KR100948900B1 - 병류식 증기 액체 접촉 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증류 컬럼(10) 및 다른 증기 액체 접촉 공정에서 사용하기 위한 고용량 및 고효율성의 병류식 증기 액체 접촉 장치에 관한 것이다. 병류식 증기 액체 접촉 장치는 트레이형 구성보다는 수평 단에 있어서의 모듈(20)의 배치를 특징으로 한다. 모듈은 병류식 접촉 용적(56)을 형성하고, 예시적인 구성에서 모듈(20)은 액체 분배기(22), 디미스터(demister)(24), 수용 팬(26) 및 덕트(28)를 포함한다. 하나의 단의 모듈은 하위 단, 상위 단, 또는 이들 양자의 모듈에 대해 비평행하도록 회전된다. 변형예는 디미스터, 액체 분배기, 덕트 및 접촉 용적과 같은 개별 요소의 설계와, 장치의 전체적인 구성에 관한 것이다.

병류식 증기 액체 접촉 장치, 접촉 모듈, 액체 분배기, 디미스터, 수용 팬, 덕트

Description

병류식 증기 액체 접촉 장치{CO-CURRENT VAPOR-LIQUID CONTACTING APPARATUS}

본 발명은 분류(分溜) 또는 질량 전달 및/또는 열전달을 위한 다른 형태의 증기 액체 접촉에 유용한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 본 발명은 탄화수소와 같은 휘발성 화학물을 분리하기 위한 분류 컬럼에 유용한 고용량 및 고효율의 병류식 흐름 분류(co-current flow fractionation)를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

분류 트레이 및 패킹과 같은 증기 액체 접촉 장치는 석유 및 석유 화학 제품 산업에서 거의 무한히 다양한 분리를 수행하기 위해 채용된다. 예컨대, 분류 트레이는 파라핀, 방향족 화합물 및 올레핀과 같은 많은 상이한 탄화수소의 분리에 사용된다. 분류 트레이는 상이한 알콜, 에테르, 알킬 방향족 화합물, 단량체, 용제, 무기 화합물, 대기 가스 등과 같은 특정 화합물을 분리하는 데 사용되고, 원유, 나프타 및 LPG를 포함하는 석유계 부분과 같은 광범위하게 비등하는 혼합물을 분리하는 데 사용된다. 증기 액체 접촉 트레이는 또한 가스 처리, 정제 및 흡수를 수행하는 데 사용된다. 상이한 장점 및 단점을 갖는 매우 다양한 트레이 및 다른 접촉 장치가 개발되었다.

분류 트레이 및 패킹은 종래 분류 장치의 주된 형태이다. 분류 트레이 및 패킹은 분류 컬럼에서 수행되는 증기 액체 접촉을 촉진하기 위해서 화학물, 석유 화학 제품 및 석유 정제 산업에서 널리 사용된다. 분류 컬럼의 전형적인 구성은 10 내지 250개의 개별 트레이를 포함한다. 분류 컬럼에 있는 각 트레이의 구조는 종종 유사하지만, 수직 방향으로 인접한 트레이 상의 구조가 교호(交互)할 수 있다는 것도 공지되어 있다. 트레이는 컬럼의 트레이 간격이라고 칭하는, 통상적으로 균일한 수직 방향 거리를 두고 수평 방향으로 장착된다. 이러한 거리는 컬럼의 상이한 섹션 내에서 변할 수 있다. 트레이는 종종 컬럼의 내면에 용접된 링에 의해 지지된다.

분류는 통상, 전체적으로 하향 액체 흐름 및 상향 증기 흐름을 갖는 횡류식 또는 향류식 접촉 장치에서 행해져 왔다. 장치의 어떤 지점에서, 기상과 액상이 서로 접촉하여 기상과 액상이 서로 성분을 교환하고 평형 상태에 접근하게 된다. 그 후, 증기와 액체가 분리되고, 적절한 방향으로 이동되어 다른 양의 적절한 유체와 다시 접촉된다. 많은 종래의 증기 액체 접촉 장치에서, 증기와 액체는 각 단에서 횡류식 배열로 서로 접촉한다. 대안의 장치는, 장치 내의 전체 흐름이 계속해서 향류하는 한편, 각 단에서의 액상과 기상의 실제적인 접촉이 병류식 질량 전달 구역에서 수행된다는 점에서 종래의 다단 접촉 시스템과는 상이하다.

종래의 트레이를 사용하는 분류 공정 중에, 컬럼의 저부에서 생성되는 기체는 소정량의 액체를 지지하는 트레이의 갑판 영역에 걸쳐 분포되어 있는 많은 소형 천공을 통해 상승한다. 증기가 액체를 통과함으로써 포말이라고 칭하는 기포층이 생성된다. 포말의 넓은 표면적은 트레이 상의 기상와 액상 간의 성분 평형을 신속하게 확립하는 데 기여한다. 그 후, 포말은 증기와 액체로 분리되게 된다. 질량 전달 중에, 증기는 저휘발성 물질이 액체로 손실되고, 이에 따라 증기가 각 트레이를 통해 위로 지나갈수록 약간 더 휘발성이 된다. 이와 동시에, 액체 내의 저휘발성 화합물의 농도는 액체가 트레이에서 트레이로 하향 이동함에 따라 증가한다. 액체는 포말로부터 분리되어, 가장 가까운 하위 트레이로 하향 이동한다. 이러한 연속적인 포말 형성과 증기 액체 분리는 각 트레이 상에서 수행된다. 그에 따라, 증기 액체 접촉부는 상승하는 기체와 액체를 접촉시키는 것과, 그 후 2개의 상이 분리되게 하고 상이한 방향으로 흐르게 하는 것의 2가지 기능을 수행한다. 상이한 트레이 상에서 단계들이 적절한 회수로 수행될 때, 공정은 화학적 화합물의 상대적인 휘발성에 기초한 화학적 화합물의 분리를 초래한다.

석유 정제, 화학물 및 석유 화학 제품 산업에서 이러한 효용을 갖는 장비를 개선하고자 하는 바램의 결과로서, 패킹 및 트레이를 포함하는 많은 상이한 유형의 증기 액체 접촉 장치가 개발되어 왔다. 상이한 장치는 상이한 장점을 갖는 경향이 있다. 예컨대, 복수 개의 하강 유로(downcomer) 트레이는 높은 증기 및 액체 용량과 아주 큰 가동률 범위에 걸쳐 효과적으로 기능하는 능력을 갖는다. 구조화된 패킹은 저압 또는 진공 작동에서 이 패킹을 유용하게 하는 낮은 압력 강하를 갖는 경향이 있다. 개선하고자 하는 증기 액체 접촉 장치의 매우 중요한 2가지 특징은 항상 용량과 효율성이다. 병류식 접촉 장치는 각 단에서 증기 액체 분리를 향상시키기 위한 디미스터(demister) 또는 원심력 베인(centrifugal vane)과 같은 증기 액 체 분리 장치를 사용하는 것에 의해 고용량을 얻는 장치로 생각된다. 병류식 접촉 장치는 또한 미세한 액체의 액적과 증기를 병류식으로 접촉시키는 것에 의해 높은 질량 전달 효율을 얻을 수 있다.

평행 구성을 지닌 병류식 증기 액체 접촉 장치는, 컬럼 또는 다른 엔클로져에 수평층으로 배치되는 복수 개의 구조 유닛에서 증기와 액체를 병류식으로 접촉시키는 모듈형 장치가 개시되어 있는 US 6,682,633에 의해 교시된다. 구조 유닛은 각 단 또는 각 층에서 수평 방향으로 이격되어 가장 가까운 상위 단의 모듈로부터의 하강 유로를 위한 공간을 제공한다. 각 단의 구조 유닛은 상하 단에 있는 구조 유닛과 평행하게 정렬된다. 하강 유로는 액체를 2개의 경사진 접촉 채널 중 하나로 이송하며, 이들 접촉 채널은 증기와 액체를 모듈의 상부에 있는 분리 챔버로 배출한다. 증기는 분리 챔버에서 가장 가까운 상위 모듈의 접촉 채널로 상방으로 흐르고, 액체는 단일 중앙 하강 유로를 통해 가장 가까운 하위 접촉 채널로 하방으로 흐른다.

US 5,837,105와 관련 US 6,059,934에는 트레이 전반에 걸쳐 분포되어 있는 복수 개의 병류식 접촉 섹션을 구비하는 분류 트레이가 개시되어 있다. 섬프(sump)에 집수된 액체가 복수 개의 하강 유로를 통해 가장 가까운 하위 트레이로 흐르며, 이 하부 트레이에서 액체는 트레이의 증기 개구를 통해 상승하는 증기에 비말 동반되며, 트레이 상의 2개의 탈비말 동반 장치 중 하나로 들어간다. 그 후, 각 탈비말 동반 장치에서 나온 액체는 섬프로 흐른다. 평행 및 비평행 단 배치를 포함하는 많은 구성이 교시된다.

