KR101044979B1 - 충전 컬럼용 액체 수집기 및 재분배기 - Google Patents

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Abstract

패킹층을 포함하는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치는, 내측면과 패킹층의 바닥에 인접한 상단부를 각각 갖는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재와, 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 하나 이상의 플레이트로서, 각 플레이트는 내려오는 액체 유동의 일부를 수집하도록 되어 있고, 한쌍의 종방향 부재의 내측면에 결합되는 대향 단부를 갖는 하나 이상의 플레이트와, 상기 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래로부터 플레이트 상부로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이저를 구비하고, 각 기체 라이저는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡을 갖는다.

Description

충전 컬럼용 액체 수집기 및 재분배기{LIQUID COLLECTOR AND REDISTRIBUTOR FOR PACKED COLUMNS}
본 발명은 열 및/또는 물질 전달 공정 동안에 충전 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체를 수집 및 재분배하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 특정한 용례는 증류를 사용하는 극저온 공기 분리 공정이지만, 또한 본 발명은 패킹(예컨대, 랜덤 또는 구조적 패킹)을 이용하는 다른 열 및/또는 물질 전달 공정에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 충전 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체를 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "컬럼(또는 교환 컬럼)"이라는 용어는 증류 또는 분류 컬럼 또는 구역, 즉 예컨대 패킹 요소에 또는 컬럼 내에 장착되어 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 일련의 트레이 또는 플레이트에 기상 및 액상을 접촉시킴으로써, 유체 혼합물의 분리를 행하도록 액상 및 기상이 향류 접촉되는 컬럼 또는 구역을 의미한다.
"패킹"이라는 용어는 2개의 상(相)의 향류 중에 액체-기체 계면에서 물질 전달이 가능하도록 액체를 위한 표면을 제공하기 위하여 컬럼 내부로서 이용되는 예 정된 크기, 형태 및 구성의 중실체 또는 중공체를 의미한다. 패킹의 2가지 광범위한 종류로는 "랜덤" 패킹과 "구조적" 패킹이 있다.
"랜덤 패킹"은 개별적인 부재들이 서로에 대해 또는 컬럼 축선에 대해 임의의 특정한 배향을 갖지 않는 패킹을 의미한다. 랜덤 패킹은 컬럼 내로 무작위로 로딩되는 단위 용적 당 표면적이 큰 소형의 중공 구조이다.
"구조적 패킹"은 개별적인 부재들이 서로에 대해 또는 컬럼 축선에 대해 특정한 배향을 갖는 패킹을 의미한다. 구조적 패킹은 얇은 금속 포일, 팽창된 금속, 또는 층상으로 또는 나선형 바인딩으로 적층된 직조 와이어 스크린으로 제조되는 것이 일반적이다. 그러나, 평탄한 판금 등의 다른 구조의 재료가 사용될 수도 있다.
증류 또는 직접 접촉 냉각 등의 공정에 있어서, 향류하는 액체 스트림과 기체 스트림 간의 열 및 물질 전달을 촉진하도록 구조적 패킹을 사용하는 것이 유리하다. 구조적 패킹은 랜덤 패킹 또는 트레이와 비교할 때에 압력 강하가 보다 낮으면서 열 및 물질 전달의 효율이 보다 높다는 이점을 제공한다. 구조적 패킹은 또한 랜덤 패킹보다 예상 가능한 성능이 우수하다.
극저온 공기 분리는 향류 접촉 상태의 액체와 증기를 증류 컬럼을 통과시킴으로써 수행된다. 혼합물 중 기상은 보다 휘발성인 성분(예컨대, 질소)의 농도가 점점 증가하여 올라가고, 혼합물 중 액상은 덜 휘발성인 성분(예컨대, 산소)의 농도가 점점 증가하여 내려온다.
혼합물 중 액상 및 기상을 접촉하게 하여 상들 간에 물질 전달을 달성하도록 다양한 패킹 또는 트레이가 사용될 수 있다. 증류용 패킹의 사용은 표준적인 실시이고, 압력 강하가 중요한 곳에서 많은 이점을 갖는다.
