KR102208537B1 - 물질 전달 칼럼을 위한 접촉 밸브 트레이 - Google Patents

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Abstract

밸브 접촉 트레이는 물질 전달 또는 열 교환 칼럼에 사용하기 위한 것이며, 접촉 트레이의 트레이 데크(26)에 걸쳐 분포되는 복수의 고정형 또는 이동가능 밸브(32)를 갖는다. 각각의 밸브(32)는 트레이 데크(26) 내의 개구(6), 부착 레그(52, 54)에 연결되는 밸브 커버(50), 및 개구(46)를 둘러싸는 위어(48)를 포함한다. 밸브 커버(50)는 트레이 데크 내의 아래에 놓인 개구보다 넓고 아래에 놓인 개구를 지나 외향으로 연장되고, 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는다. 루버형 통기 개구(68)가 부착 레그 중 하류 부착 레그 내에 제공될 수 있다.

Description

물질 전달 칼럼을 위한 접촉 밸브 트레이
본 발명은 일반적으로 물질 전달(mass transfer) 및 열 교환(heat exchange)이 이루어지는 칼럼(column)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칼럼 내에서 유동하는 유체 스트림(fluid stream)들 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위해 그러한 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이(contact tray)에 관한 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "물질 전달 칼럼"은 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지는 칼럼을 지칭한다. 물질 전달 칼럼의 예는 증류, 흡수, 스트리핑(stripping), 및 추출 칼럼을 포함한다.
상승하는 유체 스트림과 하향으로 유동하는 유체 스트림 사이의 접촉 및 물질 전달을 촉진하기 위해 물질 전달 칼럼에서 다양한 유형의 트레이가 흔히 사용된다. 상승하는 유체는 전형적으로 증기이고, 하강하는 유체는 전형적으로 액체이지만, 액체-액체 및 기체-액체 시스템이 또한 알려져 있다. 각각의 트레이는 통상적으로 칼럼의 실질적으로 전체 수평 단면에 걸쳐 수평으로 연장되고, 원형 칼럼 벽 또는 쉘(shell)의 내측 표면에 용접된 링(ring)에 의해 트레이의 주연부 주위에서 지지된다. 다수의 트레이가 인접한 트레이들 사이에 균일한 수직 간격을 갖고서 이러한 방식으로 위치된다. 트레이는 칼럼에 의해 이루어지는 다단계 공정의 하나의 부분을 수행하도록 칼럼의 일부분에만 위치될 수 있다. 대안적으로, 트레이는 칼럼 내의 실질적으로 전체 개방 영역을 채울 수 있다.
전술된 유형의 트레이는, 트레이 데크(tray deck) 내의 개구에 위치되어 액체가 하나의 트레이로부터 인접한 하부 트레이로 하강하는 통로를 제공하는 하나 이상의 하강 유로(downcomer)를 포함한다. 하강 유로에 진입하기 전에, 트레이 데크 상의 액체는 트레이 데크의 선택된 부분 내에 제공된 개구를 통과하는 상승하는 증기와 상호작용한다. 증기 개구를 포함하는 트레이 데크의 그러한 영역은 트레이의 그러한 영역 위에서 이루어지는 증기와 액체 혼합 및 프로싱(frothing)으로 인해 흔히 "활성(active)" 영역으로 지칭된다.
트레이 데크 내의 증기 개구는 단순한 시브(sieve) 구멍일 수 있거나, 고정형 또는 이동가능 밸브(fixed or moveable valve)의 일부로서 형성될 수 있다. 종래의 밸브는 부착 레그(attachment leg)에 의해 트레이 데크 내의 개구 위에 지지되는 밸브 커버를 갖는다. 고정형 밸브에서, 밸브 커버는 수직 이동에 대해 고정된다. 이동가능 밸브에서, 밸브 커버는 개구를 통한 증기 또는 유체 유량의 변동에 응답하여 상하로 이동할 수 있다. 밸브 커버는 개구를 통한 하향으로의 유체의 바람직하지 않은 위핑(weeping)에 대해 고정형 및 이동가능 밸브 둘 모두 내의 개구를 차폐하는, 그리고 트레이 데크를 따라 유동하는 유체와의 향상된 상호작용을 위해 개구를 통해 상승한 증기 또는 다른 유체를 측방향으로 지향시키는 기능을 한다. 다양한 고정형 및 이동가능 밸브가 알려져 있지만, 그것들의 설계 및 성능의 추가의 개선이 요구된다.
일 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이에 관한 것이다. 접촉 트레이는 대체로 평탄한 트레이 데크, 및 트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브를 포함한다. 각각의 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 주연부 주위에서 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어(weir), 및 상기 개구와 상기 위어 위에서 부착 레그에 의해 지지되는 밸브 커버를 포함한다. 밸브 커버는 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고, 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는다.
다른 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이에 관한 것이다. 접촉 트레이는 대체로 평탄한 트레이 데크, 및 트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브를 포함한다. 각각의 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 전체 주연부 주위에서 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어, 밸브 커버 - 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되는 제1 및 제2 부착 레그에 의해 상기 개구와 상기 위어 위에서 지지됨 -, 및 상기 부착 레그 중 하나 내에 형성되는 통기 개구(vent opening)를 포함한다. 밸브 커버는 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고, 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는다.