인접한 단 상에서 평행하게 배치되는 증기 액체 접촉 장치에서 액체 또는 증기의 부적정한 분배가 일어나는 경우, 유체는 장치의 길이를 따라 용이하게 재분배될 수 없다는 것이 공지되어 있다. 따라서, 액체 또는 증기의 부적정한 분배는 한 단에서 다음 단으로 전파될 수 있어, 장치의 용량과 효율성을 저감한다. 이에 따라, 유체 재분배를 위한 추가의 자유도를 지닌 병류식 증기 액체 접촉 장치가 필요하다. 추가적으로, 컬럼 내부에서 비교적 소형 면적의 천공형 데크를 사용함으로써, 분류 개구 면적이 큰 경우에도 압력 강하를 매우 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 액체 취급 능력을 감소시키는 일 없이 액체를 한 단에서 가장 가까운 하위 단으로 전달하는 비평행 단 및 구조를 지닌 개선된 병류식 증기 액체 접촉 장치가 필요하다. 또한, 고용량, 고효율성 및 낮은 압력 강하를 얻기 위해, 유체 흐름 및 접촉을 위한 컬럼 공간을 최적으로 사용하는 그러한 장치가 필요하다.

본 발명은 분류 컬럼 및 다른 증기 액체 접촉 공정에서 사용하기 위한 신규한 고용량 및 고효율성의 병류식 증기 액체 접촉 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 트레이형 구성보다는 수평 방향 단에 있어서의 접촉 모듈의 배치를 특징으로 한다. 하나의 단의 모듈은 하위 단, 상위 단, 또는 이들 양자의 모듈에 대해 비평행하게 회전된다. 접촉 모듈은 적어도, 접촉 용적을 형성하는 액체 분배기와 디미스터를 포함한다. 상승하는 증기는 접촉 용적으로 진입하고, 액체를 디미스터로 병류식으로 운반하는 액체 분배기로부터 배출된 액체를 비말 동반한다. 증기 액체 분리기로도 알려져 있는 디미스터는 증기와 액체가 접촉한 후에 상하로 각각 개별적으로 흐를 수 있도록 증기와 액체를 분할한다. 디미스터에서 나온 액체는 수용 팬 상으로 흘러 덕트를 통해 흐른다. 단일 수용 팬과 결합된 각각의 덕트는 액체를 하위 접촉 단에 결합된 별도의 액체 분배기로 안내한다. 변형예는 디미스터, 액체 분배기, 덕트 및 접촉 용적과 같은 개별 요소의 개수 및 설계와, 장치의 전체적인 구성에 관한 것이다.

일실시예에서, 본 발명은 병류식 증기 액체 접촉을 수행하는 장치를 포함한다. 장치는 하나 이상의 접촉 모듈을 구비하는 복수 개의 단을 포함한다. 접촉 모듈은 유출구가 접촉 용적에 근접한 액체 분배기와, 이 액체 분배기와 거의 평행하게 배향된 수용 팬과, 적어도 하나의 덕트, 그리고 디미스터를 포함한다. 각각의 덕트는 수용 팬과 유체 연통하는 상단과, 개별 하부 액체 분배기와 유체 연통하는 하단을 갖는다. 디미스터는 접촉 용접에 근접한 유입구면과 수용 팬 위에 있는 유출구면을 갖는다. 적어도 하나의 단의 접촉 모듈은 다른 단의 접촉 모듈에 대해 회전된다.

다른 실시예에서, 본 발명은 병류식 증기 액체 접촉을 수행하는 장치를 포함한다. 장치는 적어도 하나의 접촉 모듈과 복수 개의 수용 팬을 구비하는 복수 개의 단을 포함한다. 접촉 모듈은 거의 평행하게 이격되어 있는 한쌍의 디미스터를 포함하며, 한쌍의 디미스터 사이에 액체 분배기가 배치된다. 액체 분배기는 디미스터와 협동하여 접촉 용적을 형성하고, 이 접촉 용적과 유체 연통하는 유출구를 갖는다. 하나의 모듈의 각각의 디미스터는 접촉 용접과 유체 연통하는 유입구면과 단의 개별 수용 팬 위에 있는 유출구면을 갖는다. 접촉 모듈의 적어도 일부분은 한쌍의 디미스터와 결합된 수용 팬 쌍 사이에 배치된다. 각각의 수용 팬은 적어도 하나의 덕트를 가지며, 하나의 수용 팬의 각각의 덕트는 개별 하부 액체 분배기에 대한 유체 연통을 제공한다. 단 중 적어도 하나는 2개의 단의 접촉 모듈이 서로에 대해 비평행하게 정렬되도록 다른 단에 대해 회전된다.

다른 양태에서, 본 발명은 증기 액체 접촉 방법을 포함한다. 증기 액체 접촉 방법은 상승하는 증기 스트림을 접촉 용적으로 들어가게 하는 단계와, 액체를 제1 액체 분배기의 유출구를 통해 접촉 용적으로 안내하는 단계와, 접촉 용적 내에서 증기 스트림에 액체를 비말 동반하여 병류식으로 디미스터로 흐르게 하는 단계와, 디미스터에서 증기 스트림으로부터 액체를 분리하는 단계와, 디미스터에서 빠져나온 액체를 수용 팬으로 이송하고 디미스터에서 빠져나온 증기 스트림을 상위 접촉 용적에 들어가게 하는 단계, 그리고 수용 팬에서 나온 액체를, 이 액체를 하부 액체 분배기로 안내하는 적어도 하나의 덕트로 통과시키는 단계를 포함한다. 수용 팬과 결합된 각 덕트는 액체를 개별 하부 액체 분배기로 안내한다. 하부 액체 분배기는 제1 액체 분배기에 대해 비평행하다.

본 발명의 장점은 수직 방향으로 인접한 단에 대한 하나의 접촉 단의 비평행한 배향이 증기와 액체를 복수 방향으로 분배하는 자유도를 추가한다는 것이다. 액체 또는 증기의 부적정한 분배가 일어나는 경우, 유체는 용이하게 재분배된다. 따라서, 1개 또는 2개의 소수의 단에서 액체 또는 증기의 부적정한 분배가 제거되고, 이에 따라 종래 기술에 비해 장치의 용량과 효율성이 증가한다. 본 발명은 또한 증기가 비교적 방해를 받지 않으면서 하위 접촉 단에서 상위 접촉 용적으로 상승하여 통과하게 하고, 이로 인해 기존 장비에 비해 낮은 압력 강하의 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 병류식 접촉 모듈을 채용하는 증기 액체 접촉 컬럼의 개략적인 단면도이다.

도 2는 모듈의 개략적인 단면도이다.

도 3은 디미스터와 액체 분배기를 보여주는, 도 1에 있는 컬럼의 단의 평면도이다.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 디미스터의 도면이다.

도 5는 수용 팬과 액체 분배기를 보여주는, 도 1에 있는 컬럼의 단의 평면도이다.

도 6a는 도 1의 수용 팬의 개략적인 평면도이다.

도 6b는 도 1의 수용 팬의 개략적인 단면도이다.

도 7a는 도 1의 액체 분배기의 개략적인 평면도이다.

도 7b는 도 1의 액체 분배기의 단부의 등각도이다.

도 8은 다른 덕트를 갖는 도 1의 액체 분배기의 개략적인 단면도이다.

도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 다양한 증기 액체 분리 구조의 개략적인 단부도이다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 접촉 모듈의 변형예를 도시한 도면이다.

대응하는 참조 부호는 복수의 도면 전반에 걸쳐 대응하는 부분을 지시한다. 본 명세서에서 설명하는 예는 본 발명의 복수의 실시예를 예시하는 것으로, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안된다,

도 1을 참고하면, 베셀(10) 내부에 있는 본 발명의 병류식 증기 액체 접촉 장치의 실시예가 도시되어 있다. 베셀(10)은, 예컨대 증류 컬럼, 흡수 장치, 직접 접촉 열교환기, 또는 증기 액체 접촉을 행하는 다른 베셀일 수 있다. 베셀(10)은 본 발명에 따른 접촉 단(12)과 2개의 선택적인 집수기/분배기를 포함한다. 컬럼의 상부는 상부 집수기/분배기(14)를 포함하고, 컬럼의 하부는 저부 집수기/분배기(16)를 포함한다. 단순화를 위해, 단지 3개의 접촉 단이 도시되어 있다. 당업계에 잘 공지되어 있는 바와 같이, 증류 컬럼은 복수 개의 섹션을 포함할 수 있다. 각 섹션은 많은 접촉 단을 포함할 수 있으며, 섹션들 사이에 및/또는 섹션들 내에는 복수 개의 유체 공급부 및/또는 유체 취출부가 있을 수 있다. 또한, 다른 종래의 증류 장치와 병류식 접촉 장치와 같은 상이한 접촉 장치들이 동일한 컬럼의 동일한 섹션 및/또는 상이한 섹션에 혼재될 수 있다. 베셀(10)은 전형적으로 실린더 형태이거나 또는 대안으로서 임의의 다른 형상인 외측 쉘(11)을 포함한다.

