KR102138084B1 - 액체 혼합 집결기 및 그의 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
액체 혼합 집결기(1)가 개시되는데, 이 집결기는 제 1 및 2 섬프(sump) 영역(10, 20), 제 1 액체 집결 영역(40) 및 선택적인 제 2 액체 집결 영역(50), 제 1 액체 집결 영역(40)에 위치되는 이격된 액체 집결 채널(80)이 서로를 사이에 두고 있는 제 1 및 2 세트(60, 70)를 포함하고, 제 1 세트(60)는 제 1 섬프 영역(10)과 연결되어 있고, 제 2 세트(70)는 제 2 섬프 영역(20)과 연결되어 있으며, 제 1 및 2 세트(60, 70)의 인접하는 액체 집결 채널(80)은 적어도 2개 내지 4개의 평행한 수평면(100) 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있다. 본 발명은 또한 집결기(1)를 포함하는 칼럼, 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 사용되는 그 집결기(1)의 용도, 및 하강 액체를 칼럼에서 모아 혼합하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 상방 영역으로부터 하강하는 액체를 잡아 혼합하기 위한 액체 혼합 집결기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 집결기를 포함하는 질량 전달 또는 열교환 칼럼, 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서의 상기 집결기의 용도, 및 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 하강 액체를 모아 혼합하는 방법에 관한 것이다.
열교환 칼럼을 포함하여 질량 전달 칼럼은 일반적으로 쉘 및 이 쉘 내부에 있는 복수의 영역을 포함하고, 그 영역에서는 칼럼 내부에서 흐르는 유체 스트림 사이의 질량 또는 열전달을 용이하게 하기 위해 패킹 및/또는 트레이가 사용된다. 유체 스트림은 보통 하나 이상의 하향 흐름 액체 스트림 및 하나 이상의 상승 증기 흐름인데, 물론 유체 스트림의 다른 조합도 가능하다. 일 영역의 바닥에서 나가는 액체는 그 영역의 수평 단면에 걸쳐 다른 위치에서 다른 농도와 조성을 가질 수 있다. 이들 농도 및 조성의 분포 불량을 줄이기 위해, 액체는 하방 영역에 분배되기 전에 종종 모여 혼합된다. 유해한 분포 불량의 영향을 피하기 위해, 패킹이 많은 베드에서 분할될 수 있고, 그래서 하강 액체는 두 베드의 각 부분에서 칼럼의 단면에 걸쳐 모여 재분배될 수 있다. 별도의 집결, 혼합 및 분배 요소들을 종종 사용하여, 액체가 일 영역에서 다른 영역으로 하강할 때 그 액체를 원하는 대로 모아서 혼합하고 분배하게 된다.
예컨대, 재분배는 전통적으로 혼합 드럼으로 달성된다. 그러나, 별도의 혼합 요소를 사용하는 것은 바람직하지 않은데, 왜냐하면, 이들 요소 각각이 차지하는 수직 간격이 질량 또는 열전달과 같은 유체 스트림의 다른 처리를 위한 칼럼 내부의 가용 영역을 감소시키고 또한 원하는 처리 작동을 행하기 위해 필요한 간격을 제공하기 위해 더 높고 그래서 더 비싼 칼럼을 이용해야 하기 때문이다.
특히, 최선의 효율을 얻기 위해, 구조화된 패킹의 베드는 특정 높이를 초과해서는 안 된다. 베드 높이가 증가하거나 이론적 스테이지의 수가 증가되면, 베드는 분포 불량의 영향을 받기가 쉽다. 앞에서 언급한 바와 같이, 분포 불량은 분리 효율, 및 칼럼의 정상부에서 인출되는 증류물 스트림의 얻을 수 있는 순도에 부정적인 영향을 주게 된다. 이러한 점은 비등점이 매우 가까운 성분들을 갖는 혼합물의 증류에서 매우 중요한데, 이러한 일은 많은 수의 스테이지로만 이루어질 수 있기 때문이다. 이러한 증류의 예는 에틸벤젠으로부터 스티렌 단량체의 분리를 포함한다.
침니 트레이는, 전술한 유형의 칼럼에서 패킹 베드 아래에 배치되는 잘 알려져 있는 종류의 액체 집결이다. 침니 트레이는 패킹 베드에서 배출되는 액체를 모아서 다음 패킹 베드에 전달하는데 사용된다. 이러한 침니 트레이는 액체를 수용하는 평평한 수평부로 이루어진다. 액체는 다운커머에 모이고 이 다운커머는 그 액체는 파이프 안으로 안내한다. 수평부는 증기가 상승하면서 통과할 수 있는 침니의 형태로 된 개구를 포함한다. 침니는 "캡" 또는 "루프"를 갖는데, 이는 하강하는 액체를 모아서 트레이의 수평부 상으로 보내게 된다.
대안적인 유형의 액체 집결기, 즉 베인 집결기가 존재한다. 이 베인 집결기는 침니 트레이 보다 더 간단한 구조를 갖지만, 낮은 액체 로딩(loading)에만 유용하다. 높은 로딩(일반적으로 25 ∼ 30 m3/m2h 이상)의 경우에는, 침니 트레이가 그의 더 유연한 설치 때문에 바람직하다 예컨대, 침니의 높이를 증가시키면, 트레이에서 더 높은 액체 레벨이 가능하고, 침니 사이의 더 유연한 간격으로 인해, 이 간격이 증가될 수 있어 트레이 상의 액체가 차지할 수 있는 더 큰 면적이 얻어지게 된다.
침니 트레이는 다양한 종류의 액체 및 증기 부하를 처리하기 위해 유연하게 가공될 수 있다. 그러나, 그의 유연성은 구조의 복잡성을 증가시키는 단점이 있다. 예컨대, 트레이는, 액체가 침니와 트레이의 수평부 사이의 이음부를 통해 침투하지 않도록 타이트해야 한다. 결과적으로, 침니는 용접부로서 만들어지며, 이 용접부는 침니 트레이의 수평부에 용접된다. 따라서, 침니 트레이는 만들기에 상당히 비싼 액체 집결기 설계인 것이다.
침니형 및 베인형 액체 집결기 모두는 앞에서 언급한 바와 같이 혼합 드럼과 함께 사용될 수 있는데, 그러나, 이들 별도의 액체 집결 및 혼합 요소의 사용은, 베드 사이의 많은 추가적인 공간을 불리하게 차지하고 칼럼의 높이를 상승시키는 복잡한 구조를 필요로 한다. 대안적으로 별도의 혼합 드럼을 사용하는 대신에, 침니 트레이의 정상부에 설치되는 혼합 박스와 조합되는 침니 트레이가 EP 0 879626 A2 에 알려져 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고 혼합 박스의 사용은 베드간 부분에서 상당한 수직 간격을 여전히 필요로 하는데, 이와 관련한 단점은 전술한 바와 같다. 액체를 모으는 기능과 혼합하는 기능 둘다가 결합된 특별한 베인 집결기가 US 7,114,709 B2 에 알려져 있는데, 그러나 이 특별한 베인 집결기는 여전히 예컨대 높은 로딩을 갖는 경우에 베인 집결기의 단점이 있다.
결론적으로, 액체를 모으는 기능과 혼합하는 기능을 모두 갖는 침니 트레이, 특히 덜 비싸고 만드는데 용접이 덜 필요한 침니 트레이, 특히 높은 로딩을 갖는 경우에 사용될 수 있는 침니 트레이를 갖는 것이 바람직하다.
종래 기술의 위와 같은 점을 감안한 본 발명의 목적은, 위에서 언급한 단점, 특히 복잡하고 비싼 구조, 상당한 수직 간격의 필요 및 높은 액체 로딩에서의 유용성의 부족과 같은 단점이 없는 조합형 액체 혼합 집결기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 액체 혼합 집결기를 포함하는 질량 전달 또는 열교환 칼럼, 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서의 상기 집결기의 용도, 및 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 하강 액체를 모아 혼합하는 방법을 제공하는 것도 포함한다.
