KR101354300B1 - 병류 접촉 장치를 위한 향상된 접촉 단 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 기액 접촉을 실시하기 위한 향상된 접촉이 기술되어 있다. 특정 양태는 고용량, 고효율 및 낮은 압력 강하를 달성하기 위해, 유체 흐름 및 접촉을 위한 칼럼 공간의 효율적인 사용을 제공하는 비평행 접촉 단을 갖는 병류 기액 접촉 장치에 관한 것이다. 이러한 접촉 단의 제조는 1 이상의 구조적 향상, 바람직하게는 향상의 조합을 이용하여 용이한 설치 및 상당히 향상된 다양한 부분들 간의 강성도를 달성하고, 이로써 이들 부분들 간의 이동/분리를 방지함으로서 개선된다. 이는 상기 접촉 단의 유체 누설 및 결과적으로는 증기 및/또는 액체 우회의 가능성을 감소시킨다.

Description

병류 접촉 장치를 위한 향상된 접촉 단{IMPROVED CONTACTING STAGES FOR CO-CURRENT CONTACTING APPARATUSES}

본 발명은 분별 증류 또는 다른 질량 및/또는 열 전달 조작에서의 기액 접촉을 실시하기 위한 장치용의 접촉 단에 관한 것이다. 본 발명은 더욱 구체적으로 보다 우수한 일체성 및 설치 용이성을 위한 접촉 단의 구조에서의 향상에 관한 것이다.

분별 트레이 및 패킹과 같은 증기-액체 접촉 장치를 사용하여 특히 석유 및 석유 화학 산업에서 매우 다양한 분리를 수행한다. 예컨대 분별 트레이를 이용하여 탄화수소를 유사한 상대 휘발도 또는 비점을 갖는 분획으로 분리한다. 이러한 분획은 나프타, 디젤 연료, LPG 및 중합체와 같은 석유 정련 및 석유 화학 가공의 원유 유래 생성물을 포함한다. 일부 경우, 트레이를 이용하여 동일한 화학적 또는 기능적 등급의 다른 것들로부터 특정 화합물, 예컨대 알콜, 에테르, 알킬 방향족, 단량체, 용제, 유기 화합물 등을 분리한다. 트레이는 또한 가스 가공 및 흡착 분리 조작에 사용한다. 상이한 이점 및 단점을 갖는 매우 다양한 트레이 및 다른 접촉 장치가 개발되어 있다.

분별 트레이 및 패킹은 예컨대 상기 설명한 용도에서 증류 장치에 사용되는 종래의 증기-액체 접촉 장치의 우세한 형태이다. 트레이의 경우, 통상적인 분별 칼럼은 분리의 용이성(상대적인 휘발도 차이) 및 소정 생성물 순도에 따라 10 내지 250 개의 이들 접촉 장치를 이용할 것이다. 종종 칼럼 내 각각의 트레이의 구조는 유사하지만, 수직 인접 트레이에 대해서 상이할 수도 있음(예컨대 교대)도 공지되어 있다. 트레이를 보통 칼럼의 트레이 간격으로 지칭되는 균일한 수직 거리로 수평으로 장착한다. 그러나, 이 거리는 칼럼의 상이한 부분마다 다를 수 있다. 트레이를 종종 칼럼 벽의 내면에 용접된 고리에 의해 지지한다.

분별 증류는 종래에는 전반적인 하향 액체 흐름 및 상향 증기 흐름을 갖는 직교류 또는 역류 접촉 장치에서 수행되어 왔다. 장치의 몇몇 지점에서, 기상 및 액상이 접촉하여 기상 및 액상이 성분을 교환 가능하게 하고, 서로 증기-액체 평형에 가능한 한 가까이 접근하거나 이를 달성한다. 그 다음, 증기 및 액체를 분리하고, 이들의 각각의 방향으로 이동시킨 후, 상이한 단에서 다른 양의 적당한 유체와 재차 접촉시킨다. 다수의 종래의 증기-액체 접촉 장치에서, 증기 및 액체를 각각의 단에서 직교류 정렬로 접촉시킨다. 대안적인 장치는, 장치 내 전체적인 흐름이 계속 역류 상태에 있으면서, 액상 및 기상 사이의 각각의 단의 실제 접촉이 적어도 부분적으로 병류 물질 전달 구역에서 수행된다는 점에서, 종래의 다수 단 접촉 시스템과는 상이하다.

종래의 트레이를 이용하는 분별 증류 공정 동안, 칼럼의 바닥에서 생성되는 증기는 대량의 액체를 지지하는 트레이의 데킹(decking) 영역 위에 펼쳐진 다수의 작은 천공을 통해 상승한다. 증기가 액체를 통과하여 포말로 지칭되는 기포의 층을 생성시킨다. 포말의 표면적이 크면 트레이 위의 기상과 액상 사이의 조성 평형을 확립하는 것을 돕는다. 그 다음, 포말이 증기 및 액체로 분리되게 한다. 증기-액체 접촉 동안, 증기는 액체에 휘발성이 더 적은 재료를 잃어서, 증기가 각각의 트레이를 통해 상향 통과하면서 조금 더 휘발성이 된다. 동시에, 액체가 트레이로부터 트레이로 하향 이동하면서, 액체 중 휘발성이 더 적은 화합물의 농도가 증가한다. 액체가 포말로부터 분리되어 다음 하부 트레이로 하향 이동한다. 이 계속적인 포말 형성 및 증기-액체 분리는 각각의 트레이 위에서 수행된다. 따라서, 증기-액체 접촉 장치는 상승하는 증기와 액체의 접촉, 및 그 후 2개의 상을 분리하고 상이한 방향으로 흐르게 하는 2가지 기능을 수행한다. 단계가 상이한 트레이 위에서 적절한 회수만큼 수행될 경우, 다수의 평형 단의 분리가 달성될 수 있어 화학적 화합물의 상대적인 휘발도를 기준으로 한 이의 효과적인 분리가 이루어진다.

이러한 분리를 개선하기 위한 노력으로 패킹 및 트레이를 포함하는 다수의 상이한 유형의 증기-액체 접촉 장치가 개발되어 왔다. 상이한 장치는 상이한 이점을 갖는 경향이 있다. 예컨대, 다수의 하강관(downcomer) 트레이는 높은 증기 및 액체 용량, 및 유의적인 범위의 조작 속도에 걸쳐 효과적으로 기능하는 능력을 갖는다. 구조화된 패킹은 낮은 압력 강하를 나타내는 경향이 있으며, 이것이 이를 저압 또는 진공 조작에서 유용하게 한다. 천공 데크(deck)는 효과적인 접촉 장치이지만, 특히 분별 개구 면적이 크더라도 상대적으로 작은 데크 면적에서 사용시 칼럼 내에 높은 압력 강하를 초래할 수 있다. 임의의 증기-액체 접촉 장치의 성능을 평가하는 데에 사용되는 2가지 중요한 변수는 용량 및 효율이다. 그러나, 이들 모두 증기-액체 접촉 장치에서 액체 또는 증기의 불균일 분배(maldistribution)가 일어나는 경우 손상될 수 있다. 액체 또는 증기의 불균일 분배는 하나의 단에서 다음 단으로 전달되어 장치의 용량 및 효율을 전체적으로 감소시키는 경향이 있다.

공지된 증기-액체 접촉 장치의 특정 예는 예컨대 수평 층으로 배치된 다수의 구조 유닛 내 증기 및 액체의 병류 접촉을 위한 US 6,682,633에 기재된 것을 포함한다. US 5,837,105 및 관련된 US 6,059,934는 트레이를 가로질러 펼쳐진 다수의 병류 접촉 단면을 갖는 분별 트레이를 개시한다.

상기 논의된 이슈 및 다른 고려를 해결한 다른 장치 및 이들 장치를 삽입한 기구가 본 명세서에서 참고로 인용하는 US 7,424,999에 기재되어 있다. 이들 장치는 수평 단 내의 접촉 모듈로서, 종래의 트레이 유사 구성과는 상이하다. 하나의 단의 모듈이 하단(inferior stage), 상단(superior stage) 또는 양쪽의 모듈에 대해 비평행으로 회전한다. 접촉 모듈은 적어도 액체 분배기(하강관), 및 접촉 부피부(contacting volume)를 함께 한정하는 데미스터(demister)(증기-액체 분리기), 즉 병류 유동 채널(flow channel)을 포함한다. 상승하는 증기가 접촉 부피부에 진입하고, 액체 분배기로부터 배출되는 액체를 혼입(entrainmnent)한다. 상승하는 증기 및 혼입된 액체는 접촉 부피부 내에서, 증기 및 액체를 분배 또는 분리하여 접촉 후 이들 스트림을 각각 상향 또는 하향으로 개별적으로 유동시킬 수 있는 데미스터로 병류로 운반된다. 데미스터에서 나오는 액체는 수취 팬(receiving pan)으로 유동한 후, 덕트(duct)를 통해 하향 이동한다. 단일 수취 팬과 관련된 덕트 각각은 액체를 하위 접촉 단의 개별 하강관으로 보낸다. 데미스터에서 나가는 증기는 수취 팬 위의 유체 전달 부피부로 유동한 후, 상위 접촉 단의 접촉 부피부로 유동한다.