패킹에 대한 액체 및 기체의 초기 제공은 분배기에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 패킹을 액체로 실질적으로 균일하게 적시는 역할을 하는 액체 분배기는 패킹 상부에 배치되고, 패킹 하부에 실질적으로 균일한 기체 흐름을 생성하는 역할을 하는 기체 분배기는 패킹 하부에 배치된다. 기체 분배기 외에, 액체 수집기가 또한 패킹 하부에 배치되는데, 그 역할은 패킹을 떠나는 모든 액체를 수집하여 더 컬럼 아래로 향하게 하는 것이다. 액체 수집기와 증기 분배기는 양자의 역할을 수행하는 동일한 장치 내에 포함되는 것이 일반적이다.
발명의 명칭이 "Support Device for a Packed Column"인 미국 특허 제4,744,929호(Robinson 등)는 충전 컬럼용 지지 장치를 개시하고 있다. 이 지지 장치는 패킹 재료용 지지 장치와 내려오는 액체의 수집기로서 모두 기능하도록 되어 있다.
종래 기술은 충전 컬럼 내에서 액체를 수집 및 재부분하기 위해 많은 다른 장치들을 포함한다. 일반적으로, 이들 장치는 컬럼 내에서 특정한 지점에 지지될 필요가 있고 컬럼 내에서 공간(높이)를 차지는 독립적인 장비 부재들을 포함하여, 컬럼이 커지게 한다. 이 결과, 컬럼의 제조, 운송, 설치 및 작동에 드는 비용이 증가된다.
추가적인 컬럼 높이 및 관련 비용이 상대적으로 거의 필요없는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 흐름을 수집 및 재분배하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 요망된다.
액체 수집기가 지지 창살 또는 다른 부재와 쉽게 일체화되는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 또한 요망된다.
교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 신규하고 보다 효율적인 장치 및 방법을 제공하는 것이 더 더욱 요망된다.
교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하면서 기체를 효율적으로 분배하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 또한 요망된다.
보다 양호하고 유리한 결과를 제공하도록 종래 기술의 불만, 문제, 제한, 단점 및 부족한 점을 극복하는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 더 더욱 요망된다.
종래 기술보다 우수한 액체 분배를 제공하고, 또한 종래 기술의 불만 및 단점들 중 많은 것을 극복하여 보다 양호하고 유리한 결과를 제공하는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치를 조립하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.
본 발명은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치 및 방법이다. 본 발명은 또한 그러한 장치를 조립하는 방법을 포함한다.
상기 장치 및 그 변형예의 양태는 여러가지가 있다. 제1 양태에 있어서, 종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치로서, 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함하고, 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 것인 장치는 3개의 요소를 구비한다. 제1 요소는 제1 종방향 부재와 이 제1 종방형 부재로부터 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 제2 종방향 부재를 구비하는 적어도 한쌍의 종방향 부재를 포함하는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재이다. 각 종방향 부재는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 적어도 하나의 내측면과, 패킹층의 바닥에 인접한 상단부와, 이 상단부의 반대측에 있는 하단부를 갖는다. 제2 요소는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있고 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 플레이트이다. 플레이트는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제1 부분을 수집하도록 되어 있고 제1 단부와 이 제1 단부의 반대측에 있는 제2 단부를 갖는다. 플레이트의 제1 단부는 제1 종방향 부재의 내측면에 결합되고, 플레이트의 제2 단부는 제2 종방향 부재의 내측면에 결합된다. 제3 요소는 상기 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래의 제1 지점으로부터 플레이트 상부의 제2 지점으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이 저이다. 기체 라이저는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡과, 플레이트에 결합되고 플레이트 상부에서 상방으로 돌출되어 캡에 결합되는 하나 이상의 수직벽과, 기체 스트림의 적어도 일부를 기체 라이저로부터 밖으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 개구를 포함한다.
장치의 제1 양태의 변형예는 여러가지가 있다. 한가지 변형예에서, 상기 기체 라이저의 하나 이상의 개구는 기체 라이저의 하나 이상의 수직벽에 있는 하나 이상의 구멍을 구비한다. 다른 변형예에서, 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지한다.
다른 변형예에서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 액체 유동의 제2 부분의 적어도 실질 부분을 플레이트를 향해 하방으로 편향시키도록 되어 있다. 또 다른 변형예에서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 수집하도록 되어 있는 수집 채널을 구비한다.
