KR102618884B1

KR102618884B1 - 트레이 유닛 및 그것을 포함하는 증류탑

Info

Publication number: KR102618884B1
Application number: KR1020230021187A
Authority: KR
Inventors: 변재식
Original assignee: 변재식
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2023-12-27

Abstract

본 발명은 제1 원통; 상기 제1 원통의 아래에 위치하는 제2 원통; 상기 제1 원통의 내부에서 상기 제1 원통과 상기 제2 원통 사이에 구비되는 것으로서, 기체의 통기가 가능한 관통공을 구비하는 다공판; 상기 제1 원통의 내부에서 상기 다공판의 중심에 구비되는 파이프; 상기 제1 원통의 상부에 결합되는 것으로서, 상기 파이프의 내부와 연통되는 중심구멍을 구비하는 상부판; 상기 제2 원통 내부에 구비되는 것으로서, 상기 다공판의 저면에서 하향으로 연장되는 제3 원통; 및 상기 제2 원통과 상기 제3 원통 사이에 구비되는 하부판; 을 포함하는 트레이 유닛을 제공한다.

Description

트레이 유닛 및 그것을 포함하는 증류탑{TRAY UNIT AND DISTILLATION TOWER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 화학공정에서 비점이 다른 혼합물을 분리할 목적으로 사용하는 트레이 유닛 및 그것을 포함하는 증류탑에 관한 것이다.

일반적으로 증류탑은 화학공정에서 비점이 다른 혼합물을 분리할 목적으로 사용한다.

공개특허공보 제10-2015-0097867호에 개시된 종래의 트레이 유닛 및 이를 포함하는 증류탑은, 내부에서 기체와 액체의 접촉 효율을 향상시키고 처리량을 증대시키기 위하여, 판면을 관통하여 기체가 상승하는 복수의 홀이 형성되는 다공판; 상기 다공판의 판면을 관통하여 설치되며 상기 다공판 상면에 일정 높이로 돌출되어 상기 다공판의 상면에 흐르는 액체가 일정 높이를 초과하면 상기 다공판의 하부로 하강하는 통로를 제공하는 파이프 유닛; 및 상기 다공판의 측면 가장자리를 따라 상기 다공판의 판면에 교차되는 방향으로 마련되어 상기 다공판의 상면에 흐르는 액체와 상기 다공판의 하부에서 상승하는 기체가 접촉하는 공간을 형성하는 측벽판을 포함하며, 상기 파이프 유닛은, 상기 다공판의 판면을 관통하여 설치되며 상기 다공판 상면에 일정 높이로 돌출되어 마련되는 파이프; 상기 파이프의 하단에 마련되어 상기 파이프 내부를 따라 하강하는 액체를 사방으로 분사시키는 씰; 및, 상기 파이프의 상부 외측을 감싸는 형태로 마련되어 상부에서 분사되는 액체가 상기 파이프로 직접 유입되는 것을 방지하는 배플을 포함하는 트레이 유닛과, 내부에 트레이 어셈블리가 다단으로 마련되며, 상기 트레이 어셈블리는 트레이 유닛이 복수로 상호 인접하게 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 증류탑을 제공한다.

그런데 종래 트레이 유닛 및 이를 포함하는 증류탑은, 비점이 다른 혼합물의 분리 과정에서 일부의 액체 또는 기체가 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이의 틈새로 유입되어 처리할 수 없는 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라 액체가 다공판 전체에 고르게 퍼지지 않고 파이프 유닛의 부근에 떨어져 액체와 기체의 접촉이 다공판에서 시간 차를 두고 일어나는 등 액체와 기체의 접촉 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0097867호(2015.08.27. 공개)

