KR101879899B1 - 물질 전달 칼럼 내에 인접 직교류 트레이들을 지지하기 위한 다운코머 빔 및 이를 이용한 방법 - Google Patents
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Abstract
물질 전달 칼럼의 직교류 트레이들은 하나의 직교류 트레이의 트레이 데크로부터 연장되어 다음에 놓여진 직교류 트레이를 지나 하방으로 연장되는 하나 혹은 하나 이상의 측벽들을 가지는 다운코머들을 구비한다. 다운코머의 측벽들은 직교류 트레이들의 트레이 데크들과 연결되고, 구조적 지지를 제공한다.
Description
본 발명은 물질 이동 또는 열 교환이 일어나는 물질 전달 칼럼 내의증기-액체 혹은 액체-액체 직교류 트레이들을 지지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인접한 직교류 트레이를 지지하기 위해 다른 직교류 트레이를 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
직교류 트레이들은 물질 전달 칼럼 내에 향류(counter-current)로 흐르는 유체 흐름들 사이의 상호작용을 촉진시키기 위하여 사용된다. 여기에 사용되는 바와 같이 물질 전달 칼럼이라는 용어는 칼럼 내에 유체 흐름 처리의 주요 목적을 물질 이동인 칼럼으로 한정하고자 하는 것이 아니며, 물질 이동보다 열 이동이 주요 목적인 경우의 칼럼들을 포함한다. 유체 흐름들은 일반적으로 상승하는 증기 흐름과 하강하는 액체 흐름이며, 이 경우에 일반적으로 직교류 트레이들은 증기-액체 직교류 트레이들로 참조된다. 일부 응용예들에 있어서, 두 유체 흐름들은 액체 흐름들이고, 직교류 트레이들은 액체-액체 직교류 트레이들로 참조된다. 또 다른 응용예들에 있어서, 상승하는 유체 흐름은 가스 흐름이고, 하강하는 유체 흐름은 액체 흐름이며, 이 경우에 직교류 트레이들은 가스-액체 직교류 트레이들로 참조된다.
직교류 트레이들은 각각 상승 유체 흐름과 하강 유체 흐름 사이에 상호작용이 발생하는 공간을 제공하는 평면형 트레이 데크(deck), 상승하는 유체 흐름이 상기 평면형 트레이 데크를 상방으로 통과하여 하강하는 유체 흐름 속으로 섞여 거품 또는 혼합물을 형성하고 원하는 물질 이동 및/또는 열 교환이 일어나도록 하는 복수의 개구들 및 하강하는 유체 흐름을 상기 평면형 트레이 데크로부터 밑에 놓여진 직교류 트레이 상의 평면형 트레이 데크로 보내는 적어도 하나 이상의 다운코머를 포함한다. 상기 직교류 트레이들은 칼럼 내에 각각의 평면형 트레이 데크들이 수직 방향으로는 이격되어 있고 수평 방향으로는 상기 칼럼의 전체 내부 단면을 채우기 위해 연장된다.
평면형 트레이 데크의 일단에 위치하는 하나의 가장자리 다운코머를 포함하는 직교류 트레이는 싱글패스(single-pass) 트레이로 알려져 있다. 일반적으로 하강하는 액체 유량이 많은 경우에는, 복수의 다운코머들이 트레이들의 일부 또는 전부에 이용될 수 있다. 예를 들어, 투패스(two-pass) 구성의 경우에 있어서, 두 개의 가장자리 다운코머들이 직교류 트레이의 마주보는 양단에 각각 위치하고, 밑에 놓여진 다른 직교류 트레이의 중앙에 하나의 중앙 다운코머가 위치한다. 포패스(four-pass) 구성의 경우에 있어서, 하나의 트레이는 2개의 가장자리 다운코머들과 하나의 중앙 다운코머를 가지고, 밑에 놓여진 다른 직교류 트레이는 2개의 중심에서 벗어난 다운코머들을 가진다.
일반적으로 직교류 트레이들의 트레이 데크들은 칼럼 쉘(column shell)의 내부면에 용접된 링들에 의해 지지되도록 클램프들에 의해서 고정된다. 또한 일반적으로 칼럼 쉘의 내부면에 용접된 볼팅 바들(bolting bars)과 다운코머 측벽들의 마주보는 양단은 볼트로 체결된다. 물질 전달 칼럼이 직경이 큰 경우나 진동이 문제가 되는 경우에, 직교류 트레이의 트레이 데크와 상기 트레이의 상부 혹은 하부에 위치한 트레이의 다운코머의 측벽들을 연결하기 위하여 메이저 빔들(major beams), 래티스 트러스(lattice truss) 또는 행거스 시스템(system of hangers)을 사용함으로써, 트레이 데크의 일부분에 추가적으로 지지하는 방법들이 알려져 있다. 행거들(hangers)이 사용될 때, 다운코머의 측벽들은 빔들(beams)의 역할을 하여 연결된 트레이의 하중의 일부를 받도록 함으로써, 트레이 데크의 처짐을 줄이고 트레이 데크가 들어올려지는 것을 버틸 수 있도록 한다.