장치의 제2 양태는 전술한 제1 양태와 유사하지만 추가 요소를 구비한다. 추가 요소는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 전달 채널이고, 이 하나 이상의 전달 채널은 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있다. 이 변형예의 변형으로, 하나 이상의 전달 채널은 교환 컬럼의 내주보다 작거나 동일한 외주를 갖는 환형의 채널을 포함한다.
장치의 제3 양태는 장치의 제2 양태와 유사하지만 추가 요소를 구비한다. 추가 요소는 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하는 하나 이상의 도관이고, 이 하나 이상의 도관은 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하고 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있다.
본 발명의 다른 양태는 종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법이다. 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함한다. 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장된다. 상기 방법의 제1 양태는 다수의 단계를 포함한다. 제1 단계는 내려오는 액체의 유동을 교환 컬럼의 상부 내로 도입시키는 것이다. 제2 단계는 올라가는 기체 유동을 교환 컬럼의 하부 내로 도입시키는 것이다. 제3 단계는 장치의 제1 양태에서 전술한 3개의 요소를 포함하는 장치를 교환 컬럼 내에 배치하는 것이다. 제4 단계는 기체 스트림의 적어도 일부를 교환 컬럼의 하부로부터 하나 이상의 기체 라이저 근처의 플레이트 아래의 제1 지점으로 이동하게 하는 것이다.
방법의 제1 양태의 변형예는 많다. 한가지 변형예에서, 기체 라이저의 하나 이상의 개구는 기체 라이저의 하나 이상의 수직벽에 있는 하나 이상의 구멍을 구비한다. 다른 변형예에서, 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지한다.
방법의 제1 양태의 다른 변형예에서, 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 액체 유동의 제2 부분의 적어도 실질 부분을 플레이트를 향해 하방으로 편향시키도록 되어 있다. 또 다른 변형예에서, 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 수집하도록 되어 있는 수집 채널을 구비한다.
방법의 제2 양태는 방법의 제1 양태와 유사하지만 2개의 추가 단계를 구비한다. 제1 추가 단계는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 전달 채널을 마련하는 것이다. 제2 추가 단계는 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 하나 이상의 전달 채널로 분배하는 것이다. 방법의 제2 양태의 변형예에서, 하나 이상의 전달 채널은 교환 컬럼의 내주보다 작거나 동일한 외주를 갖는 환형의 채널을 포함한다.
방법의 제3 양태는 방법의 제2 양태와 유사하지만 3개의 추가 단계를 포함한다. 제1 추가 단계는 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하고, 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하고 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 도관을 마련하는 것이다. 제2 추가 단계는 하나 이상의 전달 채널에 분배된 수집 액체의 적어도 일부의 유동을 하나 이상의 도관으로 이동시키는 것이다. 제3 추가 단계는 상기 하나 이상의 전달 채널로부터 수신된 하나 이상의 도관 내의 수집 액체의 적어도 일부를 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키는 것이다.
본 발명의 다른 양태는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법이다. 조립 방법의 제1 양태는 다수의 단계를 포함한다. 제1 단계는 종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼을 마련하는 것으로 서, 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함하고, 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장된다. 제2 단계는 제1 종방향 부재와 이 제1 종방형 부재로부터 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 제2 종방향 부재를 구비하는 적어도 한쌍의 종방향 부재를 포함하는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재를 교환 컬럼 내에 마련하는 것이다. 각 종방향 부재는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 적어도 하나의 내측면과, 패킹층의 바닥에 인접한 상단부와, 이 상단부의 반대측에 있는 하단부를 갖는다.
제3 단계는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있고 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 플레이트를 교환 컬럼 내에 마련하는 것이다. 플레이트는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제1 부분을 수집하도록 되어 있고 제1 단부와 이 제1 단부의 반대측에 있는 제2 단부를 갖는다. 플레이트의 제1 단부는 제1 종방향 부재의 내측면에 결합되고, 플레이트의 제2 단부는 제2 종방향 부재의 내측면에 결합된다.
제4 단계는 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래의 제1 지점으로부터 플레이트 상부의 제2 지점으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이저를 교환 컬럼 내에 마련하는 것이다. 기체 라이저는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡과, 플레이트에 결합되고 플레이트 상부에서 상방으로 돌출되어 캡에 결합되는 하나 이상의 수직벽과, 기체 스트림의 적어도 일부를 기체 라이저로부 터 밖으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 개구를 포함한다.
조립 방법의 제1 양태의 변형예에서, 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지한다.
