KR20000076149A - 병류 접촉 분리 트레이 구조 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

Abstract

공급류를 증류하거나 분류하기 위한 분리 컬럼(2)에 사용하는 트레이 구조가 제공된다. 트레이(6)상에 복수의 병류 증기 및 액체 접촉 섹션(16)이 위치한다. 또한 트레이상에 증기류로부터 연행된 액체를 분리하기 위한 복수의 탈연행 장치(8)가 위치하며, 탈연행 장치는 내부 측면(25) 및 외부(27) 측면이 있고, 내부 측면(25)은 병류 접촉 섹션에 인접해 있다. 트레이 구조는 추가로상부와 하부가 있는 복수의 액체 하강관(14)을 합체하고 있으며, 상부는 제일 트레이의 탈연행 장치의 외부 측면(27)으로부터 액체를 수용할 수 있고, 하부는 제이 트레이의 병류 접촉 섹션내에 위치한다.

Description

병류 접촉 분리 트레이 구조 및 이를 사용하는 방법{Co-current contacting separation tray design and methods for using same}

증류 및 분류 컬럼(column) 또는 존(zone), 즉 예를들어, 컬럼내에 설치된 수직으로 이격된 일련의 수평 트레이 또는 플레이트 위에서 증기상과 액체상의 접촉에 의해, 유체 혼합물의 분리를 수행하도록 액체상과 증기상이 역류로 접촉되는 접촉 컬럼 또는 존을 위한 구조 최적화에 관해 많은 연구가 수행되어 왔다. 우선적으로 구조 연구는 전체 분리 공정의 효율을 증가시키도록 서로 다른 트레이 구조의 설계에 집중되었다. 또한 분리 공정을 개선하기 위해 컬럼내에 위치할 우수한 패킹(packing) 재료를 설계하도록 시도한 바 있다.

본 기술에서 종래에 알려진 증류공정은 혼합물의 각 성분을 그들의 증기압 차이를 이용하여 분리하는 방법이다. 특히, 화학공업에서, 다양한 트레이 구조가 개발되어 질량 전달(mass transfer) 효율을 증가시켰다. 증류 컬럼의 구조 개선으로 이러한 증류 컬럼의 내부를 충진하기 위한 서로 다른 형태의 패킹 사용을 이끌었다. 예를들어, 현재 사용하는 패킹은 와이어 메쉬(wire mesh) 패킹, 금속 판체 패킹, 세라믹 패킹, 글라스 패킹, 및 합성 수지 패킹을 포함한다. 많은 형태의 패킹이 증류 및 분류 컬럼에서 사용하기 위해 개발되었다. 일반적으로, 이들 패킹 재료는 패킹 표면 위에 액체와 증기를 보다 균일하게 분포시킴으로써 액체류와 증기류 사이의 접촉을 용이하게 한다. 초기 형태의 구조 패킹은 미국 특허 제 2,047,444 호에 기재된 스테드멘(Stedmen) 패킹을 포함한다. 일반적으로, 구조 패킹은 각 부재가 서로에 대해 그리고 컬럼 또는 타워의 축에 대해 특정 배향을 가진 패킹을 지칭한다. 라쉬히(Raschig) 새들(saddle)의 이용과 같이, 랜덤(random) 패킹이 또한 공업에 이용된다.

널리 사용되고 있는 한가지 형태의 패킹은 서로 접촉하고 컬럼 축에 평행으로 배열되어 있는 복수의 주름진(corrugated) 플레이트로 구성된다. 이러한 형태의 주름진 플레이트는 금속 판체와 와이어(wire) 직물과 같은 서로 다른 형태의 재료로 구성될 수 있다. 주름진 플레이트가 금속 판체로 구성될 때, 플레이트 위에서 액체의 균일한 분포가 방해된다. 그 이유는 액체가 홈통을 따라 채널화되는 경향 때문이다. 주름진 플레이트 위에서 액체 분포를 개선하기 위해, 플레이트에 구멍을 사용하며 그 결과 플레이트의 일측면을 따라 흐르는 액체 일부가 구멍이 있을 때 플레이트의 반대측으로 편향된다고 알려져 있다. 이러한 플레이트의 일예가 메이어(Meier)의 미국특허 제 4,296,050 호에 기재되어 있다. 특히 하강 조건하에 성능 개선을 위한 주름과 무늬가 있는 표면으로 구성된 컬럼 패킹이 로켓트 (Lockett) 외 그의 공동발명자의 미국특허 제 5,132,056 호에 기재되어 있다. 미국특허 제 5,413,741 호에는 컬럼내에 흐르는 액체류와 증기류 사이의 질량 및/또는 열전달을 증가시키기 위해 컬럼의 소정 단면적내에 플레이트의 밀도를 보다 높게 하려는 주름진 플레이트의 개선된 구조가 제시되어 있다.