도 1에 도시한 본 실시예에서, 각 접촉 단(12)은 바로 위에 있는 단과 바로 아래에 있는 단에 대해 90°회전된 상태로 배향된다. 따라서, 각 접촉 단(12)은 바로 위에 있는 단과 직교하는 방향으로 액체를 분배하고, 액체의 부적정한 분배를 감소시킨다. 다른 실시예에서, 수직 방향으로 인접한 접촉 단들은 0°내지 90°회전된 상태로 배향된다. 추가의 실시예에서, 접촉 단들은 9°내지 90°로 회전된 다. 접촉 단들 사이의 회전 각도는 모든 단에서 동일할 수도 있고 변할 수도 있다. 즉, 본 발명은 또한 수직 방향으로 인접한 접촉 단들 사이의 회전 각도가 변하는 실시예를 포함한다. 예시한 실시예에서, 각 접촉 단(12)은 복수 개의 접촉 모듈(20)과 수용 팬(26)을 포함한다.

도 2, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 접촉 모듈(20)은 한쌍의 디미스터(24) 사이에 배치된 액체 분배기(22)를 포함한다. 액체 분배기와 디미스터가 협동하여 병류식 유체 접촉 용적(56)을 형성한다. 접촉 모듈(20)뿐만 아니라, 각 단은 또한 복수 개의 덕트(28)를 구비하는 복수 개의 수용 팬(26)을 포함한다. 도 5에는 수용 팬(26), 덕트(28) 및 액체 분배기(22)의 구성을 더욱 명확하게 보여주기 위해 디미스터를 제거한, 2개의 인접한 단의 평면도가 도시되어 있다. 각 단에서, 수용 팬(26)은 거의 팽행하며 베셀의 단면에 걸쳐 이격되어 있다. 모듈의 액체 분배기(22)는 각 쌍의 인접한 수용 팬(26) 사이에 배치되어, 수용 팬(26)과 모듈(20)의 교호 패턴이 형성된다. 본 명세서에서, 2개의 모듈 사이에 배치되는 수용 팬은 중앙 수용 팬으로 명명하고, 모듈과 베셀의 쉘 사이에 배치되는 수용 팬은 말단 수용 팬으로 명명한다. 중앙 수용 팬은 2개의 인접한 모듈이 공유한다는 것을 알 수 있다. 예시하지 않은 다른 실시예에서, 한 쌍의 수용 팬은 각각의 접촉 모듈에 통합된다. 그러한 모듈들이 단에 걸쳐 거의 평행하게 정렬될 때, 모듈들은 각 쌍의 인접한 액체 분배기 사이에 2개의 수용 팬이 있도록 인접한다. 디미스터(24)에서 흘러나오는 증기를 차단하고, 일반적으로 디미스터에서 빠져나오는 유체가 수용 팬(26) 상부의 유체 전달 용적(58)에서 서로 간섭하는 임의 의 경향을 저감하기 위해서, 2개의 인접한 접촉 모듈(20) 사이에 수직 배플(21)이 선택적으로 포함된다. 수직 배플(21)은 인접한 접촉 모듈(20)의 디미스터(24) 사이에서 디미스터(24)와 거의 평행하게 배치된다.

본 실시예의 액체 분배기(22)는 상부에 액체 분배기 유입구(32)를 갖고, 하부에 복수 개의 유출구(34)를 갖는다. 2개의 경사진 액체 분배기의 벽(30)이 액체 분배기(22)를 하방으로 테이퍼지게 한다. 거의 V자 형상인 액체 분배기의 저부는 뾰족하거나 만곡될 수도 있고, 도 2에 도시한 바와 같이 편평할 수도 있다. 액체 분배기가 단차형(stepped) 또는 경사진 단차형과 같은 다양한 상이한 형상을 갖는 변형예를 계획할 수 있다. 추가의 실시예에서, 액체 분배기의 단면 형상은 직사각형이나 정사각형과 같이 규칙적일 수도 있고, 굴곡되거나, 불규칙하거나, 그렇지 않은 경우에는 소망하는 접촉 용적을 형성하고, 이 접촉 용적으로 액체를 이송하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는 액체 취급 능력을 증가시키기 위해, 각 단(12)의 하부에서의 액체 분배기의 벽(30)과 디미스터(24) 사이의 큰 접촉 용적과, 상부에서의 확대된 덕트(28)를 수용하기 위한 상부의 액체 분배기의 큰 유입구(32)의 조합을 제공하도록 V자 형상 액체 분배기가 사용된다. 액체 분배기의 유입구(32)는 덕트(28)와 맞물리게 구성된다. 수직 방향으로 인접한 액체 분배기 사이에 선택적인 유입구판(36)이 배치된다. 액체 분배기의 유입구판(36)은 상부 액체 분배기(22)의 액체 분배기 유출구(34)에 근접한 액체 분배기의 유입구를 덮는다. 각 유입구판(36) 상의 2개의 립(lip)(38)은 상부 액체 분배기(22)에서 나온 액체를, 상승하는 증기에 의해 액체가 비말 동반되는 디미스터(24) 위에 있는 용적 으로 안내한다. 이것은 상부 액체 분배기로부터 직접 나온 액체가 액체 분배기(22)에 진입- 접촉 기회를 지나치게 됨 -하는 것을 방지하는 고효율성을 보장한다는 추가의 장점을 제공한다.

액체 분배기의 유출구(34)는 액체 분배기(22)의 저부에 근접한 하나 이상의 열로 배치된 복수 개의 슬롯 또는 다른 타입의 천공부에 의해 형성된다. 유출구(34)는 액체 분배기의 벽(30) 및/또는 저부에 배치될 수 있다. 작동시에, 액체 분배기에서의 액체 레벨은 상승하는 증기가 유출구(34)를 통해 액체 분배기로 진입하는 것을 방지하는 시일을 제공한다. 천공부(34)는 바람직하게는 액체 분배기(22)의 길이를 따라 분포되고, 천공부는 크기와 개수가 변하거나 하부 액체 분배기 위에 있는 액체 분배기(22)의 부분에서 제거되도록 구성될 수 있다. 따라서, 액체 분배기의 유출구 구성은 액체가 액체 분배기에서 직접 하부 액체 분배기로 흐르는 것을 방지하는 다른 수단으로서 사용될 수 있다. 이후에 논의할 이들 수단과 다른 그러한 수단의 조합을 사용하여 액체가 접촉 단을 우회하는 이러한 가능성을 방지할 수 있다.

디미스터(24)는 도 3에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이 액체 분배기(22)의 양측부 상에서 복수 열로 액체 분배기(22)의 길이를 따라 연장된다. 본 실시예의 인접한 단에서의 모듈의 직교 관계를 보다 양호하게 도시하기 위해 도 3에 수용 팬이 도시되어 있지 않다는 점에 유념해야 한다. 디미스터 열(24)은 도 4a 및 도 4b에 도시한 복수 개의 디미스터 유닛(40)으로 조립될 수 있다. 디미스터 유닛(40)은 수형 단부판(46)과 암형 단부판(48)을 더 포함할 수 있으며, 이들 단부판 각각 은 인접한 디미스터 유닛(40)의 상보적인 단부판과 협동하여, 접합부를 통한 유체의 누설을 실질적으로 방지하는 시일을 형성한다. 그러한 수형 및 암형 단부판은 모듈형 디미스터 유닛(40)으로 디미스터 열(24)을 구성하는 데 사용할 수 있는 한가지 타입의 인터로킹 기구에 해당한다. 임의의 공지되어 있는 인터로킹 기구를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 모듈형 디미스터 유닛(40)은 볼트, 클립, 핀, 클램프, 밴드를 사용하는 것 또는 용접이나 접착과 같은 다른 공지의 수단에 의해 함께 체결될 수 있다. 수평 및 암형 탭과 같은 기구와 슬롯의 조합은 신속한 조립 및 분리에 대한 장점을 제공할 수 있다. 디미스터(24)의 모듈형 구성으로 인해 제조업자는 다양한 길이의 디미스터 열(24)로 조립되는 디미스터 유닛(40)을 하나 또는 소수의 표준 크기로 제조하게 된다. 특히 짧은 디미스터 열(24)을 위해 또는 장치의 치수에 따른 액체 분배기(22)의 길이에 매칭하도록 어떠한 맞춤형 크기의 디미스터 유닛(40)이 요구될 수 있으며, 다양한 표준 크기의 디미스터 유닛(40)이 이용 가능하다. 모듈형 구성은 디미스터 유닛(40)이 단일 유닛으로 형성되는 디미스터 열(24)보다 가볍기 때문에 접촉 모듈(20)의 조립을 용이하게 한다는 다른 장점을 갖는다. 그러나, 다른 실시예에서는 단일 디미스터 유닛(40)이 완전한 디미스터 열(24)을 형성한다.

