KR20000022411A - 물질 교환 칼럼용의 유체 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물질 교환 칼럼용의 유체 분배기로서, 하나 이상의 주요 도관 및 다수의 분배 도관(1)을 포함하는 유체 분배기에 관한 것이다. 분배 도관(1)은 주요 도관에 연결되어 유체를 흐르게 하며 유체 배출구(3)을 구비하고 있다. 특히 매우 양호한 분배를 달성하기 위해, 유체 배출구(3)의 유효 길이 L은 직경 D 보다 작다.

Description

물질 교환 칼럼용의 유체 분배기

본 발명은 물질 교환 칼럼용의 유체 분배기 및 유체를 분배시키는 방법에 관한 것이며, 유체 분배기에는 하나 이상의 주요 도관 및 이 주요 도관과 흐름이 연결되며 유체 배출구가 구비된 다수의 분배 도관이 장착되어 있고, 상기 배출구의 유효 길이 L은 이것의 직경 D 보다 작으며, 이 경우에 유효 길이 L은 분배기의 조작 과정에서 유체에 의해 습윤되는 배출구의 경계 부분에 의해 설정되고, 직경 D는 유체 배출구의 자유 횡단면의 최대 선상 크기를 나타낸다.

이러한 유형의 분배기는 물질 교환 칼럼의 횡단면 위에, 특히 규칙 또는 불규칙 패킹이 제공된 단면 위에 유체를 분배시킨다. 이러한 분배기는 예를 들어 하기 문헌에 기재되어 있으며, 하기 문헌에서 파이프 분배기, 엘리먼트 분배기 또는 도관 분배기로서 언급되고 있다 [참고문헌: P. Bomio et al., Chem. Teck. 43rd year, Issue 11/12, 1991]. 이러한 유형의 유체 분배기는 수평으로 정렬된 분배 도관을 포함하는데, 분배 도관들은 이 도관에 대해 일반적으로 수직으로 가동되는 하나 이상의 주요 도관에 의해 공급된다. 파이프 분배기의 경우에 분배 도관은 이들의 상부에서 밀폐되어 있으며, 엘리먼트 또는 도관 분배기의 경우에 분배 도관은 상부에서 개방되어 있다. 이것은 분배 도관의 길이 방향으로의 흐름이 유체의 비균일 분배를 일으키는 문제점을 초래한다. 분배 도관내로의 유체 유입구와 유체 배출구 사이의 거리에 따라, 배출구에서 유체가 상이한 배출 속도로 흐르게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 상기에 언급된 바와 같이, 매우 양호한 분배를 가능케 하고, 비교적 낮은 생산 소비를 필요로 하는 분배기 및 분배 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은, 장치와 관련하여, 분배 도관의 내부에 있는 유체 배출구의 개구 횡단면 D가 분배 도관의 외부에 있는 개구 횡단면 E와 상이한 점에서 달성된다.

유체 분배기에 의해 물질 교환 칼럼에서 유체를 분배시키는 방법에 있어서, 유체는 주요 도관을 경유하여 다수의 분배 도관로 흐르고 분배 도관에 위치한 유체 배출구 밖으로 통과하고, 이 경우 유체는 길이가 직경 D 보다 작은 유체 배출구를 습윤시키고, 직경 D는 유체 배출구의 자유 횡단면의 최대 선상 크기를 나타내며, 본 발명의 목적은 유체가 전체 경계선에 걸쳐 유체 배출구를 습윤시키지만, 전체 길이를 습윤시키지는 않는 점에서 달성된다.

본원에서의 직경은 자유 개구 횡단면의 최대 선상 크기를 의미하며, 통상적인 경우에, 이 직경은 유체 배출구의 가장 폭이 좁은 지점에서의 원의 직경이다. 액체 배출구는 일반적으로 수평으로 정렬된 분배 도관의 벽 단면에 배열되어, 그 결과로서 유체가 배출구를 통해 본질적으로 수직 흐름 방향으로 흐른다.

개구의 유효 길이는 분배기의 조작 과정에서 유체에 의해 습윤되는 개구 경계 부분에 의해 설정된다. 예를 들어, 횡단면이 위로 향하여 점점 가늘어지는 유체 배출구의 경우에, 구멍의 유효 길이는 구조상의 길이 보다 작다. 이러한 성질의 유체 배출구는 또한 하기에서 오리피스 플레이트 개구로서 명명된다. 본 발명의 범위내에서 수행되는 시험에서, 놀랍게도, 상기 오리피스 플레이트 개구를 사용하면 상당히 개선된 분배 상태를 이루는 것이 발견되었다.

유체 배출구의 유효 길이와 개구 직경 사이의 비 L/D는 1 보다 작고, 바람직하게는 0.9 이하, 0.8 이하, 0.7 이하 또는 0.6 이하이다.

개구 배출구의 유효 길이는 배출구의 구조상 길이보다 작은 것이 바람직하다. 개구 구조는 조작 과정에서 유체에 의해 습윤되는 개구 길이가 분배 도관의 벽 두께보다 작도록 선택된다.