본 발명에 따르면, 이들 목적은, 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 상방 영역으로부터 하강하는 액체를 잡아 혼합하기 위한 액체 혼합 집결기로 달성되는 바, 이 집결기는,
적어도 제 1 및 2 섬프(sump) 영역,
상기 제 1 및 2 섬프 영역 각각에 위치되며, 상기 제 1 및 2 섬프 영역에 존재하는 액체가 통과할 수 있는 적어도 하나의 배출구,
상기 제 1 및 2 섬프 영역 중의 하나와 적어도 부분적으로 경계를 이루고 있는 적어도 제 1 액체 집결 영역 및 선택적인 제 2 액체 집결 영역, 및
적어도 제 1 액체 집결 영역에 위치되는 서로 이격된 액체 집결 채널의 적어도 제 1 및 2 세트를 포함하고,
상기 제 1 세트의 상기 액체 집결 채널은, 액체 집결 채널이 제 1 액체 집결 영역에서 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널을 사이에 두고 그 제 2 세트의 액체 집결 채널에 실질적으로 평행하게 배치되도록 되어 있고, 배수구가 액체 집결 채널에 위치되어, 존재하는 액체가 상기 액체 집결 채널로부터 제 1 및 2 섬프 영역 안으로 배출될 수 있고,
제 1 액체 집결 영역에 있는 액체 집결 채널의 상기 제 1 세트는 상기 제 1 섬프 영역과 연결되어 있고, 그래서 액체 집결 채널의 제 1 세트에 존재하는 액체는 액체 집결 채널의 제 1 세트의 배출구를 통해 우선적으로 흘러 상기 제 1 섬프 영역 안으로 들어가며,
제 1 액체 집결 영역에 있는 액체 집결 채널의 상기 제 2 세트는 상기 제 2 섬프 영역과 연결되어 있고, 그래서 액체 집결 채널의 제 2 세트에 존재하는 액체는 액체 집결 채널의 제 2 세트의 배수구를 통해 우선적으로 흘러 상기 제 2 섬프 영역 안으로 들어가고,
상기 액체 혼합 집결기는 액체 집결 영역에서 액체 집결 채널 사이의 간격에 위치되는 상승 증기 유동 채널을 더 포함하며,
액체 집결 채널의 제 1 및 2 세트의 인접하는 액체 집결 채널은 적어도 2개 내지 4개의 평행한 수평면 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있다.
본 발명자들이 놀랍게도 발견한 바로, 본 발명의 액체 혼합 집결기를 만드는데에 용접이 상대적으로 적게 요구되므로 상기 액체 혼합 집결기는 종래의 침니 트레이에 비해 비교적 간단하고 저렴하게 만들어질 수 있다. 이렇게 넓은 용접이 필요 없다는 것은, 액체 집결 채널 및 채널에 장착되는 밑의 관련된 안내판 및/또는 장착 판 및/또는 지지판 및/또는 지지 그리드 및/또는 지지벽을 포함하는 시스템을 사용하는 결과이다. 이 시스템에서, 채널은 밑에 있는 판, 지지부, 그리드 및/또는 벽에 간단하게 배치될 수 있고 클램프 또는 스크류에 의해 원하는 위치에 고정될 수 있다. 이러한 클램프 또는 스크류-장착 시스템을 사용하면 용접의 필요성이 최소화된다.
또한, 유색 트레이서를 사용한 시험에서 밝혀진 바로, 본 발명의 액체 혼합 집결기는 혼합에 있어서 혼합 드럼 또는 혼합 박스와 결합되는 종래의 트레이 만큼 효율적이다. 상당히 중요하게도, 본 발명의 액체 혼합 집결기는, 집결 요소와 혼합 요소의 조합을 분리하는 경우 보다 더 컴팩트하고 또한 칼럼의 베드간 부분에서 훨씬 더 작은 수직 공간을 필요로 한다.
US 7,114,709 B2 에 개시되어 있는 베인형 액체 혼합 집결기와 비교하여, 본 발명의 액체 혼합 집결기는 설계하고 만들기가 더 간단한데, 왜냐하면 본 발명에서는 단지 하나의 액체 집결 영역만 필요하고, 반면 US '709 는 적어도 2개의 액체 집결 영역을 필요로 하기 때문이다. 또한, US '709의 액체 혼합 집결기는 하강 액체를 액체 집결 채널 안으로 보내기 위해 복잡한 구성의 복수의 상향 연장 방향 전환기를 필요로 한다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 액체 혼합 집결기 및 그의 액체 집결 채널은 액체의 흐름을 채널 안으로 보내기 위해 그러한 것을 필요로 하지 않고, 그래서 만들기가 더 간단하고 덜 비싸다. 물론, 앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 침니형 트레이 설계는 높은 액체 로딩을 갖는 경우에 사용되기 위해 유연하게 설계될 수 있는 반면, US '709의 베인형 트레이는 그러지 못 한다.
본 발명에 따르면, 이들 다른 목적은 첫째 본 발명의 하나 이상의 액체 혼합 집결기(들)를 포함하는 질량 전달 또는 열교환 칼럼, 및 둘째 액체 유량이 10 m3/m2h, 바람직하게는 15 m3/m2h, 더 바람직하게는 20 m3/m2h 보다 높은 경우에 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 사용되는 본 발명의 액체 혼합 집결기의 용도로 달성된다.
다른 제 3 목적은, 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 하강 액체를 모아 혼합하는 방법으로 달성되는데, 본 방법은,
적어도 제 1 액체 집결 영역 및 선택적인 제 2 액체 집결 영역 각각의 내부에 위치되어 있는 적어도 제 1 및 2 세트의 액체 집결 채널에서 하강 액체를 모으는 단계, 및
상기 제 1 액체 집결 영역 및 존재한다면 제 2 액체 집결 영역 모두에 있는 제 1 세트의 액체 집결 채널로부터 제 1 양의 액체를 우선적으로 제 1 섬프 영역 안으로 보내고, 그리고 적어도 상기 제 1 액체 집결 영역 및 제 2 액체 집결 영역에 있는 제 2 세트의 액체 집결 채널로부터 제 2 양의 액체를 우선적으로 제 2 섬프 영역 안으로 보내는 단계, 및
상기 제 1 및 2 섬프 영역으로부터 상기 액체를 배출시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 세트의 액체 집결 채널은, 액체 집결 채널이 적어도 상기 제 1 액체 집결 영역 및 존재한다면 상기 제 2 액체 집결 영역에서 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널을 사이에 두고 그 제 2 세트의 액체 집결 채널에 실질적으로 평행하게 배치되도록 되어 있고, 액체 집결 채널의 제 1 및 2 세트의 인접하는 액체 집결 채널은 적어도 2개 내지 4개의 평행한 수평면 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있다.
본 발명의 이들 다른 목적은 본 발명의 액체 혼합 집결기로 얻어지는 이점을 공유하는데, 즉 침니 트레이는 액체를 모으고 혼합하는 조합된 기능을 가지며 그래서 더 작은 수직 공간을 필요로 하고, 특히 덜 비싸고 만드는데 용접을 덜 필요로 하고, 특히 높은 로딩을 갖는 경우에 사용될 수 있는 액체 혼합 집결기가 얻어진다.
액체 혼합 집결기의 일 실시 형태 및 본 발명의 방법의 일 실시 형태에서, 제 2 액체 집결 영역이 존재한다. 다른 실시 형태에서는, 다른 추가적인 액체 집결 영역이 존재할 수 있다.
본 발명의 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태에서, 상기 액체 혼합 집결기는 환형 섬프 및 바람직하게는 하나 이상의 현(chordal) 섬프를 포함한다. 환형 섬프는 직경이 작은 집결기에서 액체를 모으는데 유리하게 사용될 수 있고, 환형 섬프는 단일의 유압 연통 시스템에서 액체를 모아 분배하데에 도움을 준다. 또한, 환형 섬프는 집결기에 유리하게 용접될 수 있고, 그리하여 누출의 위험이 최소화된다. 그러나 상기 현 섬프는 직경이 큰 집결기에서 액체를 모아 분배하는데에 필요하다. 현 섬프는 유리하게도 섬프를 섬프 영역들로 분할하기 위해 적당한 크기의 플레이트를 사용하는 것을 가능하게 해준다. 단부 플레이트의 차단은 액체 유동을 막는데 사용딜 수 있고, 다공 플레이트, 메시, 거즈 또는 와이어는 제어된 액체 유동이 가능하도록 사용될 수 있다. 그래서 이렇게 해서, 섬프를 여러 부분으로 분할할 수 있고 섬프 영역과 분할 섬프를 만들 수 있다.