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기체와 액체의 접촉효율을 향상시키고 압력손실을 감소시킴으로써 증류탑의 처리량을 극대화할 수 있도록 한 트레이 유닛 및 그것을 포함하는 증류탑을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 제1 원통; 상기 제1 원통의 아래에 위치하는 제2 원통; 상기 제1 원통의 내부에서 상기 제1 원통과 상기 제2 원통 사이에 구비되는 것으로서, 기체의 통기가 가능한 관통공을 구비하는 다공판; 상기 제1 원통의 내부에서 상기 다공판의 중심에 구비되는 파이프; 상기 제1 원통의 상부에 결합되는 것으로서, 상기 파이프의 내부와 연통되는 중심구멍을 구비하는 상부판; 상기 제2 원통 내부에 구비되는 것으로서, 상기 다공판의 저면에서 하향으로 연장되는 제3 원통; 및 상기 제2 원통과 상기 제3 원통 사이에 구비되는 하부판; 을 포함하는 트레이 유닛을 제공한다.

또한, 상기 제1 원통의 내부에서 상기 파이프를 감싸도록 상기 다공판의 둘레를 따라 구비되는 격벽; 상기 격벽과 상기 제1 원통 사이를 따라 일정 간격으로 구성되는 지지판; 및 상기 상부판의 가장자리, 상기 지지판, 및 상기 하부판을 관통하도록 결합되는 서포트바; 를 더 포함한다.

또한, 상기 상부판을 따라 상기 파이프의 내부로 유입되는 액체는 상기 파이프의 하부에 구비되는 배출공을 통해 상기 파이프와 상기 격벽 사이의 제1 공간으로 유입되고, 상기 제1 공간으로 유입된 액체의 액위가 상기 격벽의 높이를 초과하면 액체가 상기 격벽을 넘어 상기 제2 원통과 상기 제3 원통 사이의 제2 공간으로 유입되며, 상기 제2 공간으로 유입된 액체는 상기 제2 원통 및 상기 제3 원통에 구비되는 배출공을 통해 배출된다.

또한, 상기 상부판의 중심구멍 둘레를 따라 등 간격으로 배열되는 것으로서, 상기 상부판에서 돌출 형성되면서 상부 측면에 기체의 배출이 가능한 배출공을 구비하는 펜스; 및 상기 제2 원통과 상기 제3 원통을 관통하도록 결합되어 상기 하부판의 상부를 가압하는 서포트핀; 을 더 포함한다.

또한, 상기 제2 원통과 상기 제3 원통을 관통하는 유입통로가 구비되고, 상기 유입통로를 통해 상기 제3 원통 내부로 유입된 기체는 상기 다공판의 관통공을 통과하여 상기 제1 공간 내부의 액체와 접촉하며, 기체와 액체의 접촉 반응 시 발생하는 기체는 상기 펜스의 배출공을 통해 배출된다.

본 발명은 트레이 유닛이 상호 인접하게 연결되어 구성되는 트레이 어셈블리가 증류탑 본체의 내부에서 층을 이루도록 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증류탑을 제공한다.

또한, 상기 트레이 어셈블리의 중심에 위치하는 트레이 유닛 상부, 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이의 틈새, 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 틈새를 밀폐하는 밀폐덮개가 결합되고, 상기 밀폐덮개는 일체형 또는 분리형으로 구성된다.

또한, 상기 트레이 어셈블리의 중심에 위치하는 트레이 유닛 상부에는 육각 형태의 밀폐덮개가 결합되고, 육각 형태의 밀폐덮개를 중심으로 동심원을 이루도록 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이의 틈새 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 틈새에는 부채꼴 형태의 밀폐덮개가 결합된다.

또한, 상기 밀폐덮개의 중심에 결합공이 구비되고, 상기 결합공에 상부판의 중심구멍 둘레를 따라 등 간격으로 배열되는 펜스가 결합된다.

또한, 상기 밀폐덮개의 가장자리를 따라 조립공이 구비되고, 상기 조립공은 상부판을 관통하여 노출되는 서포트바의 일측 단부에 결합된다.