추가의 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이에 관한 것이다. 접촉 트레이는 대체로 평탄한 트레이 데크, 및 트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브를 포함한다. 각각의 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 전체 주연부 주위에서 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어, 밸브 커버 - 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되는 제1 및 제2 부착 레그에 의해 상기 개구와 상기 위어 위에서 지지됨 -, 및 상기 부착 레그 중 하나 내에 형성되는 통기 개구를 포함한다. 트레이 데크 내의 개구는 원형이고, 밸브 커버는 등변 사다리꼴의 형태이다. 부착 레그는 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 각각 연결되는 제1 및 제2 부착 레그를 포함한다. 밸브 커버는 각각 트레이 데크 내의 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고, 제1 부착 레그는 개구의 최대 폭보다 큰 폭을 갖는다. 밸브 커버는 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는다.
본 명세서의 일부를 형성하고, 동일한 도면 부호가 다양한 도면에서 동일한 구성요소를 나타내기 위해 사용되는 첨부 도면에서:
도 1은 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지도록 의도되는 그리고 본 발명의 고정형 밸브 접촉 트레이의 일 실시예를 도시하기 위해 칼럼의 쉘의 일부분이 절결된 칼럼의 부분 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 칼럼 내의 접촉 트레이의 확대 사시도.
도 3은 구성의 상세 사항을 도시하기 위해 밸브 커버 중 하나가 제거된 상태로 접촉 트레이의 고정형 밸브를 더욱 확대된 축척으로 도시하는, 도 1 및 도 2의 접촉 트레이 중 하나의 부분 사시 부분 분해도.
도 4는 도 3의 선 4-4를 따른 수직 단면에서 화살표의 방향으로 취해진 고정형 밸브 중 2개를 도시하는, 접촉 트레이 중 하나의 부분 측면도.
도 5는 고정형 밸브를 위한 밸브 커버 중 하나의 상부 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 밸브 커버의 저부 사시도.
도 7은 밸브 커버의 제2 단부로부터 제1 단부로의 방향으로 취해진 도 5에 도시된 밸브 커버의 단부도.
도 8은 도 5에 도시된 밸브 커버의 측면도.
도 9는 도 7의 도면의 반대편 단부로부터 도시된 밸브 커버의 단부도.
도 10은 도 5에 도시된 밸브 커버의 평면도.
도 11은 도 5에 도시된 밸브 커버의 저면도.
도 12는 구성의 상세 사항을 도시하기 위해 밸브 커버 중 하나가 제거된 상태의, 이동가능 밸브를 포함하는 접촉 트레이 중 하나의 다른 실시예의 부분 사시 부분 분해도.
도 13은 도 12의 선 13-13을 따른 수직 단면에서 화살표의 방향으로 취해진 이동가능 밸브 중 2개를 도시하는, 도 12의 접촉 트레이의 부분 정면도.
도 14는 도 3의 선 4-4를 따른 수직 단면에서 화살표의 방향으로 취해진 이동가능 밸브 중 2개를 도시하는, 접촉 트레이 중 하나의 부분 측면도.
도 15는 이동가능 밸브를 위한 밸브 커버 중 하나의 상부 사시도.
도 16은 도 15에 도시된 밸브 커버의 저부 사시도.
도 17은 밸브 커버의 제2 단부로부터 제1 단부로의 방향으로 취해진 도 15에 도시된 밸브 커버의 단부도.
도 18은 도 15에 도시된 밸브 커버의 측면도.
도 19는 도 17의 도면의 반대편 단부로부터 도시된 밸브 커버의 단부도.
도 20은 도 15에 도시된 밸브 커버의 평면도.
도 21은 본 발명의 특징이 없는 고정형 밸브 접촉 트레이에 대한 본 발명의 고정형 밸브 접촉 트레이의 비교 성능을 도시하는 그래프.
이제 도면을 더욱 상세히 그리고 처음으로 도 1을 참조하면, 물질 전달 또는 열 교환 공정에 사용하기에 적합한 물질 전달 칼럼이 전반적으로 도면 부호 10으로 나타나 있다. 칼럼(10)은 구성이 대체로 원통형일 수 있는 직립 외부 쉘(12)을 포함할 수 있지만, 다각형을 포함하는 다른 구성이 가능하고 본 발명의 범주 내에 있다. 쉘(12)은 임의의 적합한 직경 및 높이를 가질 수 있고, 바람직하게는 칼럼(10)의 작동 동안에 존재하는 조건 및 유체에 불활성이거나 달리 양립가능한 하나 이상의 강성 재료로부터 구성될 수 있다.
