KR101122813B1 - 액체 분배용 장치 및 액체 분배 방법 - Google Patents

Abstract

이 액체 분배기는 상승 증기 스트림과 상호 작용하도록 트레이 전반에 걸쳐 하강 액체 스트림을 균일하게 분배하는 기능을 한다. 액체 분배기는 액체 스트림을 아래 놓여 있는 긴 트로프(trough)(4)로 이송하는 공급 파이프(6)를 갖는다. 트로프(4)의 바닥(12)에는 액체 배출 구멍(18)이 배치된다. 트로프(4) 내에, 공급 파이프(6)에서 나온 액체가 트로프(4)의 바닥(12)에 충돌하기 전에 v자형 천공 플레이트(20)를 통과하도록 v자형 천공 플레이트(20)가 배치된다. 액체가 v자형 천공 플레이트(20)를 통과할 때, 스트림은 저속의 보다 작은 스트림으로 분할되어 트로프(4)를 통과하는 액체의 보다 균일한 전체 유량을 제공한다. 다음에, 액체는 트로프의 배출 유출구(18)로부터 트로프(4) 전반에 걸쳐 실질적으로 균일한 유량으로 트레이(35)의 상면으로 이송된다.

Description

액체 분배용 장치 및 액체 분배 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR DISTRIBUTING LIQUID}

본 발명은 일반적으로, 물질 전달 컬럼에서 통상적으로 사용되는 액체 분배기와, 이 액체 분배기를 사용하여 액체를 분배하는 방법에 관한 것이다.

물질 전달이나 열 전달, 공급 원료의 구성물의 분류 및/또는 분리를 위해 가스와 액체가 접촉하는 다양한 타입의 교환 컬럼과, 다른 유닛 공정이 당업계에 공지되어 있다. 그러한 교환 컬럼 내에서의 증기와 액체의 향류식 흐름은 증기-액체 접촉 확립 방법이 되어 왔다. 실제 증기-액체 인터페이스는 컬럼 내의 증류 트레이와 패킹 베드의 사용을 요구한다. 액체가 트레이나 패킹 베드 위에서 분배되는 동안 증기는 트레이나 패킹 베드 아래에서 분배된다. 트레이 상으로 하강하거나 패킹 베드를 통해 하방으로 졸졸 흐르는 액체는 증기-액체 접촉과 상호 작용을 위해 상방으로 상승하는 증기에 노출된다.

컬럼 내부의 구성은 공정탑에서 동시에 일어나는 물질 전달 및 에너지 전달과 증기-액체 인터페이스의 효율을 결정한다. 균질한 혼합 구역을 형성하는 증류 트레이나 패킹 베드의 양측면 상에서의 효과적이고 균일한 증기와 액체의 분배 역시 효율적인 공정에 있어서 중요하다. 불균일한 액체 분배는 상승 증기 스트림과 하강 액체 스트림 간의 불량한 접촉과 물질 전달을 초래할 수 있다. 효율이 용이하게 공정비와 제조 품질로 전환될 수 있기 때문에, 오늘 날 많은 구성이 존재한다. 그러나, 컬럼의 효율은 컬럼 내부에 걸친 증기와 액체의 분배 효율에 의해 제한될 수 있다. 예컨대, 증기나 액체를 증류 트레이나 패킹 베드의 일부분에 걸쳐 균일하게 분배하는 데 실패했을 경우, 그 부분은 그 전체 역량이 사용되지 않을 것이고, 이에 따라 효율과 공정의 비용 유효성이 감소될 것이다. 이에 따라, 트레이와 패킹 베드 자체 이외에 액체 분배기가 가장 중요한 탑의 내부에 있는 유닛이다. 탑의 성능 부족은 때때로 클로깅 또는 불균일한 분배와 같은 액체 분배 문제에서 비롯된다.

패킹 베드를 사용할 때, 증기와 액체 간의 불균질한 상호 작용의 소영역에 있어서 효율이 손실될 수 있다. 많은 고효율 패킹 구성은 시트의 양파형부에 의해 형성되는 향류식 증기-액체 흐름 관통 채널을 초래한다. 초기 액체 또는 가스 분배가 특정 파형 패턴부로 진입하는 데 실패하면, 액체와 증기가 충전되지 않은 패킹 영역으로 이동하여 이 영역에서 상호 작용할 때까지 패킹에서 귀중한 표면 영역이 손상된다. 결과는 불량한 효율이다. 패킹에 걸친 보다 양호한 유체 분배는 상기 문제를 감소시킬 것이고, 패킹에 걸친 보다 양호한 유체 분배를 달성하기 위해서는, 패킹된 베드 분배기에 액체를 공급하는 분할 박스의 액체의 균일한 분배를 증가시키는 것이 바람직하다. 컬럼에 진입하는 액체가 분할 박스의 각 섹션에 걸쳐 보다 균일하게 분배되는 경우, 분할 박스의 각 섹션은 보다 균일한 액체 공급물을 패킹된 베드 분배기로 이송할 수 있다. 본 발명의 신규한 액체 분배기는 패킹 된 베드 분배기에 정확한 양의 액체를 균일하게 분배하여 공급하는 분할 박스로서의 기능을 할 수 있다.