본 발명은 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이, 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 공간을 밀폐덮개로 밀폐함으로써, 종래 일부 기체 또는 액체가 유닛과 트레이 유닛 사이의 공간으로 삽입되어 처리되지 않는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 액체가 파이프를 통해 제1 공간으로 유입되어 항상 일정 액위를 유지함으로써, 제1 공간으로 유입된 액체가 시간차 없이 기체와 접촉할 수 있고 이로 인해 증류탑의 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명은 기체가 유입통로를 통해 트레이 유닛 내부로 유입되어 액체와 접촉 반응이 원활히 이루어짐에 따라 트레이 유닛 내부의 압력 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증류탑의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 측다면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 어셈블리의 저면에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐덮개의 결합 상태를 개략 적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 원통과 제2 원통을 제거한 상태의 트레이 유닛을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛 내부의 기체 및 액체의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액체가 제1 공간에서 제2 공간을 이동하는 과정을 나타내는 다공판의 평도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증류탑의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 측다면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 어셈블리의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 어셈블리의 저면에서 바라본 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀폐덮개의 결합 상태를 개략 적으로 나타내는 평면도이다.

도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 증류탑 본체(1)의 내부에 트레이 어셈블리(10)가 층을 이루도록 다단으로 구성된다. 각 단의 트레이 어셈블리(10)에서 액체와 기체가 접촉 반응이 이루어질 수 있다. 액체와 기체의 접촉 반응 시 열 및 물질 전달이 일어날 수 있다.

트레이 어셈블리(10)는 상호 인접하게 연결되는 복수의 트레이 유닛(100)에 의해 구성될 수 있다. 증류탑 본체(1)의 내부에 마련되는 구조물의 기본 단위 유닛은 트레이 유닛(100)이다. 증류탑 본체(1)의 내부에 트레이 유닛(100)을 복수로 배치하여 각 단을 구성하도록 트레이 어셈블리(10)를 형성한다.

트레이 유닛(100)은 증류탑 본체(1)의 내부 중심에서 원주 방향으로 동심원을 이루도록 배치될 수 있다.

증류탑 본체(1)의 내부에 배치되는 트레이 유닛(100)으로 인해 설계 변경이 용이하고 설치 및 시공이 편리하다.

각 단을 이루는 트레이 어셈블리(10)는 상, 하 인접한 다른 트레이 어셈블리(10)와 동일한 형태일 필요는 없다.

예컨대, 트레이 어셈블리(10)는 인접한 상부 또는 하부의 다른 트레이 어셈블리(10)와 각각의 단위 유닛인 트레이 유닛(100)이 일정 부분 상호 엇갈리게 배치될 수 있다.

각 단에서 트레이 유닛(100)이 상호 엇갈리게 배치됨에 따라 상부에서 하부로 이동하는 액체가 보다 균일하게 분배될 수 있다. 이로 인해 액체와 기체의 접촉 반응이 원활히 이루어질 수 있다.

트레이 어셈블리(10)의 중심에 위치하는 트레이 유닛(100)의 상부, 트레이 유닛(100)과 트레이 유닛(100) 사이의 틈새(W), 및 트레이 유닛(100)과 증류탑 본체(1) 사이의 틈새(W)를 밀폐할 수 있는 밀폐덮개(190)가 결합된다.

밀폐덮개(190)는 트레이 유닛(100)과 트레이 유닛(100) 사이의 틈새(W), 및 트레이 유닛(100)과 증류탑 본체(1) 사이의 틈새(W)를 밀폐시켜 액체 또는 기체의 유입을 차단할 수 있다.

예컨대, 밀폐덮개(190)는 트레이 어셈블리(10)의 중심에 위치하는 트레이 유닛(100)의 상부, 트레이 유닛(100)과 트레이 유닛(100) 사이의 틈새(W), 및 트레이 유닛(100)과 증류탑 본체(1) 사이의 틈새(W)에 부합하는 일체형 구조(도 2 참조)로 구성되거나 또는 분리형 구조(도 4 참조)로 구성될 수 있다.