짝수 개의 현 섬프를 갖는 액체 혼합 집결기의 일 특정한 실시 형태에 따르면, 제 1 섬프 영역은 환형 섬프의 적어도 일 부분 및 하나 이상의 현 섬프의 일 부분, 바람직하게는 각 현 섬프의 적어도 일 부분, 더 바람직하게는 짝수 개의 모든 현 섬프를 포함하고, 제 2 섬프 영역은 환형 섬프의 적어도 일 부분 및 하나 이상의 현 섬프의 일 부분, 바람직하게는 각 현 섬프의 적어도 일 부분, 더 바람직하게는 홀수 개의 모든 현 섬프를 포함한다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 현 섬프가 짝수 개인지 홀수 개인지를 결정하기 위해 그 현 섬프의 갯수를 셀 때 어느 외측 가장자리에서 시작할지에 대한 선택은, 어느 섬프 영역이 임의로 첫번째 섬프 영역으로서 표시되는지 또한 두번째 섬프 영역은 어는 것인지에 달려 있다. 섬프와 섬프 영역에 대한 표시는,분할되지 않은 짝수 개의 현 섬프가 주로 첫번째 섬프 영역으로서 표시되어 있는 섬프 영역과 연결되어 있고 또한 분할되지 않은 홀수 개의 현 섬프가 주로 두번째 섬프 영역으로서 표시되어 있는 섬프 영역과 연결되어 있도록 이루어진다. 짝수 개의 현 섬프를 갖는 더 바람직한 설계는 분할형 현 섬프(일 부분이 한 섬프 영역의 일 부분이고 다른 부분은 다른 섬프 영역의 일 부분인 섬프)를 갖지 않을 것이다. 분할형 현 섬프가 없는 이러한 설계는, 더 적은 재료, 가공, 및 용접 등을 필요로 하므로, 만들기가 더 쉽고 더 간단하며 또한 더 저렴하다.
홀수 개의 현 섬프를 갖는 액체 혼합 집결기의 일 특정한 실시 형태에 따르면, 상기 제 1 섬프 영역은 환형 섬프의 적어도 일 부분 및 하나의 현 섬프의 적어도 일 부분, 바람직하게는 단지 하나의 분할형 현 섬프의 적어도 일 부분 및 나머지 비분할형 현 섬프의 절반을 포함하고, 제 2 섬프 영역은 환형 섬프의 적어도 일 부분 및 하나의 현 섬프의 적어도 일 부분, 바람직하게는 단지 하나의 분할형 현 섬프의 적어도 일 부분 및 나머지 비분할형 현 섬프의 절반을 포함하고, 상기 제 1 섬프 영역과 연결되어 있는 현 섬프는 바람직하게는 제 2 섬프 영역과 연결된 현 섬프와 번갈아 있다. 이러한 설계는 분할형 현 섬프의 수를 최소화하고 그래서 앞에서 언급한 바와 같이 더 간단하고 더 저렴한 구성이 가능하게 된다.
현 섬프를 갖는 액체 혼합 집결기의 일 특정한 실시 형태에서, 집결기는 섬프 영역 당 1개 내지 4개의 배출구에 의해 배출될 액체를 모으는데 적합하고, 상기 집결기는 2개 내지 10개의 현 섬프를 포함한다. 이러한 실시 형태에서는, 집결기의 원하는 용도 및 바람직한 혼합과 집결에 부정적인 영향을 줌이 없이 구성을 간단하게 하기 위해 현 섬프의 수를 최소화하는 것이 유리하다.
현 섬프를 갖는 액체 혼합 집결기의 일 특정한 실시 형태에서, 상기 집결기는 집결기 아래에 위치되어 있는 칼럼의 일 부분에 분배될 액체를 모으는데 적합하고, 상기 집결기는 현 섬프에 수직인 배향으로 집결기의 직경에 걸쳐 측정되는 미터 당 1개 내지 20개, 바람직하게는 5개 내지 10개의 현 섬프를 포함한다. 이 특정한 실시 형태에서, 집결기의 원하는 용도에 부정적인 영향을 줌이 없이 분포 밀도를 최적화하기 위해 현 섬프의 수를 증가시키는 것이 유리하다. 이 경우, 현 섬프는 재분배기로서 기능하게 된다. 이 실시 형태 및 다른 실시 형태에서, 섬프 영역들 중의 하나 이상 또는 모두는 복수의 배출구를 가질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 상기 집결기는 환형 섬프가 없고, 집결기는 적어도 하나의 분할형 현 섬프 또는 2개의 현 섬프를 포함하고, 제 1 액체 집결 영역 및 존재한다면 제 2 액체 집결 영역, 그리고 제 1 및 2 세트의 액체 집결 채널은 바람직하게는, 각각의 현 섬프가 제 1 및 2 집결 영역 각각으로부터 실질적으로 동일한 양의 모인 액체를 받도록 되어 있다. 환형 섬프는 일반적으로 집결기에 용접되고, 현 섬프는 클램핑 또는 볼트 체결에 의해 장착되는 수직 배플로 만들어질 수 있으며, 그래서 이 실시 형태의 구성에서는 용접이 유리하게도 최소화될 수 있다.
전술한 실시 형태와 유사한 이점을 갖는 다른 실시 형태에서, 상기 제 1 섬프 영역 및 제 2 섬프 영역은 수직 배플에 의해 서로 분리되어 있다. 수직 배플의 사용이, 개별적인 섬프 영역을 만드는 간단하고 비용 저렴한 방법이다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 집결기의 높이(h)는 2 m 미만, 바람직하게는 1.5 m 미만, 더 바람직하게는 1 m 미만이다. 본 발명의 집결기 설계에 의해 컴팩트한 구성이 가능하게 되고, 이러한 구성은 높이 또는 가용 수직 공간이 제한되어 있는 칼럼에서의 사용에 유리하다.
집결기의 또 다른 실시 형태에서, 2개 내지 4개의 평행한 수평면 각각에 있는 액체 집결 채널은 각각의 수평면에서 실질적으로 동일한 양의 액체를 모으도록 되어 있다. "실질적으로 동일한 양"은, 측정법의 측정 오차를 고려할 때 양이 질량 기준으로 서로의 약 10% 내에 있고, 바람직하게는 양들이 서로 동일한 것을 의미한다. 액체의 양은, 액체가 집결기(1)의 단면에 균일하게 분포되고("내리고") 각 수평면의 채널에 대한 액체 유량의 합을 더할 때 집결기(1)의 배수구(82)를 통과하는 액체 유량에 근거하여 측정될 수 있다. 도 8b 에 따른 실시 형태의 경우, 수평면 당 액체의 양은 종종 각 섬프 영역에 대해 모든 배출구(30)의 유량을 합하여 편리하게 측정될 수 있다. 이 실시 형태는 집결기로 얻어지는 혼합 질이 개선되는 이점을 갖는다.
상기 집결기의 또 다른 실시 형태에서, 상기 액체 집결 채널은 액체 집결 채널의 부분 세트로 분할되어 있고, 각각의 부분 세트는 각각의 수평면에서 하나의 액체 집결 채널로 이루어져 있고, 인접하는 부분 세트는 제 1 및 2 섬프 영역과 번갈아 있다. 이 실시 형태의 설계는 혼합질에 대한 대향류 증기 유동의 영향을 줄여 주고, 또한 각 수평면에 모이는 액체의 양의 불균일이 보상된다.
상기 집결기의 또 다른 실시 형태에서, 제 2 액체 집결 영역이 존재하고, 제 1 및 2 액체 집결 영역은 각각의 영역에서 실질적으로 동일한 양의 액체를 모으도록 되어 있다. 액체 집결 영역의 크기, 액체 집결 영역에 있는 액체 집결 채널의 밀도, 배치 및 특성, 그리고 다운커머의 수와 위치를 변화시켜 실질적으로 동일한 양의 액체를 모을 수 있다. 이 실시 형태의 설계는 균질한 혼합을 촉진한다.