칼럼(10)은 분별 생성물(fractionation product)을 얻거나 달리 유체 스트림들 사이의 물질 전달 또는 열 교환을 유발하도록 유체 스트림, 전형적으로 액체 또는 증기 스트림을 처리하기 위해 사용되는 유형의 것일 수 있다. 예를 들어, 칼럼(10)은 원유 상압(crude atmospheric), 윤활유 진공(lube vacuum), 원유 진공(crude vacuum), 유체 또는 열 분해 분별(fluid or thermal cracking fractionating), 코커 또는 비스브레이커 분별(coker or visbreaker fractionating), 코크 스크러빙(coke scrubbing), 반응기 오프-가스 스크러빙(reactor off-gas scrubbing), 가스 켄칭(gas quenching), 식용유 탈취(edible oil deodorization), 오염 방지 스크러빙(pollution control scrubbing), 또는 다른 공정이 이루어지는 칼럼일 수 있다.
칼럼(10)의 쉘(12)은 유체 스트림들 사이의 원하는 물질 전달 또는 열 교환이 이루어지는 개방 내부 영역(14)을 한정한다. 하나의 구현예에서, 유체 스트림은 하나 이상의 상승하는 증기 스트림 및 하나 이상의 하강하는 액체 스트림을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 유체 스트림은 상승하는 또는 하강하는 액체 스트림 또는 상승하는 또는 하강하는 증기 스트림의 실질적으로 임의의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유체 스트림은 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치에 위치되는, 하부 공급 라인(feed line)(16a) 또는 상부 공급 라인(16b)과 같은 임의의 개수의 공급 라인(16)을 통해 칼럼(10) 내로 지향될 수 있다. 하나의 구현예에서, 증기 스트림은 공급 라인(16a, 16b)을 통해 칼럼(10) 내로 도입되기보다는 칼럼(10) 내에서 생성될 수 있다. 하나 이상의 유체 스트림은 하부 배출 라인(takeoff line)(18a) 및 상부 배출 라인(18b)과 같은 임의의 개수의 배출 라인(18)을 통해 칼럼(10) 밖으로 지향될 수 있다. 하나의 구현예에서, 액체는 상부 공급 라인(16b)을 통해 도입되고 칼럼(10)을 통해 하강하며 하부 배출 라인(18a)을 통해 제거될 수 있고, 한편 증기는 하부 공급 라인(16a)을 통해 도입되고 칼럼(10)을 통해 상승하며 상부 배출 라인(18b)을 통해 제거될 수 있다.
환류 스트림 라인(reflux stream line), 리보일러(reboiler), 응축기(condenser), 증기 혼(vapor horn), 액체 분배기(liquid distributor) 등과 같은, 전형적으로 존재할 다른 칼럼 구성요소는 도면에 예시되지 않는데, 왜냐하면 그것들이 사실상 종래의 것이고, 이들 구성요소의 예시가 본 발명의 이해에 필요한 것으로 여겨지지 않기 때문이다.
본 발명에 따르면, 복수의 쌍의 고정형-밸브 접촉 트레이(20, 22)가 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에 위치되어 개방 내부 영역(14) 내에서 유동하는 유체의 상호작용을 용이하게 한다. 트레이(20, 22)는 칼럼(10)의 전체 단면에 걸쳐 대체로 수평으로 연장되고, 각각의 트레이(20)가 트레이 중 하나(22) 위에 놓이고 그것에 수직으로 인접하도록 교번하는 방식으로 배열된다. 각각의 트레이(20, 22)의 특정 설계는 본 발명의 범주 내에 유지되는 상태에서 달라질 수 있다.
도 1 및 도 2의 예시된 실시예에서, 트레이(20, 22)는 하강하는 유체가 각각의 트레이(20, 22) 상에서 단부에서 단부까지 반대 유동 방향들로 유동하는 단일-패스(single-pass) 유체 유동 배열을 형성하도록 구성된다. 각각의 트레이(20)는 통상적으로 상호연결된 트레이 패널로부터 형성되는 트레이 데크(26)의 일 단부에 위치되는 측부 하강 유로(24)를 갖는다. 측부 하강 유로(24)는 트레이 데크(26)로부터 하강하는 유체를 수용하고 제거하며, 그것을 쌍을 이룬 아래에 놓인 트레이(22)의 트레이 데크(28)의 일 단부로 전달한다. 유체는 이어서 트레이 데크(28)를 가로질러 반대 방향으로, 트레이 데크(28)의 반대편 단부에 위치되는 측부 하강 유로(30)로 유동한다. 유체는 측부 하강 유로(30)에 진입하고, 다음의 아래에 놓인 트레이(20)의 트레이 데크(26)로 전달된다. 이러한 유동 패턴이 각각의 하부 쌍의 트레이(20, 22) 상에서 반복된다. 트레이(20, 22)가 단일-패스 유체 유동을 위해 구성되는 것으로 예시되지만, 본 발명은 다중-패스(multi-pass) 유동을 위해 구성되는 트레이를 포함한다.
증기 또는 다른 유체가 트레이 데크(26, 28)를 통해 상승하고 트레이 데크(26, 28)의 상부 표면을 가로질러 유동하면서 상호작용하도록 허용하기 위해, 고정형 밸브(32)가 트레이(20, 22)의 트레이 데크(26, 28)의 일부 부분 상에 사전선택된 패턴으로 위치된다. 이들 고정형 밸브(32)를 포함하는 트레이 데크(26, 28)의 영역이 통상적으로 트레이(20, 22)의 활성 영역으로 지칭된다.