도 4와 같이, 밀폐덮개(190)는 육각 형태 또는 부채꼴 형태의 분리형 구조로 구성될 수 있다.

트레이 어셈블리(10)의 중심에 위치하는 트레이 유닛(100)의 상부에는 육각 형태의 밀폐덮개(190)가 결합될 수 있다. 육각 형태의 밀폐덮개(190)를 중심으로 동심원을 이루도록 트레이 유닛(100)과 트레이 유닛(100) 사이의 틈새(W), 및 트레이 유닛(100)과 증류탑 본체(1) 사이의 틈새(W)에는 부채꼴 형태의 밀폐덮개(190)가 결합될 수 있다.

이와 같이 육각 형태의 밀폐덮개(190)와 부채꼴 형태의 밀폐덮개(190)에 의해 트레이 유닛(100)과 트레이 유닛(100) 사이의 틈새(W), 및 트레이 유닛(100)과 증류탑 본체(1) 사이의 틈새(W)를 완벽하게 밀폐할 수 있다.

육각 형태의 밀폐덮개(190) 및 부채꼴 형태의 밀폐덮개(190)와 같은 분리형 밀폐덮개는 일체형 밀폐덮개에 비하여 제작이 매우 쉽고, 중량이 가벼우며, 조립이 편리할 수 있다.

밀폐덮개(190)는 결합공(191) 및 조립공(192)을 포함한다. 결합공(191)은 밀폐덮개(190)의 중심에 형성된다. 결합공(191)에 상부판(140)의 중심구멍(141) 둘레를 따라 등 간격으로 형성되는 펜스(142)가 결합된다. 조립공(192)은 각 서포트바(160)에 대응하여 밀폐덮개(190)의 가장자리를 따라 구비된다.

조립공(192)은 서포트바(160)와 동일한 수로 형성된다. 조립공(192)은 상부판(140)을 관통하여 노출되는 서포트바(160)의 일측 단부에 결합된다. 조립공(192)이 서포트바(160)의 일측 단부에 결합된 상태에서 서포트바(160)의 일측 단부에 너트 등과 같은 결합부재(N)를 결합하여 밀폐덮개(190)가 서포트바(160)에 결합되게 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 정면도이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제1 원통과 제2 원통을 제거한 상태의 트레이 유닛을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛의 단면도이다.

도 5 내지 8에 도시된 바와 같이, 트레이 유닛(100)은 제1 원통(111), 제1 원통(111)의 아래에 구비되는 제2 원통(112), 제1 원통(111)의 내부에서 제1 원통(111)과 제2 원통(112) 사이에 위치하는 다공판(120), 다공판(120)의 중앙에 위치하는 파이프(130), 제1 원통(111)의 상부에 결합되는 상부판(140), 제2 원통(112) 내부에 결합되는 제3 원통(113), 제2 원통(112)과 제3 원통(113) 사이에 위치하는 하부판(150), 제1 원통(111) 내부에 구비되는 격벽(170), 격벽(170)의 둘레를 따라 등 간격으로 구비되는 지지판(180), 및 상부판(140)과 지지판(180)과 하부판(150)을 순차적으로 관통하도록 결합되는 서포트바(160)를 포함한다.

예컨대, 제1 원통(111)과 제2 원통(112)은 일체형 또는 분리형 구조로 구성될 수 있다.

제1 원통(111)과 제2 원통(112)은 다공판(120)을 기준으로 상, 하로 구성된다. 제1 원통(111)은 다공판(120)의 관통공(121)을 통해 제3 원통(113) 내부에서 제1 원통(111)의 내부로 상승하는 기체와 파이프(130)을 통해 하강하는 액체의 접촉 반응이 이루어지는 공간을 제공할 수 있다.

다공판(120)은 관통공(121)을 구비한다. 관통공(121)을 통해 기체의 통기가 자유로이 이루어질 수 있다. 관통공(121)은 파이프(130)가 결합되는 중심 부위를 제외하고 다공판(120) 전체에 구성되는 것이 바람직하다.

