KR20030008321A - 트레이 데크 위에 하부 표면 영역 그리드를 구비한 분류장치 - Google Patents

Abstract

분류 트레이(2)의 범람 용량은 트레이(2) 상에 위치된 하류관(6, 12)으로의 입구 위의 하부 표면 영역 그리드(3)를 적어도 한 층 추가함으로써 증가된다. 그리드(3)는 하류관 깊이의 1 내지 4배의 거리만큼 상향 연장된다. 그리드는 하류관의 최상부 모서리나 또는 하류관 측벽의 최상부 부분들 사이의 트레이 데킹 상에 놓여진다.

Description

트레이 데크 위에 하부 표면 영역 그리드를 구비한 분류 장치 {FRACTIONATION APPARATUS WITH LOW SURFACE AREA GRID ABOVE TRAY DECK}

본 발명은 주로 분별 증류 칼럼 내에서 휘발성 화합물의 분리를 위한 분류 트레이로 사용되는 기체-액체 접촉 장치에 관한 것이다.

분류 트레이는 분류 칼럼 내에서 수행되는 다단식 증기-액체 접촉을 촉진시키기 위해 석유 화학 제품 및 석유 정제 산업에 널리 사용된다. 통상적인 구성의 분류 칼럼은 약 10 내지 120 개의 개별적인 트레이를 포함한다. 통상적으로 각 트레이는 동일하다. 트레이들은 칼럼의 트레이 간격으로 불리는 균일한 수직 거리에 수평으로 장착된다. 이 거리는 칼럼의 상이한 부품들 내에서 변할 수 있지만 통상적으로 일정한 것으로 간주된다. 칼럼의 바닥에서 발생된 증기는 일정량의 액체를 지지하는 트레이를 통과하여 상승한다. 상기 액체를 통과하는 증기의 통로는 포말(froth)이라고 부르는 기포를 발생시킨다. 포말의 높은 표면 영역은 트레이 상에서 기체상과 액체 상 사이에 조성의 평형이 빨리 형성되도록 돕는다. 증기는 보다 적은 휘발성 물질이 액체로 손실되도록 하고, 따라서 각 트레이를 통과하여 상향으로 지나감에 따라서 조금씩 더 휘발성을 갖게 된다. 액체는 포말로부터 분리되고 무거운 성분들을 다음 하부 트레이로 하향 이동시킨다. 이러한 포말 형성 및 분리는 각 트레이에서 수행된다. 그러므로 트레이들은 상승하는 증기를 액체에 접촉시키고 그후 두 개의 상이 분리되어서 다른 방향으로 유동하도록 하는 두 가지 기능을 수행한다. 단계들이 적절한 횟수로 수행될 때, 공정은 화합물의 상대적인 휘발성에 기초하여 높은 효율의 분리를 유도할 수 있다.

미국 특허출원 제3,410,540호에는 교번 데킹 섹션 및 대표적인 다중 하류관 트레이인 하류관(downcomer)을 포함하는 분류 트레이 설계가 개시되어 있다. 이러한 트레이 설계는 직사각형 단면의 하류관을 사용한다. 미국 특허출원 제5,382,390호에는 다중 하류관 트레이 설계 분야의 최신 개발이 개시되어 있다.

미국 특허출원 제 2,767,967호에는 이 기술 분야에서 리플(ripple) 트레이라고 부르는 이중 유동 트레이의 일 형태가 개시되어 있다. 이러한 트레이에서 상승 증기 및 하강 액체는 모두 트레이 데크의 표면 내의 동일한 개구를 통과한다. 데크는 도3 및 도4의 사인 파형 곡선으로부터 도5 및 도6(제3칼럼, 제11줄 참조)의 보다 평탄한 형상까지의 범위를 가지는 다수의 위상 기하를 포함한다. 높이 상에서의 변이는 트레이의 보다 높은 부분 상에 액체가 더 큰 깊이보다 작은 액체 깊이를 허용하고, 이것은 상향 증기 통로를 허용하는 반면에, 액체는 보다 큰 액체 깊이를 허용하는 지점에서 트레이를 통하여 하강한다.

미국 특허출원 제5,407,605호에는 트레이의 아래에 위치되고 하류관에서 나오는 액체에 의해 젖은 패킹 재료의 베드를 가지는 분별 증류 칼럼 트레이가 개시되어 있다.

미국 특허출원 제5,389,343호에는 화학 반응을 촉진시키기 위해 사용되는 여러 다발의 촉매 매질이 증기상 반응을 촉진시키기 위해 분류 트레이 밑에 현수된 분류 칼럼이 기술되어 있다.

'화학 공학의 캐나다 저널(The Canadian Journal of Chemical Engineering)'의 제68권판(1990년 6월)의 제382 쪽에 나와 있는 G.X. Chen등의 기사에는 트레이의 최상부 표면에 위치된 스테인레스강으로 짜여진 다층 맞물림 패킹을 가지는 분류 트레이의 성능이 기술되어 있다. 이 논문은 동일 저자들에 의한 유럽 특허 출원 제0381388호에 관련하여 나와 있다.

패킹 칼럼에 사용되는 패킹 재료의 다양한 형태에 대한 설명이 1984년 3월 5일자 '화학 공학(Chemical Engineering)'의 제40 쪽부터 시작되는 논문에 제공되어 있다.

미국 특허출원 제4,842,778호에는 "랜덤(random)"(덤프) 패킹, 구조화된 패킹 및 지지 그리드를 내장하는 분별 증류 칼럼이 개시되어 있다.

본 발명은 하부 표면 영역의 상대적으로 두꺼운 층, 트레이 데크 또는 하류관의 최상면에 놓여진 고도로 수직인 "그리드" 패킹을 포함하는 대 용량의 분류 트레이이다. 그리드 위의 체적은 비어 있는 것이 바람직하다. 결과적으로 이것에 의해 트레이가 예상외로 증가된 증기 용량을 가지게 된다. 보다 상부 표면 영역을 가지는 추가적인 패킹 재료가 전 트레이 시스템의 효율을 증가시키기 위해 그리드 패킹 상에 놓여질 수 있다.

본 발명의 일 실시예가 원형 단면과 상부 제1 단부(20) 및 하부 제2 단부(21)를 가지는 수직 수납 칼럼(1), 하부 제1 및 상부 제2 트레이를 포함하고, 실질적으로 평탄하고 실질적으로 칼럼(1)의 단면 영역의 전부를 가로질러 연장되는 트레이 및 하류관(12, 6)이 결여된 트레이(2)의 데킹 섹션(5)을 가로질러 일정하게 분배된 천공(15)을 가지는 트레이(2)와 함께 한 쌍의 수직으로 분리 이격된 분류트레이(2)를 포함하는 복수의 일정하게 분리 이격된 분류 트레이, 및 제1 및 제2 트레이의 사이의 수직 거리의 1/10 내지 약 3/4와 같은 거리만큼 상향 제2 트레이를 향해 연장되는 구조화된 그리드 패킹의 층과 함께 분류 트레이의 상기 한 쌍의 제1 트레이(2)에 의해 지지되는 그리드 패킹(3)을 구조화하는 하부 표면 영역을 포함하는 층을 포함하는 증기-액체 접촉 장치로서 특성지어질 수 있다.