위에 놓인 트레이(20)의 측부 하강 유로(24) 아래에 놓인 트레이 데크(28)의 영역은 입구 패널(34)을 포함하고, 통상적으로 구멍이 없거나(imperforate) 하강하는 유체가 입구 패널(34)을 통과하는 것을 방해하거나 방지하는 차폐된 유동 통로를 갖는다. 유사하게, 위에 놓인 트레이(22)의 측부 하강 유로(30) 아래에 놓인 트레이 데크(26)의 영역은 구멍이 없거나 차폐된 유동 통로를 갖는 입구 패널(36)을 포함한다.
각각의 트레이(20)의 측부 하강 유로(24)는 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14)에 걸쳐 현 모양(chordal) 방식으로 연장되는 벽(38)을 포함한다. 벽(38)의 상부 부분, 또는 벽(38)에 부착된 별개의 피스(piece)가 트레이 데크(26) 위로 상향으로 연장되어 입구 위어(40)를 형성하며, 이러한 입구 위어는 액체가 위어(40) 위로 넘쳐 측부 하강 유로(24)에 진입하기 전에 트레이 데크(26) 상에 축적되게 한다. 벽(38)의 하부 부분이 아래에 놓인 트레이 데크(28) 위로 이격되거나 유동 개구(도시되지 않음)를 포함하여, 유체가 트레이 데크(26)의 반대편 단부에 있는 측부 하강 유로(30)에 진입하기 전에 측부 하강 유로(24)로부터 빠져나가 트레이 데크(28)의 상부 표면을 따라 유동하도록 허용한다.
유사하게, 각각의 트레이(22) 상의 측부 하강 유로(30)는 아래에 놓인 트레이 데크(26) 위로 이격되거나 유동 개구(도시되지 않음)를 포함하여, 유체가 측부 하강 유로(30)로부터 빠져나가 트레이 데크(26)의 상부 표면을 따라 유동하도록 허용하는 하부 부분을 갖는 현 모양 벽(42)을 포함한다. 벽(42)의 상부 부분, 또는 벽(42)에 부착된 별개의 피스가 트레이 데크(28) 위로 상향으로 연장되어 입구 위어(44)를 형성한다. 각각의 벽(38, 42)이 평탄하고 수직으로 연장되는 것으로 예시되지만, 계단형, 경사형 또는 다중-현 모양 벽 또는 다른 구성이 본 발명의 범주 내에 있다.
이제 도 3 내지 도 11을 참조하면, 트레이 데크(26) 상의 각각의 고정형 밸브(32)는 트레이 데크(26)를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크(26)를 통해 연장되는 개구(46), 및 개구(46)의 전체 주연부를 따라 사전선택된 거리만큼 트레이 데크(26)로부터 상향으로 연장되는 위어(48)를 포함한다. 각각의 고정형 밸브(32)는 또한 개구(46) 위의 고정된, 사전선택된 위치에서 제1 및 제2 부착 레그(52, 54)에 의해 지지되는 밸브 커버(50)를 포함한다. 2개의 부착 레그(52, 54)가 밸브 커버(48)를 지지하기 위해 예시된 실시예에 사용되지만, 필요할 경우 추가의 부착 레그가 사용될 수 있다.
예시된 실시예의 부착 레그(52, 54)는 트레이 데크(26)로부터 상향으로 연장되고, 밸브 커버(50)의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치된다. 부착 레그(52, 54)는 트레이 데크(26)에 대체로 수직하게 연장되는 것으로 도시되지만, 그것들은 다른 실시예에서 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 경사질 수 있다. 각각의 부착 레그(52, 54)는, 밸브 커버(50)의 에지에 부착되고 에지와 일체형인 상부 단부를 갖는다.
부착 레그(52, 54)는 트레이 데크(26)에 적합한 방식으로 고정된다. 예시된 실시예에서, 부착 레그(52, 54)는 각각 트레이 데크(26) 내의 개구(46)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는 평행한 슬롯(slot)(56, 58)(도 3)을 통해 하향으로 연장된다. 각각의 부착 레그(52, 54)는 각각 트레이 데크(26)의 상부 표면에 대해 결합되는 한 쌍의 견부(shoulder)(60, 62), 및 견부(60, 62) 아래로 사전선택된 거리만큼 이격되는 상부 표면을 갖는 로킹 탭(locking tab)(64)을 포함한다. 로킹 탭(64)은 상기 트레이 데크(26)의 밑면에 대해 결합된다. 견부(60, 62)와 탭(64)의 상부 표면 사이의 거리는 부착 레그(52, 54)의 견부(60, 62)가 트레이 데크(26)의 상부 표면과 결합되고 상기 로킹 탭(64)의 상부 표면이 트레이 데크(26)의 밑면에 대해 결합될 때 부착 레그(60, 62) 및 그 상에 지지되는 밸브 커버(50)의 수직 이동을 방지하도록 선택된다. 필요할 경우, 견부(60, 62)와 로킹 탭(64)의 상부 표면 사이의 거리는 트레이 데크(26) 내의 개구(46)를 통해 상승하는 유체에 의해 밸브 커버(50)의 밑면에 가해지는 상향 압력의 변동에 응답하여 부착 레그(52, 54) 및 밸브 커버(50)의 일정 정도의 수직 이동을 허용하도록 증가될 수 있다.