그러나, 이러한 행거들(hangers)이나 다른 구조물들은 디자인을 복잡하게 하고, 직교류 트레이의 설치 및 제조의 비용을 증가시킨다. 행거들(hangers)과 다른 구조물들을 사용하는 종래의 방법으로 인한 단점들을 줄이면서 트레이 데크를 지지하고 버틸 수 있는 방법에 대한 필요성이 제기되어 왔다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 물질 전달 칼럼에서 유체 흐름들간에 상호작용을 촉진하기 위한 하부 직교류 트레이와 짝지어진 상부 직교류 트레이에 관한 것이다. 상기 상부 및 하부 트레이들은 각각 개구들과 다운코머를 가지고 있는 트레이 데크를 구비한다. 적어도 하나 이상의 상기 다운코머들은 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들 중 하나의 상기 트레이의 상기 트레이 데크로부터 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들 중 나머지 상기 트레이의 상기 트레이 데크를 지나 하방으로 연장되는 측벽을 구비한다. 상기 다운코머의 상기 측벽은 상기 트레이 데크들에 연결되고 상기 트레이 데크들의 구조적인 지지를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 지지 앵글들은 상기 측벽들의 상부 및 하부를 따라 연장되고 상기 트레이 데크들의 현 가장자리(chordal edge)가 볼트 체결되거나 다르게 고정되는 수평 평면을 제공한다. 입구 패널은 다운코머의 하부에 가까이 위치하고, 배출구들은 밑에 놓여진 다른 상부 및 하부 직교류 트레이들의 트레이 데크 상의 위치에 다운코머의 측벽에 구비되어 액체가 다운코머를 거쳐 배출구를 통하여 상기 트레이 데크로 배출되도록 한다. 상기 입구 패널은 상기 다운코머의 측벽에 고정된다. 일 실시예에 있어서, 상기 다운코머는 중앙 혹은 중앙에서 벗어난 위치의 다운코머로 서로 이격되고 실질적으로 평행한 두 개의 측벽을 가질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 다운코머는 하나의 측벽을 가진 가장자리 다운코머일 수 있다.
다른 측면에 있어서, 본원 발명은 수평방향으로 연장되고 수직방향으로 서로 이격된 전술한 직교류 트레이들을 포함하는 물질 전달 칼럼을 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본원 발명은 하나 이상 또는 전부의 상부 및 하부 직교류 트레이들를 사용하여 전술한 물질 전달 칼럼 내에 직교류 트레이들의 트레이 데크들을 지지하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 직교류 트레이들 중 하나의 트레이 상에 다운코머가 위치하고, 상기 직교류 트레이들 중 하나의 트레이로부터 상기 밑에 놓여진 직교류 트레이들 중 하나의 트레이를 지나 하방으로 연장된 현 모양(chordal) 측벽을 포함하고, 상기 방법은 상기 측벽의 상부가 상기 측벽의 현(chordal length)의 전영역 혹은 실질적으로 전영역을 따라 상기 직교류 트레이들 중 하나의 트레이의 상기 트레이 데크에 고정되고, 상기 측벽의 하부가 상기 측벽의 현(chordal length)의 전영역 혹은 실질적으로 전영역을 따라 상기 직교류 트레이 중 밑에 놓여진 트레이의 상기 트레이 데크에 고정되는 단계들을 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 트레이 데크들의 외주 부분을 상기 물질 전달 칼럼의 쉘의 내부면에 고정된 원주 방향으로 연장된 지지링들에 의해 지지하고 상기 다운코머의 상기 측벽의 양단은 상기 쉘의 상기 내부면에 고정된 볼팅 바들에 의해 지지되는 단계를 포함한다.
도 1은 물질 및/또는 열 전달이 일어나도록 의도되고, 본 발명의 직교류 트레이들을 나타내도록 칼럼 쉘 일부가 절개된 물질 전달 칼럼의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 직교류 트레이들 중의 하나의 상면도이다.
도 3은 하부로 연장되고 하부 직교류 트레이의 트레이 데크를 지지하는 상부 트레이의 다운코머 측벽들을 나타내는 도 1의 한 쌍의 직교류 트레이들에 대한 상면 사시도이다.
도 4는 하부 직교류 트레이의 트레이 데크를 지지하기 위해 사용되는 다운코머 측벽 시스템을 나타내는 상면 사시도이다.
도 5는 일련의 직교류 트레이들을 수직으로 절단했을 때의 부분 측면도이다.
도 6은 다운코머의 측벽들 중 하나의 측벽이 상부 및 하부 직교류 트레이들을 지지하는 방법을 보여주는 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 측면도이다.