조립 방법의 제2 양태는 조립 방법의 제1 양태와 유사하지만 추가 단계를 포함한다. 추가 단계는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 전달 채널을 교환 컬럼 내에 마련하는 것이다.
조립 방법의 제3 양태는 조립 방법의 제2 양태와 유사하지만 추가 단계를 포함한다. 추가 단계는 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하고, 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하며 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 도관을 교환 컬럼 내에 마련하는 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 일례로서 설명될 것이다.
본 발명에 따르면, 추가적인 컬럼 높이 및 관련 비용이 상대적으로 거의 필요없고, 액체 수집기가 지지 창살 또는 다른 부재와 쉽게 일체화되는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 또한, 종래 기술보다 우수한 액체 분배를 제공하고, 또한 종래 기술의 불만 및 단점들 중 많은 것을 극복하여 보다 양호하고 유리한 결과를 제공하는, 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치를 조립하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1 내지 7은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체를 수집 및 재분배하는 장치 및 방법의 여러가지 실시예를 도시하고 있다. 도 1 및 2는 작은 직경을 갖는 교환 컬럼에서 상기 장치의 실시예를 도시하고 있고, 도 5 내지 7은 큰 직경의 교환 컬럼에서 상기 장치의 여러가지 실시예를 도시하고 있다. 당업자라면 본 발명의 개념을 통합한 많은 다른 실시예들 뿐만 아니라 본 명세서에 예시 및 설명된 실시예들의 많은 변형이 가능하다는 것을 알 것이다.
도 1 및 2를 참조하면, 교환 컬럼(14) 내에서 내려오는 액체 유동을 수집 및 재분배하는 장치(10)가 도시되어 있다. 교환 컬럼은 패킹층(12)을 포함한다. 본 명세서에서는 구조적 패킹과 관련하여 장치 및 방법을 기술하고 있지만, 당업자라면 장치 및 방법이 또한 다른 타입의 패킹(예컨대, 랜덤 패킹)에 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
패킹층(12)은 지지 창살(16)에 의해 지지되는데, 이 지지 창살은 통상적으로 교환 컬럼(14)의 횡단면 영역을 가로질러 연장되는 세장형 금속 부재이다. 지지 창살(16)들 사이에는 데크 또는 플레이트(18; 예컨대, 평탄한 금속 플레이트)가 배치되어, 용접 또는 다른 고정 수단에 의해 각 지지 창살(16)에 결합된다. 플레이트(18)는 또한 지지 창살(16)로부터 교환 컬럼(14)의 내벽으로 연장되는데, 이 교환 컬럼의 내벽에 플레이트가 결합 수단(26)에 의해 결합된다.
플레이트 내에는 기체 라이저(20)가 구비되어 있다. 당업자라면 기체 라이저가 많은 형상 또는 형태를 취할 수 있다는 것을 알 것이다. 도시된 기체 라이저 는 플레이트(18)에 고정되며 소정 간격을 두고 있는 수직벽(30)을 구비한다. 캡(24)은 기체 라이저의 상단에서 수직벽과 결합되고, 수직벽은 천공되어 있어 교환 컬럼에서 상승하여 기체 라이저에 진입하는 기체가 구멍(22)을 통과하여 상방으로 계속 상승함으로써, 최종적으로는 패킹층(12)에 진입할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 패킹층(12)을 통과한 대부분의 액체는 플레이트(18) 상부의 개방 영역을 통해 비오듯 떨어진다. 그러나, 개략적으로 도시된 바와 같이, 일부 액체는 교환 컬럼(14)의 내벽 및 지지 창살(16)의 양측면을 따라 하방으로 유동한다.
비오듯 떨어지는 액체의 대부분은 플레이트(18) 상에 낙하하지만, 내려오는 액체 중 일부는 기체 라이저(20)의 캡(24) 상에 낙하한다. 도 3은 액체를 하방으로 플레이트를 향해 편향시키도록 하방을 향해 소정 각도를 이루는 연장부(32)가 캡에 마련되어 있는 한가지 변형예를 도시하고 있다. 도 4는 캡이 소정 간격을 두고 있는 수직 채널벽(34)을 갖는 채널 형태인 다른 변형예를 도시하고 있다. 채널 내에 수집된 액체는 기체 라이저(20) 상단에 있는 채널의 일단부 또는 양단부로부터 하방으로 플레이트(18)를 향해 유동할 수 있다. 당업자라면 다른 형태의 캡 및 액체를 캡으로부터 아래의 플레이트를 향해 전달하는 다른 형태의 수단이 있을 수 있다는 것을 알 것이다.