개구의 구조상 길이에 비해 감소되는 개구의 유효 길이는 분배 도관의 내부에 있는 유체 배출구의 개구 횡단면이 분배 도관의 외부에 있는 개구 횡단면 보다 작은 경우에 유용하게 달성된다. 유체 배출구는 외부에서 안쪽으로 원뿔 모양으로 가늘어지도록 고안될 수 있다. 또한 내부 및 외부에 있는 개구의 횡단면 영역이 상이한 형상으로 될 수 있지만, 이들은 똑같은 형상인 것이 바람직하며, 특히 모두 원형인 것이 바람직하다. 유체 배출구를 계단식 구멍의 형태로 제공하는 것, 즉 하나의 구멍은 분배 도관의 전체 벽 두께를 통해 움직이고, 보이지 않는 개구가 상기 구멍과 중심이 같게 배열되어 외부에서 분배 도관의 벽의 두께 부분내로 관통하도록 제공되는 것이 특이 유용한 것으로 밝혀졌다.

그러나, 또한 분배 도관의 외부 보다 분배 도관의 내부에 있는 유체 배출구의 횡단면에 더 큰 개구를 제공하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 변형은 특히, 상부를 향해서 개방되어 있는 분배 도관의 경우에, 생산에 있어서 장점을 제공할 수 있다. 개구의 구조는 상기에 기재된 변형과 유사하게 선택되는 것이 유용하다. 계단식 구멍도 역시 이러한 구성에서 유리한 것으로 밝혀졌다.

분배 도관은 일부 이상이 상부를 향하여 밀폐되는 것이 유용하다. 본 발명에 따른 배출구와 결합된, 소위 파이프 분배기가 특히 유리한데, 그 이유는 하중의 변화에 있어서도, 파이프 분배기는 유체를 매우 양호하게 분배시킨다. 파이프 분배기는 원형 또는 직사각형 프로필인 것이 유용하다. 이것은 시판되는 파이프 또는 직사각형 프로필이 사용될 수 있는 것을 의미한다. 직사각형 분배 도관은 또한 주요 도관상에 용이하게 고정될 수 있는 장점이 있다.

안정상의 이유로, 분배 도관의 벽 두께는 바람직하게 1.5 내지 12mm이고, 특히 바람직하게는 2 내지 6mm이다. 특히 직경이 작은 개구에 있어서, 배출구의 벽 두께는 배출구의 직경을 초과하고, 개구 구조는 본 발명에 따른 유효 개구 길이가 개구 직경보다 더 작도록 변형된다.

배출구의 직경은 유용하게 1 내지 10mm이고, 특이 유용하게는 2 내지 6mm이다. 특히 유리한 유체 분배는 이러한 개구 직경의 선택에 의해 달성되는 것으로 밝혀졌다.

생산의 관점에 있어서, 서로 연결되는 개개의 부품 또는 압출된 부분으로부터 생성되는 분배 도관을 사용하는 것이 유리하다. 분배 도관의 저중량의 결과로서, 분배 도관은 플라스틱 또는 알루미늄으로 제조된 것이 유용하다.

유체 배출구는 분배 도관의 기부에 배열되는 것이 바람직하다. 그러나, 매우 양호한 분배는 또한 배출구가 분배 도관의 측벽에 위치하는 경우, 특히 측벽의 바닥의 1/3 지점에 위치하는 경우에 달성된다.

또한, 유체 분배기는 분배 도관내에 본질적으로 수평으로 배열된 흐름 분리기를 구비할 수 있다. 본원에서의 흐름 분리기는 하나의 방향(예를 들어, 수평 방향)으로 흐르는 매질을 상이한 방향(하나의 스트림은 여전히 수평 방향이면서 다른 하나의 스트림은 수직 방향임)으로 흐르는 2 부분의 스트림으로 분할시키는 장치를 의미한다. 흐름 분리기는 분배기의 조작 과정에서, 유체가 흐르는 표면 아래에 위치하거나, 상응하는 분배 도관에 고정되어 있도록 배열되는 것이 바람직하다. 이것은 흐름이 수직 방향으로 이루어지지 않게 한다. 따라서, 2개의 흐름 단면이 형성되는데, 즉 하나는 상부에서 유체가 분배 도관을 따라 수송되는 것이고, 다른 하나는 바닥에서 흐름이 유체 배출구의 방향으로만 일어나는 것이다. 개구 바로 위에서의 수평 흐름 속도가 감소하여 분배 상태가 추가로 개선된다.

흐름 분리기는 구멍이 나 있는 플레이트를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 본질적으로 하나 이상의 수평 단면을 함유한다. 이 영역에서의 개방률은 예를 들어 3 내지 13%이고, 바람직하게는 5 내지 8%이며, 가장 바람직하게는 약 5%이다.

본 발명은 이러한 유형의 분배기가 구비된 물질 교환 칼럼 및 이 물질 교환 칼럼을 사용하여 공기를 저온도에서 분리시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명 및 본 발명의 추가 상세한 설명은 첨부된 도면에 예시된 구체예를 참고로 하여 하기에서 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명의 유체 분배기의 제 1 구체예의 분배 도관의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 유체 분배기의 또 다른 구체예의 분배 도관의 유사한 단면도이다.

