부터 조립할 필요성을 제거함으로써, 하강유로(24)의 설치시 실질적인 시간과 비용이 절감될 수 있다.

각각의 지지 브라켓(54)은 대체로 평탄한 본체(56)와 한 쌍의 수직 연장하는 강화 플랜지(58)를 포함한다. 개구(60)는 바람직하게는 본체(56) 내에 형성되어 유체가 브라켓(54)을 통해 유동하는 것을 가능케 한다. 브라켓(54)은 하강유로 단 부벽(44)의 외측면에 용접되거나, 볼트 결합되거나, 다른 방식으로 고정될 수 있다.

또한 도8 및 도9를 참조하면, 각각의 측면 하강유로(26)는 중간 하강유로(24)와 유사한 방식으로 하부 트레이(16) 상에 지지될 수 있다. 측면 하강유로(26)는 구성이 현[chordal, 현(弦)] 형태이며 분할된 반원추형 하부 스커트(62)를 포함한다. 지지 브라켓(64)은 하강유로 스커트(62)를 수용하여 지지하는 위치에서 아래에 놓인 트레이 패널(22)에 고정된다. 브라켓(64)은 대체로 U형상이며 L형상의 측면 외형을 형성하도록 절결된다. 이러한 방식으로, 브라켓(64)은 하강유로 스커트(62)의 하부 방출 단부와 하부 패널(22) 사이에 원하는 수직 간극을 제공하며 아울러 하강유로 스커트(62)를 칼럼 쉘(12)로부터 원하는 수평 거리에 위치시키도록 기능한다. 도9 및 도10에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 지지 브라켓(66) 또한 하강유로(26)의 대향 단부들에 고정되어 아래에 놓인 트레이 데크(20) 상의 하강유로(26)를 추가로 지지할 수 있게 된다. 지지 브라켓(66)은 각각 하부의 트레이 데크(20)에 이동 가능하게 고정된 하부 L형 다리(68)를 구비한 2-부품 구조이다. 트레이 데크(20) 내의 폐쇄 단부 슬롯(72) 및 다리(68) 내의 (도시되지 않은) 개구를 통해 연장되는 볼트 및 너트와 같은 패스너(70)를 포함하는, 다리(68)를 트레이 데크(20)에 고정시키는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 슬롯(72)은 쉘(12)과 관련된 다리(68)의 위치 조정을 가능케 하고, 다리(68)는 바람직하게는 쉘(12)과 맞닿아서 부분적인 시일을 제공하도록 조정된다. 각각의 지지 브라켓(66)은 하강유로 스커트(62) 내의 조정 슬롯(78)을 통해 연장되는 패스너(70)에 의해 하강유로 스커트(62)에 고정되는 수직판(76)을 갖는 상부 세그먼트(74)를 또한 포함한다. 상부 세그먼트(74)는 판(76)의 수직 모서리로부터 90°로 연장되는 플랜지(80)를 포함하고, 한 쌍의 패스너(70)에 의해 하부 다리(68)에 고정된다. 수평으로 연장되는 플랜지(82)는 판(76)의 상부 모서리를 따라 연장되며 상부의 트레이 데크(20)용 지지 링(18)에 고정된다. 하강유로(24) 및 측면 하강유로(26)를 하부의 트레이 데크(20) 상에 전적으로 지지하기 위한 본원에서 설명된 방법은 트레이(16)가 하강유로를 지지하기 위해 칼럼 쉘(12)의 내측 표면에 통상 용접된 볼트 결합 바아와 관련된 시간 지연 및 비용이 없이도 칼럼(12) 내부에서 쉽게 조립되는 것을 가능케 한다는 것을 알 수 있다. 다른 설치 상의 절약은 트레이 데크(20)가 지지될 필요가 있는 쉘(12) 원주부의 부분 내에서만 지지 세그먼트를 사용함으로써 얻어진다. 하강유로, 특히 측면 하강유로(26)가 위치되는 트레이 데크(20) 내의 개구는 지지 링(18)을 필요로 하지 않는다. 이러한 영역으로부터 지지 링(18)을 생략함으로써 액체가 하강유로 입구(46) 내로 진입하기 위한 개방 면적이 증가되어 하강유로의 용량을 또한 증가시킬 수 있다. 기존의 칼럼과 같은 다른 적용예에서는, 모든 지지 링(18)들의 사용이 바람직하거나 더욱 양호할 수 있다.