따라서, 이들 간의 데미스터 및 하강관은 함께 작용하여 소정의 접촉 단의 1 이상의 병류 접촉 모듈을 형성한다. 이러한, 디메스터 및 하강관은 일반적으로 기액 접촉 장치의 특정 단면, 일반적으로 원형에 걸쳐 연장하는 신장된 구조이다. 소정의 접촉 단에 대해서, 병류 접촉 모듈은 상기 모듈을 분리하는 수취 팬과 함게 전체 단면을 커버하도록 배치된다. 따라서, 이러한 접촉 단의 제작은 설치 용이성, 표준화된 부분 구조화, 및 온도 및 압력 변화 하에 작용 과정에 걸치 부분들 간의 이동 및/또는 분리를 방지하는 충분한 구조적 일체성과 관련하여 많은 고려 사항을 포함한다. 이러한, 특히 상기 제작 및 설치와 관련한 접촉 단의 향상은 계속 탐구되고 있다.

본 발명은 기액 접촉을 실시하기 위한 1 이상의 개별 접촉 모듈을 포함하는 향상된 접촉 단의 발견과 관련이 있다. 특별한 관심의 대상인 병류 접촉 모듈은 (i) 상위 단의 수취 팬의 덕트로부터 액체를 받는 하강관에 존재하는 하향 흐름 액체, 및 (ii) 하위 단의 데미스터 출구에 존재하는 상향 흐름 증기 둘 모두가 병류 흐름 채널로 배출되는 모듈이다. 따라서, 본 발명은 액체 취급 용량을 감소시킴 없이 한 단에서 다른 하급 단으로 액체를 전달하기 위한 비평행 단 및 구조체를 갖는 병류 기액 접촉 장치를 적용한다. 이러한 장치는 높은 용량, 높은 효율 및 낮은 압력 강하를 달성하기 위해, 유체 흐름 및 접촉을 위한 칼럼 공간을 효율적으로 사용하는 것을 제공한다.

이러한 접촉 단의 제작은 1 이상의 구조적 강화, 바람직하게는 강화 조합을 이용하여 다양한 부분들 간의 상당히 향상된 강성도를 달성하고, 이로써 이러한 부분들의 이동/분리를 방지하여 향상되었다. 이는, 최종적으로 소정의 병류 병류 접촉 장치가 달성되도록 고안된 기액 분리의 효율을 감소시킬 수 있는, 접촉 단의 유체 누출, 및 결과적으로 증기 및/또는 액체 우회의 가능성을 감소시킨다. 본 발명은 특정 양태는 데미스터, 하강관 및 수취 팬을 포함하는 접촉 단의 일부가 장착 및/또는 확보되는 방식에 관한 것이다. 본 원에서 기술되는 바와 같이, 상기 장착, 및 생성되는 접촉 단의 구조적 일체성의 중요한 이점은 조합으로 작용하는 다수의 구조적 강화로부터 유도될 수 있다.

따라서, 본 발명의 양태는 분류 칼럼 및 다른 기액 접촉 공정에서 사용하기 위한 고용량 및 고효율의 병류 기액 접촉 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 일반적으로 복수의 접촉 단을 포함하며, 이들 각각은, 예를 들어 접촉 장치의 원통형 용기 중 한정된 공간에 및 그 용기의 단면을 포괄하는 안전한 방식으로 장착될 수 있도록 제작되어야 하는 다수의 부분 또는 부재를 포함한다. 따라서, 본 발명은 병류 접촉 장치를 위한 향상된 접촉 단으로서, 상기 하강관, 데미스터 및 수취 팬이, 증기 및 액체 두개의 상 사이의 접촉 없이 상기 접촉 단에 걸친 증기 및/또는 액체의 통로 또는 우회를 최소화 또는 방지하는 실링 또는 실질적인 실링 방법으로 확보되는 향상된 접촉 단에 관한 것이다.

한 실시양태에 따르면, 본 발명은 병류 기액 접촉을 실시하기 위한 장치용 접촉 단에 관한 것이다. 상기 접촉 단은 이격되어 있고 상기 데미스터 유닛의 정상부 위에 연장하는 연결 플랜지를 갖는 복수의 개별 데미스터 유닛을 포함하는 한 쌍의 데미스터 열을 포함한다. 상기 접촉 단은 상기 이격된 데미스터 열의 교대 측 상에 한 쌍의 수취 팬을 추가로 포함하고, 일반적인 하강관이 연장하는 공간에 인접하는 측 반대의 각각의 데미스터 열의 상에 수취 팬이 있다. 상기 하강관은 상기 이격된 데미스터 열 사이에 연장하고, 상기 데미스터 유닛의 주입구 표면에 의해 한 쌍의 병류 채널을 한정하며, 이들 각각은 상기 하간광의 반대 상에 있다. 상기 하강관의 배출구는 일반적으로 상기 병류 채널 둘 모두 사이 중심에 위치하고, 및/또는 이와 유체 소통한다.

대표적인 실시양태에서, 동일한 데미스터 열(데미스터 열의 쌍)의 모든 데미스터 유닛은 상기 동일한 수취 팬(수취 팬의 쌍) 위의 배출구 표면을 가진다. 유사하게는, 상기 동일한 데미스터의 모든 데미스터의 주입구 표면은 동일한 병류 흐름 채널과 유체 소통할 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 하강관, 데미스터 열, 및 이로부터 한정된 병류 흐름 채널은 소정의 접촉 단의 병류 접촉 모듈을 제공한다. 일반적으로, 본 원에서 기술된 기액 접촉 장치는 다중 접촉 단을 이용하게 되며, 이들 각각은 복수의 병류 접촉 모듈을 갖고, 이는 소정의 접촉 단에 걸쳐 흔히 평행하게 배치된다(즉, 이러한 열들 간의 데미스터 열 및 병류 흐름 채널의 쌍은 평행하게 연장함). 중심 수취 팬은, 흔히 인접하는 모듈의 데미스터 열과 평행하게 그 사이에서 연장하는 반면, 말단 수취 팬은 소정의 접촉 단의 데미스터 열 및 상기 용기 쉘 또는 벽 사이에서 연장한다.

따라서, 대표적인 접촉 단은 1 이상의 모듈(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 모듈)을 포함하며, 각각은 두개의 데미스터와 연관된 하강관을 가진다. 대표적인 접촉 단은 수취 팬과의 교대 배치로 모듈을 가지며, 여기서 단 중 수취 팬의 수는 일반적으로 각각의 접촉 단의 말단 둘 모두 상의 최말단 수취 팬의 대체로 인해 하강관의 수를 하나 초과하게 된다.

데미스터 열의 개별 데미스터 유닛은 각가 상기 하강관 및 상기 데시크너 열에 인접하는 수취 팬의 정상부 및 바닥부 섹션에서 고정된다. 한 실시양태에 따라서, 연결 플랜지에서 각각의 데미스터의 정상부 섹션을 고정하는 데 연결 앵글이 사용된다. 상기 연결 앵글은, 예를 들어 상기 연결 플랜지의 상이 일부뿐만 아니라 상기 연결 플랜지에 인접하는 하강관 벽이 상위 섹션을 연장 또는 폴딩 및 커버링하여, 상기 데미스터 유닛의 정상부 섹션의 안전한 연결을 제공할 수 있다. 대표적인 실시양태에서, 복수의 파스너(fastener)가 사용될 수 있으며, 이들 파스너를 데미스터 유닛의 상기 연결 플랜지 및 인접하는 하강관 벽 섹션 둘 모두뿐만 아니라, 상기 연결 앵글의 반대면을 통해 연장하며, 상기 반대면에 이에 파스너의 말단이 고정된다. 상기 파스터는, 예를 들어 용접되거나 압력 세팅(pressure set)될 수 있다. 압력 세팅을 이용하는 특정 실시양태에서, 상기 연결 앵글의 반대면뿐만 아니라, 상위 연결 플랜지 부위 및 이들 반대면들 사이에 위치하는 인접하는 하강관 벽 섹션 중의 정렬된 L형 개구부를 통해 연장될 수 있다.