주름지고 무늬가 있는 표면 플레이트 외에 다른 형태의 패킹은 별개 패킹 요소로 구성되는 패킹을 포함한다. 이러한 패킹 요소를 이용하는데 있어서 효능은 일반적으로 레바(Leva)의 미국특허 제 4,376,081 호에서 교시된 것과 같은 요소를 랜덤한 순서로 구비함으로써 증가될 것으로 생각되며 미국특허에서는 뒤집힌 곡선이 있는 이차 곡선을 곡선 평면내에 있는 직선 주위로 약 10 내지 180°각도로 회전함으로써 생성되는 표면 윤곽이 있는 기부(base)를 가진 요소를 개시하고 있다. 패킹 요소의 기부는 추가로 슬롯(slot)과 늘어진 돌출부(depending tongue)를 구비하고 있다. 이카와(Ikawa)의 미국특허 제 4,159,817 호에서는 각 반구 부재가 그의 표면 일부상에 형성된 적합한 수의 베어낸 개구부를 포함하는 동일 형태와 구조의 한 쌍의 반구 부재를 조립함으로써 구성된 구체 형태의 증류 컬럼 패킹이 제시되어 있다.

컬럼내에서 액체류와 증기류의 전체적인 역류내에서 이들 두가지 흐름과 병류 접촉이란 개념은 전체적인 분리 능력을 증가시키는 것으로 제안된 바 있다. 이러한 개념의 한가지 일예는 트루트나(Trutna)의 미국특허 제 4,361,469 호에 제시된 트레이 구조이다. 컬럼에는 평행인 두개의 수직 이격된 스트립열로 각각 구성되고 보다 낮은 열의 스트립이 보다 높은 열의 공간 밑 중앙에 있는 복수의 수직 이격된 트레이가 있고, 평행인 상방향으로 면하는 복수의 수직 이격된 채널열로 구성되며 한가지 열의 채널은 인접 열 또는 열들의 채널 사이의 중앙에 있는 각 트레이 위에 분리기가 있고, 트레이와 분리기는 타워 단면적의 주요 부분을 점유하며 타워 단면적의 나머지 부분은 액체 하강관(downcomer)에 의해 점유된다.

전체 분리 공정의 효능 또는 능력을 증가시키고 이로서 조작 및/또는 정비 비용을 감소시키는데 증류 및 분류 컬럼 구조의 개선이 필요하다. 바람직하게도 개선된 구조는 분리 공정에 이용하기 위해 컬럼내 전체 부피를 이용하고 상의 효율적인 접촉 이어서 상의 효율적인 분리를 이용한다.

본 발명은 증류 및 분류 컬럼 또는 타워에 유용한 분리 트레이(tray) 구조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 트레이내에서 액체와 증기 사이에 병류 접촉이 일어나도록 설계되어 있고 또한 병류 접촉에 이어서 트레이내에서 증기로부터 액체를 효율적으로 분리하도록 설계되어 있는 분리 트레이에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 상호연결된 트레이 구조의 개략 단면도,

도 2는 플로우(flow)를 상세히 묘사한, 본 발명의 상호접속 트레이 구조의 개략 단면도,

도 3은 본 발명의 탈연행 장치의 일예에 대한 일부 단면도,

도 4는 본 발명의 트레이 구조를 합체한 컬럼의 상단면도,

도 5는 90°트레이를 이용한 본 발명의 상호연결된 트레이 구조의 개략 단면도.