상기 집결기의 또 다른 실시 형태에서, 하강하는 액체를 상방 영역으로부터 상기 액체 집결 채널 안으로 보내기 위한 표면을 갖는 복수의 상향 연장 방향 전환기가 상기 집결기에는 없다. 앞에서 언급한 바와 같이, 그러한 종래 기술의 방향 전환기는 집결기의 복잡성과 가격을 높이는데, 그래서 본 발명에서 처럼 그 방향 전환기를 없애는 것이 유리하다. 또한, 그러한 상향 연장 방향 전환기는 특히 더 높은 유량의 경우에 동반의 위험을 불리하게 증가시킨다. 이 동반 위험은, 위로 가는 가스가 상향 연장 방향 전환기로부터 아래의 채널로 떨어지면서 "쏟아지는" 액체를 통과하기 때문에 생긴다. 또한, 가스 개구의 전체 단면은 유효하게 이용되지 않는데, 왜냐하면, 가스는 상향 연장 방향 전환기 주위의 구불구불한 경로를 지나면서 가속되기 때문이다.
상기 집결기의 또 다른 실시 형태에서, 상기 제 1 세트의 액체 집결 채널에 존재하는 액체의 적어도 일 부분, 바람직하게는 모두는 상기 제 1 세트의 액체 집결 채널의 배출구를 통해 상기 제 1 섬프 영역 안으로 흐른다. 이 실시 형태의 설계에 의해 전통적인 침니 트레이 구성을 사용할 수 있게 되며, 이 구성에서 침니 "캡"은 모인 액체를 특정의 섬프 영역 안으로 보내거나 분할하도록 되어 있다.
상기 집결기의 또 다른 실시 형태에서, 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널에 존재하는 액체의 적어도 일 부분, 바람직하게는 모두는 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널의 배출구를 통해 상기 제 2 섬프 영역 안으로 흐른다. 이 실시 형태의 설계에 의해, 경사 데크를 갖는 전통적인 침니 트레이 구성을 사용할 수 있게 되며, 이 구성에서 침니 "캡"은 모인 액체를 특정의 섬프 영역 안으로 보내거나 분할하도록 되어 있다. 모든 액체가 이렇게 흐르는 특정한 실시 형태에서, 집결기는 더 이상 전통적인 침니 트레이가 아니고, 이제 주로 배열된 채널의 집합체임을 유의해야 한다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 본 발명의 다양한 청구 범위 및 실시 형태의 내용의 조합이 기술적으로 가능한 정도로 본 발명의 제한 없이 가능하다. 이 조합에서, 일 청구항의 내용은 하나 이상의 다른 청구항의 내용과 조합될 수 있다. 내용의 조합에서, 어느 하나의 액체 혼합 집결 청구항의 내용은 하나 이상의 다른 액체 혼합 집결 청구항의 내용 또는 하나 이상의 방법 청구항의 내용 또는 하나 이상의 액체 혼합 집결 청구항과 방법 청구항의 혼합의 내용과 조합될 수 있다. 유사하게, 어느 하나의 방법 청구항의 내용은 하나 이상의 다른 액체 혼합 집결 청구항의 내용 또는 하나 이상의 방법 청구항의 내용 또는 하나 이상의 액체 혼합 집결 청구항과 방법 청구항의 혼합의 내용과 조합될 수 있다. 예컨대, 어느 하나의 청구항의 내용은 조합이 기술적으로 가능한 정도로 제한 없이 임의의 수의 다른 청구항의 내용과 조합될 수 있다.
당업자라면 이해는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 형태의 내용의 조합은 본 발명의 제한 없이 가능하다. 예컨대, 기술적으로 가능하다면 상기한 액체 혼합 집결기 실시 형태 중의 하나의 내용은 상기한 하나 이상의 다른 방법, 용도 또는 칼럼 실시 형태의 내용과 제한 없이 조합될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 형태 및 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1 은 제 1 액체 집결 영역만 갖는 A 형의 액체 집결 구성의 액체 혼합 집결기의 두 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 제 1 및 2 액체 집결 영역을 갖는 A 형 구성의 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략적인 두 회전도를 나타낸다.
도 3 은 제 1 및 2 액체 집결 영역을 갖는 B 형 구성의 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 A 또는 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 분할형 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 5 는 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 2개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프가 없고, b 에서 양 현 섬프는 분할형 현 섬프이다.
도 6 은 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 3개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프만 있고, b 및 c 에서는 하나의 분할형 현 섬프가 있다.
도 7 은 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 4개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프가 없고, b 에서는 2개의 분할형 현 섬프가 있다.
도 8 은 A 와 B(2개의 평행한 수평 면) 및 C 와 D(3개의 평행한 수평 면)중의 하나에서 액체 집결 체널의 제 1 및 2 세트가 수직으로 서로로부터 변위되어 있는 액체 집결 구성의 네 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 9 는 제 1 액체 집결 영역과 2개의 현 섬프를 갖지만 환형 섬프는 갖지 않는 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 10 은 인접하는 액체 집결 채널 사이의 틈 및 멀론(merlon) 형상의 액체 집결 채널 지지 시스템의 특징을 도시하는 액체 집결 영역의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 제 1 및 2 액체 집결 영역을 갖는 A 형 구성의 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략적인 두 회전도를 나타낸다.
도 3 은 제 1 및 2 액체 집결 영역을 갖는 B 형 구성의 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 A 또는 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 분할형 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 5 는 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 2개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프가 없고, b 에서 양 현 섬프는 분할형 현 섬프이다.
도 6 은 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 3개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프만 있고, b 및 c 에서는 하나의 분할형 현 섬프가 있다.
도 7 은 B 형의 액체 집결 구성과 조합된 환형 섬프와 4개의 현 섬프의 일 실시 형태의 개략도를 나타내는 것으로, a 에는 분할형 현 섬프가 없고, b 에서는 2개의 분할형 현 섬프가 있다.
도 8 은 A 와 B(2개의 평행한 수평 면) 및 C 와 D(3개의 평행한 수평 면)중의 하나에서 액체 집결 체널의 제 1 및 2 세트가 수직으로 서로로부터 변위되어 있는 액체 집결 구성의 네 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 9 는 제 1 액체 집결 영역과 2개의 현 섬프를 갖지만 환형 섬프는 갖지 않는 액체 혼합 집결기의 일 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 10 은 인접하는 액체 집결 채널 사이의 틈 및 멀론(merlon) 형상의 액체 집결 채널 지지 시스템의 특징을 도시하는 액체 집결 영역의 개략도를 나타낸다.
본 출원의 명세서 및 청구 범위에서 사용되는 바와 같이 이하의 정의가 적용되어야 한다.
다수 표현은 다른 언급이 없으면 단수 또는 복수 중 어느 것이라도 나타낼 수 있다.
"상기 제 1 세트의 액체 체널에 존재하는 액체는 우선적으로 제 1 세트의 액체 집결 채널의 배출 개구를 통해 흘러 상기 제 1 섬프 영역 안으로 들어간다"에서 처럼 "우선적으로 흐른다" 라는 말은, 이 흐름 패턴이 우선적이라는 의미이다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 지시된 흐름이 일차적으로 우선적이다(대부분의 흐름 용적). 다른 실시 형태에서는, 흐름은 실질적으로 모두가 우선적이고(즉, 90 용적% 이상), 다른 실시 형태에서는 모든 흐름이 우선적이다.
"제 1 액체 집결 영역 및 존재한다면 제 2 액체 집결 영역에 있는 상기 제 1 세트의 액체 집결 채널로부터 제 1 양의 액체를 제 1 섬프 영역 안으로 우선적으로 보낸다" 에서 처럼 "우선적으로 보낸다" 라는 말은, 액체의 이 보냄이 우선적이라는 의미이다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 지시된 보냄이 일차적으로 우선적이다(대부분의 흐름 용적). 다른 실시 형태에서는, 액체의 보냄은 실질적으로 모두가 우선적이고(즉, 90 용적% 이상), 다른 실시 형태에서는 모든 액체가 우선적으로 보내진다.
본 출원에서 수치 값은 평균값에 관계된다. 또한, 반대되는 언급이 없으면, 수치 값은 큰 수의 동일한 값으로 환산될 때 동일한 수치 값 및 값을 결정하기 위해 본 출원에서 설명하는 종류의 통상적인 측정 기술의 실험 오차 보다 작게 진술된 값과 다른 수치 값을 포함하는 것을 이해되어야 한다.