분배기의 기본 구성은 2가지 구체예 모두에 있어서 동일할 것이다. 주요 도관과 분배 도관간의 상응하는 관계가 EP 0607887 A2(도 3 및 도 4)에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명에서는 또한 파이프 분배기, 엘리먼트 분배기 또는 도관 분배기의 다른 기본 형태가 사용될 수 있다.

오리피스 플레이트 개구는 기본적으로 2가지 상이한 방식, 즉 개구 직경에 비해 작은 벽 두께를 갖는 분배 도관의 기부에 의하거나, 개구 구조의 변화에 의해 감소되는 유효 개구 길이에 의해 실현될 수 있다. 후자의 경우가, 특히 개구 직경이 벽 두께에 비해 작은 점에서 유용하다. 2가지 구체예는 제 2 변형, 즉 상부면에 있는 횡단면 보다 큰, 분배 도관의 기부 밑면에 있는 개구 횡단면을 갖는 구조에 관한 것이다.

이러한 제 2 변형은, 분배기의 생산의 경우에, 우선 분배 도관(1)의 기부(2)의 전체 벽 두께(w)를 통과하고, 횡단면이 상기에 기재된 바와 같이, 개구 직경(D)를 설정하고 있는 배출구(3)이, 예를 들어 천공 또는 펀칭에 의해 형성될 때 가장 쉽게 달성된다. 그 다음, 예를 들어, 상기 배출구와 중심이 같게 배열되어 있는, 보이지 않는 개구(4)가 부가적으로 기부(2)의 밑면으로부터 천공되며, 이러한 보이지 않는 개구(4)는 벽 두께 w 보다 작은 길이 s와 더 큰 직경 E를 갖는다. 그 다음, 벽 두께 w와 개구(4)의 직경 s의 차이는 개구의 유효 길이 L을 형성하며, 길이L은 배출구의 변화에 따라 감소된다.

도 2에 예시된 바와 같이, 분배 도관은 부가적으로 구멍이 나 있는 플레이트(5)와 수평 단면(6)을 함유할 수 있으며, 수평 단면(6)은 흐름 분리기로서 작용한다. 기부(2)와 수평 단면(6)간의 거리 B는 예를 들어, 분배 도관 높이의 25 내지 45%이며, 바람직하게는 30 내지 40% 이다. 주어진 실제 실시예에서, 이 값은 약 33%이다.

Claims (19)

1. 물질 교환 칼럼용의 유체 분배기로서, 유체 분배기가 하나 이상의 주요 도관 및 이 주요 도관과 흐름이 연결되며 유체 배출구가 구비된 다수의 분배 도관이 장착되어 있는 유체 분배기에 있어서, 배출구의 유효 길이 L은 이것의 직경 D 보다 작음을 특징으로 하는 유체 분배기.
2. 제 1항에 있어서, L/D의 비가 0.9 이하인 유체 분배기.
3. 제 1항에 있어서, L/D의 비가 0.8 이하인 유체 분배기.
4. 제 1항에 있어서, L/D의 비가 0.7 이하인 유체 분배기.
5. 제 1항에 있어서, L/D의 비가 0.6 이하인 유체 분배기.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 배출구의 유효 길이 L이 구조적 길이 W 보다 작은 유체 분배기.
7. 제 6항에 있어서, 분배 도관의 내부에 있는 유체 배출구의 개구 횡단면 D가 분배 도관의 외부에 있는 개구 횡단면 E 보다 작은 유체 분배기.
8. 제 6항에 있어서, 분배 도관의 내부에 있는 유체 배출구의 개구 횡단면 D가 분배 도관의 외부에 있는 개구 횡단면 E 보다 큰 유체 분배기.
9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관이 상부를 향하여 일부 또는 전부가 밀폐되어 있는 유체 분배기.
10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관의 횡단면이 원형 또는 직사각형인 유체 분배기.
11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관의 벽 두께 w가 1.5 내지 12mm, 바람직하게는 2 내지 6mm인 유체 분배기.
12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 배출구의 직경 D가 1 내지 10mm, 바람직하게는 2 내지 6mm인 유체 분배기.
13. 제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관이 알루미늄 또는 플라스틱으로 이루어진 유체 분배기.
14. 제 1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관이 서로 연결되는 개개의 부품 또는 압출된 프로필을 포함하는 유체 분배기.
15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 배출구가 분배 도관의 측벽의 기부 또는 바닥의 1/3 지점에 배열되는 유체 분배기.
16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 도관내에 본질적으로 수평으로 배열되어 있는 흐름 분리기를 포함하는 유체 분배기.
17. 제 16항에 있어서, 흐름 분리기가 구멍이 나 있는 플레이트를 갖고 있는 유체 분배기.
18. 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에 따른 분배기를 구비하고 있는 물질 교환 칼럼.
19. 제 18항에 따른 물질 교환 칼럼을 사용하여 저온에서 공기를 분리시키는 방법.