도 7은 직교류 트레이들이 칼럼 쉘에 의해 지지되는 것을 나타내는 것으로 도 6에서 보여지는 도면으로부터 90도를 회전시킨 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제2 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 8로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 10은 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제3 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 10로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 12는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제4 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 13은 도 12에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 12로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 14는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제5 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 15는 도 14에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 14로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 16는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제6 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 17는 도 16에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 16로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 18는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제7 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 19는 도 18에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 18로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 20는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제8 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 21는 도 20에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 20로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 22는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제9 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 23는 도 22에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 22로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 24는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제10 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 25는 도 24에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 24로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 직교류 트레이들 중의 하나의 상면도이다.
도 3은 하부로 연장되고 하부 직교류 트레이의 트레이 데크를 지지하는 상부 트레이의 다운코머 측벽들을 나타내는 도 1의 한 쌍의 직교류 트레이들에 대한 상면 사시도이다.
도 4는 하부 직교류 트레이의 트레이 데크를 지지하기 위해 사용되는 다운코머 측벽 시스템을 나타내는 상면 사시도이다.
도 5는 일련의 직교류 트레이들을 수직으로 절단했을 때의 부분 측면도이다.
도 6은 다운코머의 측벽들 중 하나의 측벽이 상부 및 하부 직교류 트레이들을 지지하는 방법을 보여주는 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 측면도이다.
도 7은 직교류 트레이들이 칼럼 쉘에 의해 지지되는 것을 나타내는 것으로 도 6에서 보여지는 도면으로부터 90도를 회전시킨 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 8은 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제2 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 8로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 10은 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제3 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 10로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 12는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제4 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 13은 도 12에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 12로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 14는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제5 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 15는 도 14에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 14로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 16는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제6 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 17는 도 16에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 16로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 18는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제7 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 19는 도 18에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 18로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 20는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제8 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 21는 도 20에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 20로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 22는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제9 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 23는 도 22에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 22로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
도 24는 도 6에 도시한 도면과 유사하지만, 다운코머 측벽의 제10 실시예를 나타내는 부분 측면도이다.
도 25는 도 24에 도시한 도면으로부터의 직교류 트레이들을 90도 회전시킨 도 24로부터의 한 쌍의 직교류 트레이들의 부분 정면도이다.
첨부 도면들에서 도 1을 처음으로 보다 상세하게 참조하면, 향류(counter-current) 유체 흐름들 사이에 물질 전달 및/또는 열 교환이 일어나도록 의도된 물질 전달 칼럼은 참조 부호 10으로 표시된다. 물질 전달 칼럼(10)은 수직으로 세워지고, 실린더 구조인 외부의 쉘(12)을 포함한다. 또한, 수평으로 세워지거나 혹은 다각형 구조 또한 가능하며, 본 발명의 범주 내에 포함된다. 쉘(12)은 적절한 직경과 높이를 가질 수 있으며, 바람직하게는 비활성이거나 물질 전달 칼럼(10)의 작동 중 유체들과 여러 조건에 맞는, 하나 이상의 단단한 물질을 이용하여 제조될 수 있다.
물질 전달 칼럼(10)은 분별 제품을 얻거나 유체 흐름간에 물질 전달 및/또는 열 교환을 발생시키기 위하여 유체 흐름들, 일반적으로 액체와 증기 흐름들을 처리하는데 사용되는 것이다. 예를 들어, 물질 전달 칼럼(10)에서는 비정제 상압(crude atmospheric) 공정, 루브 진공(lube vacuum) 공정, 비정제 진공(crude vacuum) 공정, 유체 또는 열 크래킹 분류(cracking fractionating) 공정, 코커(coker) 혹은 비스브레이커 분류(visbreaker fractionating) 공정, 코크 스크러빙(coke scrubbing) 공정, 리액터 오프개스 스크러빙(reactor off-gas scrubbing) 공정, 가스 ?칭(gas quenching) 공정, 식용 오일 탈취(edible oil deodorization) 공정, 오염 방제 스크러빙(pollution control scrubbing) 공정 및 기타 공정이 일어날 수 있다.
물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)은 유체 흐름들 간에 원하는 물질 전달 및/또는 열 교환이 발생하는 개방된 내부 영역(14)을 정의한다. 일반적으로, 유체 흐름들은 하나 또는 하나 이상의 상승 증기 흐름들과 하나 또는 하나 이상의 하강 액체 흐름들로 구성된다. 이와는 달리, 유체 흐름들은 상승 및 하강하는 액체 흐름들로 구성될 수 있고, 또는 상승 가스 흐름과 하강 액체 흐름들로 구성될 수도 있다.
유체 흐름들은 물질 전달 칼럼(10)의 높이에 따라 적절한 위치에 배치된 소정 개수의 공급 라인들(16)을 통하여 물질 전달 칼럼(10)내로 유입된다. 또한, 하나 또는 하나 이상의 증기 흐름들은 공급 라인들(16)을 통해 물질 전달 칼럼(10)에 유입되기보다 물질 전달 칼럼(10)내에서 생성될 수도 있다. 물질 전달 칼럼(10)은 일반적으로 증기 생성물 또는 부산물을 제거하기 위한 오버헤드 라인(18), 액체 생성물 또는 부산물을 물질 전달 칼럼(10)으로부터 제거하기 위한 저면 흐름 제거 라인(20)을 포함할 수 있다. 일반적으로 있는 요소나 본 발명을 이해하는데 있어 불필요한 요소들, 즉 리플럭스(reflux) 유체 라인, 리보일러들(reboilers), 응축기들(condensers), 증기 혼들(vapor horns) 같은 다른 칼럼의 요소들은 도면에 도시되지 않았다.