분리 컬럼, 이를테면 증류 또는 분류 컬럼에서 이용하기 위한 트레이 구조는 본 발명에 의해, 독창적인 트레이 구조를 이용한 컬럼으로 분리 공정을 수행하는 방법에 따라 제공된다. 본 발명의 트레이 구조는 각 트레이내에서 액체류와 증기류 사이의 병류 접촉을 보다 효율적으로 발생시킴으로써 분리 효능 증가 및/또는 분리 능력 증가를 위해 제공되며 또한 트레이내에서 병류 접촉에 따라 이들 두가지 흐름을 효율적으로 분리하기 위해 제공된다.

일예에서 트레이지 구조는 공급류를 증류하거나 분류하기 위한 분리 컬럼에 사용되며 여기서 컬럼은 트레이 상단과 트레이 하단이 있는 상호연결된 복수 트레이를 포함한다. 증기와 액체가 병류 접촉 상태에 있을 수 있는 트레이 부피를 포함한 복수의 병류 증기 및 액체 접촉 섹션(section)이 트레이상에 위치한다. 또한 증기류로부터 연행된(entrained) 액체를 분리하기 위한 복수의 탈연행 장치가 트레이상에 위치하며, 탈연행 장치에는 내부 및 외부 측면이 있고, 내부 측면은 병류 접촉 섹션에 인접하고, 탈연행 장치의 내부 및 외부 측면은 액체 침투성이 있다. 트레이 구조는 추가로 상부와 하부가 있는 복수의 액체 하강관이 합체되어 있으며, 액체 하강관의 상부는 제일 트레이의 탈연행 장치의 액체를 수용할 수 있으며, 액체 하강관의 하부는 제일 트레이로부터 컬럼에서 수직으로 보다 낮은 제이 트레이의 병류 접촉 섹션내에 위치한다. 트레이는 추가로 증기가 트레이의 병류 접촉 섹션으로 통과할 수 있는 병류 접촉 섹션 밑의 일 지점에서 트레이 하부에 걸쳐 위치한 증기 개구부를 포함한다.

본 발명의 탈연행 장치는 증기류로부터 액체 비말(droplet)을 탈연행하는데 사용된 다양한 공지 기술로부터 구성될 수 있다. 이러한 기술의 한가지 일예는 체브론(Chevron)-형 디미스터(demister)와 같은 디미스터 또는 안개 제거기(mist eliminator)를 포함한다. 이러한 기술의 다른 일예는 메쉬 패드(mesh pad) 또는 직조 금속사를 포함한다. 이들 안개 제거기 기술의 조합이 또한 이용될 수 있다.

본 발명의 방법은 본 발명의 트레이 구조에 대해 상기에 확인된 일예를 이용하여 실시될 수 있다. 분리 공정의 과정에서, 액체는 제일 액체 하강관을 통해 그리고 제일 트레이의 병류 접촉 섹션으로 흐른다. 동시에, 증기는 제일 트레이의 증기 개구부를 통해 그리고 제일 트레이의 병류 접촉 섹션으로 향함으로써, 증기가 제일 트레이의 병류 접촉 섹션내에서 액체에 연행되어 제일 트레이의 병류 접촉 섹션을 통해, 병류 형태로 상방향으로 이동하는 혼합상 유체를 형성한다. 이와 같이 혼합상 유체는 제일 트레이의 탈연행 장치를 통과하며 이로서 증기로부터 연행된 액체를 분리한다. 이러한 탈연행 단계에 따라, 탈연행된 액체는 제일 트레이의 탈연행 장치로부터 제이 액체 하강관으로 향하고 제일 트레이에서 수직으로 밑에 있는 제이 트레이의 병류 접촉 섹션으로 향한다. 또한, 제일 트레이의 탈연행 장치로부터 탈연행된 증기는 제일 트레이에서 수직으로 위에 있는 제 3 트레이의 병류 접촉 섹션으로 향한다.

본 발명은 증류 및 분류 컬럼과 같은 분리 컬럼에 사용하기 위한 개량된 트레이 구조를 제공한다. 트레이 구조는 각각 분리된 트레이 섹션내에서 액체상과 증기상 사이의 병류 접촉을 제공하여 컬럼내에서 일어나는 전체적인 역류 분리를 개선한다.

본 발명의 바람직한 일예에 대한 특징은 도면과 관련하여 이해될 수 있으며, 도면에서 같은 부호는 트레이 구조의 같은 요소를 뜻한다.