본 발명은 칼럼(10)을 구성하는 방법을 포함하는데, 상기 방법은 쉘(12)의 내측 표면에 부착되어 쉘(12)의 내측 표면의 원주부 둘레의 제1 평면 내에서 연장되는 제1 지지 링(18)을 제공하는 단계를 포함한다. 제2 지지 링(18)은 쉘(12)의 상기 내측 표면에 부착되어 쉘(12)의 내측 표면의 원주부 둘레의 제2 평면 아래에 소정의 거리로 이격된 제2 평면 내에서 연장된다. 제1 트레이(16) 및 아래에 놓인 제2 트레이(16)의 트레이 데크(20)들은 각각 제1 및 제2 지지 링(18) 상에 지지되고, 제1 트레이(16)의 하강유로(24) 및/또는 하강유로(26)는 아래에 놓인 제2 트레이(16)의 트레이 데크(20) 상에 완전히 지지된다.

전술한 바로부터, 본 발명은 상기 구성에 고유한 장점과 더불어 전술한 모든 결과 및 목적들을 달성하도록 잘 발명된 것이라는 것을 알 것이다.

몇몇 특징 및 하위 조합은 유용하며 다른 특징 및 하위 조합을 참조하지 않고서 채용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 청구범위에 의해 예측되며 청구범위 내에 있다.

많은 가능한 실시예들이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서 본 발명으로부터 이루어질 수 있으므로, 본원에서 설명되거나 첨부 도면에 도시된 모든 것들은 예시적으로 해석되어야 하며 제한적으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (39)

1. 물질 전달 및 열교환 칼럼이며,

   개방 내부 영역을 한정하며 원주부를 구비한 내측 표면을 갖는 직립 쉘과,

   쉘의 상기 내측 표면에 부착되고, 쉘의 내측 표면의 원주부의 일부 또는 모든 둘레의 제1 평면 내에서 연장하는 제1 트레이 지지부와,

   쉘의 상기 내측 표면에 부착되고, 쉘의 내측 표면의 원주부의 일부 또는 모든 둘레의 상기 제1 평면 아래로 소정의 거리만큼 이격된 제2 평면 내에서 연장하는 제2 트레이 지지부와,

   증기 통로, 대향 단부 및 대향 측면을 갖는 트레이 데크와, 트레이 데크 내의 하나 이상의 개구에 위치되고 트레이 데크 상에 있을 때 액체를 제거하기 위해 하방으로 연장되는 하나 이상의 하강유로를 각각 포함하고, 쉘 내부에 위치되는 제1 트레이 및 하부의 제2 트레이와,

   상기 제1 트레이의 하강유로로부터 상기 아래에 놓인 제2 트레이로 하방으로 연장하고 상기 제1 트레이의 하강유로를 상기 하부의 제2 트레이 상에 지지하는 하나 이상의 지지 브라켓을 포함하고,