본 발명의 몇 실시예에서, 구조화된 또는 랜덤(덤프) 패킹 재료의 베드가 하부 표면 영역 그리드 구조의 상부에 제공되고, 패킹은 상부 제2 트레이의 하류관을 나오는 액체에 의해 젖는다. 하부 표면 영역 그리드 구조의 추가적인 얇은 층이 랜덤 패킹 상에 놓여질 수 있다.

도1은 직사각형 하류관(12)을 가진 다중 하류관 트레이(2) 상의 본 발명을 이용한 분류 칼럼의 일부를 도시한 측단면도이다.

도2는 수직으로 이격된 이중 유동 트레이(2) 및 선택적인 덤프 패킹(4)의 베드와 함께 본 발명을 사용한 것을 도시한 분류 칼럼의 일부를 도시한 측단면도이다.

도3은 통상적인 횡단류 분류 트레이(2)와 함께 본 발명을 사용한 분류 칼럼의 일부를 도시한 측단면도이다.

도4는 V 형 하류관(6)을 사용한 분별 증류 칼럼(1)의 부품으로서 사용된 본 발명의 기체-액체 접촉 장치의 일 실시예를 도시한 측단면도이다.

도5는 하부 표면 영역 그리드(3)에 더하여 한 쌍의 횡단류 트레이(2)를 가진 칼럼의 일부를 도시한 단면도이다.

도6a 및 도6b는 하부 표면 영역 그리드 다발(3)을 위한 두 개의 상이한 가능 구조를 도시한 도면이다.

도7 및 도8은 별개의 하부 표면 영역 그리드 판(8)의 대체 구조를 도시한 도면이다.

도9는 직사각형 하류관(12) 및 데킹 영역(15)의 구조를 도시한 다중 하류관 트레이의 등각도이다.

도10은 트레이 데크(5) 상에 놓여진 하부 표면 영역 그리드(3)를 가진 다중 하류관 트레이(2)를 내장한 칼럼(1)의 일부의 단면도이다.

도11은 증기 용량을 증가시키고 트레이의 모서리에서 액체의 정체를 줄이기 위해 하부 표면 영역 그리드(3)를 사용한 횡단류 트레이의 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 칼럼

2 : 하류관 트레이

3 : 그리드

4 : 베드

5 : 데킹 섹션

6, 12 : 하류관

7 : 그리드 지지대

8 : 블레이드

9 : 세로보

15 : 천공

22 : 공급선

34 : 수용팬

분류 트레이가 증류 칼럼 내에 증기-액체 접촉 및 기체상과 액체상 사이에서 그들의 상대적인 휘발성에 기초하여 화합물의 교환을 유도하는 포말 형성을 촉진시키는 수단으로써 사용된다. 상기 트레이들은 트레이 간격으로 불리는 균일한 수직 거리로 이격된다. 트레이들은 증기의 상향 통로에 충당되는 별개의 영역을 가지는데, 그것은 통상적으로 트레이의 데킹 및 포말을 모으는 다른 영역으로 불려진다. 포말은 하류관으로 불리는 트레이의 일부를 통해서 다음 하부 트레이로 하강하는 방출 "깨끗한 액체"를 분해하게 된다. 대부분의 정유 및 석유 화학 공정에 요구되는, 양호한 분리의 중요성, 칼럼의 비용의 높은 경제적인 충돌로 인해 분류 트레이 설계 영역에 많은 발전이 있어 왔다.

다중 하류관 트레이와 같은 몇몇 트레이는 높은 액체 유동을 취급할 수 있는장점이 있다. 이중 유동 트레이와 같은 다른 트레이는 낮은 비용의 장점이 있다. 그러나, 대부분의 트레이 형태는 또한 그들의 성능이나 특정 분리에의 적용을 제한하는 적어도 하나의 특성이나 단점을 가지고 있다. 그러므로, 칼럼 설계는 종종 작동 조건의 기대 범위를 능가하는 성능 특성 및 비용의 최상의 균형을 얻기 위해 다양한 트레이 설계 특성들 사이의 절충을 가진다.

몇몇 트레이의 단점 중의 하나는 보다 높은 트레이 제조 비용인데, 이는 그 설계의 복잡성에 의해 크게 영향을 받는다. 트레이를 조립하는데 보다 많은 부품이 요구될수록, 그 부품들을 제조하고 완성된 트레이로 조립하는데 보다 많은 비용이 든다. 이중 유동 트레이는 매우 간단한 트레이이며 제조 및 설치 비용이 낮다는 장점이 있다. 이중 유동 트레이는 전형적으로 동일한 개구를 통해서 액체는 하강하고 증기는 상승하도록 충분히 큰 크기의 균일한 천공들을 구비한 평판 데크를 포함한다. 그러므로 이중 유동 트레이는 하류관이나 또는 다른 부가물을 가지지 않고 비용이 적게 든다. 그러나, 이중 유동 트레이는 트레이 직경이 4 피트를 초과할 때 잘 작동하지 않는 경향이 있다. 이중 유동 트레이는 통상적으로 약 20 내지 40 %의 천공에 의해 제공된 트레이 개방 영역을 가진다. 반면에, 통상 횡단류 시브(sieve) 트레이 또는 다중 하류관 트레이의 평판 데크들은 일반적으로 약 20 % 미만의 개방 영역을 가진다.

리플 트레이는 이중 유동 트레이와 유사하지만 이전에 언급된 미국 특허출원 제2,767,967호에 나타난 바와 같이 트레이 데크의 높이에서 변이들을 가진다. 이러한 변이는 하류관과 매우 유사하게 액체가 모이고 다음 트레이로 배수되도록 하는 홈을 제공한다. 이중 유동 및 리플 트레이는 최적(설계) 유량으로부터의 이탈에 매우 민감하다.

트레이의 특정한 형태는 이전에 언급된 미국 특허 제3,410,540호 및 제5,382,390호에 나타난 바와 같은 다중 하류관 트레이다. 상기 트레이는 또한 '오일 앤 가스 저널(Oil and Gas Journal)'의 1978년 4월 3일판의 제72 쪽에 나와 있는 논문에 기술되어 있다. 상기 논문의 도면에는 트레이의 표면을 가로질러 고르게 위치된 복수의 긴 평행 홈 형 하류관을 포함하고 평탄 데킹의 띠들이 그 사이에 위치한 다중 하류관 트레이의 기본 특징이 도시되어 있다.

종래의 횡단류 트레이는 액체 유동을 취급하고 보다 높은 트레이 효율을 얻기 위해 다음 하부 트레이 부근까지 하향으로 연장된 하류관을 사용하지만, 때때로 제작 및 설치에 더 많은 비용이 드는 단점을 가진다. 가장 간단한 횡단류 트레이는 단 하나의 출구 하류관을 가진다. 좀더 복잡한 다중 통로 트레이는 둘, 셋 또는 네 개의 별개의 입구와 출구를 가지고 각 출구는 통상적으로 트레이 상의 액체의 수위를 제어하는 출구 위어(weir)를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명을 이용한 상이한 매우 다양한 트레이 구성이 존재한다. 본 발명은 다중 하류관 트레이, 이중 유동 트레이, 리플 트레이, 및 횡단류 트레이를 포함하는 많은 상이한 형태의 트레이의 성능을 증가시키는데 사용될 수 있다고 여겨진다.

본 발명의 목적은 분별 증류에 사용되는 개량된 분류 트레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 저 비용의 고 증기 용량 분류 트레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 특정 목적은 고 액체 용량 다중 하류관 분류 트레이에서 증가된 증기 용량을 제공하는 것이다.