디미스터 유닛(40)은 종래의 구성일 수 있는 증기 액체 분리 구조(41)를 포함한다. 다양한 공지의 구성을 사용하여 증기 스트림으로부터 액체의 액적을 탈비말 동반한다. 일례는 디미스터를 통과하는 유체 스트림이 비말 동반된 액체의 액적이 분리 구조(41)와 충돌하게 하는 방향으로 여러 가지 변화를 겪어야 하고 디미 스터의 저부로 하방으로 흘러야 하도록 다양한 채널 및 루버(louver)를 갖는 베인 타입의 디미스터와 같은 미스트 제거기이다. 공지의 증기 액체 분리 장치의 다른 예는 망상 패드 또는 금속 직물이다. 이러한 미스트 제거기 기술의 조합을 사용할 수도 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 장치의 성능 및/또는 구조적 완전성을 더욱 향상시키기 위해 다양한 선택적인 요소가 디미스터와 협동하고 및/또는 디미스터에 통합될 수 있다. 예컨대, 유입구면인 천공형 유입구판(42)과, 유출구면인 천공형 유출구판(44), 그리고 비천공형 상판(45)이 도시되어 있다. 천공형 판들은 디미스터와 협동할 수 있는 한가지 타입의 흐름 조작기이다. 흐름 조작기의 다른 비제한적인 예는 팽창된 금속, 다공성 고형체, 망상 패드, 스크린, 그리드, 망, 프로파일 와이어 스크린 및 허니컴을 포함한다. 흐름 조작기의 분류 개구 면적은 디미스터의 분리 효율성과 압력 강하 양자에 영향을 미친다는 것이 확인되었다. 흐름 조작기의 분류 개구 면적은 디미스터의 분리 효율성과 압력 강화를 최적화하도록 디미스터의 상이한 측부 및 동일한 측부 상에서 변할 수 있다. 단일 디미스터에서 다양한 타입의 흐름 조작기를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 흐름 조작기는 디미스터에 있는 유입구면 및 유출구면 중 어떠한 것 또는 임의의 것에서도 사용되지 않는다.

천공형 유입구판(42)은 액체 분배기(22)에 근접한다. 천공형 유출구판(44)은 천공형 유입구판(42) 반대쪽의 디미스터의 대부분에 걸쳐, 그리고 디미스터 유닛(40)의 저부를 따라 연장된다. 비천공형 상판(45)은 액체가 유닛의 상부에서 직 접 디미스터 유닛(40)을 떠나는 것을 방지하여, 증기 액체 분리 효율성을 증가시킨다. 비천공형 상판(45)은 양측부가 절곡된 스트립을 구비하며, 한쪽 측부는 액체 분배기의 벽(30)에 부착되도록 액체 분배기의 벽(30)을 따르고, 나머지 측부는 디미스터 유닛(40)의 천공형 유출구판(44)에 연결되도록 천공형 유출구판(44)을 따른다. 천공형 유출구판(44)의 상부에서 소정 거리만큼 하향 연장되는 비천공형 스트립도 증기 액체 분리 효율성을 향상시킨다는 것이 확인되었다. 일실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구 높이의 10%를 덮도록 연장된다. 다른 실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구 높이의 30%로 연장된다. 추가의 실시예에서, 스트립은 디미스터 유출구 높이의 50%로 연장된다.

도 2, 도 5, 도 6a 및 도 6b에 도시한 수용 팬(26) 각각은 편평한 베이스(50) 둘레에서 수직 방향으로 연장되는 립을 포함한다. 성형 금속판을 수용 팬(26)의 경선(經線)을 따라 2개의 립 각각에 부착하는 것에 의해 디미스터 지지 레일(52)이 형성된다. 말단 수용 팬은 단지 하나의 디미스터 지지 레일(52)을 포함할 수 있다. 수용 팬(26)에 집수된 액체는 복수 개의 덕트(28)로 안내된다. 실시예에서, 액체 수용 팬(26)은 도 6a 및 도 6b에 도시한 선택적인 배플(54)을 포함한다. 지지 레일(52)은 특정 디미스터 열(24)에 있는 디미스터 유닛(40)의 베이스에 맞물린다. 각 디미스터 유닛(40)의 저부에 부착된 지지 앵글(angle)이 지지 레일(52)에 삽입되고, 디미스터의 상부는 액체 분배기의 유입구(32)에 근접하게 액체 분배기의 벽(30)에 체결된다. 지지 레일(52)은 디미스터 유닛(40)이 액체 분배기(22)에 체결되기 전에도 디미스터 유닛(40)을 구조적으로 지지한다. 본 실시예 에서, 각 중앙 수용 팬은 2개의 인접한 접촉 모듈(20) 각각으로부터 1개씩의 2개의 디미스터 열(24)을 지지하는 한편, 베셀의 쉘(11)에 근접한 말단 수용 팬은 단의 말단 모듈에 있는 하나의 디미스터를 지지한다. 따라서, 단일 수용 팬(26)은 2개의 접촉 모듈에 의해 공유될 수 있다. 따라서, 본 발명의 본 실시예에 대해 설명한 바와 같이, 각 단의 구성은 컬럼의 적어도 일부에서 동일할 수 있고, 이것은 장치의 제조와 설치를 간단하게 한다.

복수 개의 덕트(28)가 수용 팬(26)을 통해 액체 분배기의 유입구(32)로 연장된다. 도 5에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 특정 수용 팬(26)을 통해 연장되는 각각의 덕트(28)는 상이한 하부 액체 분배기(22)로 안내된다. 본 실시예에서, 덕트(28)의 상부는, 액체가 수용 팬(26)에서 덕트(28)로 어떠한 방해 없이 자유롭게 흐를 수 있도록 수용 팬(26)의 수평면(50)과 동일 평면에 있다. 다른 실시예에서, 덕트는 개구를 통해 끼워 넣어질 때 수용 팬의 편평한 베이스(50) 상에 지지되는 립을 구비하는 것에 의해 수용 팬에 매달릴 수 있다. 덕트는 또한 수용 팬의 하면에 설치될 수 있다. 매달기, 볼트 결합(bolting), 용접 및 억지 끼워맞춤- 이것으로 제한되지 않음 -을 포함하는 덕트와 수용 팬을 연결하는 임의의 종래 수단을 사용할 수 있다. 가스켓 및/또는 시일제를 사용하여 수용 팬과 덕트 사이의 누설을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서, 덕트는 개구가 형성될 때 절단되고 접히거나 밀어내어질 수 있는 수용 팬의 편평한 베이스 부분에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 또한, 덕트(28)의 상부 마우스(mouth)는 액체 취급 능력을 증가시키고, 덕트의 유입구에서의 쵸킹(chocking) 경향을 감소시키기 위해서 도 2에 도 시한 바와 같이 확대되어, 액체 분배기의 유입구(32)보다 넓을 수 있다. 덕트(28)의 측벽은 덕트(28)가 액체 분배기(22) 내에 끼워 넣어지고, 도 2 및 도 7에 도시되어 있는, 용이한 설치와 증기 배기를 위한 간극을 남겨두도록 경사진다. 액체 분배기의 유출구(34)가 액체 분배기(22)에 있는 액체에 의해 완전히 시일되지 않은 경우, 증기가 상위 단에서 나온 액체 흐름과 함께 또는 액체 분배기의 유출구(34)를 통해 액체 분배기(22)에 진입할 수 있다. 액체 분배기(22)에 있는 증기는 액체 분배기 상부(32)로부터 적절히 배기되지 않는 경우에 덕트(28) 내로 강제될 것이고, 이것은 덕트를 통한 액체 흐름을 쵸킹하여 장치의 너무 이른 플러딩(flooding)과 격렬한 비말 동반을 야기할 수 있다. 이에 따라, 액체 분배기(22)에 있는 증기가 덕트(28)와 액체 분배기(22) 사이의 간극 또는 덕트(28) 사이의 액체 분배기(22) 상부에 있는 개구를 통해 배기되는 것은 본 실시예의 장점이다. 덕트(28)의 저부는 액체가 액체 분배기(22) 내로 흐르게 하는 복수 개의 스파우트(spout) 또는 하나의 연속적인 슬롯이나 단일 대형 개구에 의해 개방되어 있다. 정상 작동 조건 하에서, 덕트(28)는 덕트(28)에 있는 액체에 의해 동적으로나, 액체 분배기(22)에 있는 액체에 의해 정적으로 증기 흐름에 대해 시일된다.