본 발명의 한가지 일예가 도 1로 제시되며, 도 1은 일반적으로 원통 컬럼형을 뜻하는 컬럼 측벽(4)을 가진 증류 컬럼(2)의 부분 절단 측면도이다. 본 발명의 트레이 구조에 대한 일반적인 설명은 도 1에 관해 이루어질 수 있으며, 컬럼(2)내 질량 흐름에 대해 보다 상세한 설명은 이어지는 세부 도면에 대해 제시된다. 컬럼(2)내에 복수의 분리 트레이(6)가 있다. 본 발명에 따라, 액체는 하강관(14)을 통해 컬럼(2)내에서 일 트레이로부터 수직으로 보다 낮은 트레이로 흐르며, 하강관은 액체가 상부 트레이로부터 하부 트레이로 흐르는 통로를 구비하고 있다. 증기는 컬럼(2)을 통해 일 트레이로부터 수직으로 보다 높은 다음 트레이로 상승되며 트레이(6)의 하부(24)에 걸쳐 개구부(22)를 통해 보다 높은 트레이로 들어간다. 트레이(6)는 병류 접촉 섹션(16)을 포함하며, 이 섹션내에서 상승 증기가 접촉하고 그 트레이(6)의 하부에 존재한 액체에 연행된다. 증기는 복수의 탈연행 장치(8)에 의해 각 트레이(6)내에서 연행된 액체로부터 분리된다. 액체는 탈연행 장치(8)를 나와서 하강관(14)로 흐르며 수직으로 보다 낮은 트레이(6)로 흐른다. 증기는 탈연행 장치(8)를 나와서 수직으로 보다 높은 트레이(6)로 상방향 통과한다. 탈연행 장치(8)는 내부 측면(25)과 외부 측면(27)에 의해 한정된다. 내부 측면(25)에는 개구부(29)가 증기 및 연행된 액체를 위한 통로를 제공하여 탈연행 장치(8)로 들어가도록 천공판이 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 트레이 구조의 일반적인 요소가 도 1로 제시된다. 증기는 컬럼(2)을 통해 상승하며, 트레이 하부(24)에서 개구부(22)를 통해 트레이(6)로 들어가며 탈연행 장치(8)를 통과하고 다음 트레이(6)로 상방향 통과한다. 액체는 하강관(14) 단부를 통해 트레이(6)로 들어가고 개구부(22)를 통해 들어가는 상승 증기에 의해 연행된다. 이 지점에서, 증기와 연행된 액체는 병류 접촉 섹션(16)내에서 병류 방향으로 트레이(6)를 통해 상방향으로 흐른다. 증기와 액체는 탈연행 장치(8)에 의해 트레이(6)내에서 분리된다. 증기는 탈연행 장치(8)를 나오고 컬럼(2)을 통해 계속 상승되며, 이에 비해 액체는 탈연행 장치(8)를 나와서 컬럼(2)를 통해 하방향으로 흐른다.

도 1에 도시한 트레이 구조가 도 2에서 확대 상세도로 도시되어 있다. 도 2에서 두개의 트레이, 상부 트레이(10)와 하부 트레이(20)가 묘사되어 있다. 트레이 구조의 다양한 특징이 컬럼을 통한 증기류의 상방향 흐름과 컬럼을 통한 액체류의 하방향 흐름에 따라 설명될 수 있다. 상부 트레이(10)에 대해 보는 바와 같이, 액체류(12)는 일련의 하강관(14)을 통해 트레이(10) 바로 위의 트레이로부터 아래로 흐르며, 하강관은 두개의 인접 트레이, 이를테면 트레이(10 및 20) 사이에 위치한 상부 하강관 섹션(13)을 한정하며, 하부 하강관 섹션(15)는 하부 트레이내에 위치한다.