이러한 목적들은 분류 트레이의 표면상의 하부 표면 영역 그리드 재료의 층의 배치가 트레이가 "범람(flooding)"없이 훨씬 높은 상향 증기 속도에서 작동할 수 있게 한다는 발견을 통해 달성될 수 있다. 즉, 트레이는 본 발명을 사용하지 않을 때보다 본 발명을 사용함으로써 더 높은 기체 속도에서 효율적으로 작동될 수 있다.

본 발명은 액체 용량 및 트레이의 효율을 증가시키기 위한 수단의 위치를 정하기 위한 실험 중에 우연하게 발견되었다. 이것은 다중 하류관형 트레이의 증기 용량을 예상외로 증가시키고 트레이 및 칼럼의 용량을 개량하는 수단을 제공한다는 사실을 알게 되었다. 본 발명은 또한 몇몇 트레이 설계에 내재하는 단점을 극복하는 방법을 제공하고, 따라서 분별 증류 칼럼의 설계에 있어서 보다 광범위한 트레이의 선택을 제공한다.

본 발명은 칼럼의 트레이 위에 위치한 상부 표면 영역 랜덤 또는 덤프 패킹을 가진 트레이 구성의 성능 특성을 결정하기 위한 실험 중에 발견되었다. 하부 표면 영역 그리드가 상부 표면 영역 패킹을 지지하는데 사용되었다. 트레이 상에 상부 표면 영역 패킹이 없이 수행된 실험은 본 발명의 이점을 드러낸다. 실험은 단지 하부 표면 영역 그리드의 단일층만 사용하여 수행되었는데, 그것은 상부 표면 영역 패킹을 지지하기 위해 사용하던 것이었다. 이 실험에서 사용된 트레이는 미국 특허 제5,407,605호에서 더 상세히 기술되어 있는 바와 같은 V 형 하류관을 가진 다중 하류관 트레이였다.

그리드의 얇은 층의 이점의 발견 이후에, 35 cm(13.75 in) 및 56 cm(22 in) 높이의 하부 표면 영역 그리드의 층들을 포함하는 트레이 시스템의 성능이 별도로 결정되었다. 그리드는 단순히 V 형 하류관을 사용한 트레이의 최상부 표면상에 위치하고 있었다. 그리드는 각 그리드의 높이가 약 70 mm(2.75 in)이고 평행 블레이드 사이에 약 2.5 cm(1 in)의 간격을 가진 너터 엔지니어링(Nutter Engineering)사의 "스냅 그리드(Snap Grid)"였다. 이 그리드들은 약 12 ft²/ft³의 표면 영역을 가졌다. 수직 트레이 간격은 76 cm(30 in)였으며 작동 유체로서 물과 공기가 사용되었다. 물과 공기는 단순한 탄화수소에 대한 매우 좋은 모조품이다. 다중 하류관 트레이가 통상적으로 약 0.30 fps의 F-팩터(F-factor)에서 작동하도록 설계된 반면에, 증대 그리드 트레이 장치는 0.51 내지 0.60 fps 사이의 F 팩터에서 범람이 없이 작동한다는 것을 알았다. 이렇게 높은 증기 속도에서도 트레이가 건조되지 않는 것은 매우 놀라웠다. 그리드는 포말을 안정시키는 것처럼 보였으며 포말 체계로부터 분무 체계로의 전이를 지연시켰다. 아마도 더 중요하게는, 그리드는 잘 젖고 질량 전달을 촉진할 수 있는 듯 여겨졌다.

"하부 표면 영역 그리드"라는 용어는 실질적으로 트레이 데킹 표면에 대해 수직으로 정렬되고 3차원 그리드나 또는 스크린 방식으로 서로 소정 거리만큼 분리되어 견고하게 고정된 각 벽 형상 블레이드의 적어도 주요 부분을 가지는 일련의 고도로 천공이 없는 평행 블레이드 구조를 의미하는 것이다. 하부 표면 영역 그리드나 본 발명의 그리드 다발은 약 6 내지 약 24 ft²/ft³의 표면 영역을 가진다. 상기 하부 표면 영역은 이 그리드들을 보다 조밀하게 이격된 벽을 가지는 하니콤 구조 그리드들로부터 구별한다.

본 발명에서 사용하기 위한 하부 표면 영역 그리드 시스템은 상업적으로 입수할 수 있다. 너터 엔지니어링사에서 판매하는 "스냅 그리드(Snap Grid)", 글리취 인크(Glitsch Inc.)사에서 판매하는 "C-그리드(C-Grid)", 및 코크 엔지니어링(Koch Engineering)사에서 판매하는 "플렉시그리드(Flexigrid)" 모델 번호 2와 3이 그 적절한 예이다. 이러한 그리드들은 상대적으로 부드럽고 만약 천공된다면 단지 몇 개의 큰 구멍만을 가지는 금속 블레이드로 형성된다는 특징이 있다. 개별적인 금속 블레이드는 그리드 다발을 가로질러 수평으로 연장되고 통상적으로 본 명세서에서는 스트링거(stringer)로 언급되는 수직 부재에 의해 제 위치에 유지된다. 이러한 스트링거는 주된 기능이 블레이드를 적소에 유지시키는 것인 로드 또는 다른 작은 치수의 커넥터이다. 대안으로서, 블레이드들은 사각형 또는 다이아몬드형 단면을 가지고 수직 채널을 형성하기 위해 다양한 각도로 서로 엇갈려 스트링거의 필요를 제거한다. 하나의 전형적인 그리드에서 개별적인 블레이드들의 높이는 약 7 cm이고 약 2.5 내지 7 cm의 수평 거리로 분리 이격된다. 최소 블레이드 간격은 적어도 5 cm인 것이 양호하다. 블레이드들은 일반적으로 수직 방향으로 배열된다. 블레이드들은 블레이드들을 3차원 구조로 만드는 하나 또는 두 개의 수직으로 분리 이격 띠를 가지는데, 이것은 상부 표면 영역 구조를 가진 패킹과 비교해서 구별되는 또 다른 특징이다. 이러한 구성은 사용할 때 하부 표면 영역 및 큰 개방 체적과 상대적으로 낮은 압력 강하를 가진 전 그리드 구조로 귀착된다.

상기 그리드 패킹과 비교해서, "덤프" 또는 "랜덤" 패킹은 전형적으로 약 20 내지 약 75 ft²/ft³의 표면 영역을 가진다. 이러한 재료가 이러한 이름을 가지는 것은 말 그대로 이들이 통상적으로 칼럼 내에 쏟아짐(dumping)으로써 접촉 칼럼 내에 위치하기 때문이다. 상업적으로 입수할 수 있는 덤프 패킹의 예는 폴 링(Pall rings) 및 레스칙 링(Raschig rings)이다. 이러한 재료는 특정한 적용 및 예상 유량 등에 기초하여 선택된 다양한 크기로 출시된다.

"상부 표면 영역" 패킹이란 용어는 약 45 ft²/ft³보다 큰 표면 영역을 가진 구조화된 패킹 및 덤프(랜덤) 패킹 모두를 의미한다.