도 1 은 질량 전달 또는 열교환 칼럼의 상측 영역에서 하강하는 액체를 잡아 혼합하기 위한 액체 혼합 집결기(1)의 두 실시 형태의 개략도를 나타낸다. 이들 특정한 실시 형태는 제 1 액체 집결 영역(40)만 포함하고, 선택적인 제 2 액체 집결 영역은 없다. 추가로, 도 1a의 실시 형태는 환형 섬프(sump)(110)를 포함하고, 도 1b 의 실시 형태는 환형 섬프(110) 및 하나의 현(chordal) 섬프(120)를 포함한다. 또한, 도 1 이 실시 형태는 도 4a 에 나타나 있는 바와 같이, A 형의 액체 집결 구성을 가지며, 여기서 인접한 액체 깁결 채널(80)의 쌍들은 채널(80)과 섬프 영역(10 또는 20)의 동일한 세트(60 또는 70)와 연결되어 있다. 인접한 채널(80)의 쌍들은 동일한 세트 및 섬프 영역과 연결되어 있음을 알 수 있는데, 이는 그의 배출 개구(82)가 도면의 동일한 측에 있기 때문이다(즉, 좌측 또는 우측). 이 특별한 액체 집결 구성은 도 8a 에 더 도시되어 있다.
도 1 의 두 실시 형태에서 알 수 있는 바와 같이, 채널(80)의 하측 그룹 및 채널(80)의 상측 그룹이 있다. 채널(80)의 하측 그룹은 채널에서 유동 방향의 인접한 쌍 교번 패턴을 갖는 A 형의 액체 집결 구성에 따라 2개의 평행한 수평면(100)(도 8a 참조)에서 채널의 상측 그룹 사이에 배치되어 있다. 상부면(100)에 있는 채널(80)은 침니의 "캡" 또는 "루프"를 형성하고, 하부면(100)에 있는 채널(80)은 침니 사이의 수평 액체 집결부를 제공한다. 양 채널 세트는 모인 액체를 도 1a 의 환형 환형 섬프(110) 안으로 안내하고 또한 도 1b 의 환형 섬프(110) 및 현 섬프(120) 안으로 안내한다. 도 1a 의 환형 환형 섬프(110) 및 도 1b 의 환형 섬프(110) 및 현 섬프(120)는 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)을 제공하기 위해 액체 교환을 위한 유체 연통으로 서로 연결되어 있는 부분들로 분할된다. 섬프 영역(10, 20)에 모인 액체는 섬프 배출구(들)(30)에 의해 섬프 영역(10, 20)로부터 배출되어, 하나 이상의 관과 같은 통상적인 수단에 의해 아래에 있는 다음 부분의 분배기에 전달될 수 있다.
채널(80)의 단면 형태는 특별히 제한되지 않는데, 예컨대 직사각형, 만곡형 또는 삼각형일 수 있다. 당업자라면 채널(80)의 기하학적 구조 및 수는 모일 액체의 양에 의존할 것임을 이해할 것이다. 예컨대, 다량의 액체는 더 높은 벽을 갖는 채널을 필요로 할 수 있다. 채널(80)의 최적의 형상은, 기계적 안정성, 구조의 단순성, 가스 유동 저항의 최소화 및 비용 등을 고려하여 선택될 수 있다. 채널(80)은 액체 유동을 다른 측으로 보내기 위해 일 측에서 폐쇄될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 채널(80)은 모인 액체를 바람직한 방향으로 보내기 위해 수평면에 대해 경사질 수 있다. 이러한 점을 사용하여, 특정 채널(80)의 액체를 제 1 섬프 영역(10) 또는 제 2 섬프 영역(20) 쪽으로 가게 하여 액체의 혼합을 이룰 수 있다. 양호한 혼합을 이루기 위한 용이한 방법은 하부 및 상부 면(100)에서 채널(80)의 쌍을 선택하고 도 8a 에서와 같은 구성을 갖는 도 1 의 액체 혼합 집결기(1)의 좌측 또는 우측에서와 같이 이들 쌍을 교변 측에서 폐쇄하는 것이다.
적어도 제 1 액체 집결 영역(40) 및 선택적인 제 2 액체 집결 영역(50) 내에서, 제 1 세트의 액체 집결 채널(60) 내지 제 2 세트의 액체 집결 채널(70)의 기하학적 배치는 채널들이 실질적으로 평행하도록 되어 있다. 일 실시 형태에서, 개별적인 액체 집결 영역(예컨대, 40, 50) 내의 모든 액체 집결 채널(70)은 실질적으로 서로 평행하게 배치된다. 그러나, 어떤 실시 형태에서는 다른 집결 영역은 서로 다른 액체 집결 채널(70)의 상대적 배향을 가질 수 있다. 제 1 및 2 세트의 액체 집결 채널(60, 70)은 도 1 내지 7 에 도시되어 있는 바와 같이 실질적으로 서로 평행하게 배치된다. 그러한 배치는 구성을 단순화시키고 그래서 액체 혼합 집결기(1)의 가격을 낮추는 것으로 밝혀졌다.
도 1b 에 나타나 있는 액체 혼합 집결기(1)의 실시 형태는 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)을 물리적으로 분리시키고 생성하기 위해 수직 배플(130)을 서용함에 유의해야 한다. 반대로, 도 1a 에 나타나 있는 실시 형태는 섬프 영역을 생성하기 위해 수직 배플을 사용할 필요가 없다. 이 실시 형태에서, 섬프 배출구(30)가 환형 섬프(110)의 양측에 배치되고(주: 단지 하나의 섬프 배출구(30)만이 도 1a 및 1b 각각에 나타나 있음), 그래서 환형 섬프(11)) 내의 모인 액체는 일반적으로 가장 가까운 섬프 배출구(30) 안으로 유입할 것이다.
채널(80)의 교번적인 쌍 구성의 다른 예는, 제 1 및 2 액체 집결 영역(40, 50) 및 환형 섬프와 현 섬프(120)를 갖는 A형의 액체 집결 구성의 액체 혼합 집결기(1)의 실시 형태에 대한 도 2 에 나타나 있다. 채널(80) 및 그의 배출 개구(82)의 이 구성에서, 쌍은 대안적으로 도 4a 의 액체 집결 및 유동 구성에 개략적으로 나타나 있는 바와 같이, 환형 섬프(110) 또는 현 섬프(120) 안으로 배출된다.
도 2 에 나타나 있는 두 실시 형태 모두는 제 1 및 2 액체 집결 영역(40, 50)을 갖는다. 이들 실시 형태에서, 현 섬프(120)는 일반적으로 액체 집결 채널(80)을 불연속적으로 만들어 2개의 개별적인 액체 집결 영역을 생성하게 되며, 그래서 상기 채널들은 배출 개구(82)(이 개구를 통해 현 섬프(120) 안으로 배출될 수 있음) 또는 수직 배플(130)(현 섬프(120) 안으로 배출되는 것을 방지함)을 갖는 현 섬프(120)의 가장자리에서 끝난다. 다시 말해, 이들 실시 형태에는 현 섬프(120)를 가로지르는 액체 집결 채널이 없다.
본 발명의 액체 혼합 집결기(1)의 여러 실시 형태에서, 현 섬프(120)의 존재로 인해 추가적인 다른 액체 집결 영역이 생성될 수 있는데, 이 영역은 모든 액체 집결 채널(80)이 현 섬프(120)에 걸쳐 불연속이게 한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 현 섬프(120)는 더 큰 직경을 갖는 액체 혼합 집결기(1)에서의 액체 연통 및 분배를 위해 필요하며, 그래서 더 큰 직경의 액체 혼합 집결기(1)는 종종 복수의 액체 집결 영역을 갖게 된다. 액체 집결 채널(80)이 존재하는 현 섬프(120)에 걸쳐 있지 않는 실시 형태에서는, 액체 집결 영역의 수는 일반적으로 현 섬프(120)의 수에다 1 을 더한 것과 같을 것이다.