스프레이 오리피스, 파이프, 천공판, 구멍 뚫힌 트로프(trough) 및 노즐과 같은 종래 기술의 많은 장치가 일반적으로 트레이나 패킹된 베드 분배 장치의 대부분에 어떠한 증기와 어떠한 액체를 분배하는 데 효과적이지만, 통상 보다 정교한 분배 장치 없이는 균일한 분배가 얻어지지 않는다. 예컨대, 트레이 상부에 간단히 액체를 분무하는 것에 의해 종종 트레이의 특정 부분에서는 고농도의 액체 흐름이 형성되고, 트레이의 다른 부분에서는 저농도의 액체 흐름이 형성된다. 오리피스 분배기는 일반적으로 막히기 쉽기 때문에, 탑 내에서 액체가 불균일하게 흐르게 된다. 마찬가지로 제조중에 발생하는 분배기 팬에서의 표면 불규칙성은 몇몇 천공부의 흐름 저항을 증가시키거나 팬의 저부를 따른 액체 흐름- 독특한 단점임 -을 유발한다. 전체적으로, 한 영역에 흐름을 집중시키면서 다른 영역에서는 흐름을 감소시키는 임의의 흐름 불규칙성은 공정의 효율에 유해하다.

트레이 상으로 액체를 고르고 균일하게 분배하는 조립체를 제공하는 것은 장점일 것이다. 기존 구성의 예는 US 6,722,639 및 US 4,729,857를 포함한다. US 4,729,857은 액체를 외측 방향으로 분출하는 구멍이 형성된 하방으로 테이퍼진 본체부가 마련된 복수 개의 트로프를 지닌 액체 흐름 분배기를 교시한다. 트로프의 테이퍼진 하부 본체부 외측에는 이 본체부로부터의 액체 분출물을 수용하고 액체 흐름을 하방으로 균일하게 분배하는 배플이 배치된다. US 6,722,639는 서로 이격되어 있고 컬럼을 가로질러 연장되는 복수 개의 긴 트로프를 포함하는 액체 분배기 를 교시한다. 트로프의 측벽에 복수 개의 액체 배출 구멍이 배치되고, 이들 액체 배출 구멍은 바람직하게는 트로프의 바닥 위에 간격을 두고 있는 하나 이상의 미리 선택된 평면에 배치된다. 스플래쉬 배플이 트로프 측벽으로부터 외측 방향으로 간격을 두고 배치되며, 배출 구멍을 통해 트로프를 빠져나가는 액체를 수용하도록 위치 설정되는 상부 부분을 포함한다. 스플래쉬 배플의 하부는 트로프 아래에 있는 평면에, 액체를 스플래쉬 배플로부터 아래에 놓여 있는 물질 전달 베드까지 이송하는 제한된 배출 유출구를 형성한다. 스플래쉬 배플은 수직 방향으로 조정 가능하며, 배출된 액체가 직접 물질 전달 베드로 이송되고, 이에 따라 낙하 액체가 물질 전달 베드를 통해 상방으로 흐르는 증기 스트림에 비말 동반되는 기회를 감소시키도록 물질 전달 베드의 상면 상에서 지지되도록 되어 있다.

본 발명은 종래 기술의 액체 분배 조립체보다 효과적인, 특히 흐름 파이프에서의 액체 속도가 높은 경우에 보다 효과적인 신규한 액체 분배 조립체를 제공한다. 이러한 고효율 분배기 장치에서, 액체의 균일한 흐름은 흐름 조절 장치를 통해 유지된다. 장치는 패터닝된 구멍을 지닌 트로프와, 이 트로프 내에 배치되는 v자형 천공 플레이트, 그리고 트로프 위에 배치되는 흐름 파이프를 포함한다. 바람직한 실시예는 v자형 천공 플레이트 내에 배치된 디바이더를 추가로 구비한다. 장치는 증류 트레이로 균일하게 분배된 액체를 이송하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 용례에서, 장치 또는 복수 조의 장치는 패킹된 베드 분배기로 균일하게 분배된 액체를 이송하는 분할 박스로서 이용될 수 있다.