다공판(120)의 상면에는 액체가 흐른다. 제3 원통(113)으로 유압된 기체가 다공판(120)의 관통공(121)을 통과하여 다공판(120) 상면의 액체와 접촉할 수 있다.

다공판(120)은 제1 원통(111)의 내부에 부합하는 수평의 원판 형태로 구성될 수 있다.

예컨대, 다공판(120)에 버블캡(Bubble Cap) 또는 고정밸브(Fixed Valve)가 마련되어 상승하는 기체를 통과시킬 수 있다.

버블캡(Bubble Cap)은 액체 유량이 기체 유량보다 상대적으로 적을 경우, 다공판(120)의 관통공(121)을 통과한 기체의 힘에 의해 액체가 다공판(120)의 관통공(121)을 충분히 덮지 못하고 다공판(120)의 관통공(121)을 피해 흘러가는 제팅(jetting) 현상이 발생할 수 있다. 버블캡(Bubble Cap)은 제팅(jetting) 현상을 방지할 목적으로 다공판(120)의 관통공(121) 상부에 뚜껑을 씌운 형태이다.

고정밸브(Fixed Valve)는 여러 개의 작은 다공판(120)의 관통공(121)을 통과하면서 발생되는 압력 손실을 방지할 목적으로 다공판(120)의 관통공(121) 개수를 줄이고 다공판(120)의 관통공(121) 크기를 키우고 그 대신 다공판(120)의 관통공(121) 위에 열린 덮개를 씌운 형태이다.

파이프(130)는 액체의 이동 통로를 제공할 수 있다. 파이프(130)는 제1 원통(111) 내부에 위치한다. 파이프(130)는 다공판(120)의 중심에서 제1 원통(111)의 상부와 일치하도록 수직 연장되는 구조로 구성하는 것이 바람직하다.

상부판(140)을 따라 파이프(130) 내부로 유입되는 액체는 파이프(130)의 하부에 구비되는 배출공(131)을 통해 파이프(130)와 격벽(170) 사이의 제1 공간(S1)으로 유입될 수 있다.

상부판(140)은 파이프(130)의 상부와 연결된다. 상부판(140)은 제1 원통(111)의 상부에 결합된다. 상부판(140)은 파이프(130)의 내부와 연통되는 중심구멍(141)을 구비한다.

예컨대, 상부판(140)은 평판 형태 구성하거나 또는 파이프(130)의 내부를 향하여 기울어지는 경사 구조로 형성하여 상부판(140)을 흐르는 액체가 파이프(130) 내부로 용이하게 흐르도록 구성할 수 있다.

제3 원통(113)은 제2 원통(112)과 간격을 두고 제2 원통(112)의 내부에 구비된다. 제3 원통(113)은 다공판(120)의 저면에서 하향으로 수직 연장되는 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 제3 원통(113)의 하부는 제2 원통(112) 하부와 일치할 수 있다.

제2 원통(112) 내부에 제3 원통(113)이 구비됨에 따라 제2 원통(112)과 제3 원통(113) 사이에 제2 공간(S2)가 형성될 수 있다.

하부판(150)은 제2 원통(112)과 제3 원통(113) 사이의 제2 공간(S2)에 구비된다. 하부판(150)은 제2 원통(112)의 하부와 일정 간격을 형성하도록 제2 원통(112)의 하부보다 높은 위치에 위치하는 것이 바람직하다.

격벽(170)은 제1 원통(111)의 내부에 구비된다. 격벽(170)은 파이프(130)를 감싸도록 다공판(120)의 가장자리를 따라 일정 높이를 가지는 원통 형태로 구성될 수 있다. 격벽(170)은 제1 원통(111)과 간격을 두고 구비된다.