도 2 의 실시 형태에 대한 대안적인 실시 형태에서, 제 1 및 2 액체 집결 영역(40, 50)과 환형 섬프와 현 섬프(120)를 갖는 액체 혼합 집결기(1)는 도 3 에 개략적으로 나타나 있는 바와 같이 B 형의 액체 집결 구성으로 만들어질 수 있다. 이 실시 형태에서, 하부 면(100)에 있는 채널(80)은 액체가 중앙 현 섬프(120)로 흐를 수 있도록 환형 섬프의 외측에서 폐쇄되어 있다. 반대로, 상부 면에 있는 채널(80)은 중앙 현 섬프의 내측에서 폐쇄되어 있어, 액체가 환형 섬프(110)로 흐를 수 있다. 이 특별한 액체 집결 및 유동 구성은 도 4b 에 개략적으로 나타나 있다. 그러나, 이 구성의 경우에는, 하부 면(100)에 있는 채널(80)은 상부 면(100)에 있는 채널과 동일한 채널을 가짐에도 더 적은 액체를 받게 되는 위험이 있다. 예컨대, 채널(80) 사이의 측방 개구에서 나가는 증기에 의해 액체가 상부 면(100)의 채널(80) 안으로 배출될 수 있다. 이러한 효과는, 더 넓은(예컨대, 상부 채널(80)의 폭의 1.1 내지 2 배 넓은) 하부 채널(80)을 선택하면 줄어들 수 있다. 그러나, 최적의 치수를 결정하는 것은 어려울 수 있고, 또한 그 최적의 치수는 증기 유량에 달려 있을 수 있다. 그러므로, 더 용이한 방법은, 도 1 및 2 에서 처럼 교번적인 섬프 영역 안으로 배출되는 교번적인 채널(80) 쌍을 선택하는 것이다.
도 5 는 환형 섬프(110), 2개의 현 섬프(120) 및 B 형의 액체 집결 및 유동 구성을 갖는 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)의 일 실시 형태를 위한 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)의 두 실시 형태를 도시한다(도 8b). 실시 형태(a)에서, 분할형 현 섬프(126)는 없고 비분할형 현 섬프(128)만 있다. 실시 형태(b)에서, 양 현 섬프(120)는 분할형 현 섬프(126)이다. 짝수의 현 섬프(120)를 갖는 액체 혼합 집결기(1)의 경우, 바람직하게는 짝수의 분할형 현 섬프(126)가 있고 가장 바람직하게는 분할형 현 섬프(126)는 없고 비분할형 현 섬프(128)만 있음에 유의해야 한다.
분할형 현 섬프(126) 및 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)은, 특정 지점에서 섬프 및 그의 연결부를 수직 배플(130)로 폐쇄하여 생성될 수 있다. 그러한 수직 배플(130)은, 환형 및 현 섬프(110, 120)에서 유동을 특정 방향으로 일어나게 하여 액체 혼합 집결기(1)에서 더 효과적인 혼합이 일어나게 하기 위해 사용될 수 있다.
도 6 은 환형 섬프(110), 3개의 현 섬프(120) 및 B 형의 액체 집결 및 유동 구성을 갖는 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)의 일 실시 형태를 위한 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)의 세 실시 형태를 도시한다(도 8b). 실시 형태(a)에는 분할형 현 섬프(126)만 있다. 실시 형태(b)에서는 하부 현 섬프(120)는 분할형 현 섬프(126)이고, 다른 두 섬프는 비분할형 현 섬프(128)이다. 홀수개의 현 섬프(120)를 갖는 액체 혼합 집결기(1)의 경우, 바람직하게는 홀수개의 분할형 현 섬프(126)가 있고, 가장 바람직하게는 단지 하나의 분할형 현 섬프(126)가 있고 나머지는 단지 비분할형 현 섬프(128)이다. 앞서 언급한 바와 같이, 모든 액체 집결 채널(80)은 3개의 현 섬프(120)의 존재로 불연속적으로 된다. 그래서, 도 6 에 나타나 있는 실시 형태 각각은 총 4개의 액체 집결 영역을 갖는다.
도 7 은 환형 섬프(110), 4개의 현 섬프(120) 및 B 형의 액체 집결 및 유동 구성을 갖는 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)의 일 실시 형태를 위한 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)의 두 실시 형태를 도시한다(도 8b). 실시 형태(a)에는 분할형 현 섬프(126)가 없고 비분할형 현 섬프(128)만 있다. 실시 형태(b)에서는 2개의 상부 현 섬프(120)는 분할형 현 섬프(126)이고, 다른 두개의 하부 현 섬프(120)는 비분할형 현 섬프(128)이다. 도 7a 의 실시 형태는, 현 섬프(120)를 짝수개의 현 섬프(122) 및 홀수개의 현 섬프(124)로 넘버링되어 있는 것을 도시하며, 1 에서 4까지의 넘버링은 정상 현 섬프(120)에서 시작되어 바닥 현 섬프(120)까지 계속된다. 모든 액체 집결 채널(80)은 도 7 에서 4개의 현 섬프(120)의 존재로 불연속적으로 되며, 그래서, 이들 실시 형태 각각은 총 5개의 액체 집결 영역을 갖는다.
도면, 특히 도 4 내지 7 에서 알 수 있는 바와 같이, (하나 보다 많은 엑체 집결 영역을 갖는 실시 형태의 경우) 본 발명의 액체 혼합 집결기의 일 양태에서는, 각각의 개별적인 액체 집결 영역에 모인 액체는 다양한 각각의 섬프 영역에 분배된다. 이러한 점의 효과로, 액체 혼합 집결기에서의 혼합이 개선되고 또한 수평 크로스 부분에 대한 나쁜 분포 불량의 효과가 회피된다.
도 8 은 액체 집결 채널(60, 70)의 제 1 및 2 세트가 다양한 평행한 수평면(100)에서 수직 방향으로 서로로부터 변위되어 있는 다양한 액체 집결 구성의 네 실시 형태를 개략적으로 나타낸다. 숫자 1 및 2 는 채널(80)이 어느 섬프 영역(제 1 섬프 영역(10) 또는 제 2 섬프 영역(20))과 연결되어 있는지를 나타낸다. 2개의 평행한 수평 면에 기초한 구성 A 및 B 는 이미 상세히 설명한 바와 같고, 구성 C 및 D 는 3개의 평행한 수평 면에 기초한다. 구성 C 및 D 에서, 액체 집결 채널(80)은 액체 집결 채널(80)의 부분 세트(84)로 분할되어 있고, 각 부분 세트(84)는 각각이 수평 면(100)에서 한개의 액체 집결 채널(80)로 이루어지며, 인접한 부분 세트(84, 84')는 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)과 교변적인 관계에 있다. 구성 C 에서, 부분 세트(84, 84') 각각은 3개의 인접하는 채널(80)로 이루어져 있고, 구성 D 에서는 부분 세트(84, 84')의 채널(80)은 서로의 사이에 있다. 구성 C 가 설계가 가장 단순하고 구성 D 는 더 양호한 혼합을 제공할 수 있음에 유의해야 한다.
도 8 에 나타나 있는 바와 같이, 상승 증기 유동 채널(90)은 2 내지 4 개의 평행한 수평 면(100) 중의 하나에 있는 이웃하는 액체 집결 채널(80) 사이에 있는 증기 유동용 개구이다. 반대로, 인접하는 액체 집결 채널(80) 사이의 틈(140)은 적어도 2 내지 4 개의 평행한 수평 면(100) 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있는 인접한 채널(80) 사이에 있는 증기 유동용 개구이다. 따라서, 증기는 서로 증기 연통하는 상기 상승 증기 유동 채널(90)과 틈(140)을 통과해 액체 혼합 집결기를 통해 상승하게 된다.
어떤 실시 형태에서, 상승 증기 유동 채널(90)은, 2 내지 4 개의 평행한 수평 면(100) 중의 하나에 있는 이웃하는 액체 집결 채널(80) 사이의 공간이 증기의 유동을 위해 실질적으로 개방되어 있도록 되어 있다. 어떤 특정한 실시 형태에서, 상승 증기 유동 채널(90)은, 2 내지 4 개의 평행한 수평 면(100) 중의 하나에 있는 상기 이웃하는 액체 집결 채널(80)의 양 길이 방향 가장자리를 포함하는 면에서 이웃하는 액체 집결 채널(80)의 가장자리에 의해 규정되는 면적의 적어도 50%, 바람직하게는 80%, 더 바람직하게는 90%, 가장 바람직하게는 100%가 증기의 유동을 위해 개방되어 있도록 되어 있다.