도 8에 도시한 변형예에서, 덕트(28)는 액체 분배기의 유입구(32)보다 약간 아래까지만 연장되고, 덕트(28) 단면의 주요 본체와 동일한 크기인 저부에 개구를 갖는다. 덕트(28)는 이 덕트(28)에 있는 액체에 의해 또는 액체 분배기(22)에 있는 액체에 의해 시일되지 않는다. 대신에, 실링판(37)이 액체 분배기의 유입구(32) 위에 설치되어 액체 분배기 유입구(32)를 폐쇄할 수 있다. 덕트(28)는 증 기가 액체 분배기(22)의 상부에서 덕트(28)로 들어오는 것을 방지하기 위해 실링판 상의 개구를 통과하여 꽉 끼워 넣어진다. 제1 실시예는 이 변형예에 비해 장점을 갖는데, 그 이유는 변형예에서 증기가 유출구(34)를 통해 또는 상위 단에서 나온 액체 흐름과 함께 액체 분배기(22)에 진입하는 경우, 증기가 액체 분배기의 상부(32)에서 배기되지 않기 때문이다. 대신에, 증기는 덕트(28)로 강제되어 상위 단에 이르고, 이것은 덕트를 통한 유체 흐름에 대한 쵸킹을 야기할 수 있다.

디미스터(24)의 유입구면과 액체 분배기(22)의 인접한 벽(30) 사이의 용적은 도 2에 도시한 유체 접촉 용적(56)을 형성한다. 유체 접촉은 증기와 액체가 분리되기 전에 디미스터 유닛(40)에서 지속된다. 디미스터 유입구의 천공형 판(42) 또는 다른 흐름 조작기는 디미스터로의 유체 흐름 분배를 개선하고 증기 액체 분리를 향상시킨다. 유입구 흐름 조작기는 또한 액체 접촉과 질량 전달을 향상시킬 수 있다. 수용 팬 (26) 상부의, 수용 팬이 지지하는 디미스터 열(24)들 사이의 용적은 유체 전달 용적(58)을 형성한다. 디미스터 열(24)은, 본 실시예에서 감소된 유체 흐름과 매칭하도록 저부에서 상부까지 감소하는 용적을 갖는 접촉 용적(56)과, 본 실시예에서 증가하는 증기 흐름과 매칭하도록 하부에서 상부까지 증가하는 용적을 갖는 유체 전달 용적(58)의 개선된 조합을 제공하기 위해서 수직선에 대해 소정 각도로 배향될 수 있다.

액체 분배기(22)와 수용 팬(26)은, 용접 또는 다른 종래 수단 등에 의해 컬럼 벽의 내면에 고정되는, 도시하지 않은 지지 링에 의해 지지될 수 있다. 액체 분배기(22)와 수용 팬(26)은 작동 중에 제위치에 유지되도록 지지 링에 볼트 결합 되거나, 클램핑되거나, 또는 달리 고정될 수 있다. 특정 실시예에서, 액체 분배기(22)의 단부는 도 7b에 도시한 바와 같은 단부 시일(59a)과 브라켓(59b)을 포함한다. 단부 시일(59a)은 액체 분배기(22)의 단부에 용접되고, 이에 따라 액체 분배기(22)의 단부를 시일한다. 브라켓(59b)은 단부 시일(59a)의 저부에 시일 용접되고, 지지 링에 볼트 결합되거나, 클램핑되거나, 또는 그렇지 않으면 고정된다. 수용 팬(26)과 디미스터 열(24)의 단부는 단부 시일(59a)과 브라켓(59b)에 볼트 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액체 분배기(22)와 수용 팬(26)은 접촉 모듈(20)을 위한 주요 지지부이지만, 추가의 지지 빔이 대체로 큰 컬럼을 위해 포함될 필요가 있을 수 있다. 또한, 액체 분배기(22) 및 수용 팬(26)과 함께, 리브, 브레이스, 증가된 재료 두께 및 추가의 지지부와 같은 보강 특징부를 사용할 수 있다. 액체 분배기(22)의 단부는 베셀의 쉘의 윤곽을 따르도록 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 7a는 액체 분배기(22)의 양단부가 단차형 또는 연속적인 방식으로 베셀의 쉘의 윤곽을 따를 수 있다는 것을 보여준다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 디미스터는 성형 시트나 골판지, 플랫 시트 및 일체형 루버를 구비하는 베인 타입 미스트 제거기이다. 골판지와 플랫 시트는 시트와 일체형 루버 구성이 디미스터의 유입구에서부터 유출구에 이르는 적어도 하나의 구불구불한 유체 흐름 채널을 형성하도록 층상으로 쌓아 올려진다. 외측 케이싱 또는 프레임은 시트 또는 플레이트를 함께 유지하기에 충분하다. 몇몇 변형예는 골판지와 플랫 시트를 층상으로 쌓아 올리는 순서와, 루버가 골판지로 형성되었는지, 플랫 시트로 형성되었는지, 또는 골판지와 플랫 시트 모두로 형성되었는지의 여부를 포함한다. 추가의 변형은 골판지의 형상 및 크기와 외측 프레임의 구성뿐만 아니라 루버의 형상 및 크기도 포함한다. 이러한 타입의 미스트 제거기의 장점은 루버와 함께 플랫 시트와 골판지를 사용하여 간단하게 층상으로 쌓아 올림으로써 자기 지지 분리 구조(41)를 형성한다는 것이다. 즉, 플랫 시트, 골판지 및 루버가 형성하는 층상형 시트와 유체 흐름 채널은 스페이서, 파스너 및 용접과 같은 다른 요소를 필요로 하는 일 없이 소망하는 간격을 유지할 수 있다. 또한, 허용할 수 없는 압력 강하를 회피하면서 높은 증기 액체 분리를 얻기 위해서 베인과 루버의 구성을 변형할 수 있다.

외측 프레임은 도 2의 디미스터에 관해 설명하고 예시한 바와 같이 중실의 천공형 판을 포함할 수 있지만, 외측 프레임은 층상형 자기 지지 시트의 에지를 고정하는, 단순히 각진 또는 편평한 원료일 수 있다. 다른 실시예에서, 스트랩 또는 밴드가 시트를 함께 결합하는 프레임을 형성한다. 프레임은 시트를 함께 클램핑하는 일반적으로 공지되어 있는 다양한 이러한 요소 및/또는 다른 요소를 포함할 수 있다. 프레임은 임의의 잘 공지되어 있는 수단에 의해 고정될 수 있다. 비제한적인 예는 용접, 볼트 결합, 접착, 묶기, 크림핑(crimping), 힌지식 결합 및 억지 끼워맞춤을 포함한다. 따라서, 프레임은 층상형 시트가 만나는 표면 또는 조인트 지점이 시일되고 시트 사이의 조인트 지점을 통해 많은 양의 유체가 누설되지 않도록 시트를 함께 압박하기에 충분하다.

디미스터의 증기 액체 분리 구조를 형성하는 층상형 골판지 및 플랫 시트와 일체형 루버의 사용은 많은 변형예를 가지며, 변형예 중 몇몇 비제한적인 예가 도 9a 내지 도 9g에 도시되어 있다. 도 9a에 도시한 분리 구조(41)는 2개의 플랫 시트(62)에 사이에 삽입된 성형 시트(골판지)(60)를 포함한다. 복수 개의 일체형 루버(64)는 도 9a 좌측 상의 가상선으로 도시한 바와 같이 성형 시트(60)를 절단하고 절곡하는 것에 의해 형성된다. 증기는 비말 동반되는 액체와 함께 일반적으로 화살표 방향으로 루버(64)의 형성에 의해 남겨진 성형 시트(60)의 공간을 통해 흐른다. 디미스터의 유체 흐름 채널을 통과하는 증기 액체 혼합물이 몇차례로 방향을 변경할 것을 필요로 하기 때문에, 액체의 액적은 루버(64)에 의해 형성된 포켓에 포획되고, 이에 따라 증기로부터 분리된다. 증기는 계속해서 공간을 통과하고, 액체는 성형 시트(60)를 따라 하방으로 천공형 유입구판(44)의 하부로 배출된다. 도 9b의 분리 구조(41)는 성형 시트(60)와 플랫 시트(62)를 갖는 유사한 구조를 나타내지만, 루버(64)는 라운딩되어 있다. 라운드 형상은 판을 통한 압력 강하를 감소시킨다. 판을 통한 압력 강하를 감소시키는 다른 구성은 도 9c에 도시한 경사진 루버(64)를 사용한다. 도 9c는 2개 타입의 시트의 층상 구조를 명확하게 구별하도록 골판지(60)와 플랫 시트(62) 사이의 간격 또는 거리를 보여준다. 이러한 간격은 외측 프레임이 층상형 시트와 함께 고정되어 디미스터가 완성될 때 제거된다.