격벽(170)이 일정 높이로 구성됨에 따라 파이프(130)와 격벽(170) 사이의 제1 공간(S1)으로 유입되는 액체는 항상 일정 액위를 유지할 수 있다. 제1 공간(S1)으로 유입된 액체의 액위가 격벽(170)보다 높아지면 제1 공안(S1)의 액체가 격벽(170)을 넘어 제2 원통(112)과 제3 원통(113) 사이의 제2 공간(S2)으로 유입되면서 기체와 분리될 수 있다.

복수로 구성되는 서포트바(160)에 의해 트레이 유닛(100)의 견고한 조립이 이루어질 수 있다. 서포트바(160)는 상부판(140)의 가장자리, 지지판(180) 및 하부판(150)을 관통하도록 결합된다.

예컨대, 서포트바(160)는 볼트(bolt)일 수 있다. 서포트바(160)의 상부판(140)을 관통하여 노출되는 일측 단부에 너트(nut) 등과 같은 결합부재(N)가 나사 결합될 수 있다. 서포트바(160)의 하부판(150)을 관통하여 노출되는 타측 단부에 너트(nut) 등과 같은 결합부재(N)가 나사 결합될 수 있다.

이와 같이, 서포트바(160)에 의해 트레이 유닛(100)의 조립 시 용접 작업을 최소화할 수 있다. 이로 인해 트레이 유닛(100)의 조립 작업을 쉽게 진행할 수 있다.

도 6와 같이, 상부판(140)에 펜스(142)가 구비되고, 제2 원통(112)과 제3 원통(113)을 관통하도록 서포트핀(SP)이 결합된다.

펜스(142)는 상부판(140) 중심구멍(141)의 둘레를 따라 등 간격으로 형성될 수 있다. 도 5에는 펜스(142)가 중심구멍(141) 둘레를 따라 4개가 형성되는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 결코 아니며 예컨대 펜스(142)가 중심구멍(141) 둘레를 따라 3개 이하로 구성되거나 또는 5개 이상으로 구성될 수 있다.

펜스(142)는 상부판(140)에서 일정 높이로 돌출 형성되면서 상부 측면에 기체가 배출되는 배출공(142a)을 구비할 수 있다.

서포트핀(SP)는 제2 원통(112)과 제3 원통(113)을 관통하여 하부판(150)의 상부에서 하부판(150)을 가압하는 역할을 한다. 서포트핀(SP)에 의해 하부판(150)의 견고하게 조립이 이루어질 수 있다.

도 7과 같이, 서포트핀(SP)은 서포트바(160)를 사이에 두고 서포트바(160)의 양측에서 제2 원통(112)과 제3 원통(113)을 관통하도록 결합될 수 있다.

다음은 본 발명의 트레이 유닛 내부에서 액체와 기체의 흐름에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트레이 유닛 내부의 기체 및 액체의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액체가 제1 공간에서 제2 공간을 이동하는 과정을 나타내는 다공판의 평도면이다.

도 9와 같이, 상부판(140)을 따라 흐르는 액체(Liquid)는 파이프(130)의 상부 내부로 유입될 수 있다.

파이프(130)의 상부 내부로 유입된 액체(L)는 파이프(130)의 내부를 따라 낙하하여 파이프(130)의 하부에 구비되는 배출공(131)을 통해 파이프(130)와 격벽(170) 사이의 제1 공간(S1)으로 유입될 수 있다.

제1 공간(S1)으로 유입되는 액체(L)의 액위가 격벽(170)의 높이를 초과하면 제1 공간(S1)의 액체(L)가 격벽(170)을 넘어 제2 원통(112)과 제3 원통(113) 사이의 제2 공간(S2)으로 유입되면서 기체와 분리될 수 있다(도 10 참조).

제2 공간(S2)으로 유입된 액체(L)는 제2 원통(112) 및 제3 원통(113)의 배출공(112a, 113a)을 통해 배출될 수 있다. 배출공(112a, 113a)을 통해 배출되는 액체(L)는 설정된 유량으로 일정하게 배출될 수 있다.