로킹 탭(64)은 로킹 탭(64)의 상부 표면이 트레이 데크(26)의 밑면에 대해 결합되도록 위치되기 전에 부착 레그(52, 54)가 슬롯(56, 58)을 통해 하향으로 삽입되도록 허용하는 다양한 적합한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 로킹 탭(64)은 단순히 부착 레그(52, 54)의 설치 후에 로킹 탭의 상부 표면이 트레이 데크(26)의 밑면과 결합되게 하도록 수동으로 구부러질 수 있다. 예시된 실시예에서, 로킹 탭(64)은 로킹 탭(64)의 하부 에지를 부착 레그(52 또는 54)에 부착된 상태로 유지시키면서 로킹 탭(64)의 2개의 측부 및 상부 에지를 따라 절단함으로써 관련 부착 레그(52 또는 54) 내에 형성된다. 로킹 탭(64)은 이어서 부착된 하부 에지를 중심으로 구부러져 로킹 탭(64)의 나머지 부분을 관련 부착 레그(52 또는 54)의 평면 밖으로 이동시킨다. 부착 레그(52 또는 54)가 관련 슬롯(56 또는 58)을 통해 하향으로 삽입될 때, 슬롯(56 또는 58)을 둘러싸는 트레이 데크(26)의 부분이 로킹 탭(64)을 부착 레그(52 또는 54)의 평면을 향해 피봇시킨다(pivot). 로킹 탭(64)은 이어서 일단 로킹 탭(64)이 슬롯(56 또는 58)을 통과하면 외향으로 튀어나온다(spring).
부착 레그(52)는 개구(46)를 통한 하향으로의 유체의 원하지 않는 위핑에 대해 개구(46)를 차폐하기 위해 트레이 데크(26) 내의 개구(46)의 대응하는 최대 폭보다 큰 폭을 갖는다. 고정형 밸브(32)는 부착 레그(52, 54)가 트레이 데크(26)의 상부 표면을 따라 전반적인 유체 유동 방향으로 정렬되도록 트레이 데크(26) 상에서 배향되며, 이때 부착 레그(52)가 고정형 밸브(32)의 상류측에 위치된다. 상류 부착 레그(52)는 하나의 실시예에서 개구(46) 주위로의 유체의 더욱 유선형인 유동을 용이하게 하기 위해 부착 레그(54)보다 크다.
밸브 커버(50)는 하나의 실시예에서 부착 레그(52, 54)가 밸브 커버(50)의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 연결되는 등변 사다리꼴의 형태이다. 밸브 커버(50)는 대안적으로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 밸브 커버(50)는 개구(46)를 통한 유체의 불리한 하향 위핑에 대해 개구(46)를 더욱 효과적으로 차폐하기 위해 트레이 데크(26) 내의 개구(46)의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되도록 치수설정되고, 하향으로 연장되는 외주연부 영역(66)을 갖는다. (주연부 영역(66)을 제외한) 밸브 커버(50)는 트레이 데크(26)의 평면에 평행한 평면 내에 놓인다. 다른 실시예에서, 밸브 커버(50)는 예컨대 트레이 데크(26)의 상부 표면 상에서의 전반적인 유체 유동 방향의 상향 방향으로 경사질 수 있다.
각각의 고정형 밸브(32) 내의 하류 부착 레그(54)는 상류 부착 레그(52)로부터 멀어지게 하류 유체-유동 방향으로 지향되는 루버형 통기 개구(louvered vent opening)(68)를 포함한다. 통기 개구(68)는 고정형 밸브(32) 내의 개구(46)를 통해 상승하는 유체가 부착 레그(54)를 통해 통기되도록 허용하여, 트레이 데크(26)의 상부 표면을 따라 유동하는 유체와의 혼합을 용이하게 하고, 유동하는 유체에 지향성 추진력(directional push)을 제공한다. 트레이 데크(28) 상의 각각의 고정형 밸브(32)는 트레이 데크(26) 상의 전술된 고정형 밸브와 동일한 구성을 갖는다.
비교 시험을 통해, 유사한 구성을 갖지만 밸브 커버(50)의 아래로 향한 주연부 영역(66), 개구(46)를 둘러싸는 위어(48), 및 하류 부착 레그(54) 내에 형성되는 통기 개구(68)가 없는 종래의 프로밸브(PROVALVE)TM 고정형 밸브와 비교하여, 고정형 밸브(32)는 고정형 밸브(32)를 통해 상승하는 증기 내에의 액체의 비말동반(entrainment)을 감소시키고 고정형 밸브(32)를 통한 하향으로의 액체의 위핑을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 비교 시험 결과가 도 21에 기재된다.