물질 전달 칼럼(10)은 쉘(12)을 관통하여 소정의 지름 경로에 대한 근접 개구를 제공하고 물질 전달 칼럼(10)내에 위치한 내부 요소들의 교체나 수리, 설치 또는 검사를 수행하기 위하여 사람들이 내부 영역(14)에 출입할 수 있도록 하는 맨웨이(manway)(22)를 포함할 수 있다. 또한, 맨웨이(22)는 다양한 칼럼 내부의 구성 요소들의 설치 또는 제거시에 구성 요소들이 맨웨이(22)를 통하여 출입된다. 맨웨이(22)는 사람들이 비계(scaffold)나 사다리 등을 이용하지 않고 맨웨이(22)에 출입할 수 있도록 물질 전달 칼럼(10) 하부에 위치할 수 있으나, 맨웨이(22)나 복수의 맨웨이들(22)은 다른 곳에 위치할 수도 있다.
도 2 내지 도 7을 추가적으로 참조하면, 본 발명에 따른 소정 개수의 상부 직교류 트레이(24)과 하부 직교류 트레이(26)의 쌍이 서로 간에 수직 방향으로 이격되어 내부 영역(14)에 위치한다. 일반적으로 상부 직교류 트레이들(24) 각각은 평면형 트레이 데크(28)와 트레이 데크(28)를 가로질러 흐르는 액체 흐름을 받아 밑에 놓여진 하부 직교류 트레이(26)에 전달하는 중앙 다운코머(30)를 포함할 수 있다. 트레이 데크(28)는 맨웨이(22)를 통해 통과할 수 있는 크기의 상호 연결된 개별 패널들(32)로 형성된다. 대부분의 트레이 데크(28)는 도 2에 도시된 바와 같이 개구들(34)을 포함하여, 상승하는 증기, 가스 또는 액체 흐름이 트레이 데크(28)를 통해 통과하여 트레이 데그(28)의 상면에서 이동하는 액체 흐름과 반응하도록 한다. 도면에 있어서, 도 2에 비록 몇 개의 개구들(34)이 나타나있지만, 개구들(34)이 일반적으로 후술하는 주입 패널들을 제외하고 상부 및 하부 직교류 트레이(24, 26)의 각각의 트레이 데크(28)의 표면 전체에 걸쳐 분포하는 것으로 이해될 수 있다.
개구들(34)은 단순한 체(sieve) 홀들 또는 방향성 루버들(directional louvers)일 수 있다. 또한, 고정식 혹은 이동식 밸브 같은 구조물들을 더욱 포함할 수 있다. 개구들(34)을 포함하는 트레이 데크(28)의 부분은 상부 직교류 트레이(2)의 활성 영역일 수 있다. 트레이 데크(28)의 양단 부분은 일반적으로 개구가 없고, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 직교류 트레이(26)의 가장자리 다운코머들을 따라 하방으로 흐르는 액체들을 받는 입구 패널(36)의 기능을 수행한다. 트레이 데크(28)의 양단은 거품 프로모터들(bubble promoters) 또는 트레이 데크(28)의 양단을 통하여 상승 유체 흐름을 상방으로 통과시키는 다른 구조물들을 포함할 수 있다.
밑에 놓여지는 하부 직교류 트레이(26)는 전술한 개구들(34)을 포함하는, 상호 연결된 개별 패널들(32)로 형성되는 트레이 데크(28)로 구성된다. 하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28) 중앙 부분은 개구가 없고, 도 5에 도시된 바와 같이, 위에 놓여진 상부 직교류 트레이(24)의 중앙 다운코머(30)를 따라 하방으로 흐르는 액체를 받는 입구 패널(38)의 기능을 수행한다. 가장자리 다운코머들(39)은 트레이 데크(28)의 마주보는 양단에 위치하여 트레이 데크(28)를 따라 흐르는 액체 흐름을 받아서 다음 밑에 놓여진 직교류 트레이들(24, 26)의 쌍에 전달한다.
각각의 상부 직교류 트레이(24)의 중앙 다운코머(30)는 물질 전달 칼럼(10) 내에 내부 영역(14)을 가로질러 현 모양(chordal fashion)으로 연장되고, 서로 이격되며 평행한 한 쌍의 측벽들(40)로 구성된다. 도 7에 도시된 바와 같이 각 측벽(40)의 양단(42)은 쉘(12)의 내부면에 용접된 볼팅 바들(bolting bars)(44)에 볼트로 체결된다. 복수의 이격된 버팀대들(braces)(46)은 측벽들(40)에 실질적으로 수직한 방향으로 연장되며 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)에 볼트로 체결되어 측벽들(40) 사이의 원하는 이격거리를 유지하고 고정한다.