도 9 는 2개의 현 섬프(120)를 갖지만 환형 섬프(110)는 갖지 않는 액체 혼합 집결기(1)의 일 실시 형태를 나타낸다. 여러 개의 액체 집결 채널(80)이 현 섬프(120)를 가로지르는 연결 부분(86) 및 현 섬프(120)를 가로지르지 않는 불연속 부분(88)을 갖는다. 앞에서 언급한 바와 같이, 도 2 에서 처럼 액체 집결 채널(80)에 의해 연결되어 있지 않는 현 섬프(120)의 존재로 인해 별도의 액체 집결 영역이 생성된다. 그러므로, 존재하는 두 현 섬프(120) 각각에 대한 연결 부분의 존재로 인해 도 9 에는 제 1 액체 집결 영역만 있다. 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)의 어떤 실시 형태에서, 모든 액체 집결 채널(80)은 불연속 부분(88)만 가지며, 그래서 둘 이상의 액체 집결 영역을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 액체 집결 채널(80) 중의 일부 또는 전부는 연결 부분(86)을 갖는데, 그래서 더 적은 수의 액체 집결 영역, 또는 단지 하나의 제 1 액체 집결 영역(40)이 존재하게 된다.
도 10 은 인접하는 액체 집결 채널(80) 사이의 틈(140) 및 멀론(merlon) 형상의 액체 집결 채널 지지 시스템(150)의 특징을 도시하는 액체 집결 영역의 개략도를 나타낸다. 일 실시 형태에서, 인접하는 액체 집결 채널(80) 사이의 틈(140)은 채널(80) 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 70%, 더 바람직하게는 80%, 가장 바람직하게는 90%에 걸쳐 연장되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 틈(140)은, 2 내지 4 개의 평행한 수평 면(100)에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있는 인접하는 채널(80) 사이의 공간이 증기의 유동을 위해 실질적으로 개방되어 있도록 되어 있다. 어떤 특정한 실시 형태에서, 틈(140)은, 수직 변위된 상기 인접하는 채널(80)의 양 길이 방향 가장자리를 포함하는 면에서 상기 인접하는 액체 집결 채널(80)의 가장자리에 의해 규정되는 면적의 적어도 50%, 바람직하게는 80%, 더 바람직하게는 90%, 가장 바람직하게는 100%가 증기의 유동을 위해 개방되어 있도록 되어 있다. 도 10 에서 보는 바와 같이, 틈(140)은 간단하고 비용 효과적인 구성을 가능하게 하고 또한 적은 재료를 사용하여 채널의 조립을 가능하게 한다. 또한, 틈(140)은 가스가 집결기(1)를 통과하기 위한 큰 개방 영역을 제공하며, 그래서 본 발명의 집결기(1)에서는 압력 강하가 최소화된다. 어떤 실시 형태에서, 멀론형 액체 집결 채널 지지 시스템(150)은, 채널(80)을 위치시키고 체결하기 위한 간단하고 비용 효과적인 수단을 제공하기 위해 사용된다. 틈(140) 및 멀론형 지지 시스템(150) 둘다가 도 10 에 나타나 있지만, 그것들 둘다가 동일한 실시 형태에 존재해야 하는 것은 아지만, 그러한 실시 형태가 바람직하다. 예컨대, 스냅형 어셈블리를 사용하여 용접 또는 플러그 및 회전 연결을 피할 수 있다.
액체 집결기 및 그의 구성과 작동은 당업계에 잘 알려져 있는데, 예컨대, 2007년 PHI Learning Initiatives (ISBN 978-8120329904)에 의해 발행된 B.K. Dutta의 "Principles Of Mass Transfer And Separation Processes", 및 1975년에 Prentice-Hall (ISBN 0-13-344390-6)에 의해 발행된 C.D. Holland의 "Fundamentals and modeling of separation processes: absorption, distillation, evaporation and extraction"에 개시되어 있다. 다른 언급이 없으면, 종래의 구성 재료와 수단 및 부품과 보조물이 액체 혼합 집결기(1)를 위해 사용될 수 있고, 액체 혼합 집결기(1)는 당업계에 알려져 있는 바와 같은 통상적인 방식으로 질량 전달 또는 열교환 칼럼 또는 공정에서 작동될 수 있다.
질량 전달 또는 열교환용 칼럼 및 그의 구성과 작동은 당업계에 잘 알려져 있는데, 예컨대 2005년에 Elsevier (ISBN 0 7506 6538 6)에 의해 발행된 R. K. Sinnott, John Metcalfe Coulson, 및 John Francis Richardson의 "Chemical Engineering Design, Vol. 6, Coulson & Richardson's Chemical Engineering Series, 4th Ed."에 개시되어 있다. 다른 언급이 없으면, 종래의 구성 재료와 수단 및 부품과 보조물이, 다른 언급이 없으면, 예컨대 앞에서 인용된 책에서 당업계에 알려져 있는 바와 같은 통상적인 방식으로 하나 이상의 액체 혼합 집결기(1)를 포함하는 질량 전달 또는 열교환 칼럼에 사용될 수 있다. 예컨대, 칼럼 보조물은 전기 공급부, 냉각제 및 가열 유체 공급부 및 분배부, 레벨 제어기, 펌프, 밸브, 파이프 및 라인, 저장부, 드럼, 탱크, 및 유동, 온도, 압력 및 레벨과 같은 파라미터를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 칼럼과 방법은 적절한 센서를 구비하는 컴퓨터 인터페이스로 편리하게 제어될 수 있다.
단순성을 위해 나타내지는 않았지만, 당업자라면 공급 파이프 및/또는 섬프, 열교환기, 지지 플레이트, 및 그리드, 분산기, 분산기/지지부 플레이트, 연속 상 분배기, 지지부 및 홀드다운 플레이트, 배플, 방향 전환기, 동반물 분리기, 및 리테이너/재분배기와 같은 공급 장치과 같은 다른 종래의 분리 장치 내부 요소가 본 발명의 칼럼에서 제한 없이 사용될 수 있다. 무작위한 또는 구조화된 패킹 또는 트레이와 같은 질량 전달 내부 요소가 본 발명의 칼럼, 방법 및 용도에 유리하게 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)는, 유체 스트림이 처리되어 분류 생성물을 얻고/얻거나 유체 스트림 사이에 질량 전달 및 열교환이 일어나는 유형의 칼럼에서 사용될 수 있다. 그러한 칼럼은, 원통형의 다각형 또는 다른 적절한 구성을 가지며 칼럼 내부의 유체 및 조건과 양립가능한 금속 또는 다른 재료로 만들지는 강성적인 직립 쉘을 포함한다. 이 쉘은 쉘에 의해 규정되는 개방 내부 영역에서 유체 스트림의 원하는 처리가 허용되도록 선택되는 직경과 높이를 갖는다. 본 발명의 액체 혼합 집결기(1)는 실질적으로 수평인 배향으로 칼럼의 쉘 내부에 장착되며, 개방 내부 영역의 전체 수평 단면을 실질적으로 채우는 크기로 되어 있어, 액체 혼합 집결기(1)는 상방의 영역에서 하강하는 액체를 실질적으로 전부 잡을 수 있다. 상방 영역은 액체의 횡방향 분배를 일으키는 질량 전달 또는 열교환 칼럼 내부에 통상적으로 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 상방 영역은 무작위한 또는 구조화된 패킹의 베드를 포함할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 섬프의 다른 배치 및 수, 또한 다운커머 입구의 다른 수 및 위치로 이용될 수 있다.
다양한 실시 형태를 예시의 목적으로 설명했지만, 상기 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 당업자라면 본 발명의 요지 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정, 개작 및 대안을 생각할 수 있을 것이다.