액체(12)가 하강관(14)의 하부에 도달됨에 따라, 액체가 하강관(14)의 하부에 축적되며 병류 접촉 섹션(16)의 하부로 흐른다. 병류 접촉 섹션(16)은 증기와 액체 모두가 병류 상방향 형태로 흐르는 트레이(10, 20)내 영역이다. 증기(18)는 인접 하부 트레이로부터 상승하며 트레이(10, 20)의 하부(24)에 걸쳐 개구부(22)를 통해 병류 접촉 섹션으로 들어간다. 개구부(22)를 통한 증기의 흐름은 선(26)으로 도 1에 도시되어 있다. 따라서, 하부 트레이(20)로부터 상부 트레이(10)로 통과하는 증기(18)는 하강관(14)의 출구(28) 밖으로 흐르는 액체와 즉시 접촉되도록 개구부(22)를 통해서만 트레이(10)로 들어가게 한다. 병류 접촉 섹션(16)의 하부내에서 상승 증기(26)의 속도는 증기류가 액체에 연행되게 하여 연행된 액체류(30)와 연행하는 증기류(32)를 형성한다. 연행된 액체류와 증기류(30, 32)는 병류 접촉 섹션을 통해 상방향으로 흐르며 하강관(14)의 외부면을 따라 흐른다. 하강관(14)은 바람직하게도 병류 접촉 섹션(16)의 중간에 위치하여, 본 발명을 실시하는 경우일 필요는 없지만, 증기와 액체의 상방향, 병류 흐름이 하강관(14)의 양쪽 외부면상에 오히려 고르게 분포된다.

연행된 액체류와 증기류(30, 32)는 증기가 수직으로 보다 높은 다음 트레이로 상승될 수 있도록 그리고 액체가 수직으로 보다 낮은 다음 트레이로 중력에 의해 흐를 수 있도록 트레이내에서 탈연행되거나, 분리되어야 한다. 이러한 탈연행 단계는 탈연행 장치(8)내에서 성취된다. 트레이 상부(42)는 증기류와 액체류(32, 30)가 탈연행 장치(8)를 통해 흐르지 않고 트레이를 이탈하는 것을 방지한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연행된 액체류(30)와 증기류(32)는 내부 탈연행 측면(25)에서 개구부(29)를 통과함으로써 탈연행 장치(8)로 들어간다. 탈연행 장치(8)내에서 액체류(30)는 증기류(32)로부터 탈연행된다. 증기류는 증기류(17)로서 탈연행 장치(8)의 외부 벽(27)을 통해 나오며, 탈연행 장치는 트레이를 나오는 증기류(18)를 모와서 형성한다. 도 2에 도시한 일예에서, 고형 트레이 상부(42)는 탈연행 장치 (8)의 길이를 확장한다. 액체류(39)는 탈연행 장치(8)내에서 모아진 액체 비말의 배수로부터 형성되며 탈연행 장치(8)의 외부 벽(27)의 하부(35)에서 나와 하강관의 웅덩이(sump)(44)에 모아서 하강관(14)을 통해 흐르는 액체류(12)를 형성한다. 액체 둑(weir)(37), 즉 바람직하게는 탈연행 장치(8)의 내부 측면(25)을 형성하는 천공판의 필수 부분은 병류 접촉 섹션(16)내에서 증기류와 병류 형태로 처음 상승함이 없이 바람직하게도 트레이 장치에서 증기류(26)가 통과하는 액체(40)의 풀을 조성하고 액체가 탈연행 장치(8)를 통과하는 것을 방지하는데 사용된다.

탈연행 장치(8)를 형성하는데 사용된 특정 설계 기술은 탈연행 장치를 형성하는 것 중에서 선택될 수 있는 여러가지 상용 기술이 있으므로 본 발명의 특징은 아니다. 일반적으로, 탈연행 장치(8)는 수직으로 배향된 안개 제거기 장치이다. 이들의 기능은 유동 증기류로부터 연행된 액체 비말을 제거하고, 전형적으로 중력하에 액체가 하강관의 웅덩이(44)로 배수되게 하는 것이다.

한가지 일예에서, "체브론"형 안개 제거기는 탈연행 장치(8)로서 사용되며, 여기서 안개 제거기는 수직으로 이어지는 주름 축이 있는 주름진 금속의 수직 평행 플레이트로부터 형성된다. 사용시, 증기류(32)와 액체류(30)는 수직 플레이트를 통해 수평으로 횡단하며 전형적으로 90°각도로 굽은, 주름진 플레이트의 굴곡부에서 연속 회전하게 된다. 보다 큰 질량(및 따라서, 관성)을 가진, 연행된 액체 비말은 증기류가 안개 제거기의 내부를 통해 회전하고 액체 비말이 플레이트를 침에 따라 증기류로부터 떨어진다. 그후 액체 비말은 중력으로 인해 플레이트 면 아래로 배수된다. 탈연행 장치(8)를 위한 이러한 안개 제거기 장치는 도 2에서 선(46)으로 도시되며, 선은 플레이트의 굴곡부에서 그 가장자리를 나타낸다.