흐름 파이프는 다상(多相)의 액체를 통상 특정 패턴으로 배치된 배출 구멍이 마련된 개방 트로프로 이송한다. 몇몇 실시예에서, 복수의 흐름 파이프는 액체를 개방 트로프의 네트워크로 이송할 수 있다. 트로프는 위에 있는 영역으로부터의 액체를 수용하고 이 액체를 아래 놓여 있는 트레이로 균일하게 재분배하는 물질 전달 컬럼에서 일반적으로 사용된다. 그러나, 흐름 파이프가 액체를 개방 트로프로 직접 배출하도록 되어 있으면, 액체는 불균일한 유량으로 트로프의 구멍으로부터 배출될 것이다. 흐름 파이프로부터의 배출물과 직접 정렬되는 구멍은 액체의 유량이 높을 수 있고, 흐름 파이프로부터의 배출물과 정렬되지 않은 구멍은 액체의 유량이 낮을 수 있다. 본 발명의 트로프 내에 수납된 v자형 천공 플레이트에 있어서, 흐름 파이프로부터 배출되는 액체의 유량은 v자형 천공 플레이트의 천공부를 통해 트로프로 흐르는 액체가 더욱 균일하도록 중단되고 변경된다. 액체 유량의 균질성은 v자형 천공 플레이트에 디바이더가 장착되는 실시예에서 훨씬 더 증가된다. 변형예에서, 복수의 트로프가 액체를 패킹된 베드 분배기로 균일하게 재분배하는 분할 박스로서의 역할을 한다.

일실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 증류 트레이가 물질 전달 컬럼 내에 있는 개방 내부 영역에 배치되는 물질 전달 컬럼에 사용되는 액체 분배기에 관한 것이다. 액체 분배기는 상승 증기 스트림과 상호 작용하도록 하강 액체 스트림을 트레이에 걸쳐 균일하게 분배하는 기능을 한다. 액체 분배기는 적어도 하나의 선택적 공급 파이프를 가지며, 이 공급 파이프는 컬럼을 가로질러 연장되는 아래에 놓여 있는 적어도 하나의 긴 트로프로 액체 스트림을 이송한다. 트로프는 바닥에 의해 상호 연결되고 서로 이격되어 있는 제1 측벽과 제2 측벽을 갖는다. 복수 개의 액체 배출 구멍이 적어도 바닥에 배치된다. 액체 분배기는 공급 파이프로부터의 액체가 트로프의 바닥에 충돌하기 전에 v자형 천공 플레이트를 통과하도록 트로프 내에 배치되는 v자형 천공 플레이트를 더 포함한다. 플레이트는 "v"자 형상인 것이 바람직하지만, "W"자 형상과 같은 복수의 v자 형상도 고려된다. 액체가 v자형 천공 플레이트를 통과할 때, 스트림은 저속의 보다 작은 스트림으로 분할되어, 보다 균일한 전체 유량의 액체가 트로프를 통과하게 된다. 다음에, 액체는 트로프의 배출 유출구로부터 직접, 트로프 전반에 걸쳐 실질적으로 균일한 유량으로 트레이의 상면으로 이송된다.

일실시예에서, 액체 분배기는 플레이트의 길이에 대해 수직으로 배치되고 플레이트의 폭으로 확장되며, v자형 천공 플레이트에 의해 형성되는 체적 내에서 연장되는 고상 수직 디바이더(divider)를 더 포함한다. 디바이더는 v자형 천공 플레이트의 길이를 따른 구역을 형성하고, 구역 사이의 수평 방향 액체 흐름에 대한 적어도 부분적인 배리어를 제공한다. 디바이더는 선택적으로, v자형 천공 플레이트에서의 액체 레벨이 특정 레벨에 도달하면 구역 사이에서 흐르는 액체를 위한 경로를 제공하는 구역 오버플로우 채널을 허용한다. 또 다른 실시예에서, v자형 천공 플레이트는 버팀대 지지체에 의해 트로프 내에 지지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 액체 분배기는 패킹된 베드 분배기와, 물질 전달 컬럼 내의 개방 내부 영역에 배치되는 하나 이상의 패킹된 베드를 구비하는 물질 전달 컬럼에서 사용된다. 액체 분배기는 하강 액체 스트림을 패킹된 베드 분배기에 걸쳐 균일하게 분배하는 분할 박스로서의 기능을 한다. 본 실시예에서, 트로프는 인접한 트로프 사이의 공간에서 증기가 상방으로 흐르게 하도록 서로 이격되게 평행한 관계로 컬럼을 가로질러 연장되는 복수 개의 트로프로 존재한다. 트로프로부터의 액체는 트로프 아래의 컬럼에 배치된 패킹된 베드 분배 장치로 균일하게 분배된다.