도 9d의 분리 구조(41)는 루버(64)를 지닌 성형 시트(60)와 골판지(60) 사이의 2개의 플랫 시트(62a, 62b)를 포함한다. 플랫 시트(62a, 62b)는 루버(66a, 66b)를 포함한다. 이러한 구성은 유체 흐름 방향을 향하는 포켓과 유체 흐름 방향과 반대 반향을 향하는 포켓 모두를 형성하고, 이것은 액체 재비말 동반을 감소시키고 유체 통과량을 증가시킨다. 도 9e에 개략적으로 도시한 변형예는 도 9d의 분 리 구조(41)와 유사하지만, 판을 통한 압력 강하를 감소시키기 위해 경사진 루버(64)가 사용된다. 도 9e의 분리 구조(41)의 추가의 변형이 도 9f에 도시되어 있으며, 이 변형은 경사진 루버(64)와 직선형 루버(66a, 66b)를 포함한다. 도 9g에 도시한 분리 구조(41)의 추가의 변형예에서, 성형 시트(60)는 루버를 포함하지 않고, 플랫 시트(62)가 루버(66)를 포함한다. 도시하지 않은 다른 실시예에서, 루버는 복수 개의 절곡부를 가질 수 있다. 제조 및 설치를 용이하게 하기 위해, 본 발명에서 사용되는 분리 구조를 포함하는 디미스터는 통상 동일한 구성을 가질 것이다. 이와 마찬가지로, 디미스터에 있는 개별 유체 흐름 채널의 구성은 균일할 것이다. 그러나, 이들 중 그 어느 것도 요구되지는 않는다. 예컨대, 말단 디미스터는 중앙 디미스터와 상이한 구성을 가질 수 있으며, 단부판에 근접한 유체 흐름 채널은 동일한 디미스터의 다른 유체 흐름 채널과 상이하게 구성될 수 있다.

변형예에서, 디미스터 모듈(40)은 구성을 다양하게 변형할 수 있는 종래의 분리 구조를 사용한다. 중요한 인자는 흐르는 증기 스트림에서 비말 동반된 액체를 분리하는 데 있어서의 디미스터 모듈의 효과성이다. 현재, 이것은 액체의 액적이 고형면에 충돌하게 하는 유체 흐름에 있어서의 복수의 방해물의 마련에 관한 것으로 생각된다. 도면에 도시한 방해물의 데드 엔드(dead end) 특성은 상대적인 무활동 영역의 형성을 초래할 수 있으며, 이러한 영역은 또한 액체 분리를 촉진한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서는, 하나 이상의 집수기/분배기를 채용할 수 있다. 그러한 장치는 본 발명에 의해 요구되지는 않지만, 그러한 장치는 증기 및/또는 액체 흐름을 적절하게 안내하여 장치의 각 단에서의 증기 액체 접촉과 분리를 최대화하는 것에 의해 장점을 제공한다. 예컨대, 상부 집수기/분배기(14)가 도 1에 도시되어 있으며, 이 상부 집수기/분배기는 파이프 분배기(70)와 트로프(trough) 분배기(72)를 포함한다. 파이프 분배기(70)와 트로프 분배기(72)는 액체를 상위 접촉 단(12)의 액체 분배기(22)로 안내한다. 상부 집수기/분배기(14)는 또한 상위 단(12)의 디미스터 열(24)로부터 빠져나오는 증기를 회수한다. 회수된 증기는 리플럭스 액체로서 컬럼에 부분적으로 재도입되도록 후속 공정 또는 응축기에 이를 수 있다. 상부 집수기/분배기 또는 다른 동등한 수단이 없다면, 하방으로 흐르는 액체는 유체 전달 용적(58)으로 흐를 수 있고, 이에 따라 상위 단의 증기 액제 접촉 용적을 우회할 수 있다. 그러한 액체 흐름은 또한 상향 증기 흐름을 붕괴시켜 하나 이상의 하위 접촉 단에서의 비능률을 야기할 수 있다.

저부 집수기/분배기(16)는 증기를 저부 접촉 단 아래에서 분배하고, 저부 단의 덕트(74)로부터 나온 액체를 집수한다. 증기는 덕트(74) 아래보다는 덕트(74) 사이에 분배될 수 있다. 회수된 액체는 증기로서 부분적으로 컬럼에 재도입되도록 후속 공정 또는 리보일러로 전달될 수 있다. 저부 단 상의 덕트(74)는 나머지 단과는 상이하게 구성될 수 있다. 예컨대, 수용 팬(26) 아래에서 복수 개의 덕트(74) 대신에 하나의 연속적인 덕트(74)를 사용할 수 있다. 따라서, 수용 팬(26) 상의 개구가 변경된다. 저부 집수기/분배기 또는 다른 동등한 수단이 없다면, 상승하는 증기 스트림의 일부는 저부 단의 증기 액체 접촉 용적을 우회하여, 직접 유체 전달 용적을 통과하여 흐를 것이다. 상승하는 증기는 또한 저부 단에서 빠져나오는 액체를 재비말 동반할 수 있고, 그렇지 않은 경우에는 소망하는 증기와 액체 흐름 패턴을 붕괴시킬 수 있다. 위에서 논의한 상부 및 저부 집수기/분배기뿐만 아니라, 추가의 집수기/분배기는 하나 이상의 공급 스트림과 같은 유체 스트림 및/또는 사이트컷(side cut)과 같은 임의의 다른 생성물 스트림이 유입 또는 취출되는 컬럼에 있어서의 임의의 지점에서 장점을 제공할 수 있다.

이하에서, 중간 단(12)에 있는 접촉 모듈(20)의 유체 흐름을 설명한다. 상위 단에서 나온 액체는 복수의 상부 수용 팬(26)에 의해 덕트(28)를 경유하여 액체 분배기(22)로 안내된다. 액체는 액체 분배기의 유출구(34)를 통해 액체 분배기(22)를 빠져나와, 유체 접촉 용적(56)에 진입한다. 상향 증기의 속도는 접촉 용적(56)에서 높으며, 접촉 용적(56)에 진입하는 액체는 증기에 의해 비말 동반된다. 접촉 용적(56)에 진입하는 액체의 일부는 하부 액체 분배기(22)의 상부 상에 있는 유입구판(36)으로 낙하할 수 있다. 립(38)을 지닌 유입구판(36)은 액체를 증기 속도가 높은 공간으로 안내하고, 여기서 액체는 증기에 의해 다시 접촉 용적(56)으로 비말 동반된다. 하부 액체 분배기 상의 유입구판(36)은 액체와 증기가 접촉하지 않고 상위 액체 분배기에서 하위 액체 분배기로 최단 경로로 흐르는 것을 방지한다.

비말 동반된 액체는 증기에 의해 디미스터 유닛(40)의 유입구면(42)으로 상향 전달된다. 증기와 액체는 디미스터 유닛(40) 내의 분리 구조(41)에 의해 분리되고, 증기는 유출구면(44)을 통해 디미스터 유닛(40)을 빠져나와 유체 전달 용적(58)에 들어온다. 그 후, 증기는 상위 접촉 단(12)의 접촉 용적(56)으로 계속해서 상승한다. 액체는 유출구면(44)의 저부를 통해 디미스터 유닛(40)을 빠져나와 수용 팬(26) 상으로 흐른다. 수용 팬(26)은 액체를 복수의 덕트(28)로 안내하고, 각각의 덕트(28)는 액체를 상이한 하부 액체 분배기(22)로 안내한다.

변형예에서, 접촉 단(12)은 US 6,682,633에 설명되어 있는 것과 유사한 평행한 단을 구비하는 복수 개의 섹션으로 구성된다. 그러나, 평행한 단으로 이루어진 섹션 각각은 상하 단에 대해 회전된다. 하나의 섹션에서 다른 섹션으로의 전이부에서의 단은 비평행한 섹션들 사이에서 적절한 유체 흐름이 가능하게 하는, 본 발명에 따른 특징부를 포함한다.