안개 제거기의 다른 일예가 도 3에 도시되어 있으며 여기서 탈연행 장치(8)를 위한 트레이상에 영역을 채우도록 확장될 안개 제거기의 단지 일부가 도시되어 있다. 이러한 안개 제거기(50)에서 증기류(32)와 연행된 액체류(30)는 다같이 안개 제거기(50)로 들어가고 액체의 비말(52)은 주름진 플레이트(54)상에 모아진다. 중력으로 인해, 액체 비말(52)은 플레이트(54)의 표면 위에서 하방으로 흐르며 보다 큰 비말(56)을 형성한다. 이러한 일예에서, 특히 액체의 수집을 위한 조용한 지역을 형성하고 증기류(32)에서 액체 비말(52)의 재연행을 억제하는 "경첩" (hook)(58)이 형성되어 있다. 따라서, 증기류(32)는 증기류(17)로서 연행된 액체 함량이 보다 적게 안개 제거기(50)에서 나오며; 액체류(30)는 제거기내에 수집되어 액체류(39)로서 나온다.

안개 제거기는 다른 특정 구조로 취할 수 있으나, 기본적인 기술은 주름진 금속 판체 또는 플레이트를 통해 두가지 흐름을 통과시킴으로써 증기류로부터 액체 비말의 동일한 분리이다. 전형적으로, 금속 판체는 강철로 만들어진다. 본 발명에서, 안개 제거기 구조에서 얇은 두께의 금속 플레이트를 사용하여 각 트레이의 전체 중량을 감소시키는 것이 바람직하다. 플라스틱 또는 유리섬유 재료와 같은 다른 구조 재료를 사용할 수 있다. 플라스틱 재료는 탈연행 장치 전역에서 압력 강하를 감소시킬 수 있는 보다 매끄러운 가장자리의 설계가 가능하다는 점에서 이점이 있을 수 있다. 안개 제거기는 코크 엔지니어링 컴퍼니(Koch Engineering Co.)와 디 오토 에이치. 요크 컴퍼니, 인코포레이티드(The Otto H. York Company, Inc.)와 같은 회사로부터 상용된다.

"체브론"형 시스템으로서 상기에 기재된 안개 제거기 외에 탈연행 장치(8)로서 다양한 다른 기술이 이용될 수 있다. 예를들어, 직조 금속사로 구성된 메쉬 패드가 이용될 수 있으며 이것은 상용된다. 또한, 구조 패킹 또는 그리드(grid)가 탈연행 장치(8)로서 이용될 수 있다. 이들 다양한 기술의 조합도 이용될 수 있으며, 제일 장치는 액체 비말의 합체기로서 기능이 있으며 제이 장치는 합체된 비말의 수집기로서 기능이 있다.