첨부 도면은 본 명세서의 일부를 형성하고 본 명세서와 함께 읽어야 하며, 첨부 도면에서 유사한 도면 부호는 다양한 도면에서 유사한 부분을 가리키는 데 사용된다.

도 1은 트로프의 바닥에 소정 패턴의 구멍을 갖는 트로프의 평면도이다.

도 2는 흐름 파이프, v자형 플레이트, 디바이더 및 트로프를 포함하는 액체 분배기 조립체의 일실시예의 평면도이다.

도 3은 증류 트레이나 패킹된 베드 분배기 위에 배치된 컬럼에 있는 액체 분배기 조립체의 측면도이다.

도 4는 액체 분배기 조립체의 흐름 파이프를 지지하는 브라켓의 단면도이다.

도 5는 흐름 파이프, v자형 천공 플레이트, 디바이더 및 트로프를 포함하는 액체 분배기 조립체의 단면도이다.

도 6은 액체 분배기 조립체의 v자형 천공 플레이트의 부분적인 확대 사시도이다.

도 7은 액체 분배기 조립체의 디바이더의 단면도이다.

도 8은 v자형 플레이트가 복수의 v자 형상을 가져, w자 형상을 형성하는 액체 분배기 조립체의 v자형 천공 플레이트의 부분적인 확대 사시도이다.

도 9a는 트로프와 v자형 천공 플레이트의 일실시예의 단면도이다.

도 9b는 트로프와 v자형 천공 플레이트의 다른 실시예의 단면도이다.

도 10은 액체 분배기 조립체의 측단면도이다.

도 11은 액체 분배기 조립체의 단면도이다.

물질 전달 컬럼 또는 열교환 컬럼은 본 발명의 하나 이상의 액체 분배기와 하나 이상의 증류 트레이가 배치되는 개방 내부 영역을 형성하는 원통형 직립 쉘을 포함한다. 액체 분배기는 하나 이상의 하강 액체 스트림을 증류 트레이의 수평 단면에 걸쳐 보다 균일하게 분배하는 데 사용되어, 이어서 하강 액체 스트림과 하나 이상의 상승 증기 스트림 간의 접촉을 용이하게 한다. 몇몇 컬럼은 트레이 대신에 하나 이상의 물질 전달 베드를 채용한다. 물질 전달 베드는 기지의 다양한 타입의 물질 전달 디바이스를 포함하는데, 이러한 물질 전달 디바이스는 구조화 그리드 또는 무작위적인 패킹과 같은 종래부터 알려진 디바이스를 포함하며 이들로 제한되지 않는다. 통상 패킹된 베드의 분할 박스로부터 공급되는 액체는 패킹된 베드 분배기를 사용하여 베드로 분배된다. 신규의 액체 분배기는 액체를 패킹된 베드 분배기로 더욱 균일하게 분배하기 위해 보다 통상적인 패킹된 베드의 분할 박스 대신에 사용될 수 있다.

컬럼은 분류 생성물을 얻는 것을 포함하는, 액체 스트림 및 증기 스트림을 처리하는 데 사용되는 타입의 것이다. 컬럼은 원통형 구성을 가질 수도 있으며, 다각형을 포함하는 다른 형상을 사용할 수도 있다. 컬럼은 임의의 적절한 직경과 높이의 것이며, 컬럼 내에 존재하는 액체와 조건에 대해 불활성이거나, 그렇지 않으면 상용성인 적절한 강성재로 구성된다.

액체 스트림은 컬럼의 높이를 따른 적절한 부위에 배치된 공급 라인을 통해 컬럼으로 안내된다. 공급 라인은 통상적으로 액체만을 전달하지만, 액체를 동반한 증기를 전달하거나 액체 대신에 증기를 전달할 수도 있다. 컬럼은 적어도, 증기 생성물이나 부산물을 제거하는 오버헤드 라인과 컬럼으로부터 액체 생성물이나 부산물을 제거하는 저부 스트림 취출 라인도 포함한다. 리플럭스 스트림 라인, 리보일러, 응축기, 증기 호른(vapor horn) 등과 같은 다른 컬럼 구성 요소도 마련될 수 있다.

이제 도 1, 도 2, 도 3 및 도 5로 돌아가면, 액체 분배기(2)는 바람직하게는, 흐름 파이프(6)에서 안내되는 액체 스트림으로부터의 액체를 수용하는 긴 트로프(4)를 포함한다. 흐름 파이프(6)는 액체를 배출하는 일련의 배출 구멍(24)을 갖는다. 흐름 파이프(6)는 중력이 액체 유입에 기여하게 하도록 트로프(4) 위에 배치된다. 흐름 파이프(6)는 통상 5 내지 91 cm(2 내지 36 인치) 범위의 직경을 갖지만, 보다 큰 직경도 적절하다. 배출 구멍(24)의 집합적 면적은 통상 흐름 파이프(6) 단면의 50 % 미만에 이른다. 흐름 파이프(6)는 직선형의 "T"자 구성, "H"자 구성과 같은 다양한 구성의 것일 수도 있고, 측부 분기부를 지닌 주요 헤더를 포함할 수도 있다.