도 12 내지 도 20을 참조하면, 고정형 밸브(32)와 동일한 구조적 특징 중 많은 것을 갖는 이동가능 밸브(132)가 트레이 데크(126) 내에 예시된다. 참조의 용이함을 위해, 전반적으로 고정형 밸브(32)의 구성요소에 대응하는 이동가능 밸브(132)의 구성요소에 대해 접두사 "1"이 도면 부호와 함께 사용된다. 이동가능 밸브(132)는 각각 트레이 데크(126)를 통해 연장되는 개구(146), 및 개구(146)의 전체 주연부를 따라 사전선택된 거리만큼 트레이 데크(126)로부터 상향으로 연장되는 위어(148)를 포함한다.
각각의 고정형 밸브(132)에서, 밸브 커버(150)가 제1 및 제2 부착 레그(152, 154)에 부착된다. 2개의 부착 레그(152, 154)가 예시된 실시예에 사용되지만, 필요할 경우 추가의 부착 레그가 사용될 수 있다.
부착 레그(152, 154)는 밸브 커버(150)의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되고, 트레이 데크(126)에 수직하게 연장된다. 각각의 부착 레그(152, 154)는, 밸브 커버(150)의 에지에 부착되고 에지와 일체형인 상부 단부를 갖는다. 부착 레그(152, 154)는 각각 트레이 데크(126) 내의 개구(146)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는 평행한 슬롯(156, 158)(도 12)을 통해 하향으로 연장된다. 각각의 부착 레그(152, 154)는 밸브 커버(150) 아래로 사전선택된 거리만큼 이격되는 상부 표면을 갖는 로킹 탭(164)을 포함한다. 로킹 탭(164)은 상기 트레이 데크(126)의 밑면에 대해 결합되어 밸브 커버(150)의 상향 이동의 상한을 설정한다. 위어(48)의 상부 에지에 대한 밸브 커버(150)의 밑면의 결합이 밸브 커버(150)의 하향 이동의 하한을 설정한다. 대안적으로, 전술된 부착 레그(52, 54)와 함께 사용되는 견부(60, 62)와 같은 견부(160, 162)가 하향 이동의 하한을 설정하기 위해 사용될 수 있다. 로킹 탭(164)과 밸브 커버(150)의 밑면 사이의 거리는 트레이 데크(126) 내의 개구(146)를 통해 상승하는 유체에 의해 밸브 커버(150)의 밑면에 가해지는 상향 압력의 변동에 응답하여 부착 레그(160, 162) 및 그 상에 지지되는 밸브 커버(150)의 수직 이동 거리의 범위를 설정하도록 선택된다. 예시 목적으로, 도 13의 우측 이동가능 밸브(132)는 그의 완전-개방된 위치로 도시되고, 그러한 도면의 좌측 이동가능 밸브(132)는 그의 폐쇄된 위치로 도시된다.
로킹 탭(164)은 로킹 탭(64)에 관하여 전술된 바와 같이 부착 레그(152, 154)가 슬롯(156, 158)을 통해 하향으로 삽입되도록 허용하는 다양한 적합한 형태를 가질 수 있다.
부착 레그(152)는 개구(146)를 통한 하향으로의 유체의 원하지 않는 위핑에 대해 개구를 차폐하기 위해 트레이 데크(126) 내의 개구(146)의 대응하는 최대 폭보다 큰 폭을 갖는다. 이동가능 밸브(132)는 부착 레그(152, 154)가 트레이 데크(126)의 상부 표면을 따라 전반적인 유체 유동 방향으로 정렬되도록 트레이 데크(126) 상에서 배향되며, 이때 부착 레그(152)가 이동가능 밸브(132)의 상류측에 위치된다. 상류 부착 레그(152)는 하나의 실시예에서 개구(146) 주위로의 유체의 더욱 유선형인 유동을 용이하게 하기 위해 부착 레그(154)보다 크다.
밸브 커버(150)는 하나의 실시예에서 부착 레그(152, 154)가 밸브 커버(150)의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 연결되는 등변 사다리꼴의 형태이다. 밸브 커버(150)는 대안적으로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 밸브 커버(150)는 개구(146)를 통한 유체의 불리한 하향 위핑에 대해 개구(146)를 더욱 효과적으로 차폐하기 위해 트레이 데크(126) 내의 개구(146)의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되도록 치수설정되고, 하향으로 연장되는 외주연부 영역(166)을 갖는다. (주연부 영역(166)을 제외한) 밸브 커버(150)는 트레이 데크(126)의 평면에 평행한 평면 내에 놓인다. 다른 실시예에서, 밸브 커버(150)는 예컨대 트레이 데크(126)의 상부 표면 상에서의 전반적인 유체 유동 방향의 상향 방향으로 경사질 수 있다.