접촉 모듈(20)의 단부, 즉 밀폐형 베셀의 벽(11)의 내면에 면하는 접촉 모듈(20)의 말단부는 증기 또는 액체가 의도하지 않게 접촉 장치를 우회하는 것을 방지하도록 시일될 수 있다. 본 실시예에서, 접촉 모듈(20)의 단부는 밀폐형 구조체의 곡률 반경에 합치되도록 테이퍼지거나 굴곡된다. 대안으로서, 접촉 모듈(20)의 단부는 편평하고, 수평 방향 비천공형 연장판은 접촉 모듈(20)에서 밀폐 베셀의 벽까지의 간극에 걸쳐 연장된다.

당업자는 본 발명의 기본적은 구성을 보다 다양하게 변형할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 액체 분배기의 벽(30)의 경사각은 0°내지 30° 또는 그 이상으로 현저하게 변할 수 있다. 일실시예에서, 액체 분배기의 측벽(30)의 각도는 수직선과 거의 8°를 이룬다. 다른 경사면은 디미스터 열(24)의 수직벽의 경사면이다. 일실시예에서, 각도는 수직선으로부터 8°이며, 이 각도는 0°내지 30° 사이에서 변할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 디미스터의 상부는 디미스터의 하부보다 모듈의 가상 수직 중앙면에 더 가깝다.

다른 변형은 본 발명의 모듈(20)을 상부와 하부 중 어느 한쪽의 패킹과 증류 트레이와 함께 사용할 수 있거나, 또는 본 발명의 장치를 사용하는 컬럼의 섹션에 산재시킬 수 있다는 것이다. 본 발명의 모듈은 또한 분할 벽을 지닌 증류 컬럼에서 사용할 수 있다. 추가의 변형은 둘레 베셀 또는 컬럼의 형상에 관한 것이다. 대부분의 분류 컬럼은 원통형이지만, 이것은 본 발명의 장치에 의해 지시되지 않고, 본 발명의 장치는 직사각형 또는 정사각형과 같은 상이한 단면의 기하학적 형상을 지닌 컬럼에서도 동등하게 훌륭하게 기능할 것이다. 분류 컬럼이 10 내지 250개 또는 그 이상의 접촉 단을 포함하는 것이 계획된다. 모듈의 구성은 기본적으로 다양한 설비에 있는 컬럼 전체에 걸쳐 균일할 수 있다. 그러나, 모듈의 구성은, 예컨대 컬럼의 상이한 부분에서의 유체 유량의 변화를 수용하기 위해 하나의 컬럼에서 변할 수 있다.

도면은 기본적인 장치에 대한 모든 옵션 및/또는 추가 사항을 도시하지는 않는다. 그러한 추가 사항의 개수는 많은데, 그 이유는 추가 사항이 거의 무한하게 변할 수 있는 일반적인 기계적 특징부인 추가의 지지부, 파스너, 브레이스 등을 포함하기 때문이다.

접촉 모듈(20)은 한쌍의 디미스터 사이에 액체 분배기(22)를 포함하는 도 2의 모듈의 단면도에 의해 알 수 있는 바와 같이 모듈의 길이를 따라 모듈을 이등분하는 가상 중앙 수직면에 대해 대칭일 수 있다. 접촉 모듈이 수용 팬과, 디미스터의 양측부에 관련 덕트를 더 포함하는 것인 다른 실시예도 대칭일 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 모듈이 대칭일 필요가 없다는 점을 강조하고 본 발명의 복수의 추가의 비제한적인 실시예를 예시하기 위해 제공된다. 예컨대, 도 10a는 액체 분배기(22')가 단의 수용 팬(26) 레벨까지 그 길이가 연장될 필요가 없다는 것을 보여준다. 액체 분배기의 단부는 베셀의 벽에 부착된 지지링까지 연장되는 것에 의해 지지되도록 구성될 수도 있고, 본 명세서에서 언급한 다른 지지 기구 또는 당업계에 잘 공지되어 있는 다른 지지 기구가 사용될 수 있다. 액체 분배기(22')는 또한 액체 분배기의 벽(30')과 하부, 즉 저부가 측방보다는 하방으로 액체를 더 많이 안내하는 유출구(34')와 같이 다양하게 구성될 수 있다는 것을 보여준다. 수직 방향으로 배치되고 액체 분배기의 상부로부터 떨어져 있는 좌측 디미스터(24')에 의해 디미스터에 있어서의 변형도 예시되어 있다. 다음에 병류식으로 접촉하는 증기와 액체가 단의 디미스터를 통과하여 흐르는 것에 의해 분리되는 것을 보장하기 위해, 상부 비천공형 판(45')은 접촉 용적(56')의 상부를 실질적으로 시일하도록 액체 분배기(22')와 디미스터(24') 사이의 간극에 걸쳐 연장되게 구성된다. 도시하지 않은 다른 실시예에서, 수직 디미스터(24')는 벽(30')의 상부에서 액체 분배기와 결합한다. 벽(30')은 수직 디미스터(24')와 협동하여 접촉 용적(56')을 형성하도록 구성된다. 도 10b는 액체 분배기(22")의 상부가 디미스터(24")의 상부 아래에 있을 수 있다는 것과, 덕트(28") 및/또는 액체 분배기의 벽(30") 또는 액체 분배기의 부분이 실질적으로 수직일 수 있다는 것을 보여준다. 도시한 바와 같이, 유출구(34")는 대칭으로 구성될 것이 요구되지 않는다. 디미스터(24")는 수직 배치와 경사진 배치 중 어느 하나로 수용 팬의 편평한 베이스 상에 위치될 수 있다. 디미스터의 하부 내면은 디미스터에서 분리된 액체가 접촉 용 적(56")으로 다시 흐르는 것을 방지하도록 중실형 판 또는 수용 팬의 연장부 등에 의해 시일될 수 있다. 또한, 중실형 상판(45")은 접촉 용적(56")의 상부를 실질적으로 시일하도록 필요하다면 액체 분배기까지 연장되게 구성될 수 있다. 도 10b의 우측에 나타낸 모듈 상의 디미스터에 대해 도시한 바와 같이 중실형 상판이 사용되지 않는 경우에도, 디미스터에 대한 우회를 방지하도록 접촉 용적의 상부를 시일하는 수단이 제공된다. 따라서, 디미스터는 동일하게 구성되지 않은 경우에도 실질적으로 유사하게 조정될 수 있다는 것을 알 수 있다.

접촉 모듈(20)은 매우 짧을 수 있지만, 접촉 모듈은 길이가 폭보다 길 것이고, 폭은 대향하는 디미스터 열(24)의 천공형 유출구판(44) 사이의 최대 거리로서 측정된다는 것이 예상된다. 모듈(20)의 길이는 모듈이 연장되는 컬럼 또는 베셀의 내부 치수로 나타낸다. 모듈(20)은 자기 지지형으로 제조될 수도 있고, 컬럼의 내부 용적에 걸쳐 연장되는 구조 부재를 통해 지지될 수도 있다. 디미스터 유닛(40)과 같이, 단일 모듈(20) 내의 액체 분배기는 컬럼의 폭에 걸쳐 연장될 수도 있고, 액체 분배기는, 컬럼에 걸쳐 연장되도록 함께 결합되거나, 단부끼리가 결합되거나 또는 섹션들이 중첩되는 것에 의해 결합되는 2개 이상의 개별 섹션들로서 제조될 수 있다. 이와 마찬가지로, 접촉 모듈(20)은 모듈의 각 요소를 포함하고 접촉 모듈 열을 형성하도록 설치될 때 단부끼리가 연결되는 섹션 유닛으로서 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 모듈(20)은 예컨대 설치 동안에 길이 방향으로 결합되는 반부(半部) 모듈인 유닛으로서 제조될 수 있다. 이것은 도 2에 도시한 모듈을 이 모듈을 길이 방향으로 이등분하는 가상 중앙 수직면을 따라 분할하는 경우에 용이하 게 계획될 수 있다. 그러한 반부 모듈은 액체 분배기와 수용 팬이 본 명세서의 교시에 따라 완성되면 완전한 모듈로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 일실시예에서는 모듈이 액체 분배기와, 디미스터, 그리고 적어도 하나의 덕트를 구비하는 수용팬을 포함할 수 있다. 여러 용례에서, 각 단은 복수 개의 접촉 모듈을 포함할 것이다. 그러나, 몇몇 실시예에서는 하나의 단 상의 단일 모듈이 소망하는 증기 액체 접촉을 수행하기에 충분할 수 있다.