트로프(4)는 바람직하게는 제1 방향으로 수평으로 연장되며, 컬럼의 직경 또는 적어도 컬럼의 상당 부분에 해당하는 길이의 것이다. 트로프(4)는 바닥(12)에 의해 연결된 양측벽(8, 10)과 단부벽(14, 16)을 갖는다. 바닥(12)에는 적어도 하나의 증류 트레이로 액체를 이송하는 복수 개의 배출 구멍(18)이 마련된다. 컬럼(3)에서, 트로프는 통상 길이 방향으로 연장되는 컬럼(3)의 중앙을 관통하여 배치된다. 트로프는 바람직하게는 완전히 또는 실질적으로 컬럼 전반에 걸쳐 연장되고, 쉘의 내면에 용접된 상부 링과 같은 수단에 의해 단부에서 지지된다. 트로프 위에 배치된 중간 배치 빔, 트로프를 흐름 파이프에 부착하는 것 및 분배기 지지 그리드에 의한 것과 같은 다른 지지 수단을 사용할 수 있다. 트로프의 크기 및 특정 구성은 의도되는 용례의 특정 액체 및 증기 부하 요건에 부합하도록 변동될 수 있다.

트로프(4)는 바닥(12)에 배치된, 서로 이격되어 있는 복수 개의 액체 배출 구멍(18)을 포함한다. 배출 구멍(18)은 바람직하게는 특정 컬럼 및 증류 트레이에 맞춰진 미리 선택된 패턴으로 배치된다. 배출 구멍(18)의 패턴은 트로프(4)의 길이를 따라 연장된다. 배출 구멍(18)은 통상 원형이며 동일한 크기이지만, 다른 형상을 갖고 상이한 크기의 것일 수도 있다. 액체는 배출 구멍(18)을 통과하여 역시 컬럼(3) 내에 수납된 증류 트레이 또는 패킹된 베드 분배기(35) 상으로 하강한다(증류 트레이 또는 패킹된 베드 분배기의 세부 사항은 도시하지 않음).

액체 분배기(2)의 트로프는 트로프의 길이를 따라 연장되는 v자형 천공 플레이트를 수납한다. v자형 플레이트(20)는 증기가 배출되는 것을 허용하는 것과 동 시에 액체에서의 난류와 모멘텀을 감소시키거나 제거한다. 배출 구멍(18)에 관하여, v자형 플레이트(20)의 천공부(22)는 통상 원형이고 동일한 크기의 것이지만, 다른 형상을 갖고 상이한 크기의 것일 수도 있다. 천공부는 분할 기능을 달성하지만, 이와 동시에 v자형 플레이트에서 부적절하게 액체를 지지하고 축적하지 않기에 충분한 크기의 것이다. 천공부(22)는 임의의 패턴으로 구성될 수 있지만, 바람직하게는 v자형 플레이트(20)의 전체 표면에 걸쳐 연장되는 균일한 패턴으로 이격되어 있다. 본 발명의 일실시예에서, 액체가 v자형 플레이트(20)를 통과하는 개구 영역인 천공부(22)는 v자형 플레이트의 표면적의 최대 40 %까지 마련된다. v자형 플레이트(20)는 트로프(4)에 의해 형성된 체적 내로 연장되지만, 트로프(4)의 바닥(12)에 접촉할 정도로 연장되지는 않는다. v자형 플레이트(20)의 베이스가 트로프(4)에 있는 액체 헤드에 인접하게 위에 있는 것이 바람직하다. 일실시예에서, v자형 플레이트의 베이스, 즉 v자형 플레이트의 하부 지점은 트로프의 바닥으로부터 6 인치이다. 물론, 이 치수는 구성에 따라 변경될 수 있다.