어떤 일예에서 하강관(14)의 출구(28)에서 트레이 영역 구조를 변형시켜 하강관(14)을 통한 증기(22)의 상승 흐름을 억제하고 이로서 병류 접촉 섹션(16)을 우회할 수 있다. 한가지 일예에서, 하강관(14)에는 병류 접촉 섹션(16)에서 보다 하강관의 하부 섹션(15)내에서 높은 선단 압력이 이루어지도록 제한 오리피스 (restricted orifice)인 개구부(28)가 있다. 다른 일예는 하강관(14)의 개구부 (28)에 위치한, 상방향 증기류를 방지하는 이동식 체크(check) 밸브를 포함한다. 체크 밸브는 증기가 하강관을 통해 상방향으로 흐르도록 시도하면 상방향 이동이 없고 하강관을 밀폐하는 경량 이동 플레이트로서 하강관의 단부 밑에 간단히 형성될 수 있다. 또다른 별도 수단으로서, 개구부(22)가 하강관(14)의 개구부(28) 바로 밑이 아니도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따라 설계된, 컬럼 벽(4)내에 위치한 트레이의 상면도가 도 4에 도시되어 있다. 트레이의 다양한 요소가 벽(4)으로 정의된 컬럼의 외부 원주로 확장된 선으로서 확인된다. 이 상면도로부터 액체 하강관(14)은 하강관(14)의 웅덩이(44)로부터 하방으로 확장되는 원형 섹션으로서 확인된다. 하강관(14)의 옆에는 디미스터 장치의 주름선으로서 보이는, 탈연행 장치(8)가 있다. 탈연행 장치(8) 사이에 병류 접촉 공간(16)이 위치하며, 이것은 트레이의 하부(24)에 걸쳐 개구부(22)로서 보인다. 편리를 위해, 각 섹션의 선은 벽(4)의 가장자리로 확장되는 것으로 도시되지 않았지만, 실제 이들 섹션은 벽(4)까지 또는 바람직하게는 가능한 한 여기에 근접하게 확장될 것이며 이로서 컬럼내에서 "사강"(dead space)을 최소화 한다.

본 발명의 트레이 구조의 원리를 도 1 내지 4에 제시된 일예에 관해서 기술하였다. 트레이 구조의 여러가지 요소에 대한 최적 비율과 크기는 당업자의 숙련에 속하며 발명이 적용할 구체적인 컬럼에 따른다. 그러나, 일반적으로, 다음 치수가 대부분의 컬럼 구조에 적용될 수 있다. 트레이의 하부(24)에서 다음 트레이의 하부(24)까지의 높이 차이는 약 18 내지 약 36 인치(약 46-92 cm)이다. 트레이의 상부(42)와 다음 트레이의 하부(24) 사이의 거리는 약 4 내지 약 8 인치(약 10-20 cm)이다. 개구부(22)가 트레이의 하부(24)에 존재하는 영역의 폭은 약 6 내지 약 12 인치(약 15-30 cm)이다. 탈연행 장치(8)의 영역에 대한 폭은 약 3 내지 약 6 인치(약 7.5-15 cm)이다. 하강관(14)의 하부 섹션(15)의 직경은 약 2 내지 약 4 인치(약 5.0-10.0 cm)이다. 전체 병류 접촉 섹션의 폭은 약 8 내지 약 16 인치(약 20-41 cm)이다. 트레이 하부(24)에서 그의 상부(42)까지의 트레이 높이는 약 12 내지 약 28 인치(약 30-71 cm)이다. 하강관(14)의 하부 섹션(15)의 폭은 약 2 내지 약 6 인치(약 5-15 cm)이다.

컬럼(2)내에서 트레이(6)의 배열은 다양하게 변형될 수 있다. 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 트레이(6)는 컬럼(2)내에 배열된다. 트레이(6)는 도 5에 도시된 바와 같이 컬럼내에서 회전될 수 있으며, 여기서 트레이는 90°치우친 패턴으로 요동된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 트레이의 기본적인 요소는 도 1과 같이 표지된다.

Claims (10)

1. 다음을 포함하는 공급류를 증류하거나 분류하기 위한 분리 컬럼:

   (a) 트레이 상부와 트레이 하부가 있는 상호연결된 복수의 트레이;

   (b) 증기와 액체가 병류 접촉 상태일 수 있는 부피를 포함하는, 트레이상에 위치한, 복수의 병류 증기 및 액체 접촉 섹션;

   (c) 탈연행 장치로서, 내부 및 외부 측면이 있고, 내부 측면은 병류 접촉 섹션에 인접하고, 탈연행 장치의 내부 및 외부 측면은 증기와 액체가 침투할 수 있는, 증기류로부터 연행된 액체를 분리하기 위한, 트레이상에 위치한, 복수의 탈연행 장치;

   (d) 액체 하강관으로서, 상부와 하부가 있고, 액체 하강관의 상부는 제일 트레이의 탈연행 장치의 외부 측면으로부터 액체를 수용할 수 있으며, 액체 하강관의 하부는 컬럼에서 제일 트레이로부터 수직으로 보다 낮게 위치한 제이 트레이의 병류 접촉 섹션내에 위치한, 복수의 액체 하강관; 및