격벽(170)을 넘어 제2 공간(S2)으로 유입된 액체(L)는 제2 공간(S2)에서 항상 일정한 액위를 유지하면서 제2 원통(112)과 제3 원통(113)에 일정 높이에 구비된 배출공(112a, 113a)을 통해 트레이 유닛(100)의 하부로 배출될 수 있다.

예컨대, 기체(G)는 증기(Vapor) 또는 가스(Gas)일 수 있다. 기체(G)는 제2 원통(112)과 제3 원통(113)을 관통하여 형성되는 유입통로(P1)를 통해 제3 원통(113) 내부로 유입될 수 있다. 유입통로(P1)로 인해 트레이 유닛(100) 내부의 압력 손실을 방지할 수 있다. 유입통로(P1)는 제2 원통(112)과 제3 원통(113)의 원주를 따라 일렬로 배열되거나 또는 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다.

예컨대, 유입통로(P1)가 마련되어 있지 않을 경우 기체(G)의 흐름이 원활히 이루어지지 않기 때문에 트레이 유닛(100)의 내부 압력이 높아질 수 있고, 이로 인해 증류탑의 효율이 떨어질 수 있다.

제2 공간(S2)의 액체(L)가 설정 유량으로 제1 원통(111) 및 제2 원통(112)의 배출공(112a, 113a)을 통해 배출되기 때문에 제3 원통(113) 내부로 유입 기체(G)가 제2 공간(S2)으로 유입되지 않는다.

유입통로(P1)를 통해 제3 원통(113) 내부로 유입된 기체(G)는 다공판(120)의 관통공(121)을 통과하여 제1 공간(S1) 내부의 액체(L)와 접촉할 수 있다. 기체(G)와 액체(L)의 접촉 반응에 의해 열 및 물질 전달이 일어날 수 있다.

기체(G)와 액체(L)의 접촉 반응 시 발생하는 기체(G)는 상부판(140)을 따라 흐르는 액체(L)와 접촉하지 않고 펜스(142)의 배출공(142a)을 통해 배출될 수 있다.

도 10과 같이, 지지판(180)은 각 서포트바(160)에 대응하여 다공판(120)의 둘레를 따라 등 간격으로 구성될 수 있다.

지지판(180)은 제2 공간(S2) 사이에 구비될 수 있다. 지지판(180)은 지지판(180)을 관통하여 결합하는 서포트바(160)를 안정적으로 지지할 수 있다. 이로 인해 트레이 유닛(100)의 견고한 조립 구조를 제공할 수 있다.

살펴본 바와 같이, 본 발명은 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이, 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 공간을 밀폐덮개로 밀폐함으로써, 종래 일부 기체 또는 액체가 유닛과 트레이 유닛 사이의 공간으로 삽입되어 처리되지 않는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 액체가 파이프를 통해 제1 공간으로 유입되어 항상 일정 액위를 유지함으로써, 제1 공간으로 유입된 액체가 시간차 없이 기체와 접촉할 수 있고 이로 인해 증류탑의 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명은 기체가 유입통로를 통해 트레이 유닛 내부로 유입되어 액체와 접촉 반응이 원활히 이루어짐에 따라 트레이 유닛 내부의 압력 손실을 방지할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 증류탑 본체 10 : 트레이 어셈블리
100 : 트레이 유닛 111 : 제1 원통
112 : 제2 원통 112a : 배출공
113 : 제3 원통 113a : 배출공
120 : 다공판 121 : 관통공
130 : 파이프 131 : 배출공
140 : 상부판 141 : 중심구멍
142 : 펜스 142a : 배출공
150 : 하부판 160 : 서포트바
170 : 격벽 180 : 지지판
190 : 밀폐덮개 191 : 결합공
192 : 조립공 G : 기체
L : 액체 N : 결합부재
P1 : 유입통로 SP : 서포트핀
S1 : 제1 공간 S2 : 제2 공간
W : 틈새