각각의 이동가능 밸브(132) 내의 하류 부착 레그(154)는 루버형 통기 개구(68)를 생략하거나 루버형 통기 개구(68) 대신에 단순한 개구로 대체함으로써 고정형 밸브(32) 내의 하류 부착 레그(54)와 상이할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 전술된 견부가 밸브 커버(150)의 하향 이동의 하한을 설정하기 위해 사용되는 실시예에서, 루버형 통기 개구(68)가 포함될 수 있다. 그러한 실시예에서, 루버형 통기 개구는 루버형 통기 개구가 부착 레그(154)의 그의 관련 슬롯(158) 내로의 하향 이동을 방해하지 않도록 견부 위에 위치될 것이다.
전술한 바로부터, 본 발명이 이러한 구조에 고유한 다른 이점과 함께 위에 기재된 모든 목적 및 목표를 달성하기에 아주 적합한 발명인 것이 이해될 것이다.
소정 특징 및 하위조합이 유용성을 갖고, 다른 특징 및 하위조합을 참조함이 없이 채용될 수 있는 것이 이해될 것이다. 이는 본 발명의 범주에 의해 고려되고, 본 발명의 범주 내에 있다.
많은 가능한 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명으로 구성될 수 있기 때문에, 본 명세서에 기재되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항이 제한의 의미가 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 함이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 물질 전달 칼럼(mass transfer column)에 사용하기 위한 접촉 트레이(contact tray)로서,
    평탄한 트레이 데크(tray deck); 및
    트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브(valve) - 각각의 상기 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 주연부 전체를 둘러싸고 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어(weir), 및 상기 개구와 상기 위어 위에서 부착 레그(attachment leg)에 의해 지지되는 밸브 커버를 포함함 - 를 포함하고,
    상기 부착 레그는 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 단부들에 정렬되는 제1 및 제2 부착 레그를 포함하고,
    상기 밸브 커버는 상기 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고, 상기 밸브 커버는 상기 밸브 커버의 전체 주연부를 둘러싸고 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는, 접촉 트레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 고정형 밸브(fixed valve)이고, 상기 부착 레그는 상기 개구와 상기 위어 위의 고정된 위치에서 상기 밸브 커버를 지지하는, 접촉 트레이.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 트레이 데크 내의 슬롯(slot)을 통해 연장되고, 상기 트레이 데크의 상부 표면에 대해 결합되는 견부(shoulder), 및 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는, 상기 견부로부터 사전선택된 거리만큼 이격되는 상부 표면을 갖는 탭(tab)을 포함하고, 상기 견부와 탭의 상기 상부 표면 사이의 상기 사전선택된 거리는 부착 레그의 견부가 트레이 데크의 상부 표면과 결합되고 상기 탭의 상기 상부 표면이 트레이 데크의 밑면에 대해 결합될 때 상기 부착 레그 및 밸브 커버의 수직 이동을 방지하도록 선택되는, 접촉 트레이.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 밸브 커버가 하강된 수직 위치와 상승된 수직 위치 사이에서 이동하도록 허용하기 위해 상기 트레이 데크 내의 슬롯을 통해 연장되고 상기 슬롯 내에서 수직으로 이동가능하고, 각각의 상기 부착 레그는 밸브 커버가 상승된 수직 위치에 있을 때 부착 레그의 추가의 수직 이동을 방지하기 위해 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는 상부 표면을 갖는 탭을 포함하는, 접촉 트레이.
  5. 제4항에 있어서, 밸브 커버가 하강된 위치에 있을 때 트레이 커버의 밑면이 상기 위어와 접촉하는, 접촉 트레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개구는 원형이고, 상기 밸브 커버는 제1 및 제2 부착 레그를 포함하는 상기 부착 레그가 각각 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 연결되는 등변 사다리꼴의 형태인, 접촉 트레이.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 부착 레그는 개구의 최대 치수보다 폭이 넓고, 상기 밸브 커버의 상류측에 위치되고, 상기 제2 부착 레그는 상기 제1 부착 레그보다 폭이 덜 넓고, 상기 밸브 커버의 하류측에 위치되는, 접촉 트레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 부착 레그는 내부에 형성되는 통기 개구(vent opening), 및 상기 통기 개구로부터 돌출된 루버(louver)를 갖는, 접촉 트레이.
  9. 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이로서,
    평탄한 트레이 데크; 및
    트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브 - 각각의 상기 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 주연부 전체를 둘러싸고 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어, 밸브 커버 - 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되는 제1 및 제2 부착 레그에 의해 상기 개구와 상기 위어 위에서 지지됨 -, 및 상기 부착 레그 중 하나 내에 형성되는 통기 개구를 포함함 - 를 포함하고,
    상기 밸브 커버는 상기 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고, 상기 밸브 커버는 상기 밸브 커버의 전체 주연부를 둘러싸고 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖는, 접촉 트레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밸브는 고정형 밸브이고, 상기 제1 및 제2 부착 레그는 상기 개구와 상기 위어 위의 고정된 위치에서 상기 밸브 커버를 지지하는, 접촉 트레이.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 트레이 데크 내의 슬롯을 통해 연장되고, 상기 트레이 데크의 상부 표면에 대해 결합되는 견부, 및 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는, 상기 견부로부터 사전선택된 거리만큼 이격되는 상부 표면을 갖는 탭을 포함하고, 상기 견부와 탭의 상기 상부 표면 사이의 상기 사전선택된 거리는 부착 레그의 견부가 트레이 데크의 상부 표면과 결합되고 상기 탭의 상기 상부 표면이 트레이 데크의 밑면에 대해 결합될 때 상기 부착 레그 및 밸브 커버의 수직 이동을 방지하도록 선택되는, 접촉 트레이.