도 6 및 도 7에서 잘 나타난 바와 같이, 상부 직교류 트레이(24)의 트레이 데크(28)은 쉘(12)의 내부면에 용접된 원주 방향으로 연장된 지지링(48) 상에 트레이 데크(28)의 외주 부분이 지지된다. 중앙 다운코머(30)의 일면 상에 있는 트레이 데크(28)의 반원 부분의 현 가장자리들은 중앙 다운코머(30)의 측벽(40) 상부에 볼트로 체결된 지지 앵글(50)의 수평 다리에 트레이 데크(28)의 가장자리를 볼트로 체결함으로 중앙 다운코머(30)의 각 측벽(40)을 따라 지지되도록 한다. 지지 앵글(50)은 측벽(40)의 일단에서 마주보는 일단까지 연장될 수 있다. 다른 체결 수단으로 지지 앵글(50)을 대체하거나, 다른 체결 수단을 지지 앵글(50)에 추가하여 트레이 데크(28)의 가장자리와 측벽(40)을 연결할 수 있다. 지지 앵글(50)의 수직다리는 출구둑(outlet weir)(52)의 역할을 하여 트레이 데크(28) 상의 유체 흐름이나 거품(froth)이 출구둑(52)을 넘쳐 흘러 중앙 다운코머(30)로 흐르기 전에 소정의 깊이로 축적될 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 다운코머(30)의 측벽들(40)은 밑에 놓여진 하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28) 평면 아래까지 하방으로 연장되고, 상부 직교류 트레이(24)와 하부 직교류 트레이(26)의 쌍을 결합시키고 결합의 견고함을 증가시키는 기능을 한다. 각 측벽(40)의 하부 가장자리는 쉘(12)의 내부면에 용접된 풋레스트(footrest)(56)에 볼트로 체결되고 측벽(40)의 하부 가장자리에 용접된 풋(foot)(54)에 의해 측벽(40)의 양단은 지지된다. 한 쌍의 지지 앵글들(58, 60)은 각 측벽(40)의 양단을 따라 연장되고 각 지지 앵글들(58, 60)은 각 측벽(40)의 하부에 볼트로 체결되어, 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28)밑에 놓여져 지지하고 측벽(40)으로부터 외부방향으로 연장되는 수평 다리들로 제공된다. 지지 앵글들(58, 60)은 측벽(40)의 일단에서 마주보는 일단까지 연장된다. 트레이 데크(28)의 활성 영역의 현 가장자리 부분은 배튼 플레이트(batten plate)(62)와 지지 앵글(58)의 수평 다리에 의해 포개지도록 볼트로 체결된다. 트레이 데크(28)의 입구 패널(38)의 현 가장자리 부분은 이와 유사한 방법으로 체결되거나, 다른 지지 앵글(60)의 수평다리에 의해 단순히 지지될 수 있다. 지지 앵글들(58, 60) 및 배튼 플레이트(62)를 대체하거나, 다른 체결 수단을 더하여 트레이 데크(28)의 가장자리 및/또는 입구 패널(38)을 측벽(40)에 연결시킬 수 있다. 트레이 데크(28)의 외주 부분은 쉘(12)의 내부면에 용접되고 풋레스트들(56) 상에 위치하며 원주 방향으로 연장된 지지링(64)에 의해 지지된다.
중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)은 일련의 수평 방향으로 길고, 밑에 놓여진 하부 직교류(26)의 트레이 데크(28)에 인접한 측벽들(40) 부분에 수평 방향을 따라 위치한 배출구들(discharge openings)(66)를 포함하여, 액체가 입구 패널(38) 상에 내려온 후 중앙 다운코머(30)를 나갈 수 있도록 한다. 배출구들(66) 각각의 하부 가장자리는 트레이 데크(28) 평면에 위치하며, 배출구들(66) 각각의 상부 가장자리는 다운코머 여유(downcomer clearance)를 확보하기 위하여 소정의 길이만큼 이격되어 있다. 배출구들(66)에 의해 제공되는 개방 면적은 원하는 액체량이 중앙 다운코머를 빠져나갈 수 있고, 개구들(34)을 거쳐 트레이 데크(28)의 활성 영역의 상승하는 증기나 액체가 배출구들(66)을 통하여 중앙 다운코머(30)로 진입하는 것을 방해할 수 있도록 고려될 수 있다. 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40) 중 하나의 측벽의 배출구들(66)에 의해 제공되는 개방 면적은 나머지 하나의 측벽의 배출구들(66)에 의해 제공되는 개방 면적은 실질적으로 동일하여 하나의 측벽(40)의 배출구들(66)을 통하여 배출되는 액체량은 나머지 하나의 측벽(40)의 배출구들(66)을 통하여 배출되는 액체량은 대략적으로 같을 수 있다. 이와는 달리, 하나의 측벽(40)의 배출구들(66)을 통하여 배출되는 액체량은 나머지 하나의 측벽(40)의 배출구들(66)을 통하여 배출되는 액체량이 달라서 다른 양의 액체가 하나의 측벽(40)의 배출구들(66)에서 보다 많이 배출되게 할 수도 있다.