1 액체 혼합 집결기
10 제 1 섬프 영역
20 제 2 섬프 영역
30 섬프 배출구
40 제 1 액체 집결 영역
50 제 2 액체 집결 영역
60 제 1 세트의 액체 집결 채널
70 제 2 세트의 액체 집결 채널
80 액체 집결 채널
82 액체 집결 채널의 배수구
84 부분 세트의 액체 집결 채널
86 액체 집결 채널의 연결 부분
88 액체 집결 채널의 불연속 부분
90 상승 증기 유동 채널
100 수평면
110 환형 섬프
120 현 섬프
122 짝수개의 현 섬프
124 홀수개의 현 섬프
126 분할형 현 섬프
128 비분할형 현 섬프
130 수직 배플
140 인접한 액체 집결 채널 사이의 틈
150 멀론형 액체 집결 채널 지지 시스템
10 제 1 섬프 영역
20 제 2 섬프 영역
30 섬프 배출구
40 제 1 액체 집결 영역
50 제 2 액체 집결 영역
60 제 1 세트의 액체 집결 채널
70 제 2 세트의 액체 집결 채널
80 액체 집결 채널
82 액체 집결 채널의 배수구
84 부분 세트의 액체 집결 채널
86 액체 집결 채널의 연결 부분
88 액체 집결 채널의 불연속 부분
90 상승 증기 유동 채널
100 수평면
110 환형 섬프
120 현 섬프
122 짝수개의 현 섬프
124 홀수개의 현 섬프
126 분할형 현 섬프
128 비분할형 현 섬프
130 수직 배플
140 인접한 액체 집결 채널 사이의 틈
150 멀론형 액체 집결 채널 지지 시스템
Claims (18)
- 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 상방 영역으로부터 하강하는 액체를 포획하여 혼합하기 위한 액체 혼합 집결기(1)로서,
환형 섬프(110) 및 하나 이상의 현(chordal) 섬프(120),
적어도 제 1 및 2 섬프(sump) 영역(10, 20),
상기 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20) 각각에 위치되며, 상기 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)에 존재하는 액체가 통과할 수 있는 적어도 하나의 배출구(30),
상기 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20) 중의 하나와 적어도 부분적으로 경계를 이루고 있는 적어도 제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50), 및
제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50)은 각각 제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50) 내부에 위치되는 서로 이격된 액체 집결 채널(80)의 적어도 제 1 및 2 세트(60, 70)를 포함하고,
상기 제 1 세트(60)의 상기 액체 집결 채널(80)은, 액체 집결 채널(80)이 제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50) 각각에서 상기 제 2 세트(70)의 액체 집결 채널(80)을 사이에 두고 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널에 평행하게 배치되도록 되어 있고, 배수구(82)가 액체 집결 채널(80)에 위치되어, 존재하는 액체가 상기 액체 집결 채널(80)로부터 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20) 안으로 배출될 수 있고,
제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50)에 있는 액체 집결 채널(80)의 상기 제 1 세트(60)는 상기 제 1 섬프 영역(10)과 연결되어 있고, 그래서 액체 집결 채널(80)의 제 1 세트(60)에 존재하는 액체는 액체 집결 채널(80)의 제 1 세트(60)의 배수구(82)를 통해 우선적으로 흘러 상기 제 1 섬프 영역(10) 안으로 들어가며,
제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50)에 있는 액체 집결 채널(80)의 상기 제 2 세트(70)는 상기 제 2 섬프 영역(20)과 연결되어 있고, 그래서 액체 집결 채널(80)의 제 2 세트(70)에 존재하는 액체는 액체 집결 채널(80)의 제 2 세트(70)의 배수구(82)를 통해 우선적으로 흘러 상기 제 2 섬프 영역(20) 안으로 들어가고,
상기 액체 혼합 집결기는 액체 집결 영역(40, 50)에서 액체 집결 채널(80) 사이의 간격에 위치되는 상승 증기 유동 채널(90)을 더 포함하며,
액체 집결 채널(80)의 제 1 및 2 세트(60, 70)의 인접하는 액체 집결 채널(80)은 적어도 2개 내지 4개의 평행한 수평면(100) 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있는 액체 혼합 집결기(1). - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 집결기(1)는 짝수개의 현 섬프(120)를 포함하고,
상기 제 1 섬프 영역(10)은 환형 섬프(110)의 적어도 일 부분 및 하나 이상의 현 섬프(120)의 일 부분을 포함하고,
상기 제 2 섬프 영역(20)은 환형 섬프(110)의 적어도 일 부분 및 하나 이상의 현 섬프(120)의 일 부분을 포함하는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 집결기(1)는 홀수 개의 현 섬프(120)를 포함하고,
상기 제 1 섬프 영역(10)은 환형 섬프(110)의 적어도 일 부분 및 하나의 현 섬프(120)의 적어도 일 부분을 포함하고,
상기 제 2 섬프 영역(20)은 환형 섬프(110)의 적어도 일 부분 및 하나의 현 섬프(120)의 적어도 일 부분을 포함하고,
상기 제 1 섬프 영역(10)과 연결되어 있는 현 섬프(120)는 제 2 섬프 영역(20)과 연결된 현 섬프(120)와 번갈아 있는 액체 혼합 집결기(1). - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 집결기(1)는
a) 섬프 영역(10, 20) 당 1개 내지 4개의 배출구(30)에 의해 배출될 액체를 모으고, 상기 집결기(1)는 2개 내지 10개의 현 섬프(120)를 포함, 또는
b) 상기 집결기(1)는 집결기(1) 아래에 위치되어 있는 칼럼의 일 부분에 분배될 액체를 모으고, 상기 집결기(1)는 현 섬프(120)에 수직인 배향으로 집결기의 직경에 걸쳐 측정할 때 미터 당 1개 내지 20개의 현 섬프(120)를 포함
하는 액체 혼합 집결기(1). - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 섬프 영역(10) 및 제 2 섬프 영역(20)은 수직 배플(130)에 의해 서로 분리되어 있는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 집결기(1)의 높이(h)는 2 m 미만인 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
2개 내지 4개의 평행한 수평면(100) 각각에 있는 액체 집결 채널(80)은 각각의 수평면(100)에서 동일한 양의 액체를 모으도록 되어 있는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 액체 집결 채널(80)은 액체 집결 채널의 부분 세트(84)로 분할되어 있고, 각각의 부분 세트(84)는 각각의 수평면(100)에서 하나의 액체 집결 채널(80)로 이루어져 있고, 인접하는 부분 세트(84, 84')는 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)과 번갈아 있는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
제 1 및 2 액체 집결 영역(60, 70)은 각각의 영역(60, 70)에서 동일한 양의 액체를 모으도록 되어 있는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
상방 영역으로부터 하강하는 액체를 상기 액체 집결 채널(80) 안으로 보내기 위한 표면을 갖는 복수의 상향 연장 방향 전환기가 상기 집결기(1)에 없는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 세트(60)의 액체 집결 채널(80)에 존재하는 액체의 적어도 일 부분은 상기 제 1 세트(60)의 액체 집결 채널(80)의 배수구(82)를 통해 상기 제 1 섬프 영역(10) 안으로 흐르는 액체 혼합 집결기(1). - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 세트(70)의 액체 집결 채널(80)에 존재하는 액체의 적어도 일 부분은 상기 제 2 세트(70)의 액체 집결 채널(80)의 배수구(82)를 통해 상기 제 2 섬프 영역(20) 안으로 흐르는 액체 혼합 집결기(1). - 제 1 항에 따른 하나 이상의 액체 혼합 집결기(1)를 포함하는 질량 전달 또는 열교환 칼럼.
- 액체 유량이 10 m3/m2h 보다 높은 경우에 질량 전달 또는 열교환 칼럼에서 제 1 항에 따른 액체 혼합 집결기(1)를 사용하는 방법.
- 제 17 항에 있어서,
적어도 제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50) 각각의 내부에 위치되어 있는 적어도 제 1 및 2 세트(60, 70)의 액체 집결 채널에서 하강 액체를 모으는 단계, 및
상기 제 1 액체 집결 영역(40) 및 제 2 액체 집결 영역(50) 모두에 있는 제 1 세트(60)의 액체 집결 채널로부터 제 1 양의 액체를 우선적으로 제 1 섬프 영역(10) 안으로 보내고, 그리고 적어도 상기 제 1 액체 집결 영역(60) 및 제 2 액체 집결 영역(50)에 있는 제 2 세트(70)의 액체 집결 채널로부터 제 2 양의 액체를 우선적으로 제 2 섬프 영역(20) 안으로 보내는 단계, 및
상기 제 1 및 2 섬프 영역(10, 20)으로부터 상기 액체를 배출시키는 단계를 포함하고,
상기 제 1 세트(60)의 액체 집결 채널은, 액체 집결 채널(80)이 적어도 상기 제 1 액체 집결 영역(40) 및 상기 제 2 액체 집결 영역(50)에서 상기 제 2 세트(70)의 액체 집결 채널을 사이에 두고 상기 제 2 세트의 액체 집결 채널에 평행하게 배치되도록 되어 있고, 액체 집결 채널의 제 1 및 2 세트(60, 70)의 인접하는 액체 집결 채널(80')은 적어도 2개 내지 4개의 평행한 수평면(100) 중의 하나에서 수직으로 서로로부터 변위되어 있는, 액체 혼합 집결기(1)를 사용하는 방법.
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