  12. 제9항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 밸브 커버가 하강된 수직 위치와 상승된 수직 위치 사이에서 이동하도록 허용하기 위해 상기 트레이 데크 내의 슬롯을 통해 연장되고 상기 슬롯 내에서 수직으로 이동가능하고, 각각의 상기 부착 레그는 밸브 커버가 상승된 수직 위치에 있을 때 부착 레그의 추가의 수직 이동을 방지하기 위해 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는 상부 표면을 갖는 탭을 포함하는, 접촉 트레이.
  13. 제12항에 있어서, 밸브 커버가 하강된 위치에 있을 때 트레이 커버의 밑면이 상기 위어와 접촉하는, 접촉 트레이.
  14. 제9항에 있어서, 상기 개구는 원형이고, 상기 밸브 커버는 제1 및 제2 부착 레그를 포함하는 상기 부착 레그가 각각 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 연결되는 등변 사다리꼴의 형태인, 접촉 트레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 부착 레그는 개구의 최대 치수보다 폭이 넓고, 상기 밸브 커버의 상류측에 위치되고, 상기 제2 부착 레그는 상기 제1 부착 레그보다 폭이 덜 넓고, 상기 밸브 커버의 하류측에 위치되고, 상기 유체는 상기 상류측으로부터 상기 하류측으로 상기 트레이 데크에 걸쳐 유동하고, 상기 제2 부착 레그는 내부에 형성되는 통기 개구, 및 상기 통기 개구로부터 돌출된 루버를 갖는, 접촉 트레이.
  16. 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이로서,
    평탄한 트레이 데크; 및
    트레이 데크에 걸쳐 분포되는 복수의 밸브 - 각각의 상기 밸브는 트레이 데크를 통한 유체의 통과를 허용하기 위해 트레이 데크를 통해 연장되는 개구, 개구의 주연부 전체를 둘러싸고 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 위어, 밸브 커버 - 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되는 제1 및 제2 부착 레그에 의해 상기 개구와 상기 위어 위에서 지지됨 -, 및 상기 부착 레그 중 하나 내에 형성되는 통기 개구를 포함함 - 를 포함하고,
    상기 개구는 원형이고, 상기 밸브 커버는 제1 및 제2 부착 레그를 포함하는 상기 부착 레그가 각각 상기 밸브 커버의 서로 반대편에 있는 평행한 제1 및 제2 단부들에 연결되는 등변 사다리꼴의 형태이고,
    상기 밸브 커버는 상기 밸브 커버의 전체 주연부를 둘러싸고 하향으로 연장되는 주연부 영역을 갖고, 상기 밸브 커버는 개구의 전체 주연부를 지나 외향으로 연장되고,
    상기 제1 부착 레그는 개구의 최대 폭보다 큰 폭을 갖고, 상기 밸브 커버의 상류측에 위치되고, 상기 제2 부착 레그는 상기 제1 부착 레그보다 폭이 덜 넓고, 상기 밸브 커버의 하류측에 위치되고, 상기 제2 부착 레그는 내부에 형성되는 통기 개구, 및 상기 통기 개구로부터 돌출된 루버를 갖는, 접촉 트레이.
  17. 제16항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 트레이 데크 내의 슬롯을 통해 연장되고, 상기 트레이 데크의 상부 표면에 대해 결합되는 견부, 및 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는, 상기 견부로부터 사전선택된 거리만큼 이격되는 상부 표면을 갖는 탭을 포함하고, 상기 견부와 탭의 상기 상부 표면 사이의 상기 사전선택된 거리는 부착 레그의 견부가 트레이 데크의 상부 표면과 결합되고 상기 탭의 상기 상부 표면이 트레이 데크의 밑면에 대해 결합될 때 상기 부착 레그 및 밸브 커버의 수직 이동을 방지하도록 선택되는, 접촉 트레이.
  18. 제16항에 있어서, 각각의 상기 부착 레그는 상기 밸브 커버가 하강된 수직 위치와 상승된 수직 위치 사이에서 이동하도록 허용하기 위해 상기 트레이 데크 내의 슬롯을 통해 연장되고 상기 슬롯 내에서 수직으로 이동가능하고, 각각의 상기 부착 레그는 밸브 커버가 상승된 수직 위치에 있을 때 부착 레그의 추가의 수직 이동을 방지하기 위해 상기 트레이 데크의 밑면에 대해 결합되는 상부 표면을 갖는 탭을 포함하는, 접촉 트레이.
  19. 제18항에 있어서, 밸브 커버가 하강된 위치에 있을 때 트레이 커버의 밑면이 상기 위어와 접촉하는, 접촉 트레이.
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