종래의 방법이 길이를 따라 특정한 지점에 연결되는 것과는 달리, 밑에 놓여진 하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28)를 지나 하방으로 상부 직교류 트레이(24)의 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)이 연장되는 것은 각 측벽들(40)이 하부 전영역 혹은 실질적으로 전영역을 따라서 또한 트레이 데크(28)의 현을 따라서 상호 연결되도록 한다. 상부 직교류 트레이(24)의 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)은 하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28)를 단단히 지지하고 확실한 수단을 제공하며 보다 큰 직경의 물질 전달 칼럼들(10)에 사용이 고려될 수 있으며, 다운코머 측벽의 두께를 줄일 수도 있다. 또한, 메이저 빔들, 래티스 트러스츠 또는 행거스 시스템이 트레이 데크(28)를 지지하기 위해 구비되던 종래의 방법들과 비교하여 본 발명의 지지 시스템에 대한 제조 비용과 설치 시간이 획기적으로 줄어들 수 있다.
하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28)를 지나서 위치하는 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)의 하부들은 버팀대의 앵커들(anchors)(도시되지 않음)로 사용될 수 있다. 상기 버팀대의 고정부는 하방으로 연장되어 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)를 밑에 놓여진 다른 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)을 단단히 결합할 수 있도록 한다. 도 4를 참조하면, 측벽들(40)의 하부 가장자리로부터 하방으로 연장된 걸쇠부(ears)(67)는 버팀대들의 일단에 고정 포인트로 사용될 수 있다. 버팀대들의 나머지 일단은 밑에 놓여진 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)의 상부 직교류 트레이(24)의 지지 앵글(50)에 의해 고정될 수 있다.
투-패스(two-pass) 구조의 중앙 다운코머(30)를 이용하여 밑에 놓인 트레이 데크(28)를 지지하기 위한 이격된 측벽들(40)의 사용에 대해 기술하였지만, 포-패스(four-pass) 또는 다른 멀티-패스(multiple-pass) 구조에서 중앙을 벗어나 위치한 다운코머들의 측벽들이 같은 방법으로 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 상기 구조들도 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 고려되어야 한다.
이와 유사하게, 도 3 및 도 5에서 나타난 바와 같이, 하부 직교류 트레이(26)의 양단에 가장자리 다운코머들(39)이 전술한 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)과 같은 방법으로 측벽(68)을 포함하여 구비될 수 있다. 측벽(68)의 양단(70)은 쉘(도시되지 않음)의 내부면에 용접된 볼팅 바들(72)과 볼트로 체결될 수 있고, 풋(74)이 쉘(도시되지 않음)에 용접된 풋레스트(76) 상에 측벽(68)의 하부 가장자리를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 지지 앵글(78)은 측벽(68) 상부 가장자리를 따라 연장되고 하부 직교류 트레이(26)의 트레이 데크(28)의 현 가장자리를 지지하기 위한 수평 다리 및 가장자리 다운코머(39)의 출구둑(outlet weir)을 형성하기 위해 트레이 데크(28) 상에 상방으로 연장되는 수직 다리를 포함할 수 있다. 배출구들(80)은 측벽(68)의 하부에 위치하고, 밑에 놓여진 트레이 데크(28) 상방으로 연장된다. 지지 앵글들(82, 84)은 측벽(68)의 하부를 따라 볼트로 체결되고, 트레이 데크(28)의 현 가장자리 및 밑에 놓여진 상부 직교류 트레이(24)의 입구 패널(36)의 현 가장자리를 지지하기 위한 수평 다리들을 구비한다. 하나 또는 하나 이상의 버팀대들(86)의 일단은 측벽(68)에 볼트로 체결되고, 나머지 일단은 쉘(12)의 내부면에 용접되어 측벽(68)을 견고하게 한다. 지지 앵글들(78, 82, 84)은 측벽(68)의 일단에서 마주보는 일단까지 연장된다. 다른 체결 수단이 대체될 수 있고, 지지 앵글들(78, 82, 84)에 더하여 사용되어 트레이 데크(28)의 가장자리 및/또는 입구 패널(36)을 측벽(68)에 연결시킬 수 있다.