   제1 트레이의 상기 트레이 데크는 상기 제1 트레이 지지부에 의해 지지되고 제2 트레이의 상기 트레이 데크는 상기 제2 트레이 지지부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 칼럼.
2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 지지 브라켓을 포함하고, 상기 제1 트레이의 하강유로는 상기 하부의 제2 트레이 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 칼럼.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지 브라켓들 중 하나 이상은 유체 통로 개구들을 갖는 것을 특징으로 하는 칼럼.
4. 제2항에 있어서, 상기 지지 브라켓은 상기 하부의 제2 트레이의 트레이 데크 상에 위치된 하단부를 갖는 것을 특징으로 하는 칼럼.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 트레이 지지부에 의해 대향 단부들에서 지지되고 상기 제2 트레이의 트레이 데크의 중첩된 부분의 아래에 놓여 상기 중첩된 부분을 지지하는 수평 연장 비임을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
6. 제5항에 있어서, 상기 비임은 상기 트레이 데크의 일부를 형성하는 편평한 상부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
7. 제6항에 있어서, 상기 지지 브라켓들 중 하나 이상의 상기 하단부는 상기 비임의 상기 상부 표면에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 칼럼.
8. 제7항에 있어서, 상기 비임은 수직 단면이 T형상이며 하향 연장 배플을 갖는 것을 특징으로 하는 칼럼.
9. 제8항에 있어서, 상기 배플 내에 복수의 유체 통로 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
10. 제2항에 있어서, 상기 지지 브라켓들 중 하나 이상은 상기 제1 트레이의 하강유로의 대향 단부들에 위치되는 것을 특징으로 하는 칼럼.
11. 제2항에 있어서, 제1 트레이의 트레이 데크 내의 상기 개구는 트레이 데크의 상기 단부들 중 하나에 위치되며, 상기 하강유로는 측면 하강유로인 것을 특징으로 하는 칼럼.
12. 제11항에 있어서, 하강유로의 대향 단부들에 위치된 상기 지지 브라켓들은 쉘의 상기 내측 표면에 대해 위치되도록 측방향으로 조정 가능한 것을 특징으로 하는 칼럼.
13. 제11항에 있어서, 상기 측면 하강유로는 쉘의 인접 부분의 내측 표면을 향해 휘어져 경사진 하부 스커트를 갖고, 중간에 위치된 지지 브라켓은 상기 하부 스커트와 제2 트레이의 트레이 데크 사이로 연장되어 상기 하강유로를 지지하고 상기 하부 스커트를 상기 내측 표면으로부터 소정의 거리만큼 이격되게 위치시키는 것을 특징으로 하는 칼럼.
14. 제11항에 있어서, 상기 제2 트레이 지지부는 쉘의 상기 내측 표면의 전체 원주부의 둘레에서 연장되며 상기 트레이 데크의 아래에 놓여 상기 트레이 데크를 지지하는 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
15. 제2항에 있어서, 상기 제1 트레이 지지부는 상기 트레이 데크의 아래에 놓여 상기 트레이 데크를 지지하는 원주방향으로 이격된 링 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
16. 제15항에 있어서, 상기 개구의 일부 또는 모두는 상기 링 세그먼트가 없는 것을 특징으로 하는 칼럼.
17. 제2항에 있어서, 상기 하강유로는 이격된 측벽들과, 하강유로의 대향 단부들을 폐쇄하도록 상기 측벽들 사이로 연장하는 단부벽들을 각각 포함하고,

    상기 측벽은 하부 세그먼트, 직립의 중간 세그먼트 및 내측으로 연장하는 견부 세그먼트를 각각 포함하고,

    상기 하부 세그먼트들 중 하나 이상은 다른 하부 세그먼트를 향해 경사져서, 하강유로의 상기 중간 세그먼트들 사이의 수평 단면적보다 더 작은 수평면 내의 소정의 개방 영역을 갖는 하부 방출 출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
18. 제17항에 있어서, 상기 트레이 데크 부분은 하강유로의 상기 견부 세그먼트 상에 중첩되어 지지되는 것을 특징으로 하는 칼럼.
19. 제18항에 있어서, 상기 트레이 데크의 상기 중첩된 부분 및 상기 견부 세그먼트 내에 정렬된 개구들을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
20. 제19항에 있어서, 상기 견부 세그먼트들의 내측 모서리로부터 상방으로 연장되는 위어(weir)를 갖는 것을 특징으로 하는 칼럼.
21. 제20항에 있어서, 상기 측벽은 각각 단일 부품 구조인 것을 특징으로 하는 칼럼.
22. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 트레이는 복수의 상기 하강유로와 복수의 상기 개구를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
23. 제1항에 있어서, 제2 트레이의 트레이 데크는 상기 하강유로의 액체 방출 출구 아래에 위치한 무공성의 수용 팬과, 상기 수용 팬의 일측면 또는 양측면들 상의 입구 위어를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼럼.
24. 개방 내부 영역을 형성하며 소정의 원주부를 구비한 내측 표면을 갖는 쉘을 포함하는 물질 전달 또는 열교환 칼럼 내부에 복수의 접촉 트레이를 설치하는 방법이며,

    쉘의 상기 내측 표면에 부착되고, 쉘의 내측 표면의 일부 또는 모든 원주부 둘레의 제1 평면 내에서 연장하는 제1 트레이 지지부를 제공하는 단계와,

    쉘의 상기 내측 표면에 부착되고, 쉘의 내측 표면의 일부 또는 모든 원주부 둘레의 제1 평면 아래로 소정의 거리만큼 이격된 제2 평면 내에서 연장하는 제2 트레이 지지부를 제공하는 단계와,