플레이트(18) 상에 수집된 액체는 플레이트로부터 교환 컬럼(14) 내에서 하방으로 전달된다. 도 2 및 도 5 내지 7은 이것을 달성하는 다양한 수단을 갖는 여러가지 실시예를 도시하고 있다. 이어서, 액체는 아래에 있는 섬프(도시 생략) 또 는 분배기로 향하게 된다.
도 2에 있어서, 액체는 트레이(18)의 양단부로 유동하여 다운커머(28; downcomer) 내로 유동한다. 당업자라면 다운커머의 크기, 형태, 위치, 배치 및 개수와 관련하여 다른 변형예가 가능하다는 것을 알 것이다.
도 5에 도시한 실시예에 나타낸 바와 같이, 교환 컬럼(14)의 횡단면 영역을 가로질러 연장하는 채널(36)은 채널의 양측면에서 플레이트(18)로부터 유동하는 액체를 수신한다. 하나 이상의 다운커머(38)는 채널(36) 내에 수집된 액체를 수신하고 그 액체를 교환 컬럼 내에서 하방으로 전달한다.
도 6에 도시된 실시예에서는, 트레이(18)로부터 수집된 액체를 환형의 채널(거터)(46)이 수신한다. 환형의 채널 내에 수신된 액체는 도 6에 도시된 바와 같이 다양한 지점에 위치된 다운커머(48)를 통해 하방으로 전달된다. 바람직하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 환형의 채널은 연속적이고 교환 컬럼(14)의 내벽의 원주에 인접한다. 그러나, 당업자라면 환형의 채널이 연속적이거나 교환 채널의 내벽에 인접할 필요가 없으며, 다른 다양한 구성이 가능하다는 것을 알 것이다.
도 7은 플레이트(18) 상에 수집된 액체를 수신하고 이 액체를 다운커머를 통해 교환 컬럼(14) 내에서 하방으로 전달하기 위한 다중 채널(36)과 다운커머(38)의 다른 가능한 구성을 도시하고 있다. 도 7은 교환 컬럼의 직경으로부터 등거리에 있고 평행하며 동일한 치수를 갖고 소정 간격을 두고 있는 2개의 채널(36)을 도시하고 있다. 그러나, 당업자라면 많은 다른 구성 및 변형예가 가능하다는 것을 알 것이다.
도 5 및 도 7 양자의 다운커머(38)는 교환 컬럼(14)의 직경에 대해 도시된 지점에 배치되는 원형의 도관으로서 도시되어 있다. 그러나, 당업자라면 다운커머가 다른 형태를 갖고/갖거나 다른 지점에 배치될 수 있다는 것을 알 것이다.
또한, 바람직한 실시예에서, 플레이트(18)는 패킹층(12)용의 구조적 지지체를 제공하는 지지 창살(16)과 일체로 된다. 그러나, 다른 설계도 가능하다. 예컨대, 플레이트는 교환 컬럼(14) 내에 배치된 다른 세장형 부재에 결합될 수 있고, 이 세장형 부재는 플레이트로부터 상방으로 패킹층까지 또는 그 근처까지 연장된다. 당업자라면 다양한 조합(예컨대, 일부의 세장형 부재는 구조적 지지체를 제공하지만, 다른 세장형 부재는 구조적 지지체를 제공하지 않음)을 비롯하여 다른 다양한 구성이 가능하다는 것을 알 것이다.
액체 수집기를 지지 창살(및/또는 다른 부재들)과 일체화시킴으로써, 장치가 차지하는 컬럼 높이는 종래 기술의 액체 수집기가 차지하는 높이보다 낮고, 장비의 상대적인 비용이 더 적다. 보다 짧은 교환 컬럼의 최종적인 결론으로 인해 컬럼의 제조, 운송, 설치 및 작동 비용이 적어진다. 제조 비용이 더 적고 제조가 보다 용이하다는 것 외에, 액체 수집기/재분배기는 낮은 턴다운(turndown)으로 우수한 작동성을 제공하고 공기 분리 증류에 사용되는 교환 컬럼의 전체 유동 영역에 걸쳐 만족스럽게 작동한다.