"구조화된 패킹"이란 용어는 나선형으로 감기거나 또는 그렇지 않으면 어떤 구속된 형상에 의해 서로에게 평행하게 유지되는 얇게 천공되고 주름이 형성된 금속 스트립으로부터 전형적으로 형성된 보다 고가로 제조된 재료를 의미한다. 금속 스트립은 전형적으로 약 1 내지 2 cm의 거리를 가진 하부 표면 영역 그리드 패킹에서 보다 더욱 조밀하다. 별개의 스트립들이 주름의 물리적인 접촉에 의해서만 떨어져 유지되고 또는 인접 스트립의 영역 밖으로 구부러질 것이다. 이러한 재료들은 약 10 cm를 초과하는 두께, 약 25 cm 이상의 폭을 가지는 상당한 크기의 입방체 또는 슬래브의 형태로 되어 있고 이용 가능한 통로(manway) 및 다른 개구에 의해 칼럼 내로 용이한 삽입을 허용하는 전 크기를 가지는 칼럼 내에 전형적으로 위치된다. 이러한 재료들의 예가 상기에 언급한 참조 문헌에 나와 있다. 이러한 성질의 구조화된 패킹은 약 30 내지 약 210 ft²/ft³및 양호하게는 약 100 ft²/ft³이상의 범위의 표면 영역을 가진다.

접촉 재료 또는 패킹의 네 번째 형태는 "가우즈(gauze)"라고 불리며, 이는 느슨한 개방형을 유지하기 위해 함께 고정되거나 또는 직조된 많은 수의 작은 단면의 스트랜드(strand)로 제조된다. 상기 재료의 표면은 전형적으로 약 150 ft²/ft³이다.

첨부 도면은 예시적으로 본 발명의 몇몇 실시예를 도시한다. 도면을 참조하면, 도1은 하부 표면 영역 그리드(3)의 바닥층이 다중 하류관 분류 트레이(2)에 사용되는 직사각형 하류관(12)의 측벽의 최상부 모서리 상에 놓여진 실시예를 나타낸다. 다른 도면들은 다른 형태의 트레이를 구비한 실시예를 도시한다.

트레이에 있어서 구조의 변경은 트레이의 최상단부에 있는 그리드 하위층(sublayer)의 개수이다. 도1에서는 세 개의 하위층이 도시되어 있지만, 이것은 다른 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 선택적이다. 도1에 도시된 다른 기본적인 변경은 그리드(3)의 블레이드(8)의 방향성 배열과 관련이 있다. 상부 트레이의 블레이드가 모두 평행한 반면 하부 트레이 상의 중간 하위층의 블레이드는 인접 하위층에 수직한다. 상기 트레이의 각 직사각형 하류관(12)은 두 개의 평행 측벽(32)과 두 개의 평행 단부벽(33)을 포함한다. 바닥판(34)은 하류관의 하부를 밀봉하고, 상단부는 완전히 개방되어 하류관으로의 직사각형 입구를 제공한다. 각하류관의 바닥판 및/또는 측벽은 모인 액체가 나가 아래에 위치한 패킹 재료 위로 떨어지도록 하는 많은 수의 천공을 가진다.

본 실시예에서 칼럼 내의 원통형의 빈 체적을 나타내는 상당한 크기의 공간 "S"가 하류관(12)의 바닥으로부터 측정되는 상부 트레이의 바닥 모서리와 하부 분류 트레이에 의해 지지되는 최상단의 그리드 다발(3)의 상부 표면 사이에 남겨진다. 통상적으로 트레이들 사이에 제공되는 상기 상당한 크기의 빈 공간의 제공은 만약 칼럼 내의 트레이 간격이 이를 허용한다면 양호하다. 트레이 간격은 트레이들 사이의 데크에서 데크까지의 수직 거리를 기술하는데 사용되는 용어이다.

도2에서 한 쌍의 이중 유동 트레이(2)가 칼럼(1)의 원통형 벽의 내부 표면에 부착된 원형 링(19)에 의해 지지된다. 이중 유동 트레이는 하류관이 없는 점에서 특이하다. 트레이 데킹 내의 상대적으로 큰 개구(15)는 전체 증기 유동이 동시에 같은 천공을 통해 상향으로 지나가는 동안에 액체가 천공을 통해 필요한 속도로 하향으로 "흐르는(weep)" 것을 허용하도록 충분히 크다. 본 실시예에서 세 개의 그리드(3) 하위층의 다발은 하부 트레이의 트레이 데킹의 상부 표면상에 직접 놓여 있다. 상부 트레이에 대한 것은 도시되지 않았다. 본 도면에 도시된 선택적인 요소는 스크린(11)과 같은 별도의 지지 수단에 의해 하부 표면 영역 그리드 층의 위에 지지된 상부 표면 영역 랜덤 패킹의 베드(4)를 포함한다. 이것은 빈 원통형 체적 "v"를 제공한다. 하부 표면 그리드(3)의 선택적인 층은 필요하다면 덤프 패킹 위에 사용될 수 있다. 이러한 선택적인 상부 그리드 층의 최상부와 상부 트레이의 바닥 사이에 얕은 원통형 빈 체적이 있는 것이 바람직하다.

도3은 일반적인 횡단류 분류 트레이를 가진 분류 칼럼 내에 사용된 본 발명을 도시한다. 트레이의 이런 형태에서 수직 현(chordal) 형상의 하류관 벽(14)과 칼럼 벽(30)의 일부의 내부 표면으로 형성된 단일의 긴 하류관이 상부 트레이(2) 상에 모인 액체를 다음 하부 트레이로 이동시킨다. 하류관 아래로 유동하는 액체는 수용팬이라 불리는 트레이(2)의 데킹의 천공이 없는 부분 상에 충돌하며, 그리고 수용 트레이를 가로질러 수평으로 유동한다. 액체는 마침내 트레이의 다른 측상의 출구 위어(13)를 넘쳐 유동하고, 액체를 다음 하부 분류 트레이로 유도하는 다른 하류관으로 들어간다. 하부 표면 영역 그리드(3)의 상부 층, 덤프 패킹의 중간 층, 및 하부 표면 영역 그리드(3)의 세 개의 하위층을 포함하는 바닥부로된 선택적인 샌드위치형 구조가 중간 빈 체적이 없다는 것을 제외하고는 도2의 실시예와 유사하다. 그리드의 세 개의 하위층이 상이한 방향으로 배열된다. 중간층은 다른 두 개의 층에 대해 수직으로 회전되는 것이 바람직하다.

하부 표면 영역 그리드의 바닥 하위층은 용기의 벽(30)으로부터 하류관의 현 형상의 벽(14)까지 연장된 수평 그리드 지지 수단(18)에 의해 하부 분류 트레이의 상부 표면 위에 거리 "h"에 지지된다. 그리드는 또한 지지를 주목적으로 하는 트레이로부터의 상향 돌출부(들), 트레이의 다른 부품들, 또는 그리드에 부착된 레그들에 의해 지지된다. 거리 h는 그리드 다발의 하나의 블레이드의 높이의 1 내지 3 배와 동일한 것이 바람직하다. 본 실시예에서 증기는 트레이 데크 내의 구멍(15)을 통과해서 상향으로 지나가고, 상향으로 상승하여 포말을 하부 표면 영역 그리드 다발 내로 가져간다. 이것이 그리드 다발의 표면을 적시는 반면에, 상향 증기는그리드를 넘어 상향으로 액체를 어떤 실질적인 거리만큼 가져가지 못한다. 베드(4)는 만약 건조하다면 효과가 없을 것이다. 그러므로 도면에는 도시되지 않은 수단이 사용되어 액체의 일부를 다음 더 상부의 트레이의 데크(31)로부터 트레이들 사이에 위치된 패킹 재료의 베드(4)의 상부 표면상으로 전환시킨다. 이러한 장치는 흐름, 채널, 또는 심지어 파이프 시스템 및 밸브를 허용하는 데킹 내의 몇 개의 분리 이격된 보다 큰 직경의 천공의 형태를 취할 수 있다.