따라서, 데미스터 유닛의 연결 플랜지는 이들을 이의 정상부 섹션에서 하강관의 벽 섹션에 고정시키는 데 사용되며, 동일한 데미스터 열의 데미스터 유닛이 동일한 데미스터 벽에 고정된다. 흔히, 병류 채널의 기하구조로 인해, 병류 흐름 채널을 한정하는 데미스터 유닛 및/또는 하강관은 다소 수직에 대해서 기울어져 있다. 또한, 상기 데미스터 유닛은 일반적으로 상기 하강관의 각도와 정렬되어 기울어져 있지 않다. 따라서, 상기 데미스터의 연결 플랜지는 일반적으로 이들이 고정되는 하강관과 정렬되어(즉, 동일한 각으로 연장함) 휘도록 충분한 가요성을 가진다. 따라서, 상기 연결 플랜지의 이러한 정렬 각도는 일반적으로 이들 및 상기 데미스터 유닛의 주입구 표면 간의 각도(즉, 선형 180° 각도가 아님)를 생성하게 된다. 대표적인 실시양태에 따라서, 상기 연결 플랜지는 상기 데미스터 유닛의 표면을 커버하는 정상부 플레이트으로부터 상향으로 휘어 있다. 상기 데미스터 유닛의 주입구 및 배출구 표면과는 달리, 이러한 정상부 표면은 액체 또는 증기의 통과를 허용하지 않으며, 따라서, 이러한 정상부 표면을 커버링하는 플레이트는 일반적으로 비천공형이다.

본 발명의 추가 양태는, 상기 정상부 섹션에 대해서 논의된 바와 같이, 접촉 단을 통하는 동안 증기 및/또는 액체의 우회를 감소시키거나 제거하는 방식으로 상기 데미스터 유닛의 바닥부 섹션을 고정시키는 것에 관한 것이다. 상기 데미스터 유닛의 한 장착 방식은 초기에 상기 데미스터 유밋의 바닥부 섹션을 적합하거나 사용할 수 있는 섹션, 예컨대 지지 레일에 위치시키는 것을 포함한다. 그러나, 다른 실시양태에서, 상기 데미스터 유닛의 바닥부 표면 아래로 연장하는 지지체 앵글이 이를 지지 레일 없이도 안전하게 설치할 수 있도록 하며, 따라서 상기 지지 레일은 선택적인 특징부이게 된다. 이러한 경우에, 상기 지지 앵글은 수취 팬의 수직으로 연장하는 립(lip) 상에 위치한다.

예시적 설치 절차에 따라서, 상기 지지 앵글을 갖는 데미스터 유닛의 바닥부 섹션이 위치하면, 이는, 상기 데미스터 유닛의 바닥부 코너를 통해 고정된 축 주위에서 열각(예를 들어, 10∼65°)으로 축회전 또는 회전할 수 있다. 따라서, 이의 장착 중에, 데미스터 유닛은, 예를 들어 초기에 수직 또는 실질적으로 수직으로 초기 배치 또는 배향된 후, 이의 최종적인, 비수직 설계 배향으로 축회전하여 상기 정상부 섹션 및 연결 플랜지는 상기 논의되는 바와 같이 상기 하강관 벽의 상응하는 섹션에 인접할 수 있다. 이롭게는, 상기 설치는 상기 논의된 바와 같이, 상기 데미스터 유닛의 바닥부 표면 아래에서 연장하는 지지 앵글을 이용하여 실시할 수 있다. 상기 지지 레일 또는 지지 앵글은 설치 중에 소정의 축회전을 허용하며, 바람직한 실시양태에 따라서, 상기 데미스터 유닛과 상기 수취 팬 사이, 바람직하게는 상기 데미스터 유짓의 바닥부 섹션에서의 상기 수취 팬 립과 지지 장치(예를 들어, 지지 레일 또는 지지 앵글) 사이에서 기계적 밀봉을 형성시킨다. 바람직하게는, 상기 데미스터가 이의 최종적인 비수직 설계 배향으로 축회전한 후, 이는 전술한 바와 같이 연결 앵글을 이용해 이의 정상부 섹션에서 고정된다.

본 발명의 추가 양태는 데미스터 열의 개별적인 데미스터 유닛 사이의 연결을 향상시켜 이러한 성분들을 더욱 안정화시키고, 탄탄하고 용이하게 조립되는 접촉 단을 제공하는 것이다. 대표적인 실시양태에 따르면, 데미스터 열의 인접하는 데미스터는 측면 플레이트에 인접하는 상호연결을 이용하여 고정된다. 예를 들어, 데미스터 열의 각각의 인접하는 데미스터의 2개의 측면 플레이트는 각각 '수컷' 및 '암컷' 상오연결 측면 플레이트일 수 있으며, 수컷 상호연결 측면 플레이트의 연장은 상보적인 암컷 측면 플레이트의 포켓에 맞거나, 이와 함께 작용한다. 데미스터 열의 2 이상의 데미스터가 수취 팬 또는 하강관으로의 설치 및 부착 전에 이의 상호연결 측면 플레이트를 통해 조립될 수 있다. 데미스터 열의 상기 2개의 최종 또는 말단 데미스터 열은 2개의 수컷 측면 플레이트를 가질 수 있으며, 이들 중 하나는 인접하는 데미스터 유닛의 인접하는 암컷 측면 플레이트에 상보적이며, 다른 하나는 상기 하강관 말단의 암컷 포켓에 상보적이다. 따라서, 상기 하강관은 데미스터 열의 각각의 말단의 데미스터 유닛의 측면 플레이트를 고정하기 위해서, 데미스터 유닛의 측면 플레이트의 암컷 연결부와 같은 연결부를 갖는 반대 측면 말단을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 측면 말단의 암컷 포켓은 상기 데미스터 유닛의 수컷 상호연결 측면 플레이트과 상호연결될 수 있다.

본 발명의 추가 실시양태는 전술한 바와 같은 접촉 단, 바람직하게는 복수의 상기 단을 포함하는, 병류 기액 접촉을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 다중 단의 경우에, 소정의 접촉 단의 개별 수취 팬 각각은 1 이상의 덕트를 가질 수 있고, 하나의 수취 팬의 각각의 덕트는 하위 단의 개별 하강관과의 유체 소통을 제공한다. 상기 접촉 단 및 하위 접촉 단은 일반적으로 비평행 정렬로 존재한다.

본 발명의 다른 실시양태는 1 이상의 병류 흐름 채널 근처에 배출구를 갖는 1 이상의 하강관을 포함하는 접촉 단을 갖는, 병류 기액 접촉을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 접촉 단은 복수의 데미스터 유닛을 포함하는 1 이상의 데미스터를 추가로 포함하며, 각각의 데미스터는 (i) 수취 팬 상위의 병류 흐름 채널 및 배출구 표면 근처의 주입구 표면, 및 (ⅱ) 상기 데미스터 유닛의 정상부 표면 위에 연장하는 연결 플랜지를 가진다. 상기 접촉 단은 또한 상기 수취 팬과 유체 소통하는 상위 말단, 및 하위 말단을 갖는 1 이상의 덕트를 가진다. 덕트 각각의 하위 말단은 하위 단의 개별 하강관과 유체 소통한다. 상기 기액 접촉 장치의 접촉 단은 상기 장치의 하위 단에 대해서 회전한다. 전형적으로, 상기 접촉 단은 2 이상의 데미스터 열을 가지며, 상기 하강관은 상기 열 사이에서 이격되어 상기 접촉 단의 병류 접촉 모듈을 제공한다.

상기 접촉 단은 상기 논의된 임의의 구조적 향상을 단독 또는 조합으로 보유할 수 있으며, 이는 이의 일체성 및 성능을 향상시킨다. 특정한 구조적 향상은 상기 데미스터 유닛의 정상부 및 바닥부 사이에, 및 각각 수취 팬 및 상기 하강관의 인접 벽 섹션에 안전한 부착을 제공하는 것이다. 상기 정상부 섹션과 관련하여, 이러한 부착은 상기 데미스터 유닛의 연결 플랜지의 상위 부위 및 상기 하강관의 인접 벽 섹션을 위에 연장하고 이를 커버링하는 연결 앵글을 사용하는 것을 포함한다. 상기 바닥부 섹션과 관련하여, 이러한 부착은 상기 데미스터 유닛의 바닥부 표면 아래에서 연장하는 지지 앵클을 사용하는 것을 포함한다. 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있는 다른 구조적 향상은 인접하는 상호연결 측면 플레이트를 통해 인접하는 데미스터 유닛을 연결시킬 수 있고 상기 하강관의 반대 측면 말단에 데미스터 열의 말단을 연결시킬 수 있는 전술한 것을 포함한다.

본 발명의 추가 실시양태는 증기 및 액체 스트림을 접촉시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전술한 장치의 병류 채널을 통해 상기 스트림을 통과시키는 것을 포함한다.

본 발명에 관한 상기 및 다른 실시양태가 발명한 상세한 실시로부터 명백하게 된다.