일실시예에서, v자형 플레이트는 트로프(4)의 폭만큼 뻗어, 측벽(8)에서 측벽(10)까지 연장된다(도 5 참고). 다른 실시예에서, v자형 플레이트는 트로프(4) 내에서 지지되지만, 측벽(8)에서 측벽(10)까지 연장되지는 않는다. 대신에, v자형 플레이트를 트로프(4)의 체적 내에 지지하기 위해서 버팀대(30)가 사용된다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 2개의 상이한 실시예를 확대 비교하여 보여준다. 도 9a는 측벽(8)에서 측벽(10)까지 연장되는 v자형 플레이트(20)를 보여준다. 도 9b는 측벽(8)에서 측벽(10)까지 연장하는 대신, 버팀대(30)에 의해 지지되는 v자형 플레 이트(20)를 보여준다. 각 구성은 트로프를 통한 적절한 배출을 허용한다. 도 9a에서, 측벽(8, 10)의 상부에 인접한, v자형 플레이트에 있는 천공부(22)는 증기가 v자형 플레이트를 통과하는 것을 허용한다(화살표 32로 나타냄). v자형 플레이트(20)의 베이스에 인접한, v자형 플레이트에 있는 천공부(22)는 액체가 v자형 플레이트를 통과하는 것을 허용한다(화살표 34로 나타냄). 도 9b에서, 버팀대(30)는 증기가 트로프를 통과하여 배기되게 한다(화살표 32로 나타냄). v자형 플레이트(20)에 있는 천공부(22)는 액체가 v자형 트로프를 통과하는 것을 허용한다(화살표 34로 나타냄).

필수적인 것은 아니지만, 최대 효율은 v자형 플레이트의 v자의 베이스가 흐름 파이프(6)의 배출 구멍(24)과 정렬되게 위치 설정될 때 달성된다. v자형 천공 플레이트가 w 형상과 같은 복수의 v자 형상을 포함하는 것은 본 발명의 범위에 속한다(도 8 참고). w자 형상은 흐름 파이프(6)가 2열의 배출 구멍을 갖는 경우와 같은 조건에서 유리할 수 있다. 플레이트는 w자를 구성하는 제1 v자의 베이스가 흐름 파이프의 제1 열의 배출 구멍과 정렬되고, w를 구성하는 제2 v자의 베이스가 흐름 파이프의 제2 열의 배출 구멍과 정렬되도록 위치 설정될 것이다.

유체 스트림이 배출 구멍을 통해 흐름 파이프를 빠져나갈 때, 스트림은 배출 구멍 아래의 국부적인 영역에서 주로 수직 방향으로 하방으로 흐른다. 스트림이 계속해서 트로프의 바닥으로 흐르면, 트로프의 상이한 배출 구멍을 통과하는 유체의 양과 유체의 속도는 배출 구멍의 위치에 따라 상이할 것이다. 예컨대, 흐름 파이프의 배출 구멍과 수직 방향으로 정렬된 배출 구멍은 흐름 파이프의 배출 구멍과 정렬되지 않았던 배출 구멍보다 높은 속도의 보다 큰 체적의 액체를 제공할 수 있다. 더욱이, 흐름 파이프를 빠져나가고 트로프의 바닥에 충돌하는 액체의 의해 매우 큰 난류가 생성된다. 난류는 액체가 트로프의 배출 구멍을 통과하는 것을 더 방해한다. 본 발명은 v자형 플레이트를 채용하는 것에 의해 유체 파이프의 배출 구멍에서 나온 액체 스트림을 트로프의 바닥 앞에서 저지한다. v자형 플레이트는 흐름 파이프를 빠져나오는 각각의 유체 스트림을 트로프의 바닥에 걸쳐 균일하게 퍼지는 보다 많은 개수의 작은 스트림으로 분할하도록 작용한다. 더욱이, 유체 파이프로부터 나온 큰 유체 스트림을 보다 작은 많은 스트림으로 분할하는 과정에 의해 액체의 속도가 감소되고 트로프의 바닥으로 하강하는 많은 작은 스트림의 속도가 조절된다. 유체 파이프로부터 나온 큰 유체 스트림을 보다 작은 많은 스트림으로 분할하는 것은 또한 트로프의 바닥에서 액체의 난류를 현저히 감소시키도록 작용한다. 전체적인 결과는 트로프의 바닥 상으로의 보다 균일하고 난류성이 덜한 액체의 분배이며, 이것은 또한 다른 액체 분배기 구성에 비해 바닥의 배출 구멍을 통한 보다 균일한 액체 분배를 허용한다.

흐름 파이프의 구성 및 흐름 파이프에서의 액체의 속도에 따라, 흐름 파이프의 배출 구멍으로 배출되는 액체 스트림은 예상되는 수직 방향 성분뿐만 아니라 수평 방향 성분을 가질 수 있다. 이에 따라, 스트림은 흐름 파이프로부터 배출 구멍과 정렬된 수직면에서 소정 각도로 외측 방향으로 분출될 수 있다. 흐름 파이프의 배출 구멍에서 나온 액체 스트림의 수평 방향 성분은 억제되지 않은 상태로 남겨진 경우에 v자형 플레이트의 상이한 천공부를 통과하는 액체가 상이한 방향성 흐름 모 멘텀을 갖고 액체 헤드 불균형을 형성하는 것을 야기할 수 있다. v자형 플레이트에 의해 형성되는 작은 스트림은 균일한 액체 분배를 제공하는 데 실패할 것이며, 그 대신에 상이한 스트림의 모멘텀의 수평 방향 성분에 따라 트로프의 부분에 큰 체적을 집중시킬 것이다.