도4는 본 발명의 다른 실시예를 사용한 분류 칼럼의 일부의 수직 단면도이다. 칼럼은 원통형 외부 벽, 밀봉된 상부 단부(20), 및 밀봉된 하부 단부(21)를 포함한다. 분리된 몇몇의 화합물을 포함하는 공급 스트림이 계산 및 작동 통례에 의해 설정된 지점에서 칼럼에 채워진다. 도면에 도시된 본 실시예에서, 공급 스트림은 공급 라인(22)을 경유해서 들어간다. 오버헤드 증기는 라인(23)을 경유해서 칼럼으로부터 제거되고 도시되지 않은 통상의 오버헤드 응축기로 지나간다. 이러한 증기의 응축은 환류 복귀 라인(26)을 경유하는 환류로서 적어도 부분적으로 칼럼으로 복귀하는 액체를 형성한다. 칼럼의 바닥에서, 액체는 라인(24)을 경유해서 후퇴된다. 이 바닥 액체의 일부는 바닥 액체의 적어도 일부를 양호하게 증발시키고 라인(25)을 경유해서 칼럼으로 복귀하는 리보일링 액체를 생성하는 도시되지 않은 통상적인 리보일러로 들어간다. 본 발명은 다른 구성의 칼럼에 사용될 수 있다. 예컨대, 칼럼의 최상부, 또는 그 근방에 들어가는 공급 스트림을 구비한 순수 스트립핑 칼럼(stripping column)으로 설비할 수 있다.

칼럼(1)의 내부 원통형 단면 영역은 복수의 고르게 이격된 다중 하류관 분류 트레이(2)에 의해 구획된다. 단지 두 개의 트레이만이 도면에 도시되었으나, 상업적인 칼럼은 총 10 내지 100 개 이상의 그러한 트레이를 내장한다. 두 개의 트레이의 동일한 부품 사이의 수직 거리 또는 트레이의 간격이 칼럼의 어느 한 부분에서도 균일하다. 그러나 공급 지점의 위아래와 같이 칼럼의 상이한 부분에서는 달라질 수 있다. 본 실시예에서의 각 분류 트레이는 모아진 액체를 개구(28)를 통해서 트레이 아래에 위치된 선택적인 덤프 패킹(4)상으로 분배하는 다수의 V 형 하류관(6)으로 구성된다. 트레이는 또한 증기가 칼럼의 최상부로 상승하는 동안에 통과하는 실질적으로 판형의 천공된 데킹 섹션(5)을 포함한다. 그리드(3)에 접촉하는 하부 표면 영역의 세 개의 하위층은 하부 분류 트레이(2) 상에 적층된다. 트레이의 데킹 부분을 가로질러 하류관 안으로의 액체 접촉 포말의 자유로운 수송을 보장하기 위해, 최바닥 그리드 하위층은 트레이 표면으로부터 상향으로 돌출된 다수의 스틱형 그리드 지지대(7)에 의해 트레이의 상부 표면 위로 짧은 거리로 현수된다. 최바닥 그리드 하위층이 트레이의 실제의 데킹 표면상에 놓여질 수 있는 반면에, 최하부 그리드는 도면에 도시된 바와 같이 데킹의 표면 위에 짧은 거리로 유지되는 것이 바람직하다. 많은 경우에 그리드가 위어 또는 트레이의 다른 상향 돌출부의 최상부상에 놓여질 것이기 때문에 이것은 자동으로 일어난다.

다공성 지지대 및 그리드 다발의 위에 위치된 선택적인 덤프 패킹(4)용 보유 스크린(11)이 세 개의 하위층의 최상단 위에 인접하여 위치된다. 상기 상부 표면 영역 패킹은 증기 액체 접촉을 위한 통상적으로 상업적으로 입수 가능한 패킹 중 어느 것도 될 수 있다. 본 실시예에서 이 덤프 패킹 재료는 한 쌍의 분류 트레이사이의 원통형 빈 공간의 많은 부분을 채우고 상부 패킹 보유 스크린(10)으로 상향 연장된다. 패킹 보유 스크린(10)의 바로 위에서, 단일 그리드 층(3)에 의해 형성된 하부 표면 영역 그리드 구조의 선택적인 최상부 층은 본 실시예의 한 쌍의 분류 트레이 사이에 위치된 샌드위치 재료의 최상부 요소를 형성한다. 상기 그리드의 최상부는 의도적으로 다음 상부 트레이의 최바닥부로부터 아래로 이격되어있다. 이런 샌드위치는 일 실시예의 극단적인 연장이라는 것을 주의해야 한다. 통상적으로 트레이 사이의 원통형 체적의 상당한 비율은 비워진 채 남겨진다.

도면에 덤프 패킹이 도시된 반면에, 이것은 구조화된 패킹과 같은 다른 상부 표면 영역 패킹으로 대체될 수 있다.

도5는 종래의 한 쌍의 횡단류 시브 트레이(2)를 내장하는 분류 칼럼(1)의 일부의 단면도이다. 액체는 벽(14) 및 칼럼의 만곡된 내부면으로 형성된 현 형상의 하류관을 통해 위로부터 아래로 흐른다. 액체는 천공이 없는 수용 팬(35)과 충돌한 후, 트레이의 데킹(31)을 가로질러 수평으로 이동한다. 증기는 데킹 내의 천공(15)을 통해 상승하여 증기-액체 접촉을 유발한다. 그 후, 액체는 출구 위어(13)를 넘쳐흘러 다음의 하부 트레이로 이르는 하류관의 입구로 들어간다. 바닥 트레이는 하부 표면 영역 그리드(3)의 3개의 하위층들을 지지하고, 그리드(3)의 하나의 층만이 상부 트레이 상에 놓여진다. 두 경우에, 그리드(3)는 블레이드(8)가 수용 팬으로부터 출구 위어까지 이어지도록 방향이 정해진다. 따라서, 블레이드는 트레이를 가로지르는 액체 및 포말의 일반적인 이동 방향으로 배열된다. 바닥 트레이 상의 두 개의 상부 하위층은 최하부 그리드 하위층에 수직하게 배열된다.

도6a는 적절한 하부 표면 영역 그리드의 작은 부분을 측면에서 본 확대도이다. 각각의 그리드는 20 내지 40 또는 그 이상의 다수의 개별적인 그리드 블레이드(8)에 의해 형성된다. 천공이 없는 그리드 블레이드는 그리드(3)를 통해 연장되는 다수의 그리드 스트링거(9)에 의해 고정 위치에 유지된다. 블레이드를 제 위치에 유지하는 그리드 스트링거는 간단하게 노치로 될 수도 있고, 실질적으로 비가요성의 강성 구조를 형성하도록 각각의 블레이드에 용접될 수도 있다. 전체적인 그리드 다발은 이론적으로 분류 칼럼의 내경과 대략 동일한 크기의 단일의 원통의 패드형 구조로 형성된다. 그러나, 더 작은 그리드 다발을 칼럼을 가로질러 연장되는 지지부 또는 트레이 상에 위치된 약 0.3 내지 0.5 미터 폭의 직사각형 단면 형상으로 형성하는 것이 더욱 더 적절하다. 그리드 다발은 주위의 하류관 벽들 사이에 끼워지도록 제조될 수 있고 트레이 데크 또는 하류관의 최상부 상에 놓여질 수 있다. 각각의 그리드 다발의 길이는 칼럼의 폭과 동일할 수 있다.