도 1은 접촉 모듈을 갖는 접촉 단을 포함하는 대표적인 장치의 단면도이다.
도 2는 대표적인 개별 접촉 모듈의 단면도이다.
도 3은 개별 접촉 단의 상면도이다.
도 4a는 데미스터 유닛의 정상부 섹션을 하강관 벽에 고정시키기 위한 연결 앵클의 전면도이다.
도 4b는 도 4a의 연결 앵글의 단면도이다.
도 4c는 데미스터 유닛의 전면도로서, 이의 주입구 표면 및 정상부 표면 위에 연장하는 연결 플랜지를 나타내며, 상기 연결 플랜지는 이의 상위 일부에 L형 개구부를 가지며, 이를 통해 파스너가 연장될 수 있다.
도 4d는 도 4c에서 도시된 데미스터 유닛의 연결 프랜지에 인접하는 벽 섹션에 L형 개구부를 갖는 하강관의 전면도이며, 여기서 상기 L형 개구부는 정렬된다.
도 4e는 상기 데미스터 유닛의 연결 프랜지의 상위 일부와 하강관 인접 벽 섹션을 사이에 고정시키는 도 4a의 연결 앵글의 단면도이다.
도 5a는 데미스터 유닛에 대한 지지 앵글의 단면도이다.
도 5b는 바닥부 표면 아래에서 연장하는 지지 앵글 및 정상부 표면 위에서 연장하는 연장 플랜지를 갖는 데미스터 유닛의 측면도이다.
도 6a는 2개의 데미스터 유닛 및 이의 상호연결 측면 플레이트의 전면도이다.
도 6b는 인접하는 수컷 및 암컷 상호연결 측면 플레이트를 나타내는, 도 6a의 데미스터 유닛의 상면도이다.
도 6c는 데미스터 열의 말단에서 데미스터 유닛들을 상호 연결하기 위한 하강관의 암컷 포켓의 상면도이다(#105는 46 및 48A의 연결을 나타낼 필요 있음).
동일한 참조 번호가 상기 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 특징부를 예시하는 데 사용된다. 상기 도는 본 발명 및/또는 관련 원리의 예시를 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명 개시의 지식을 갖는 당업장에게 용이하게 명백한 바와 같이, 본 발명의 다양한 다른 실시양태에 따른 장치 및 이의 데미스터 열을 갖는 관련 접촉 단, 하강관, 수취 팬 및 연결부는 이의 특정 용도에 의해 부분적으로 결정되는 구조 및 성분을 가지게 된다.

도 1은 용기(10) 내에 단을 포함하는 본 발명에 따른 병류 기액 접촉 장치를 예시한다. 상기 용기(10)은, 예를 들어 증류 칼럼, 흡수기, 직접 접촉 열 교환기, 또는 기액 접촉을 실시하는 데 사용되는 다른 용기일 수 있다. 상기 용기(10)는 접촉 단(12) 및 임의의 수집기/분배기를 함유한다. 분류 또는 증류 칼럼은 전형적으로 10∼250개 또는 그 이상의 접촉 단(12)을 함유한다. 이러한 단들의 접촉 모듈(20)의 설계는 상기 칼럼 전반에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있지만, 또한 예를 들어 그 칼럼의 상이한 부분의 유체 유량 변경을 수용하기 위해서 다를 수 있다. 단순화를 위해, 단지 3개의 접촉 단, 즉, 상위(12A), 중간(12B) 및 하위(12C) 접촉 단을 도 1에 도시한다.

증류 칼럼과 같은 장치는 몇몇 섹션을 함유할 수 있으며, 각각의 섹션은 수많은 접촉 단을 가질 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 섹션들 사이 및/또는 내에 복수의 유체 공급물 투입 및/또는 유체 생성물 회수가 있을 수 있다. 증류에서 사용되는 통상의 접촉 장치(예를 들어, 트레이 및/또는 팩킹)은 본 원에서 기술되는 접촉 단을 갖는 섹션과 같이, 상기 장치의 동일 및/또는 상이한 섹션(예를 들어, 위 및/또는 아래)에 혼합될 수 있다. 상기 용기(10)는 전형적으로 원통형 단면을 갖는 외부 쉘(11)을 포함한다.

도 1에 따르면, 각각의 접촉 단(12)는 바로 상위 및 하위의 단에 대해서 90° 회전을 보유하며, 이로써 바로 상위 및 하위의 단에 직각인 방향으로 액체를 분배하여 액체의 잘못된 분배를 감소시킨다. 다른 실시양태에서, 수직으로 인접한 접촉 단은 단 서로 간에 동일하거나 다를 수 있는 상이한 회전 정도로 배향될 수 있다. 각각의 접촉 단(12)은 복수의 접촉 모듈(20) 및 수취 팬(26)을 포함한다. 접촉 모듈(20) 각각은 하강관(22)이 사이에 연장하는 데미스터(24) 열의 쌍을 포함한다. 도 1에서 도시된 3개의 접촉 단의 직각 특성으로 인해, 상기 상위 접촉 단(12A)의 데미스터 열(24)의 5개의 대표적인 쌍의 단면도가 도시된다. 따라서, 상기 중간 접촉 단(12B)에서, 늘여진 데미스터 열(24)이, 상기 용기(10)의 외부 쉘(11)의 한 면에서 다른 면으로 평행하게 존재한다. 상기 하위 접촉 단(12C)에서의 데미스터 열(24) 및 하강관(22)의 배향은 상기 상위 접촉 단(12A)의 것과 동일하다.

도 2에는 기액 분리기 또는 데미스터 열(24) 사이에 위치하는 액체 분배기 또는 하강관(22)을 예시하는 확대된 더욱 자세한 개별 접촉 모듈(20)을 나타낸다. 상기 하강관(22) 및 데미스터 열(24)은 함께 병류 접촉 부피 또는 병류 흐름 채널(56)을 한정한다. 상기 접촉 모듈(20) 이외에, 각각의 접촉 단은 또한 복수의 수취 팬(26)을 포함하고, 각각의 수취 팬(26)은 복수의 덕트(28)를 가진다. 하강관(22)으로의 주입구(32)는 바로 상위의 접촉 단의 수취 팬의 덕트(28)를 포함하는 구조이다. 따라서, 도 2는 다양한 성분, 즉, 데미스터 열(24) 및 하강관(22)이 함께 병류 흐름 채널(56)을 형성하는 하는 것을 도시한다.

도 2에는 또한 데미스터 열(24)을 형성하는 데 사용되는 각각의 개별 데미스터 유닛(40)뿐만 아니라, 하강관(22) 및 수취 팬(26) 둘 모두와 함께, 데미스터 열(24) 간의 부착을 나타낸다. 정상부 섹션, 예를 들어 각각의 데미스터 유닛의 정상부 코너(70)는 인접하는 벽 섹션(72)에서 상기 다우커머 벽(30)에 고정될 수 있다. 데미스터 열(24)의 각각의 데미스터 유닛(40)의 정상부 표면(45) 상에 연장하는 연결 플랜지(74)가 이러한 부착에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 실시양태에서, 접촉 플랜지(74)는 정상부 표면(45)을 형성하는 미천공 정상부 플레이트를 상향으로 상기 하강관(22)의 인접하는 벽 섹션(72)과 정렬하여 밴딩함으로써 제공된다. 데미스터(24)의 데미스터 유닛(40)(또한, '분리기 박스'로 일컬음)은 하강관 벽(30)보다 다르게 경사지기 때문에, 정렬된 연결 플랜지(74)는 데미스터 유닛(40)의 주입구 표면과 같이 천공된 주입구 플레이트(42)에 대해 각져 연장한다. 천공된 플레이트(42)는 병류 흐름 채널(56)을 통해 상승하는 증기 및 비말동반된 액체가 데미스터 유닛(4)에 진입하도록 허용한다. 분리된 증기 및 액체는 천공된 배출구 플레이트를 통해 주로 상기 데미스터 유닛(40)을 이탈하고, 상기 배출구 플레이트는 배출구 표면(44A) 및 가능하게는 또한 데미스터 유닛(40)의 바닥부 표면(44B)을 형성한다. 이어서, 배출된 액체는 수취 팬(26), 및 바로 하위의 접촉 단의 하강관을 유도하는 연결 덕트(28)로 드레인되고, 한편, 배출 증기는 바로 상위의 접촉 단의 병류 흐름 채널로 상승한다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 연결 앵글(75)은 이의 정상부 섹션(70)에서 각각의 데미스터 유닛을 하강관(30)에 고정시킨다. 특히, 연결 앵글(75)은 채널(30)의 인접하는 벽 섹션(72)뿐만 아니라 연결 플랜지(74)의 모두 또는 상부 상에서 연장하고 이를 커버한다. 개별 연결 앵글(75)는 각각의 데미스터 유닛을 개별적으로 고정시킬 수 있다. 대안적으로, 연결 앵글(75)는 상이한 길이로 제작되어 복수의 데미스터 유닛 또는 전체 데미스터 열을 고정시킬 수 있다. 이리 정해진 일정한 길이의 연결 앵글을 사용하는 것을 설계 고려 시 장점을 가질 수 있다. 도 4a는 파스너가 삽입될 수 있는 홀(85)을 갖는 연장된 금속 스트립의 형태인, 전형적인 연결 앵글(75)의 측면도를 나타낸다. 도 4b의 연결 앵글(75)의 단면도는 데미스터 유닛(40)의 연결 플랜지(74)로의 인접하는 하강관(30)에 맞추고 클램핑하는, 도 2와 관련하여 상기 논의된 바와 같은 U형 클램프를 나타낸다. 데미스터 유닛과의 이러한 연결을 제공하는 예시적 수단이 도 4c에 도시되어 있으며, 이는 개별 데미스터 유닛의 정면도이고, 이의 천공된 주입구 플레이트를 주입구 표면(42)뿐만 아니라 정상부 표면(45) 위에 연장하는 연결 플랜지(74)로서 나타내며, 상기 연결 플랜지(74)는 L형 개구부(87)을 이의 상부에 갖고, 이를 통해 파스너가 연장할 수 있다. 도 4d는 관련 데미스터 유닛의 연결 플랜지에 L형 개구부(87)로 정렬된 L형 개구부(87')을 갖는 하강관(30)의 정면도이다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 이러한 L형 개구부(87')은 이러한 개구부(87')을 통해 상기 데미스터에 고정되는 하강관(30)의 인접 벽 섹션(72)에 존재한다.