본 명세서에서는 어느 정도 구체적인 실시예를 참조하여 도시 및 설명하였지만, 본 발명은 도시 및 설명된 상세 내용으로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 청구범위의 등가의 범주 및 범위 내에서 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없 이 상세 내용에 다양한 수정이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 정단면도의 개략적인 다이어그램.
도 2는 본 발명의 일실시예의 평단면도의 개략적인 다이어그램.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 한가지 타입의 기체 라이저의 정단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에서 다른 타입의 기체 라이저의 정단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 포함하는 컬럼의 평단면도의 개략적인 다이어그램.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 포함하는 교환 컬럼의 평단면도의 개략적인 다이어그램.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 포함하는 컬럼의 평단면도의 개략적인 다이어그램.

Claims (20)

  1. 종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치로서, 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함하고, 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며,
    제1 종방향 부재와 이 제1 종방형 부재로부터 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 제2 종방향 부재를 구비하는 적어도 한쌍의 종방향 부재를 포함하는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재로서, 각 종방향 부재는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 적어도 하나의 내측면과, 패킹층의 바닥에 인접한 상단부와, 이 상단부의 반대측에 있는 하단부를 구비하며, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지하는 것인 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재와,
    패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있고 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 플레이트로서, 플레이트는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제1 부분을 수집하도록 되어 있고 제1 단부와 이 제1 단부의 반대측에 있는 제2 단부를 가지며, 플레이트의 제1 단부는 제1 종방향 부재의 내측면에 결합되고, 플레이트의 제2 단부는 제2 종방향 부재의 내측면에 결합되는 것인 하나 이상의 플레이트와,
    상기 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래의 제1 지점으로부터 플레이트 상부의 제2 지점으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이저로서, 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡과, 플레이트에 결합되고 플레이트 상부에서 상방으로 돌출되어 캡에 결합되는 하나 이상의 수직벽과, 기체 스트림의 적어도 일부를 기체 라이저로부터 밖으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 개구를 포함하는 하나 이상의 기체 라이저
    를 구비하는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체 라이저의 하나 이상의 개구는 기체 라이저의 하나 이상의 수직벽에 있는 하나 이상의 구멍을 구비하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 액체 유동의 제2 부분의 적어도 실질 부분을 플레이트를 향해 하방으로 편향시키도록 되어 있는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 수집하도록 되어 있는 수집 채널을 구비하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 지지 창살인 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 전달 채널을 더 구비하고, 상기 하나 이상의 전달 채널은 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 전달 채널은 교환 컬럼의 내주보다 작거나 동일한 외주를 갖는 환형의 채널을 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하고, 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하고 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 도관을 더 구비하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치.
  9. 종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법으로서, 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함하고, 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며,
    내려오는 액체의 유동을 교환 컬럼의 상부 내로 도입시키는 단계와,
    올라가는 기체 유동을 교환 컬럼의 하부 내로 도입시키는 단계와,
    제1 종방향 부재와 이 제1 종방형 부재로부터 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 제2 종방향 부재를 구비하는 적어도 한쌍의 종방향 부재를 포함하는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재로서, 각 종방향 부재는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 적어도 하나의 내측면과, 패킹층의 바닥에 인접한 상단부와, 이 상단부의 반대측에 있는 하단부를 구비하며, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지하는 것인 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재와,
    패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있고 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 플레이트로서, 플레이트는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제1 부분을 수집하도록 되어 있고 제1 단부와 이 제1 단부의 반대측에 있는 제2 단부를 가지며, 플레이트의 제1 단부는 제1 종방향 부재의 내측면에 결합되고, 플레이트의 제2 단부는 제2 종방향 부재의 내측면에 결합되는 것인 하나 이상의 플레이트와,