하부 직교류 트레이(26)의 가장자리 다운코머(39)의 측벽(68) 하부와 밑에 놓여진 상부 직교류 트레이(24)의 현의 전영역 혹은 실질적인 전영역을 따라 트레이 데크(28) 및 입구 패널(36)이 상호 연결됨으로써, 하부 직교류 트레이(26)의 가장자리 다운코머(39)의 측벽(68)은 상부 직교류 트레이(24)의 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40)과 같은 역할을 한다. 즉, 측벽(68)으로 밑에 놓여진 상부 직교류 트레이(24)에 지지되도록 한다. 지지되는 트레이 데크(28) 밑을 지나 위치하는 측벽들(68)의 하부 부분들은 버팀대의 고정부(도시되지 않음)로 사용될 수 있다. 상기 버팀대의 고정부는 하방으로 연장되어 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)를 밑에 놓여진 다른 한 쌍의 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)을 단단히 결합할 수 있도록 한다.
도 8 내지 도 19에 나타난 실시예들에 있어서, 중앙 다운코머(30)의 측벽(40)은 투-피스(two-piece) 구조로 형성되어 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)에 맨웨이(22)를 통하여 개별 요소들이 통과될 수 있도록 한다. 측벽(40)의 상부는 수직 방향으로 연장되고, 측벽(40)의 하부 또한 수직 방향으로 연장되나 굽은 형상으로 상부와 오프셋(offset)을 가지므로, 중앙 다운코머(30) 혹은 가장자리 다운코머(39)의 하부는 상부에 비해서 보다 감소된 수평 단면을 가질 수 있다. 도 8 내지 도 16에 도시한 실시예들에서는 엔드 플레이트(end plate)(88)를 사용하여 경사진 볼팅 바들(44)에 대해 측벽(40)의 양단(42)을 덮는다. 도 16 내지 도 19에 예시한 실시예들에 있어서, 선택적으로 풋(54)과 풋레스트(56)가 제거되었다. 도 20 내지 도 25에서 예시한 실시예들에 있어서, 보강재(stiffeners)(90)가 측벽(40)을 견고하게 하여 휨을 방지하도록 한다.
본 발명은 물질 전달 칼럼(10)에서 상부 및 하부 직교류 트레이들(24, 26)의 트레이 데크들(28)을 지지하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 중앙 다운코머(30)의 측벽들(40) 및 가장자리 다운코머들(39)의 측벽들(68)을 밑에 위치한 트레이 데크(28)를 지나 하방으로 연장하고, 측벽들(40, 68)의 하부를 측벽들(40, 68) 및 트레이 데크(28)의 현의 실질적으로 전 영역을 따라 연결시켜 트레이 데크(28)가 지지되도록 하는 단계들을 포함한다. 액체가 투입되는 중앙 다운코머(30)나 가장자리 다운코머(39)로 투입되는 트레이 데크(28)은 측벽들(40, 68)의 상부가 측벽들(40, 68) 및 트레이 데크(8)의 현의 전영역 혹은 실질적인 전영역을 따라 트레이 데크(28)에 연결되도록 하여 지지할 수 있다.
상기에서, 본원 발명은 상기에 명시된 목적뿐만 아니라 구조에 내재된 다른 장점들을 모두 얻기 위한 적절한 예시일 뿐이다. 특정 구조 및 하위 조합들은 유틸리티(utility)이며, 다른 구조 및 하위 조합에 관계없이 사용될 수 있는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 이것은 본원 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려되어야 할 것이다. 많은 가능한 실시예들이 상기 범주를 벗어나지 않고 본 발명으로부터 만들어질 수 있으므로, 첨부된 도면으로부터 유래하거나 나타날 수 있는 모든 것들은 설명하기 위한 것으로 해석되어야 하고, 제한하려는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
Claims (20)
- 물질 전달 칼럼 내에서 유체 흐름들 간에 상호작용을 촉진하기 위한 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍에 있어서, 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들은 각각 개구들과 다운코머를 가지고 있는 트레이 데크를 구비하고, 상기 상부 직교류 트레이들의 각각의 다운코머는 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머이고, 상기 다운코머는 상기 상부 직교류 트레이의 트레이 데크로부터 상기 하부 직교류 트레이의 트레이 데크의 아래로 하방으로 연장하는, 이격된 한 쌍의 현(chodal) 측벽들을 구비하고,
상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 각 쌍에서, 상기 현 측벽들의 각각은 상기 트레이 데크들에 연결되고 상기 트레이 데크들의 구조적인 지지를 제공하는 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 상기 다운코머들은 가장자리 다운코머이며, 상기 하부 직교류 트레이로부터 하방으로 연장된 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍.
- 제 1 항에 있어서, 배출구들을 포함하고, 상기 배출구들은 액체가 상기 배출구들을 통해 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들의 각 쌍에서 상기 하부 직교류 트레이의 상기 트레이 데크로 흐르게 하는 위치에 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 현 측벽들에 위치하는 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍.
- 제 1 항에 있어서, 입구 패널을 포함하고, 상기 입구 패널은 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 각각의 하부에 근접하여 위치하고 현 측벽들에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍.
- 제 1 항에 있어서, 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 각각의 현 측벽들이 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들의 각 쌍에서 상기 트레이 데크들 사이에 수직 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍.