도 4e는 또한 도 4a의 연결 앵글의 단면도이다. 그러나, 상기 데미스터 유닛(40)의 연결 플랜지(74)의 상부 및 하강관의 벽(30)의 인접 섹션(72)이, 각각의 데미스터 유닛을 위한 1 이상의 파스너(89)를 이용하여 연결 앵글(75)의 반대면 사이에 배치 및 고정되어 도시되어 있다. 이러한 파스너(89)는 용접 또는 가압 세팅될 수 있으며, 후자의 유형은, 예를 들어 PEM® 자가 클린칭 파스너(self-clinching fasteners)(Penn Engineering, 미국 펜실베니아주 댄보로 소재)를 포함한다. 이러한 파스너가 연결 플랜지(74)의 상부의 정렬된 L형 개구부 및 하강관의 인접하는 벽 섹션(72)을 통해 연장하는 경우에, 파스너(89)는 이러한 개구부 또는 슬롯으로 공급되고, 이의 먼 말단으로 이동할 수 있다. 이러한 위치에서, 상기 조여진 파스너에 의해 인가된 압력은 데미스터 유닛의 정상부 섹션(70)에 밀봉을 제공하고, 상기 데미스터 유닛과 하강관 간의 견고함을 유지하며(예를 들어, 부분들의 미끄러짐 방지) 및 상기 데미스터 유닛의 중량을 지지하는 데 일조할 수 있다.

단독으로 또는 데미스터 열(24)의 각각의 데미스터 유닛(40)의 정상부 섹션(70)을 하강관(22)의 동일한 일접하는 벽 섹션(72)에 고정시키는 것을 조합하여, 동일한 데미스터 열 중 각각의 데미스터 유닛의 바닥부 섹션은 동일한 인접 수취 팬으로 고정될 수 있다. 도 2는 바닥부 섹션, 예를 들어 수직 연장 립(95)에의해 지지되는 바닥부 코너(97)와 함께 작용하는 수취 팬(26)의 수직 연장 립(95)을 도시한다. 추가적인 부재, 예컨대 데미스터 지지체 레인을 사용하여 이에 삽입된 지지 앵글(91)을 유도할 수 있으며, 이러한 지지 앵글은 일반적으로 지지 앵글(91)과 함께 필요하지 않으며, 상기 앵글은 데미스터 유닛의 바닥부 모서리에 대한 충분한 구조적 지지를 제공한다. 이어서, 추가적 지지체가, 정상부 섹션(70)이 하강관(22)의 인접 벽 섹션(72)에 고정되는 경우에 제공된다.

도 5a는 수취 팬(26)의 수직 연장 립(95)에 대향하는, 설치 중에 개개의 데미스터 유닛의 초기 위치화를 허용하는 대표적인 지지 앵글(91)의 근접도를 도시한다. 데미스터 유닛이 수직으로 배향시켜 수직 연장 립(95)으로 수직 말단에 연관시키는 상기 초기 위치화 후에, 지지 앵글(91)은 또한 이롭게도 데미스터 유닛이 상기 수직 배향에서 비수직인 설계 배향으로 축회전하고, 여기서 상기 데미스터 유닛의 정상부 표면 상에 연장하는 연결 플랜지는 전술한 바와 같이 인접하는 하강관 벽 섹션과 정렬 및 고정된다. 이러한 방식으로의 지지 앵글(91)에 대한 데미스터 유닛의 축회전은 상기 지지 앵글 및 상기 수취 팬의 수직으로 연장한 립과의 기계정 밀봉을 형성할 수 있으며, 이로써 접촉 단의 증기 및/또는 액체의 우회 또는 누출이 방지되고, 예를 들어 증류를 실시하는 용기의 효율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 도 5a의 대표적인 지지체 앵글은 상기 데미스터 유닛의 주입구 표면에 대해서 일반적으로 거리가 있는 직선 말단(93), 및 이러한 주입구 표면에 대해서 일반적으로 근접하고 상기 데미스터 유닛의 바닥부 섹션과의 접촉 지점으로서 작용할 수 있는 벤트 말단(96)을 포함한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 이러한 벤트 말단(96)의 제1 주입부(98)는 직선 말단(93)에 대해서 작은 각도(200), 예를 들어 0∼30°, 흔히 5∼15°로 경사진다. 이러한 벤트 말단(96)의 제2 외부(99)는 직선 말단(93)에 대해서 보다 큰 각도(300)로 기울어져 수취 팬, 특히 이의 수직 연장 립에 대한 적합한 축회전 및 기계적 밀봉 형성을 허용한다. 도 5b는 데미스터 열을 위한 데미스터 유닛(40)의 바닥부 섹션(97)으로의 지지체 앵글(91)의, 예를 들어 용접에 의한 접착을 예시한다. 지지 앵글(91)은 데미스터 유닛(40)의 외부 표면(44A)에 사용되는 천공된 플레이트의 연장으로터 흔히 형성되는 바닥부 표면(44B) 아래로 연장한다. 외부 및 바닥부 표면 (44A), (44B)에 사용되는 천공된 플레이트의 개구부는 동일한 유형의 개구부이거나 아닐 수 있다. 예를 들어, 바닥부 표면(44B)의 개구부는 배출하는 철수되는 액의 배수를 허용하도록 설계된다. 일반적인 조작에서, 이러한 액체는 데미스터 유닛(40)의 주입구 표면으로서 천공된 주입구 플레이트(42)에 진입하는 동안에, 상기 액체를 비말동반하는 증기로부터 분리된다. 따라서, 지지 앵글(91)은 데미스터 유닛은 수취 팬의 수직 연장 립으로 초기 대체하는 것을 용이하게 한다. 지지 앵글(91)은 보다 작거나 큰 각 (200), (300)으로 충분히 개방되어 상기 데미스터 유닛이 수직 위치에서 이의 최종 설계 위치까지 축회전 또는 회전할 수 있게 한다. 특정 실시양태에서, 이러한 최종 설계 위치는 상기 수직 연장 수취 팬 립 및 지지 앵글을 이롭게 끼워 넣어 기계적 밀봉을 형성한다. 하기에 더욱 자세히 논의되는 바와 같이, 데미스터 유닛의 축회전 작용은 인접하는 측면 플레이트 사이의 연결부 형성은, 예를 들어 숫 및 암 상호연결 측면 플레이트를 이용하여 촉진시킨다.

도 5b에 도시된 대표적인 데미스터 유닛은 또한 정상부 표면(45) 위로 연장하는 연결 플랜지(74)에 의해 도시된다. 상기 논의된 바와 같이, 연결 플랜지(74)는 정상부 표면을 커버하는 미천공 정상부 플레이트의 일부를 연장하여 형성될 수 있다.

도 2에 또한 도시된 바와 같이, 하강관(22)은 상부에 주입구(32), 및 하부에 1 이상의 배출구 개구부를 갖는 배출구(34)를 가진다. 2개의 하강관 벽(30)은 하향으로 하강관(22)을 좁아지게 한다. 배출구(34) 근처의 실질적으로 V형인 바닥부는 도 2에 도시된 바와 같이, 포인트형, 곡선형 또는 평면형일 수 있다. 다양한 상이한 형상, 예컨대 단계형, 또는 경사진 단계형의 하강관을 갖는 대안적인 실시양태가 가능하다. 추가 실시양태에서, 상기 하강관의 단면 형상은 직사각형(예를 들어, 사각형)일 수 있거나, 곡선형, 불규칙형이거나, 다른 경우에 소정의 병류 흐름 채널 및이에 액체를 전달하기 위한 기하 구조를 한정하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, V형 하강관은 각각의 단(12)의 하부의 데미스터(24) 및 하강관 벽(30) 사이의 큰 접촉 부피, 및 확대된 덕트(28)을 수용하고 액체 취급 용량을 증가시키기 위한 상부에 큰 하강관 주입구(32)의 조합을 제공한다.