    증기 통로, 대향 단부 및 대향 측면을 갖는 트레이 데크와, 트레이 데크 내의 개구에 위치되고 트레이 데크 상에 있을 때 액체를 제거하기 위해 하방으로 연장하는 복수의 하강유로를 각각 포함하는 제1 트레이 및 하부의 제2 트레이를 제공하는 단계와,

    제1 트레이의 상기 트레이 데크를 상기 제1 트레이 지지부 상에 지지하고 제2 트레이의 상기 트레이 데크를 상기 제2 트레이 지지부 상에 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 제1 트레이의 하강유로를 상기 제2 트레이 상에 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제24항에 있어서, 상기 제1 트레이의 하강유로를 상기 제2 트레이의 트레이 데크 상에 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제24항에 있어서, 상기 제1 트레이의 하강유로를 상기 제2 트레이 상에 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제24항에 있어서, 제2 트레이의 트레이 데크의 부분들을 제2 트레이 지지부 상에서 지지되는 대향 단부들을 갖는 수평 연장 비임 상에서 지지하는 단계와, 상기 제1 트레이의 하강유로를 상기 비임으로 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제24항에 있어서, 상기 개구들 중 하나를 상기 트레이 데크의 일단부에 위치시키고 측면 하강유로를 상기 하나의 개구에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 측면 하강유로를 제2 트레이의 트레이 데크 상에 지지하도록 상기 측면 하강유로의 대향 단부들에 이동 가능한 지지 브라켓을 고정시키는 단계를 포함하고, 상기 이동 가능한 지지 브라켓은 상기 쉘의 내측 표면에 부착되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 이동 가능한 지지 브라켓을 상기 쉘의 내측 표면에 대해 맞닿게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제24항에 있어서, 상기 하강유로들 중 하나 이상을 이격된 측벽들 및 하강유로의 대향 단부들을 폐쇄하도록 측벽들 사이로 연장하는 단부벽들로 구성하는 단계를 포함하고,

    상기 측벽들은 하부 세그먼트, 직립의 중간 세그먼트 및 내측으로 연장되는 견부 세그먼트를 각각 포함하고,

    상기 하부 세그먼트들 중 하나 이상은 다른 하부 세그먼트를 향해 경사져서, 하강유로의 상기 중간 세그먼트들 사이의 수평 단면적보다 더 작은 수평면 내의 소정의 개방 영역을 갖는 하부 방출 출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 트레이 데크용 지지부를 제공하도록 상기 견부 세그먼트 상에 상기 트레이 데크 부분들을 중첩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제33항에 있어서, 트레이 데크의 상기 중첩된 부분들 및 상기 견부 세그먼트들 내에 정렬된 개구들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제34항에 있어서, 상기 견부 세그먼트의 내측 모서리로부터 상방으로 연장하 는 위어를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 측벽들 중 하나 이상을 단일 부품 구조로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 접촉 트레이이며,

    증기가 트레이 데크를 가로질러 유동하는 액체와 혼합되도록 트레이를 통해 상승하는 것을 가능케 하기 위한 증기 구멍을 갖는 트레이 데크와, 상기 트레이 내의 길다란 개구와, 상기 트레이 데크 상에 있을 때 액체를 트레이 데크로부터 제거하기 위해 상기 개구에 위치된 하강유로와, 하기 견부 세그먼트 내에 그리고 트레이 데크의 중첩부 내에 정렬된 유체 통로 개구들을 포함하고,

    상기 하강유로는 이격된 측벽들과, 하강유로의 대향 단부들을 폐쇄하도록 측벽들 사이로 연장하는 단부벽들을 포함하고,

    상기 측벽들 각각은 하부 세그먼트, 직립의 중간 세그먼트 및 내측으로 연장하는 견부 세그먼트를 포함하고,

    상기 하부 세그먼트들 중 하나 이상은 다른 하부 세그먼트를 향해 경사져서, 하강유로의 상기 중간 세그먼트들 사이의 수평 단면적보다 더 작은 수평면 내의 소정의 개방 영역을 갖는 하부 방출 출구를 형성하고,

    상기 트레이 데크의 일부는 상기 견부 세그먼트에 상에 중첩되어 지지되는 것을 특징으로 하는 접촉 트레이.
38. 제37항에 있어서, 상기 견부 세그먼트의 내측 모서리로부터 상방으로 연장되는 위어를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 트레이.
39. 제37항에 있어서, 상기 측벽들 중 하나 이상은 단일 부품 구조인 것을 특징으로 하는 접촉 트레이.

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