이 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일실시예는 v자형 플레이트(20)에 의해 형성된 체적 내에 수직 방향으로 수납되는 디바이더(34)를 채용한다. 디바이더는 바람직하게는 흐름 파이프의 배출 구멍을 사이에 두고 v자형 플레이트의 길이를 따라 균일하게 이격되어 있다. 디바이더는 v자형 플레이트의 베이스에서 v자형 플레이트와 접촉하며, v자형 플레이트(20)의 체적 내에 구역(36)을 형성하도록 적어도 부분적으로 v자형 플레이트의 면 위에 있다. 디바이더(34)는 트로프의 상부에 이를만큼 충분한 높이의 것이며, 도 3에 도시한 바와 같이 수직 방향으로 v자형 플레이트(20)와 트로프(4)를 넘어 흐름 파이프(6)와 v자형 플레이트(20) 사이의 공간으로 연장될 수 있다. 디바이더(34)와 v자형 플레이트(20)의 접촉은 액체가 디바이더(34)와 v자형 플레이트 사이로 흐르지 않고, 구역에서 구역으로, 적어도 v자형 플레이트(20)의 베이스 근처에서 흐르지 않게 한다. 디바이더는 v자형 플레이트(20)에 의해 형성되는 체적의 형상에 일치하는 삼각형 형상일 수도 있고(도 5), 디바이더(34)는 구역 오버플로우 채널(38)을 형성하도록 5개의 변을 갖는 다각형 형상일 수도 있다(도 11). 구역 오버플로우 채널(38)은 단지 한 구역에 있는 액체 헤드가 구역 오버플로우 채널(38) 레벨까지 비정상적으로 높게 상승하는 경우에만 액체가 구역에서 구역으로 흐르는 것을 허용할 것이다. 이것은 전복, 부스러기가 v자형 플레이트에 있는 천공부를 막는 등과 같은 경우에 트로프의 범람을 방지한다. 액체의 레벨이 구역 오버플로우 채널(38) 아래로 남아 있기만 하면, 구역(36) 사이에서의 액체 흐름은 디바이더(34)에 의해 차단된다. 흐름 파이프(6)를 빠져나가는 액체가 수평 방향 성분의 모멘텀을 갖는 경우, 액체는 디바이더(34)에 대하여 충돌하고, 디바이더(34)의 표면을 따라 배수되며, 특정 구역(36) 내에 보유될 것이다. 수평 방향 성분의 모멘텀이 붕괴되고, 천공부(22)를 통한 보다 균일한 액체 분배가 얻어진다.

예

본 발명의 유효성을 증명하기 위해서, 비교 연구를 실시하였다. 3개의 상이한 장치를 비교하였다. 제1 장치는 v자형 플레이트를 포함하지 않았다. 대신에, 편평한 천공형 수평판을 트로프 내에 설치하여, 흐름 파이프의 배출 구멍에서 트로프의 바닥에 있는 배출 구멍으로의 액체 흐름을 저지하였다. 유사한 장치가 US 5,209,875 및 US 5,573,714에 설명되어 있다. 다음 장치는 본 발명의 v자형 플레이트를 포함하였다. 마지막 장치는 신규의 v자형 플레이트를 구비하고, 흐름 파이프의 배출 구멍 사이에 있는 부위에서 v자형 플레이트의 체적 내에 수직 방향으로 위치 설정된 디바이더를 추가로 구비하였다. 각각의 장치는 동일한 액체를 사용하여 동일한 조건으로 작동하였다. 각각의 장치의 성능을, 3개의 상이한 액체 헤드 깊이에서 트로프의 바닥에 3개의 상이한 배출 구멍 배턴을 갖는 것으로 하여 9회 분석하였다. 3개의 상이한 배출 구멍 패턴에는 패턴 A, 패턴 B 및 패턴 C라는 라벨을 붙였다. 각 실험에서, 트로프의 바닥에 있는 배출 구멍을 빠져나가는 액체의 유량을 측정하고, 백분률(최대/최소)-1 분배 계산을 수행하였다. 백분율 분배가 작을수록, 액체 분배는 더 균일하였다. 수집된 데이터는 표에서 확인된다.