하강관 주입구(34)는 일반적으로 상기 하강관(22)의 바닥부 근처에 1 이상의 열로 배열된 복수의 슬롯, 천공부 또는 다른 유형의 개구부를 가진다. 상기 하강관 개구부는 상기 벽(30) 및/또는 상기 하강관의 바닥부에 위치할 수 있다. 조작에서, 상기 하강관(22)의 액체 수준은 상승하는 증기가 상기 배출구(34)를 통해 상기 하강관으로 진입하는 것을 방지하는 밀봉을 제공할 수 있다. 상기 하강관 배출구(34)의 개구부는 상기 하강관(22) 길이에 따라 분배되는 것이 바람직하고, 상기 개구부가 하위 하강관 위의 하강관(22)의 부분에서 크기 또는 수가 변하거나 제거되도록 배치되어, 액체가 한 하강관으로부터 하위 하강관으로 직접 흐르는 것을 방지하는 데 일조할 수 있다.

도 3은 상기 데미스터 열이 보이지 않은 2개의 인접(하위 및 상위) 단의 상면도를 예시하여, 수취 팬(26), 덕트(28) 및 하강관(22)의 배치를 더욱 명백하게 나타낸다. 각각의 단에서, 상기 수취 팬(26)은 실질적으로 평행하고, 상기 장치 또는 용기의 단면적에 거쳐 이격되어 있다. 접착 모듈(20)의 하강관(22)은 동일한 접촉 단의 인접하는 수취 팬(26)의 각각의 쌍 사이에 위치하여, 수취 팬(26) 및 모듈(20)의 교대 패턴을 유도한다. 각각의 단에서의 하강관(22) 및 수취 팬(26)은, 용접 또는 다른 통상의 수단에 의해 상기 용기벽 또는 외부 셀(11)의 내부 표면에 부착된 지지 고리(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 상기 하강관(22) 및 이의 관련 수취 팬(26)은 상기 지지 고리에 볼팅, 클램핑 또는 달리 고정되어 이를 작동 중 소정의 위치 또는 칼럼 높이에 유지시키고, 상기 단에 걸쳐 소정의 접촉 영역 외부로의 유체 누출을 방지할 수 있다.

상기 2개의 접촉 모듈 사이에 위치하는 접촉 팬, 및 모듈과 상기 용기 쉘 또는 외벽 사이에 위치하는 것이 각각 중심 및 말단 수취 팬이라 일컬어진다. 따라서, 중심 수취 팬은 2개의 인접 접촉 모듈에 의해 공유된다. 다른 실시양태(도시되지 않음)에서, 수취 팬의 쌍이 각각의 접촉 모듈에 통합된다. 이러한 모듈이 단에 걸쳐 실질적으로 평행한 정렬로 배치되는 경우, 상기 모듈은 각각의 인접하는 하강관의 쌍 사이에 2개의 수취 팬이 존재하도록 인접한다. 수직 배플(21)(도 1)이 2개의 인접하는 접촉 모듈(20) 사이에 임의로 포함되어, 상기 데미스터(24)로부터의 방출되는 증기를 포획하고, 일반적으로 수취 팬(26) 위의 유체 이동 부피(58)에서 서로 간섭하는 발생 유체의 경향을 감소시킨다. 상기 수직 배플(21)은 인접하는 접촉 모듈(20)의 데미스터(24)들 사이에 실질적으로 평행하게 위치할 수 있다.

접촉 단과 연관된 다른 구조적 특징부는 데미스터 열의 인접하는 데미스터 유닛를 고정시키기 위한 상호연결부 플레이트를 포함한다. 상기 데미스터 열은 일반적으로 측면 상의 열 중 인접하는 하강관의 길이에 따라 실질적으로 진행한다. 도 6a(정면도) 및 도 6b(상면도)는 데미스터 열의 2개의 인접 데미스터 유닛이 이용하여 상오연결하는 인접 측면 플레이트를 이용하여 접촉 단의 구조를 더욱 향상시키는 방법을 도시한다. 특히, 데미스터 유닛(40)은 수컷(46) 및 암컷(48) 상호연결 측면 플레이트를 가져 안전한 연결을 제공하고 개별 데미스터 유닛 간의 연결부를 밀봉하는 데 일조하며, 이로써 이러한 연결부를 통한 유체 누설을 실질적으로 방지한다. 데미스터 유닛의 상호연결 측면 플레이트를 제공하는 추가적인 방법은 적합한 파스너, 예컨대 볼트, 클림, 핀, 클램프 또는 밴드를 사용하는 것이다. 용접 또한 가능하다.

특정 실시양태에서, 데미스터 열의 각각의 반대 말단에서의 데미스터 유닛은 말단 측면 플레이트, 즉, 인접 데미스터 유닛의 측면 플레이트와 상호연결되지 않지만, 대신에 상기 하강관의 반대 말단과 상호연결되는 말단 측면 플레이트를 가질 수 있다. 따라서, 반대측 말단의 하강관 그 자체는 데미스터 열의 이러한 말단측 플레이트를 고정하기 위한 연결부를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 이러한 연결부(105)는 데미스터 열의 각각의 말단에서 데미스터 유닛(40)의 수컷 상오연결 측면 플레이트와의 상호연결하는, 도 6c에 도시된 바와 같은 암컷 말단 또는 포켓 형태(48A)로 존재할 수 있다. 따라서, 각각의 말단의 이러한 데미스터 유닛은, 수컷 연결부를 갖는 하나의 측면 플레이트 및 암컷 연결부를 갖는 다른 측면 플레이트를 갖는 중간 데미스터 유닛과는 달리, 각각 수컷 연결부를 갖는 2개의 측면 플레이트를 가진다. 이는 각각의 반대 말단에서의 데미스터 유닛을 위치에 고정시키고, 이의 인접 하강관에 대해서 전체 데미스터 열의 위치를 고정하며, 각각의 말단에서 상기 데미스터 열을 실링하는 데 일조할 수 있다. 특정 실시양태에 따라서, 하강관의 측면 말단에서의 1 이상, 가능하게는 둘 모두의 암컷 포켓(48A)는 또한 설계 공차를 허용하도록 조절될 수 있다.

도 6a 및 6B에 도시된 바와 같이, 특정 수컷 및 암컷 탭 및 슬롯 상호연결부는 이롭게는 데미스터 열의 신속을 조립 및 해체를 제공할 수 있다. 상기 데미스터 유닛(40)의 모듈 구성은 제조자가 변동 길이의 데미스터 열로 조립되는 하나 또는 적은 수의 표준 크기에 상기 유닛을 생성할 수 있게 한다. 이는 데미스터 유닛의 설계 및 구조뿐만 아니라 이의 데미스터 열로의 조립을 단순화시킨다. 일부 통상의 데미스터 유닛이 특히 짧은 데미스터 열을 위해, 또는 상기 장치의 치수 및 이용가능한 표준 크기의 데미스터 유닛의 종류에 따라서 하강관의 길이를 맞추는 데 필요할 수 있다. 상기 모듈 설계는 단일 유닛으로 형성된 데미스터의 전체 열보다 상기 데미스터 유닛이 더욱 가볍기 때문에 병류 접촉 단의 조립을 용이하게 한다는 추가 이점을 가진다. 그러나, 일부 실시양태에 따라서, 단일 데미스터 유닛은 또한 완전한 데미스터 열로서 작용할 수 있다.

따라서, 데미스터 열은 증기 스트림으로부터 액체를 탈비말동반시키는 데 사용된다. 한 예로는 미스트 제거기, 예컨대 상기 데미스터를 통해 통과하는 유체 스트림이 다양한 방향 변화를 거쳐야 하고, 비말동반된 액적이 분리 구조체의 일부에 충격을 주도록 유도하며, 상기 데미스터의 바닥부로 하향 흐르도록 다양한 채널 및 루버(louver)를 갖는 분리 날개 유형의 데미스터가 있다. 데미스터(또는 기액 분리 장치)를 위한 분리 날개 구조체의 예로는 메쉬 패드 또는 직조 스레드(woven thread)가 있다. 이러하 구조체의 조합이 사용될 수 있다. 데미스터 유닛의 분리 구조의 설계에서 많은 가능 변경예가 가능하며, 중요한 고려 사항은 비말동반된 액체를 흐름 증기 스트림으로부터 분리하는 데 이러한 구조체의 효율성이다. 이러한 효율성은 액적이 고체 표면에 충격을 가하도록 유도하는 유체 흐름에서의 장애물 수와 상호 관련이 있는 것으로 생각된다. 수많은 막힌 말단을 갖는 구조체는 상대적으로 잠잠한 부분의 형성을 유도할 수 있으며, 또한 액체 분리를 촉진한다.