도6b는 도6a의 구부러진 블레이드보다는 평판 블레이드로 형성된 그리드 구조를 도시하는 점에서 도6a와 다르다. 이러한 블레이드는 훨씬 낮은 압력 강하를 유발하지만 트레이의 용량을 증가시키는 데에는 효과적이지 않다. 이러한 도면의 블레이드는 이들 면을 가로질러 이격된 다수의 다소 큰 원형 개구(29)들을 갖는다. 이러한 개구는 선택적인 것이지만 트레이 상의 양호한 포말 혼합물 및 블레이드를 통한 포말의 이동을 가능하게 한다.

도6a 및 도6b의 그리드 설계는 방해받지 않은 상향 증기 유동을 가능하게 하는 비교적 큰 수직 채널을 갖는 공통적인 특성을 가진다. 일부 그리드 구조는 수직 채널과 교차하는 블레이드의 각진 부분을 갖는다. 채널의 폭은 전형적으로 3 cm 보다 크고, 채널은 구조화된 패킹에서 보다 더 균일하다. 블레이드의 부분 자체가 여러 지점에서 교차하거나 서로 부착될 수 있어서, 그리드 스트링거(9)를 연결할 필요가 없다.

도7 및 도8은 하부 표면 영역 그리드 다발의 블레이드(8)를 위한 10개의 다른 선택적인 구조(a 내지 j)를 도시하고 있고, 더 많은 것이 가능하다. 도7에서, 대표적인 블레이드(8)는 하류관의 일부가 될 수 있는 수평 지지 바(27) 상에 놓여진다. 도8에서, 블레이드는 천공된 트레이 데킹(5)의 일부의 상부 표면상에 직접 놓여진다.

블레이드 구조의 적어도 일부는 수직으로부터 경사져서, 블레이드의 일부분은 상승하는 증기 유동을 가로막고 타측은 증가된 액체 보유를 위한 경사면을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 이는 아직 알려지지 않은 이유로 트레이 용량의 더 큰 증가를 제공한다. 경사진 직선 블레이드(h)는 이러한 경사부의 가장 간단한 예이다. 더 복잡한 2방향 블레이드(c 및 f)는 강성을 증가시키지만 비용이 증가하게 된다. 날카로운 절곡부의 필요성은 알려진 바 없고, 경사면은 블레이드(e)에 의해 도시된 바와 같이 하나 이상의 만곡부에 의해 제공될 수 있는 것으로 여겨진다. 블레이드는 오목 형상을 발생시키도록 형성되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 블레이드(a)의 형상은 블레이드(b)의 형상보다 바람직하다.

도8의 2 개의 하부 표면 영역 그리드 블레이드(8)는 각각의 블레이드가 블레이드의 주요 표면으로부터 연장되는 하나 이상의 탭(x, y, z)들을 갖는다는 점에서 도7의 것과 다르다. 탭은 반대 방향으로 연장되는 블레이드(j)의 탭(y, z)으로 도시된 바와 같이 블레이드의 양 측면으로부터 돌출될 수 있다. 탭은 용접에 의해 블레이드에 고정된 별개의 요소를 포함한다. 그러나, 탭은 여러 개의 절단부가 블레이드에 형성된 통상적인 금속 형성 공정으로 이루어지고, 탭은 탭의 기부에서 비절단 금속을 따라 절곡시킴으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 작업은 블레이드에 천공을 형성한다. 이러한 천공은 탭의 형상에 따르고 블레이드에서 다른 천공을 증가시킬 수 있다.

도9는 본 발명에서 사용될 수 있는 다중 하류관 분류 트레이를 도시하고 있다. 도9의 편평한 원반형 트레이(2)는 6개의 데킹 부분(5)을 갖고, 그 각각은 증기의 상향 통로를 위한 다수의 천공(15)을 갖는다. 이러한 특별한 트레이(2)는 트레이의 표면을 가로질러 고르게 이격된 5개의 하류관(12)을 갖는 것으로 도시된다. 하류관은 트레이의 바닥 및 상부 표면 양자로부터 연장되고 상향 증기 통로용 편평한 데킹(5)의 스트립에 의해 분리된다. 칼럼에서의 모든 상향 증기 유동은 천공(15)을 통과해 지나간다. 각각의 하류관은 데킹의 두 개의 편평한 스트립과 인접한다. 각각의 하류관은 데킹 표면을 위쪽으로 넘어 측벽 및 단부벽의 상향 연장에 의해 형성된 직사각형 개구 상단부를 갖는다. 유사한 방식으로, 하류관은 트레이 아래로 연장되고, 각각의 하류관의 보다 하단부는 액체 통로용 액체 밀봉 가능한 천공(17)을 갖는 수평 밀봉 플레이트에 의해 폐쇄된다. 트레이의 이러한 천공(17)은 상향 증기 유동을 방지하도록 하류관에서 충분한 액체를 보유하면서, 작업 중에 칼럼에서의 전체 하향 액체 유동의 통과를 집합적으로 가능하게 하는 크기로 된다.

도10은 도9와 유사한 단일 다중 하류관 트레이(2)의 측단면도를 도시하고 있고, 트레이를 가로질러 이격된 4개의 평행한 직사각형 홈 형 하류관을 포함한다. 편평한 데킹 부분(5)은 각 하류관의 한쪽 측에 제공된다. 하류관의 직사각형 구조는 측벽(32)이 데킹 부분을 위한 수직 지지부를 제공하는 비임으로 작용하도록 한다. 본 실시예에서, 측벽 및 단부벽(33)은 천공이 없고, 모든 스트림상의 하향 액체 유동은 편평한 하류관 밀봉 플레이트(34)에 제공된 복수의 액체 밀봉 가능한 개구(17)를 통해 이동한다. 실질적으로 수직인 블레이드(8)를 포함하고 스트링거(9)를 연결시키는 단일 층의 하부 표면 영역 그리드(3)는 그리드의 바닥부를 지나서 상부로 연장되는 하류관 측벽 사이의 트레이의 데킹(5)의 상부 표면상에 직접 놓여진다. 따라서, 천공(15)을 통하여 상향 상승된 증기는 그리드의 블레이드(8) 상에 충돌한다.

도11은 횡단류 분류 트레이(2) 위에 구획된 분류 칼럼(1)에서 아래로 본 도면이다. 위의 다음 트레이로부터 현 형상의 하류관 아래로 떨어진 액체는 천공이 없는 수용 팬(35)상에 떨어져서 도면의 최상부를 향해 트레이(2)를 가로질러 수평으로 진행한다. 증기는 데킹(5)을 가로질러 고르게 분배된 다수의 소경의 개구(15)를 통해 아래로부터 상승한다. 간소화를 위해, 이러한 천공(15)은 트레이의 일부에만 도시한다. 횡단류 트레이의 다른 측에 도달하자마자, 액체는 출구 위어(13) 위로 흘러서 다음 하부 트레이로 이르는 현 형상의 하류관 안으로 하향 유동한다. 이러한 유동은 도3 및 도5에 도시된 것과 유사하다.