   (e) 트레이의 병류 접촉 섹션으로 증기가 통과할 수 있는, 병류 접촉 섹션 밑의 일 지점에서 트레이의 하부에 걸쳐 위치한, 증기 개구부.
2. 제 1 항에 있어서, 추가로 탈연행 장치로부터 병류 접촉 섹션을 분리하는 복수의 액체 둑을 포함하는 증류 컬럼.
3. 제 1 항에 있어서, 탈연행 장치가 증기 더미스터를 포함하는 증류 컬럼.
4. 제 1 항에 있어서, 액체 하강관이 추가로 액체 하강관을 통해 증기의 상승 흐름을 방지하기 위한 수단을 포함하며, 증기 흐름 방지 수단이 액체 하강관의 하부에 인접한 지점에 위치한 증류 컬럼.
5. 제 4 항에 있어서, 액체 하강관을 위한 증기 흐름 방지 수단이 체크 밸브 또는 제한 오리피스 중에서 선택되는 증류 컬럼.
6. 다음 단계를 포함하는 분리 컬럼의 조작방법:

   (a) (i) 트레이 상부와 트레이 하부가 있는 상호연결된 복수의 트레이;

   (ii) 증기와 액체가 병류 접촉 상태일 수 있는 부피를 포함하는, 트레이상에 위치한, 복수의 병류 증기 및 액체 접촉 섹션;

   (iii) 탈연행 장치로서, 내부 및 외부 측면이 있고, 내부 측면은 병류 접촉 섹션에 인접하고, 탈연행 장치의 내부 및 외부 측면은 증기와 액체가 침투할 수 있는, 증기류로부터 연행된 액체를 분리하기 위한, 트레이상에 위치한, 복수의 탈연행 장치;

   (iv) 액체 하강관으로서, 상부와 하부가 있고, 액체 하강관의 상부는 제일 트레이의 탈연행 장치의 외부 측면으로부터 액체를 수용할 수 있으며, 액체 하강관의 하부는 컬럼에서 제일 트레이로부터 수직으로 보다 낮게 위치한 제이 트레이의 병류 접촉 섹션내에 위치한, 복수의 액체 하강관; 및

   (v) 트레이의 병류 접촉 섹션으로 증기가 통과할 수 있는, 병류 접촉 섹션 밑의 일 지점에서 트레이의 하부에 걸쳐 위치한, 증기 개구부를 포함하는 컬럼을 구비하고;

   (b) 제일 액체 하강관을 통해 그리고 제일 트레이의 병류 접촉 섹션으로 액체를 유동시키고;

   (c) 제일 트레이의 증기 개구부를 통해 그리고 제일 트레이의 병류 접촉 섹션으로 증기를 향하게 하여, 이로서 제일 트레이의 병류 접촉 섹션내에서 증기가 액체에 연행되어 제일 트레이를 통해 상방향으로 이동하는 연행된 유체를 형성하고;

   (d) 연행된 유체를 제일 트레이의 탈연행 장치를 통과시켜 이로서 증기로부터 연행된 액체를 적어도 일부 분리하고;

   (e) 탈연행된 액체를 제일 트레이의 탈연행 장치로부터 제이 액체 하강관으로 그리고 제일 트레이에서 수직으로 밑에 있는 제이 트레이의 병류 접촉 섹션으로 향하게 하고;

   (f) 제일 트레이의 탈연행 장치로부터 탈연행된 증기를 제일 트레이에서 수직으로 위에 있는 제 3의 트레이의 병류 접촉 섹션으로 향하게 한다.
7. 제 6 항에 있어서, 추가로 트레이의 하부에 있는 증기 개구부에 인접한 일 지점에서 트레이의 병류 접촉 섹션에 액체의 풀을 조성하는 것을 포함하는 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 탈연행 장치에 증기가 통과할 수 있는 천공이 있는 벽인 내부 표면이 있고, 추가로 연행된 유체를 탈연행 장치의 내부 표면벽에서 천공을 통과시키는 것을 포함하는 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 제일 트레이, 제이 트레이, 및 제 3 트레이를 모두 서로에 대해 동일한 회전 상태로 배열시키는 방법.
10. 제 6 항에 있어서, 제일 트레이를 제이 트레이에 대해 수평 방향으로 회전시키는 방법.