[표]

	v자형 플레이트 없음			v자형 플레이트			디바이더를 지닌 v자형 플레이트
액체 헤드 깊이 (인치)	2	6	10.5	2	6	10.5	2	6	10.5
패턴 A	62 %	21 %	10 %	49 %	13 %	3 %	21 %	10 %	6 %
패턴 B	149 %	138 %	13 %	101 %	48 %	12 %	45 %	25 %	3 %
패턴 C	485 %	485 %	18 %	138 %	58 %	20 %	147 %	18 %	13 %

데이터가 보여주는 바와 같이, v자형 플레이트와 디바이더를 지닌 v자형 플레이트가 다른 액체 분배기보다 우수한 성능을 나타냈다. 하나의 실험을 제외한 모든 실험에서, v자형 플레이트를 구비하는 액체 분배기 양자는 v자형 플레이트가 없는 액체 분배기보다 균일한 유량을 나타냈다. 종종, 향상은 극적이었다. 이 예는 특정 용례에서 v자형 플레이트 또는 디바이더를 지닌 v자형 플레이트를 사용하는 것이 액체 분배의 균일성을 증가시킬 수 있다는 것을 증명한다.

Claims (10)

1. 복수 개의 액체 배출 구멍(18)을 지닌 바닥(12)에 의해 상호 연결되고 서로 이격되어 있는 제1 측벽(8)과 제2 측벽(10)을 구비하는 적어도 하나의 트로프(trough)(4)와,

   복수 개의 천공부(22)를 지니고, 상기 트로프(4)의 제1 측벽(8)과 제2 측벽(10) 사이에 배치되는 적어도 하나의 긴 v자형 플레이트(20)

   를 포함하는 액체 분배기.
2. 제1항에 있어서, 배출 구멍(24)을 지닌 흐름 파이프(6)를 더 포함하고, 이 흐름 파이프(6)는 배출 구멍(24)이 트로프(4)와 정렬되게 상기 트로프(4) 위에 배치되는 것인 액체 분배기.
3. 제1항에 있어서, 상기 v자형 플레이트(20)는 소정 체적을 형성하며, 상기 액체 분배기는 v자형 플레이트(20)에 의해 형성된 체적 내에 수직으로 배치되는 복수 개의 디바이더(divider)(34)를 더 포함하고, 이 디바이더(34)는 구역 오버플로우 채널(38)을 형성하는 것인 액체 분배기.
4. 제3항에 있어서, 배출 구멍(24)을 지닌 흐름 파이프(6)를 더 포함하고, 이 흐름 파이프(6)는 배출 구멍(24)이 트로프(4)와 정렬되게 상기 트로프(4) 위에 배 치되며, 상기 디바이더(34)는 흐름 파이프(6)의 배출 구멍(24)의 위치 사이에 배치되는 것인 액체 분배기.
5. 제1항에 있어서, 상기 트로프(4)의 바닥(12)에 있는 액체 배출 구멍(18)에 인접한 적어도 하나의 물질 전달 베드(35)를 더 포함하는 액체 분배기.
6. 흐름 파이프를 통해 액체를 안내하는 단계와,

   상기 흐름 파이프에 있는 일련의 배출 구멍을 통해 흐름 파이프로부터 액체를 배출하는 단계와,

   배출된 액체를 v자형 플레이트의 천공부를 통해, 바닥에 의해 상호 연결되고 서로 이격되어 있는 제1 측벽과 제2 측벽을 지닌 트로프로 안내하는 단계로서, 상기 바닥은 복수 개의 액체 배출 구멍을 갖고, 상기 v자형 플레이트는 트로프의 제1 측벽과 제2 측벽 사이에 배치되는 것인 단계와,

   상기 트로프의 바닥에 있는 액체 배출 구멍을 통해 액체를 통과시키는 단계

   를 포함하는 액체 분배 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 트로프의 바닥에 있는 액체 배출 구멍에서 나온 액체를 적어도 하나의 증류 트레이나 하나의 패킹된 베드 분배기와 접촉시키는 단계를 더 포함하는 액체 분배 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 흐름 파이프에서 배출된 액체를 v자형 플레이트의 구역으로 안내하는 단계와, 상기 구역 사이에서의 액체 흐름의 적어도 일부를 제한하는 단계를 더 포함하고, 상기 구역은 v자형 플레이트에 의해 형성된 소정 체적 내에 수직으로 배치되고 흐름 파이프의 배출 구멍을 사이에 두고 이격되어 있는 디바이더에 의해 형성되는 것인 액체 분배 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 트로프의 바닥에 있는 액체 배출 구멍을 통과한 후의 액체는 수평 방향 모멘텀 성분을 갖지 않고 난류를 갖지 않는 것인 액체 분배 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 v자형 플레이트를 통해 증기를 배기하는 단계를 더 포함하는 액체 분배 방법.

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