도 2에 도시되고 상기 논의된 바와 같이, 다양한 임의의 부재가 데미스터 유닛(40)과 함께 작용하고, 및/또는 이에 통합되어 전반적인 접촉 단의 성능 및/또는 구조 일체성을 더욱 향상시킨다. 예를 들어, 주입구 표면으로서 천공된 주입구 플레이트(42), 배출구 표면으로서 천공된 배출구 플레이트(44A), 및 정상부 표면(45)를 커버하는 부분 또는 연결 플랜지(74)를 형성하는 또다른 부분인 미천공된 정상부 플레이트가 도시되어 있다. 따라서, 천공된 플레이트는 상기 데미스터(24)와 함께 작동하는 있는 흐름 조절기의 한 유형이다. 데미스터(24)의 주입구 표면(42)으로서 작용할 수 있는 흐름 조절기의 다른 비한정예로는 연장된 금속, 다공질 고체, 메쉬 패드, 스크린, 그리드(grid), 메쉬, 프로파일 와이어 스크린 및 별집형을 들 수 있다. 상기 흐름 조절기의 분류 개방 부위는 상기 데미스터(24)의 분리 효율 및 압력 강하 둘 모두에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 상기 흐름 조절기의 상기 분류 개방 부위는 상기 데미스터의 상이한 측면 및 동일한 측면 상에서 변동하여 상기 데미스터(24)의 분리 효율 및 압력 강하를 최적화시킬 수 있다. 다양한 유형의 흐름 조절기가 단일 데미스터에 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 흐름 조절기가 상기 데미스터의 임의의 또는 일부 주입구 및 배출구 상에 사용된다.

데미스터 유닛은, 상기 데미스터 유닛(40)의 정상부 표면(45)을 커버하고 또한 하강관의 인접하는 벽 섹션의 앵글에 의한 정렬을 위해 연결 플랜지(74)로서 가요성 연장을 제공하는 비천공된 정상부 플레이트를 갖는 5 면체 박스로부터 초기에 제작될 수 있다. 상기 논의된 바와 같은 수컷 및 암컷 연결부를 가질 수 있는 미천공된 측면 플레이트가 또한, 바닥부 및 배출구 표면으로서 천공된 플레이트 또는 다른 실질적으로 개방된 구조체와 함께 상기 박스의 면을 형성할 수 있다. 상기 5면체 박스를 분리 날개 또는 다른 미스트 제거기 구조로 채운 후, 상기 데미스터 유닛의 바디는 주입구 표면으로서 천공된 주입구 플레이트를 부착(용접)함으로써 완결된다.

천공된 주입구 플레이트, 또는 주입구 표면(42)으로서 다른 흐름 조절기는 하강관(22) 및 수취 팬(26)(또는, 이의 수직 연장 립(95))에 근접한다. 배출구 표면(44A)로서 상기 천공된 배출구 플레이트는 상기 천공된 주입구 표면(42)의 반대 데미스터 측면의 대부분을 따라, 및 가능하게는 상기 데미스터 유닛(40)의 바닥부 표면(44B)을 따라 연장한다. 상기 비천공된 정상부 플레이트(45)는 유체가 상기 정상부로부터 직접 상기 데미스터 유닛(40)을 이탈하는 것을 방지하고, 상기 기액 분리 효율을 증가시킨다. 특정 실싱양태에서, 정상부 표면(45)를 커버하는 일부는 둘 모두의 측면에서 구부러진 스트립을 가지며, 하나는 연결 플랜지(74)로서 하강관 벽(20)과 부착하기 위해 하강관 벽(30)을 따르며, 다른 하나는 천공된 배출구 플레이트(44A)와 연결하기 위한 상기 데미스터(40)의 천공된 배출구 플레이트(44A)를 따른다. 상기 천공된 배출구 플레이트(44A)의 정상부로부터의 멀리 하향 연장하는 비천공된 스트림이 또한 기액 분리 효율을 향상시키는 것으로 확인되었다. 상기 스트립은 전형적으로 상기 데미스터 배출구 높이의 5∼30%, 일반적으로 10∼20%를 커버하도록 연장한다.

복수의 덕트(28)가 수취 팬(26)을 통해 상기 하강관(32)로 연장한다. 특정 수취 팬(26)을 통해 연장하는 덕트(28) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이, 액체를 다른 하위 하강관(22)로 전달한다. 이러한 대표적인 실시양태에서 도시된 바와 같이, 상기 덕트(28)의 정상부는 수취 팬(26)의 수평 표면(50)에 의해 플러싱되어 액체가 상기 수취 팬(26)으로부터 어떠한 장애도 없이 상기 덕트(28)로 자류롭게 흐를 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 덕트는, 그 덕트가 상기 개구부를 통해 고정된 경우, 상기 수취 팬의 평면 베이스(50) 상에 위치하는 립을 가짐으로써 상기 수취 팬에 매달릴 수 있다. 상기 덕트는 또한 상기 수취 팬의 원치 않는 표면에 장착될 수 있다. 상기 덕트 및 수취 팬을 연결하는 임의의 통상적인 수단, 예컨대 매달기, 볼팅, 용접 및 가압 고정이 이용될 수 있다. 가스켓 및/또는 실란트가 상기 수취 팬 및 덕트 사이의 누출을 방지하는 데 사용할 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 덕트는, 상기 개구부가 형성될 시에 커팅 및 폴딩 또는 푸싱될 수 있는 수취 팬의 평탄 베이스의 일부에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 또한, 상기 덕트(28)의 정상부 마우스는 도 2에서 도시되는 바와 같이 하강관 주입구(32)보다 확대 및 확장될 수 있어 액체 취급 용량을 증가시키고 상기 덕트 주입구의 초킹 경향을 감소시킬 수 있다. 상기 덕트(28)의 측벽은 경사져서 그 덕트(28)가 상기 하강관(22) 내에 맞고, 도 2에 도시되는 바와 같이 용이한 장착 및 증기 배기를 위한 갭을 남긴다.

증기가 상위 단으로부터의 액체와 함께, 또는 이의 개구부가 하강관(22)의 액체 수위에 의해 완전히 밀봉되지 않은 경우에는 하강관 배출구(34)를 통해 상기 하강관(22)에 진입할 수 있다. 상기 하강관(22)의 증기가 이의 주입구(32)로부터 적절히 배기되지 않는 경우, 이는 덕트(28)로 유도되게 되며, 이는 상기 덕트를 통한 액체 흐름의 초킹시키고, 심각한 비말동말 및 상기 장치의 조기 범람을 야기시킬 수 있다. 따라서, 덕트(28)와 하강관(22) 사이의 갭 또는 덕트(28)들 사이의 하강관(22)의 정상부의 개구부를 통해 증기를 배기시키는 것이 일반적으로 이롭다. 덕트(28)의 바닥부는 1 이상의 개구부, 예를 들어 복수의 스파우트 또는 하나의 연속 슬롯 또는 보다큰 단일 개구부로 개방시켜 액체가 상기 하강관(22)로 흐르도록 할 수 있다. 정상 조작 조건 하에서, 덕트(28)는 덕트(28)에서 액체 의해 동적으로 또는 상기 하강관(22)에서 액체 의해 정적으로 증기 흐름에 대해서 밀봉된다.

데미스터 열(24)의 주입구 표면(42) 및 상기 하강관(22)의 인접벽(30) 사이의 부피는 도 2에서 도시된 바와 같이 유체 접촉 부피 또는 병류 흐름 채널(56)을 형성한다. 증기 및 기체의 병류 흐름이 병류 흐름 채널(56)에서 접촉된 후, 유체 접촉은 증기 및 액체가 분리되기 전까지 데미스터 유닛(40)에서 계속된다. 데미스터 열(24)의 주입구 표면(42)의 천공된 플레이트 또는 다른 흐름 조절기는 데미스터 열(24)을 통해 유체 흐름 분배를 향상시키고, 기액 분리를 향상시킨다. 주입구 표면(42)에서의 유체 조절기는 또한 유체 접촉 및 물질 전달을 향상시킨다. 상기 수취 팬(26) 및 그 팬이 지지하는 데미스터 열(24)들 사이의 부피는 유체 전달 부피(58)를 한정한다. 상기 데미스터 열(24)은 도 2에 도시된 바와 같이 수직으로부터 각져 배향하여, 바닥부에서 정상부로의 부피가 감소하는(이 부피에서 감소하는 증기 흐름에 맞춤) 병류 흐름 채널(56) 및 바닥부에서 정상부로의 부피가 증가하는(이 부피에서 증가하는 증기 흐름에 맞춤) 유체 전달 부피(58)의 향상된 기하 구조를 제공할 수 있다.