이 장치의 주요한 구별되는 특성은 데킹 면상에 다르게 각이진 하부 표면 영역 그리드(3)를 제공한 것이다. 그리드는 여러 개의 편평한 다발들이고, 각각의 그리드 다발은 복수의 블레이드(8)와 수직 연결된 스트링거(9)를 포함한다. 다른 다발의 블레이드들은 도시된 바와 같이 다른 방향으로 배열된다. 이러한 그리드들이 그리드로부터 상승된 증기가 수평력을 트레이 상의 포말로 전달하도록 형성되고, 위치되고, 배열되고, 이러한 힘은 새로운 포말이 트레이의 측면을 향해 분기하게 한다. 이는 수용 팬(35)으로부터 출구 위어(13) 까지 직접적인 유로를 따라서 측면 영역에서 액체가 정체되는 경향을 감소시키려는 의도이다. 2 쌍의 각진 그리드 다발(3)은 트레이의 출구 반부 상에 위치한 후, 이러한 영역 및 출구 하류관으로의 통로로부터 포말의 집합을 가속시킨다. 이러한 2 세트의 각진 그리드(3)들은 출구 위어(13)와 평행하게 배열된 그리드의 중간부에 의해 분리된다. 각진 그리드 다발은 개수가 도면에 도시된 4개와 다를 수 있고 트레이의 보다 작은 부분에서만 사용될 수 있다. 예를 들면, 트레이의 출구 측상에만 위치된 배열 그리드가 필요한 포말 이동을 촉진시키기에 충분할 수 있다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 트레이 데크의 상당한 크기의 부분에서 그리드가 없을 수 있다. 하위층들이 다른 방향에서 배열된 이전의 도면과 반대로, 이 도면에서는 동일 층의 그리드 다발들이 다른 방향에서 배열되어있다.

하부 표면 영역 그리드는 단일 층 또는 여러 하위층의 형태일 수 있다. 그리드의 높이는 수직으로 인접한 트레이 사이의 영역을 채우지 않도록 되어있다.그리드 재료에 의해 채워진 트레이 사이의 수직 거리의 비율은 다소간에 트레이 공간에 의존하고 트레이 공간이 감소됨에 따라 증가한다. 트레이 사이의 공간의 10 내지 75 %가 하부 표면 영역 그리드로 채워지는 것이 바람직하다. 하부 표면 영역 그리드는 트레이 사이의 공간의 2분의 1 보다 작게 채우는 것이 바람직하고, 공간의 3분의 1보다 작게 채워지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 이전에 언급된 미국 특허출원 제3,410,540호에 기술된 것과 같은 다중 하류관 트레이에 적용할 수 있다. 다중 하류관 트레이는 여러 현저한 물리적 특성을 갖는다. 예를 들면, 다중 하류관 트레이는 상술된 횡단류 트레이 상에 도시된 수용팬을 갖지 않는다. 이는 일반적으로 하류관의 바닥 아래에 위치한 트레이 데크의 천공이 없는 부분이다. 따라서, 이는 하류관을 통해 하강하는 액체가 트레이의 천공이 있는 데킹 상으로 수평으로 통과하기 전에 충돌하는 트레이 영역이다. 수용팬은 일반적으로 도3, 도5 및 도11에 도시된 바와 같이 다음 상부의 통상적인 분류 트레이로부터 이르는 하류관 아래에 직접 위치된다. 다중 하류관 분류 트레이의 수평면 영역은 하류관 수단으로 기능하는 홈 영역 및 일반적으로 데킹으로 불려지는 편평한 증기-액체 접촉 영역으로 나누어진다. 바로 위에 위치된 트레이로부터의 하강하는 액체를 수용하도록 할당된 천공이 없는 영역이 없다.

다중 하류관 형태의 분류 트레이의 다른 구별되는 특징은 트레이를 가로질러 비교적 많은 수의 평행한 하류관 수단을 제공하는 것이다. 이러한 하류관 수단은 트레이의 주연부에서보다는 트레이의 표면에 가로질러 펼쳐지므로, 통상의 횡단류 분류 트레이와 비교하여 비교적 서로 근접하여 이격된다. 동일한 다중 하류관 트레이의 인접 하류관 사이의 거리(측벽 사이에서 측정된)는 0.2 내지 1.0 m 사이, 바람직하게는 0.5m 보다 적다. 이는 도4, 도9 및 도10에 도시된 바와 같이, 선택적인 데킹 영역 및 분류 트레이의 상부 표면을 가로질러 고르게 이격된 하류관 수단으로 구성되는 독특한 설계를 갖는 트레이가 되게 한다.

다중 하류관 트레이의 하류관의 구조는 횡단류 분류 트레이상에 사용된 하류관에 비해 또한 독특하다. 하류관 수단은 다음 분류 트레이로 하향으로 연장되지 않는다. 오히려, 두 개의 트레이 사이의 빈 공간에 위치된 훨씬 높은 중간 수준에서 멈춘다. 따라서, 위의 트레이로부터 하강하는 하류관은 일반적으로 하부 트레이의 데크 표면의 상당히 및 아래 트레이의 하류관으로의 입구의 상당히 위에서 멈춘다. 트레이의 하류관으로의 입구는 트레이의 출구 위어로서 기능하고, 하류관의 바닥은 하부 트레이의 출구 위어의 상당히 위에 있는 것이 바람직하다. 하류관의 단면상의 수평 단부는 도1에서의 직사각형에서 도4에서의 삼각형의 범위까지 매우 다양한 형상을 가질 수 있다.

다중 하류관 분류 트레이의 현저히 구별되는 특징은 하류관의 바닥에 인접하여 액체 밀봉 가능한 수단을 제공하는 것이다. 하류관의 바닥은 하류관 밖으로 액체의 직접적인 하향 유동을 늦추도록 부분적으로 폐쇄된다. 이는 포말의 축적 및 보유를 야기하여, 깨끗한 액체로 분리되도록 한다. 축적된 액체는 증기의 상향 유동에 대해 하류관을 밀봉한다. 이 액체 밀봉 가능한 출구는 바로 아래에 위치한 트레이의 데크의 상당히 위에 위치된다. 바람직하게는 다음 하부 트레이와 관련된 하류관의 입구 위의 수준에 위치된다. 깨끗한 액체는 하류관의 하부 부분에 수집되어, 하류관의 바닥의 개구를 통해 다음의 하부 트레이 상에 포말을 엎지른다. 일부 액체는 원하는 경우, 하류관 측벽에 개구를 통해 배출될 수 있다. 개구는 서로 무리를 이루며 위치함으로써, 배출 액체는 다음 하부 트레이의 하류관 안으로 떨어지지 않는다.