    상기 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래의 제1 지점으로부터 플레이트 상부의 제2 지점으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이저로서, 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡과, 플레이트에 결합되고 플레이트 상부에서 상방으로 돌출되어 캡에 결합되는 하나 이상의 수직벽과, 기체 스트림의 적어도 일부를 기체 라이저로부터 밖으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 개구를 포함하는 하나 이상의 기체 라이저
    를 구비하는 장치를 교환 컬럼 내에 배치하는 단계와,
    플레이트 상에 액체 유동의 제1 부분을 수집하는 단계와,
    기체 스트림의 적어도 일부를 교환 컬럼의 하부로부터 하나 이상의 기체 라이저 근처의 플레이트 아래의 제1 지점으로 이동하게 하는 단계
    를 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기체 라이저의 하나 이상의 개구는 기체 라이저의 하나 이상의 수직벽에 있는 하나 이상의 구멍을 구비하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 액체 유동의 제2 부분의 적어도 실질 부분을 플레이트를 향해 하방으로 편향시키도록 되어 있는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 캡은 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제2 부분을 수신하고 수집하도록 되어 있는 수집 채널을 구비하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 지지 창살인 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 전달 채널을 마련하는 단계와,
    하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 하나 이상의 전달 채널로 분배하는 단계를 더 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 전달 채널은 교환 컬럼의 내주보다 작거나 동일한 외주를 갖는 환형의 채널을 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하고, 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하고 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 도관을 마련하는 단계와,
    하나 이상의 전달 채널에 분배된 수집 액체의 적어도 일부의 유동을 하나 이상의 도관으로 이동시키는 단계와,
    상기 하나 이상의 전달 채널로부터 수신된 하나 이상의 도관 내의 수집 액체의 적어도 일부를 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키는 단계
    를 더 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동과 올라가는 기체의 유동을 수집 및 재분배하는 방법.
  17. 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법으로서,
    종방향 축선과 횡단면 영역을 갖는 교환 컬럼을 마련하는 단계로서, 교환 컬럼은 상단과 이 상단의 반대측에 있는 바닥을 갖는 패킹층을 포함하고, 패킹층의 바닥은 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 것인 단계와,
    제1 종방향 부재와 이 제1 종방형 부재로부터 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 제2 종방향 부재를 구비하는 적어도 한쌍의 종방향 부재를 포함하는 복수 개의 수평 방향으로 소정 간격을 두고 있는 종방향 부재를 상기 교환 컬럼 내에 마련하는 단계로서, 각 종방향 부재는 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 적어도 하나의 내측면과, 패킹층의 바닥에 인접한 상단부와, 이 상단부의 반대측에 있는 하단부를 구비하며, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 패킹층의 적어도 일부를 구조적으로 지지하는 것인 단계와,
    패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있고 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 하나 이상의 플레이트를 교환 컬럼 내에 마련하는 단계로서, 플레이트는 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체 유동의 제1 부분을 수집하도록 되어 있고 제1 단부와 이 제1 단부의 반대측에 있는 제2 단부를 가지며, 플레이트의 제1 단부는 제1 종방향 부재의 내측면에 결합되고, 플레이트의 제2 단부는 제2 종방향 부재의 내측면에 결합되는 것인 단계와,
    상기 플레이트와 유체 연통하며 교환 컬럼 내에서 올라가는 기체 스트림의 적어도 일부를 수신하고 플레이트 아래의 제1 지점으로부터 플레이트 상부의 제2 지점으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 기체 라이저를 교환 컬럼 내에 마련하는 단계로서, 기체 라이저는 패킹층의 바닥으로부터 수직 방향으로 소정 간격을 두고 있는 캡과, 플레이트에 결합되고 플레이트 상부에서 상방으로 돌출되어 캡에 결합되는 하나 이상의 수직벽과, 기체 스트림의 적어도 일부를 기체 라이저로부터 밖으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 개구를 포함하는 것인 단계
    를 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재 중 하나 이상은 지지 창살인 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법.
  19. 제17항에 있어서, 교환 컬럼의 횡단면 영역의 적어도 일부를 가로질러 연장되며, 하나 이상의 플레이트 상에 수집된 액체의 적어도 일부의 유동을 수신하고 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 전달 채널을 교환 컬럼 내에 마련하는 단계를 더 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법.
  20. 제19항에 있어서, 하나 이상의 전달 채널과 유체 연통하고, 수집된 액체의 적어도 일부를 하나 이상의 전달 채널로부터 수신하며 교환 컬럼 내에서 하방으로 이동시키도록 되어 있는 하나 이상의 도관을 교환 컬럼 내에 마련하는 단계를 더 포함하는 것인 교환 컬럼 내에서 내려오는 액체의 유동을 수집 및 재분배하는 장치의 조립 방법.
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