중간 접촉 단(12)의 접촉 모듈(20)을 통한 유체 흐름은, 상위 단의 덕트(28)가 함께 작용하여, 상위 단의 몇몇 수취 팬(26)에 의해 상기 하강관(22)로 유도된 상위 단으로부터의 액체 흐름을 포함한다. 액체 수위를 형성하는 액체는 배출구(34)를 통해 하강관(22)에서 배출되고, 병류 흐름 채널(56)에 진입한다. 상기 상향 증기 속도는 상기 진입하는 액체를 비말동반시키기에 병류 흐름 채널(56)에서 충분하다. 상기 비말동반된 액체는 상기 상승 증기에 의해 데미스터 유닛(40)의 주입구 표면(42)으로 상향 이송된다. 상기 증기 및 액체는 데미스터 유닛(40) 내에서 상기 논의된 바와 같이 분리 구조체에 의해 분리되어, 분리된 증기는 주로 배출구 표면(44A)을 통해 유체 이동 부피(58)로, 데미스터 유닛(40)에서 배출된다. 이어서, 상기 분리된 증기는 상위 접촉 단(12)의 병류 흐름 채널로 연속 상향 이동한다. 상기 분리된 액체는 바닥부 표면(44B)(이는 배출구 표면(44A)의 바닥부일 수 있음)을 통해 상기 데미스터 유닛(40)에서 배출되고, 상기 수취 팬(26)으로 흐른다. 이어서, 상기 수취 팬(26)은 분리된 액체를 복수의 덕트(28)로 유도하고, 소정의 수취 팬의 덕트(28) 각각은 상기 액체를 상이한 하위 하강관(22)로 전달한다.

또다른 실시양태에 따라서, 천공된 주입구 플레이트(42) 대신에, 다공질 블랭킷층, 예컨대 메쉬 패드를 데미스터 유닛(40)에 대한 주입구 표면으로서 사용할 수 있다. 이러한 다공질 블랭킷을 사용하는 것은, 특히 높은 증기량에서 조작하는 경우에 기액 분류를 향상시키는 것으로 확인되었다. 상기 다공질 블랭킷은 액적 탈비말동말에 사용되는 소위 '미스트 제거기'라 일컬어지는 통상의 메쉬 물질일 수 있다. 이는 전형적으로 높은 표면적, 낮은 압력 강하 블랭킷을 형성하는 매우 느슨한 직조 스트랜드를 포함한다. 상기 메쉬 블랭킷은 미세한 액적 유착 및 상기 분리기로의 액체 분배를 위한 것이다. 대안적인 구조체는 데미스터 유닛(40) 내 분리 구조에 상기 메쉬를 압입 장착하는 것을 포함한다.

전체적으로, 본 발명의 양태는 하강관, 데미스터 열 및 수취 팬 포함하는 다수의 성분의 공동 작업으로부터 병류 흐름 채널이 형성되는 구조적 장점을 이용하는 것에 관한 것이다. 이러한 접촉 단은 일반적으로 기액 접촉을 실시하기 위한 용기로 투입된다. 당업자는 본 원에서 기술된 구조적 향상 및 관련 방법의 이점 및 이의 다른 적용에서의 적합성을 인지하게 된다. 본 발명의 개시와 관련하여, 다른 이로운 결과가 얻어질 수 있다는 것이 이해되게 된다. 당업자는 본 발명의 개시로부터 얻어지는 지식에 의해 다양한 변경예가 본 발명의 범위로부터의 이탈 없이 상기 장치 및 방법에 행해질 수 있다는 것을 인지하게 된다. 이론적 또는 관찰된 현상 또는 결과를 설명하는 데 이용된 메카니즘은 단지 예시로서 이해되어야 하며, 첨부된 특허청구범위를 어떠한 방식으로든 한정하지 않는다.

Claims (10)

1. 병류 기액 접촉(co-current vapor-liquid contacting)을 실시하기 위한 장치용의 접촉 단(12)으로서,
   (a) 데미스터(demister) 유닛(40)의 정상부 표면(45) 상에 연장되는 연결 플랜지(74)를 갖는 복수의 개별 데미스터 유닛(40)을 포함하고 이격되어 있는 한 쌍의 데미스터 열(24);
   (b) 상기 이격된 데미스터 열(24)의 교대 면 상의 한 쌍의 수취 팬(26);
   (c) 상기 이격된 데미스터 열(24) 사이에 있으며 그리고 상기 데미스터 유닛(40)의 주입구 표면(42)에 의해 하강관(downcomer)(22)의 반대면 상의 한 쌍의 병류 흐름 채널(56)을 한정하는 하강관(22); 및
   (d) (i) 상기 데미스터 유닛(40)의 상기 연결 플랜지(74)의 상위 일부, 및 (ⅱ) 상기 하강관(22)의 인접하는 벽 섹션(72) 상에 연장되고 이들을 커버하며, 이로써 상기 데미스터 유닛(40)의 정상부 섹션(70)을 상기 하강관(22)의 벽에 고정시키는 연결 앵글(75)
   을 포함하고, 상기 데미스터 유닛(40)의 바닥부 섹션(97)은 상기 개별 수취 팬(26)에 고정되는 것인 접촉 단(12).
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 플랜지(74)는, 상기 한 쌍의 데미스터 유닛(40)의 상기 주입구 표면(42)에 대해 일정 각도로 상기 하강관(22)의 상기 인접하는 벽 섹션(72)과 정렬되는 것인 접촉 단(12).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결 플랜지(74)는 상기 데미스터 유닛(40)의 비천공형 정상부 플레이트(45)로부터 상향으로 구부러진 것인 접촉 단(12).
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, (A) 상기 연결 앵글(75)의 반대면들, 및 (B) 상기 데미스터 유닛(40)의 상기 연결 플랜지(74)의 상위 일부 및 상기 하강관(22)의 상기 인접하는 벽 섹션(72)을 통해 연장하는 복수의 파스너(fastener)(89)를 추가로 포함하고, 상기 상위 일부는 상기 반대면들 사이에 위치하는 것인 접촉 단(12).
5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 파스너(89)는 상기 연결 앵글(75)의 상기 반대면들 상에 용접되거나 압력 세팅(pressure set)되는 것인 접촉 단(12).
6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 파스너(89)는 압력 세팅되고, (A) 및 (B)에서 L형 개구부(87)를 통해 연장되는 것인 접촉 단(12).
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 데미스터 유닛(40)의 바닥부 표면(44B) 아래로 연장하는 지지 앵글(91)을 추가로 포함하는 접촉 단(12).
8. 제7항에 있어서, 상기 지지 앵글(91)은, 상기 데미스터 유닛(40)의 설치 중에, 상기 데미스터 유닛(40)을 수직 배향으로부터 비수직 설계 배향으로 축회전(pivote)시키는 것을 허용하고, 여기서 상기 지지 앵글(91)과 상기 수취 팬(26)의 수직으로 연장하는 립(lip)(95) 사이에는 기계적 밀봉이 형성되는 것인 접촉 단(12).
9. 병류 기액 접촉을 실시하기 위한 장치로서, 접촉 단(12)은
   (a) 1 이상의 병류 흐름 채널(56) 근처에 배출구(34)를 갖는 1 이상의 하강관(22);
   (b) (i) 상기 병류 흐름 채널(56) 근처의 주입구 표면(42) 및 수취 팬(26) 상위의 배출구 표면(44A), 및 (ⅱ) 데미스터 유닛(40)의 정상부 표면(45) 상에 연장하는 연결 플랜지(74)를 갖는 복수의 데미스터 유닛(40)을 포함하는 1 이상의 데미스터 열(24);
   (c) (i) 상기 데미스터 유닛(40)의 상기 연결 플랜지(74)의 상위 일부, 및 (ⅱ) 상기 하강관(22)의 인접하는 벽 섹션(72) 상에 연장하고 이를 커버하며, 이로써 상기 데미스터 유닛(40)의 정상부 섹션(70)을 상기 하강관(22)의 벽에 고정시키는 연결 앵글(75); 및
   (d) 상기 수취 팬(26)과 유체 소통하는 상위 말단, 및 하위 말단을 갖는 1 이상의 덕트(28)로서, 각각의 덕트의 상기 하위 말단은 하위 단의 개별 하강관(22)과 유체 소통하는 것인 1 이상의 덕트(28)
   를 포함하고; 상기 접촉 단(12)은 상기 장치의 하위 단에 대해서 회전하는 것인 장치.
10. 기액 스트림의 접촉 방법으로서, 제9항의 장치의 병류 흐름 채널(56)을 통해 상기 스트림을 통과시키는 것을 포함하는 방법.

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