- 제 1 항에 있어서, 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 현 측벽들 중 적어도 하나는 수직 방향으로 연장되는 상부 및 수직 방향으로 연장되고 굽은 형상으로 상부로부터 오프셋(offset)을 가지는 하부를 포함하고, 상기 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 각각의 하부는 상기 상부와 비교하여 감소된 수평 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 복수의 쌍.
- 쉘 및 수평으로 연장되는 상부 직교류 트레이들 및 하부 직교류 트레이들의 복수의 쌍들이 수직하게 이격되는 관계로 이격되는 개방된 내부 영역을 포함하는 물질 전달 칼럼에 있어서, 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들은 각각 개구들과 다운코머를 가지는 트레이 데크를 가지며,
상기 상부 직교류 트레이들의 각각의 다운코머는 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머이고, 상기 다운코머는 상기 상부 직교류 트레이의 트레이 데크로부터 밑에 놓여진 하부 직교류 트레이의 트레이 데크 아래로 하방으로 연장되는 한 쌍의 현(chordal) 측벽 및 액체가 배출구를 관통하여 밑에 놓여진 하부 직교류 트레이의 트레이 데크 상으로 흐르게 하는 위치에 현 측벽들에 위치하는 배출구들을 구비하고,
상기 상부 및 하부 직교류 트레이들의 각 쌍에서 상기 현 측벽들은 상기 트레이 데크들에 연결되며, 상기 트레이 데크들의 구조적인 지지를 제공하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼. - 삭제
- 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다운코머들은 가장자리 다운코머이며, 상기 하부 직교류 트레이로부터 하방으로 연장된 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 8 항에 있어서, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 각 쌍에서, 상기 쉘의 내부면에 고정되고, 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들 중 하나의 트레이 데크의 외주 부분을 지지하는 지지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 11 항에 있어서, 상기 쉘의 내부면에 고정되고, 상기 현 측벽의 양단에 연결되는 볼팅 바들(bolting bars)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 12 항에 있어서, 상기 현 측벽에 의해 지지되고, 상기 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 각각의 하부에 근접하여 위치하는 입구 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 13 항에 있어서, 상부 직교류 트레이와 하부 직교류 트레이의 각 쌍에서상기 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 현 측벽들은 상기 상부 및 하부 직교류 트레이들의 트레이 데크들 사이로 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 13 항에 있어서, 상기 다운코머들의 각각의 현 측벽은 수직 방향으로 연장되는 상부 및 수직 방향으로 연장되고 굽은 형상으로 상부로부터 오프셋을 가지는 하부를 포함하고, 상기 다운코머의 상기 하부는 상기 상부와 비교하여 감소된 수평 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 8 항에 있어서, 상기 다운코머들은 상기 하부 직교류 트레이들의 각각의 양단에 위치한 가장자리 다운코머들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 16 항에 있어서, 상기 중앙 다운코머들 또는 중앙에서 벗어난 다운코머들과 상기 가장자리 다운코머들의 각각은 지지되는 다른 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 하부에 가까운 곳에 위치한 입구 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 제 17 항에 있어서, 상기 중앙 다운코머들 또는 중앙에서 벗어난 다운코머들의 각각의 입구 패널은 지지되는 중앙 다운코머 또는 중앙에서 벗어난 다운코머의 현 측벽에 의해 지지되고, 상기 가장자리 다운코머들 각각의 입구 패널은 지지되는 가장자리 다운코머의 측벽에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼.
- 직교류 트레이들 중 하나의 트레이 상에 위치한 다운코머를 사용하고, 상기 직교류 트레이들 중 상기 하나의 트레이로부터 상기 밑에 놓여진 직교류 트레이들 중 상기 하나의 트레이를 지나 하방으로 연장된 현(chordal) 측벽을 가진 물질 전달 칼럼 내에 상기 직교류 트레이들의 트레이 데크들을 지지하는 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 현 측벽의 상부가 상기 측벽의 현(chordal length)의 전영역 혹은 실질적으로 전영역을 따라 상기 직교류 트레이들 중 하나의 트레이의 상기 트레이 데크에 고정되고, 상기 현 측벽의 하부가 상기 현 측벽의 현(chordal length)의 전영역 혹은 실질적으로 전영역을 따라 상기 직교류 트레이들 중 밑에 놓여진 트레이의 상기 트레이 데크에 고정되어 상기 직교류 트레이들 중 하나의 트레이의 상기 트레이 데크와 상기 직교류 트레이들 중 밑에 높여진 트레이의 상기 트레이 데크를 위한 구조적인 지지를 제공하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 전달 칼럼 내에 직교류 트레이들의 트레이 데크들을 지지하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 트레이 데크들의 외주 부분을 상기 물질 전달 칼럼의쉘의 내부면에 고정된 원주 방향으로 연장된 지지링들에 의해 지지하고 상기 다운코머의 상기 현 측벽의 양단은 상기 쉘의 상기 내부면에 고정된 볼팅 바들에 의해 지지하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Publications (2)
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