도면은 단지 실제 장치를 묘사한 것으로 비율이 맞지는 않는다. 장치의 다양한 구성 요소의 크기는 장치가 수용해야 하는 최대 예상 유체 유량에 의해 설정될 것이다. 장치의 구성에 대한 지침을 제공하기 위해서, 액체 분배기(22)의 유입구(32)는 통상적으로 폭이 8 cm 내지 25 cm일 것이라는 점이 주목된다. 다른 실시예에서, 폭의 범위는 10 cm 내지 15 cm이다. 장치의 2개의 층 상의 동일 지점 사이의 수직 거리는 25 cm 내지 75 cm 범위 내이다. 다른 실시예에서, 수직 거리의 범위는 30 cm 내지 45 cm이다. 디미스터 유닛(40)은 유입구면(42)과 유출구면(44) 사이에서 수직으로 측정된 폭이 7 cm 내지 20 cm이다. 디미스터 유닛(40)에서 수용 팬(26)으로의 액체 배출과 수용 팬(26)에서 덕트(28)로의 액체 흐름을 용이하게 하기 위해, 디미스터 유닛(40)의 저부는, 디미스터 유닛(40)의 저부와 수용 팬(26) 사이에 간극이 형성되도록 수용 팬(26)으로부터 2.5 cm 내지 7.5 cm 위에 있다. 다른 실시예에서, 디미스터 유닛(40)은 수용 팬의 편평한 베이스(50) 상에 지지된다. 다른 실시예에서, 디미스터의 저부는 수용 팬(26)으로부터 최대 15 cm 위에 있다.

특정 실시예에 따르면, 천공형 유입구판(42) 대신에 망상 패드와 같은 다공성 덮개층이 디미스터 유닛(40)에 대해 유입구를 덮는다. 이러한 다공성 덮개를 사용함으로써 특히 높은 증기율에서 작동하는 동안에 증기 액체 분리를 향상시킨다는 것을 확인하였다. 다공성 덮개는 액체 액적 탈비말 동반을 위해 사용되는 종래의 망상재, 또는 소위 "미스트 제거기"일 수도 있다. 다공성 덮개는 통상적으로 표면적이 크고 압력 강하가 낮은 덮개를 형성하는 매우 느슨하게 짜인 스트랜드를 포함할 것이다. 망상 덮개는 미세 액적 합체와 분리기로의 액체 분배를 위한 것이다. 대안의 구성은 분리 구조(41) 내의 만입부에 또는 디미스터 유닛(40) 내부 전체에 망을 설치하는 것이다. 천공형 판과 같은 다른 재료가 접촉 용적(56) 내에 배치되어 증기 액체 접촉과 질량 전달을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 장치의 구성재는 증기 액체 접촉 장치에 관례적으로 사용되는 것일 수 있다. 본 발명을 위한 증기 및 액체 성분과 친화성이 있는 구성재, 증기 액체 접촉 공정의 작동 조건, 및 공정에서 사용되는 다른 구성재를 고려할 수 있다. 통상의 재료는 7 게이지 내지 30 게이지 범위의 표준 두께를 갖는 금속을 포함한다. 요구되는 금속의 두께는 부분적으로 금속의 강도와 금속의 성분에 따라 변할 것이다. 금속은 보다 탄소강부터 보다 큰 부식성 상황에서의 스테인리스강에 이르는 범위일 수도 있고 티탄을 포함하는 다른 금속일 수도 있다. 장치는 강화 플라스틱을 포함하는 폴리머재와 복합재로 제조될 수도 있다. 장치는 표준 게이지 금속과 같은 단일 재료로 제조될 수 있거나, 대안으로서 장치는 재료들의 배합물로 제조된다.

본 발명의 장치에 대해 가능한 추가의 변형은 촉매 증류를 위해, 액체 분배기(22) 내부 또는 증기나 액체를 이송하는 데 사용되는 공극(void) 용적에 있어서의 다른 부위와 같은 장치 내부의 다양한 지점에 촉매를 배치하는 것이다. 최상의 촉매 배치는 부분적으로 소망하는 반응이 액상에서 발생하는지 또는 기상에서 발생하는지의 여부에 의해 결정될 것이다.

분류 컬럼에 대한 작동 조건은 컬럼에서 분리되는 화합물의 물리적인 특성에 의해 제한된다. 컬럼의 작동 온도 및 압력은 컬럼의 작동 비용을 최소화하고 다른 상업적인 목적을 수용하도록 이러한 제한 사항 내에서 변할 것이다. 작동 온도는 극저온 분리에서 이용되는 매우 낮은 온도 내지 화합물의 열안정성에 대항하는 온도 범위에 이를 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 공정에 적절한 조건은 -50℃ 내지 400℃의 광범위한 온도를 포함한다. 컬럼은 공급 화합물의 적어도 일부가 액체로 존재하는 것을 유지하기에 충분한 압력으로 작동된다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 접촉 모듈(20)과 복수 개의 수용 팬(26)을 구비하는 복수 개의 단(12)을 포함하는 것인 병류식 증기 액체 접촉을 수행하는 장치로서,

   상기 접촉 모듈은

   a) 실질적으로 평행하게 떨어져 있는 한쌍의 디미스터(demister)(24)와,

   b) 상기 한쌍의 디미스터(24) 사이에 배치되고, 디미스터(24)와 협동하여 접촉 용적(56)을 형성하며, 이 접촉 용적(56)과 유체 연통하는 유출구(34)를 구비하는 액체 분배기(22)를 포함하고,

   c) 각각의 디미스터(24)는 상기 접촉 용적과 유체 연통하는 유입구면(42)과, 상기 단의 각각의 상기 수용 팬(26) 위에 있는 유출구면(44)을 구비하며,

   상기 접촉 모듈의 적어도 일부분은 한쌍의 상기 수용 팬(26) 사이에 배치되고, 각각의 수용 팬은 적어도 하나의 덕트(28)를 구비하며, 하나의 수용 팬의 각각의 덕트는 개별 하부 액체 분배기(22)에 대한 유체 연통을 제공하고, 상기 단 중 적어도 하나의 단의 접촉 모듈은 상기 단 중 다른 하나의 단의 접촉 모듈에 대해 비평행하게 정렬되는 것인 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 덕트(28) 각각은 관련 하부 액체 분배기(22) 내로 연장되는 것인 장치.
3. 제1항에 있어서, 각각의 덕트는 확대된 마우스(mouth)를 포함하고, 각각의 덕트(28)와 관련 하부 액체 분배기(22) 사이에 증기 통로가 형성되는 것인 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 수용 팬(26) 중 적어도 하나는 2개의 모듈에 의해 공유되는 것인 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 디미스터(24)는 수용 팬(26)에 의해 지지되는 것인 장치.
6. 제1항에 있어서, 상부 액체 분배기의 저부에 근접한 상기 액체 분배기의 일부분을 덮는 유입구판(36)을 더 포함하고, 상기 유입구판(36)은 액체를 증기 스트림이 상방으로 흐르는 용적으로 안내하도록 구성된 복수 개의 측벽(38)을 포함하는 것인 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 수용 팬(26) 중 적어도 하나는 적어도 2개의 덕트(28) 사이에 분할 배플(54)을 더 포함하는 것인 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 접촉 용적(56)은 접촉 모듈(20)의 하방에서 증가하는 것인 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 단을 수용하고, 적어도 하나의 공급 유입구와 2개의 유체 유출구를 포함하는, 실질적으로 밀폐된 수직 외측 베셀(10)을 더 포함하는 장치.
10. a) 증기 스트림을 상방으로 접촉 용적(56)으로 들어가게 하는 단계와,

    b) 액체를 제1 액체 분배기(22)의 유출구(34)를 통해 접촉 용적(56)으로 안내하는 단계와,

    c) 액체를 증기에 비말 동반하여 병류식으로 디미스터(24)로 흐르게 하는 단계와,

    d) 디미스터(24)에서 증기로부터 액체를 분리하는 단계와,

    e) 디미스터(24)를 빠져나오는 증기 스트림을 상위 접촉 용적(56)에 들어가게 하는 단계와,

    f) 디미스터를 빠져나오는 액체를 수용 팬(26)으로 이송하는 단계, 그리고

    g) 수용 팬(26)에서 나온 액체를, 액체를 하부 액체 분배기(22)로 안내하는 적어도 하나의 덕트(28)로 통과시키는 단계

    를 포함하고, 상기 수용 팬(26) 중 하나에 결합된 각각의 덕트(28)는 액체를 개별 하부 액체 분배기(22)로 이송하고, 하부 액체 분배기는 제1 액체 분배기에 대해 비평행하게 정렬되는 것인 증기 액체 접촉 방법.

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