Claims

제1 원통;
상기 제1 원통의 아래에 위치하는 제2 원통;
상기 제1 원통의 내부에서 상기 제1 원통과 상기 제2 원통 사이에 구비되는 것으로서, 기체의 통기가 가능한 관통공을 구비하는 다공판;
상기 제1 원통의 내부에서 상기 다공판의 중심에 구비되는 파이프;
상기 제1 원통의 상부에 결합되는 것으로서, 상기 파이프의 내부와 연통되는 중심구멍을 구비하는 상부판;
상기 제2 원통 내부에 구비되는 것으로서, 상기 다공판의 저면에서 하향으로 연장되는 제3 원통; 및
상기 제2 원통과 상기 제3 원통 사이에 구비되는 하부판;
을 포함하는 트레이 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 원통의 내부에서 상기 파이프를 감싸도록 상기 다공판의 둘레를 따라 구비되는 격벽;
상기 격벽과 상기 제1 원통 사이를 따라 일정 간격으로 구성되는 지지판; 및
상기 상부판의 가장자리, 상기 지지판, 및 상기 하부판을 관통하도록 결합되는 서포트바;
를 더 포함하는 트레이 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 상부판을 따라 상기 파이프의 내부로 유입되는 액체는 상기 파이프의 하부에 구비되는 배출공을 통해 상기 파이프와 상기 격벽 사이의 제1 공간으로 유입되고, 상기 제1 공간으로 유입된 액체의 액위가 상기 격벽의 높이를 초과하면 액체가 상기 격벽을 넘어 상기 제2 원통과 상기 제3 원통 사이의 제2 공간으로 유입되며, 상기 제2 공간으로 유입된 액체는 상기 제2 원통 및 상기 제3 원통에 구비되는 배출공을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 트레이 유닛.
제 3 항에 있어서,
상기 상부판의 중심구멍 둘레를 따라 등 간격으로 배열되는 것으로서, 상기 상부판에서 돌출 형성되면서 상부 측면에 기체의 배출이 가능한 배출공을 구비하는 펜스; 및
상기 제2 원통과 상기 제3 원통을 관통하도록 결합되어 상기 하부판의 상부를 가압하는 서포트핀;
을 더 포함하는 트레이 유닛.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 원통과 상기 제3 원통을 관통하는 유입통로가 구비되고, 상기 유입통로를 통해 상기 제3 원통 내부로 유입된 기체는 상기 다공판의 관통공을 통과하여 상기 제1 공간 내부의 액체와 접촉하며, 기체와 액체의 접촉 반응 시 발생하는 기체는 상기 펜스의 배출공을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 트레이 유닛.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 트레이 유닛이 상호 인접하게 연결되어 구성되는 트레이 어셈블리가 증류탑 본체의 내부에서 층을 이루도록 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증류탑.
제 6 항에 있어서,
상기 트레이 어셈블리의 중심에 위치하는 트레이 유닛 상부, 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이의 틈새, 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 틈새를 밀폐하는 밀폐덮개가 결합되고, 상기 밀폐덮개는 일체형 또는 분리형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증류탑.
제 7 항에 있어서,
상기 트레이 어셈블리의 중심에 위치하는 트레이 유닛 상부에는 육각 형태의 밀폐덮개가 결합되고, 육각 형태의 밀폐덮개를 중심으로 동심원을 이루도록 트레이 유닛과 트레이 유닛 사이의 틈새 및 트레이 유닛과 증류탑 본체 사이의 틈새에는 부채꼴 형태의 밀폐덮개가 결합되는 것을 특징으로 하는 증류탑.
제 7 항에 있어서,
상기 밀폐덮개의 중심에 결합공이 구비되고, 상기 결합공에 상부판의 중심구멍 둘레를 따라 등 간격으로 배열되는 펜스가 결합되는 것을 특징으로 하는 증류탑.
제 7 항에 있어서,
상기 밀폐덮개의 가장자리를 따라 조립공이 구비되고, 상기 조립공은 상부판을 관통하여 노출되는 서포트바의 일측 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 증류탑.