V 형 하류관을 사용하는 본 실시예에서, 하류관 측벽의 천공(28)은 바람직하게는 하류관의 주축을 따라 이어지는 하나 이상의 열들에 배열된다. 구멍들은 V 형 하류관의 바닥을 따라 위치되기 보다 측벽에 위치되는 것이 바람직하다. 이는 배출 액체에 수평 속도를 부여하여 하류관 밖으로 이동하도록 한다. 이는 트레이 아래에 위치된 어떠한 상부 표면의 패킹(4) 위로 액체를 살포하여, 패킹의 보다 균일한 습윤을 보장하는 점에서 유리하다. 이는 또한 액체를 하부 트레이 데크의 방향 및 위치에 따라 아래 트레이의 데킹 영역 상으로 유도한다는 점에서 유용하다. 하류관 측벽에서의 천공은 바람직하게는 원형이지만 수평 또는 대각선 슬롯을 포함하여 다른 형상을 가질 수 있다. 액체를 현수된 상부 표면 패킹 위에서 살포하는 것을 다시 보조하도록 천공이 단일 열에서 하류관의 양 측벽의 길이 방향을 따라 다소 균일하게 위치되어야 하지만, 더 작은 수의 더 큰 천공을 사용하는 것이 바람직하다. 대략 0.5 내지 2.5cm 직경의 원형 개구가 적절하다. 하류관 천공들의 위치 설정에서 중요한 인자는 하류관 입구와 함께 연장될 수 있는 트레이의 상부 표면과 진입 포말을 깨끗한 액체 및 증기로 분리시키는 천공 사이의 적절한 거리를 제공하는 것이다. 이는 일반적으로 우수한 트레이 효율 및 성능에 중요하다. 이러한 거리는 또한 하류관 천공을 통한 증기의 상향 통과를 방지하도록 충분한 액체수두(head)를 제공하여야 한다. 하류관 천공의 바람직한 위치 설정은 하류관 측벽의 보다 낮은 제3 번째에 있는 것으로 특징지워지게 된다.

다중 하류관 형태의 트레이의 하류관들 사이의 데킹은 바람직하게는 사실상 평탄, 즉 편평하고, 수평면에 방향이 설정된다. 이러한 데킹부에는 예상되는 증기 유동이 적당한 속도로 트레이를 통해 상향으로 통과하는 것이 가능하도록, 하는 적절한 전체 단면 개방 영역의 균일하게 분포된 개구가 제공된다. 표준 시브 트레이의 균일한 원형 개구가 바람직하지만, 증기 유동 유도 슬롯에 의해 보충될 수 있다. 데크 천공에 의해 제공된 개방 영역은 통상 리플 트레이 상에 사용된 20 %까지의 하부 영역과 비교하여, 트레이 데크의 30 내지 45 %만큼 높을 수 있다. 원형 천공은 직경이 1.87 cm(0.75 in)일 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 새로운 형태의 장치 또는 기존의 장치의 변경일 수 있다. 즉, 기존의 트레이형 칼럼은 기존의 트레이의 일부 또는 전부 상에 하부 표면 영역 그리드의 위치 설정에 의해 본 발명을 사용하도록 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 원형 단면, 상부 제1 단부(20) 및 하부 제2 단부(21)를 포함하는 수직으로 둘러싸여진 칼럼(1); 하부 제1 트레이 및 상부 제2 트레이를 포함하는 한 쌍의 수직으로 이격된 다중 하류관 분류 트레이(2)들; 상기 쌍의 분류 트레이들의 제1 트레이 상에 놓여진 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)의 층을 포함하는 분류 장치이다. 상기 트레이(2)들은 실질적으로 칼럼(1)의 모든 단면 영역에 걸쳐 연장되고, 상기 트레이들은 분리된 증기 통로 데킹 부분(5)들 및 트레이(2)들에 걸쳐 분배된 평행 액체 수집 하류관(6,12)들을 갖는다. 상기 액체 수집 하류관들은 트레이(2)로부터 칼럼의 제2 단부를 향해 연장되고, 액체 통과를 위한 천공(28)들은 액체 수집 하류관들 내에 위치된다. 그리드 패킹의 층은 제1 트레이들 및 제2 트레이들(2) 사이의 수직 거리의 대략 1/10 내지 대략 3/4와 같은 거리로 제2 트레이(2)를 향해 연장된다.

본 발명의 다른 실시예는 원형 단면, 상부 제1 단부(20) 및 하부 제2 단부(21)를 포함하는 수직으로 둘러싸여진 칼럼(1); 실질적으로 칼럼(1)의 모든 단면 영역에 걸쳐 연장되는 한 쌍의 수직으로 이격된 원반형 분류 트레이(2)들; 상기 쌍의 된 분류 트레이들의 하부 제1 트레이(2) 상에 놓여진 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)의 층; 및 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)의 층 위에 위치된 상부 표면 영역 패킹(4)의 층을 포함하는 분류 장치이다. 상기 트레이들은 분리된 실질적으로 편평한 천공된 데킹 부분(5)들 및 액체 수집 하류관(6,12)들을 갖고, 상기 하류관들은 칼럼(1)의 하부 제2 단부를 향해 트레이(2)로부터 연장되고, 액체 통과를 위한 추가적인 천공(7, 28)들이 액체 수집 하류관들 내에 위치된다.

상술된 바와 같이, 본 발명에서 선택적으로 부가되는 것은 상부 표면 영역 패킹의 베드이다. 이러한 선택적인 베드들은 2개의 트레이들 사이에 위치되고, 바람직하게는 어느 트레이와도 접촉하지 않는다. 베드들이 다음 트레이로부터 필요한 액체를 공급받을 때, 그들의 위치 위는 최상부 트레이 아래로 기술된다. 효과적인 상부 표면 영역 패킹부는 최상부에서 바닥까지 예컨대 200 mm로 비교적 얇을 필요가 있고, 따라서 벽 효과는 중요하지 않다. 최소 베드 두께는 10 cm가 바람직하고, 150 cm까지의 베드 두께를 생각할 수 있다.

어떤 하나의 트레이 쌍과 사용된 상부 표면 영역 패킹의 양은 관련된 트레이 쌍의 상부 및 하부 트레이들 사이의 칼럼 부피의 50 % 보다 적은 것이 바람직하다. 어떠한 상부 표면 영역 패킹 재료도 트레이의 표면상에 직접 위치되지 않는 것이 바람직하다. 이는 통상적인 포말 및 액체 흐름이 발생되게 한다.

칼럼에 제공된 선택적인 상부 표면 영역 패킹의 베드는 최상부에서 바닥까지 측정되었을 때, 그 아래에 위치된 하부 표면 영역 그리드 구조의 제1 층보다 바람직하게는 더 두껍다. 상부 표면 영역 패킹의 베드 위에 위치된 하부 표면 영역 그리드 구조의 어떠한 선택적인 제2 층은 하부 표면 영역 그리드 구조의 (더 낮은) 제1 층 보다 바람직하게는 더 얇다. 더 정확하게는, (더 낮은) 제1 층은 적어도 하부 표면 영역 그리드 패킹의 (더 위의) 제2 층의 두께의 2 배가 바람직하고, 적어도 3 배가 더 바람직하다.

선택적인 패킹 베드는 예를 들면, 링, 구, 새들(saddle)과 같은 잘 알려진 임의의 패킹들, 또는 예를 들면, 주름형, 롤형의 스크린 또는 판과 같은 구조화된(정돈된) 베드 패킹들을 포함할 수 있다. 임의의 구조화된 패킹들의 예는 미국 특허 제5,200,119호 및 제5,132,056호에 제시되어 있다.

상부 표면 영역 패킹 베드는 다공성 직조 와이어 스크린에 의해 현수될 수 있다. 스크린 그 자체는 여러 방법으로 제 위치에 유지될 수 있다. 스크린은 그리드 다발 또는 트레이에 평행한 면에서 칼럼의 내부 체적을 교차하는 복수의 지지 바 상에 놓여질 수 있다. 스크린 또는 개개의 패킹 요소는 위의 트레이로부터 선택적으로 현수될(매달릴) 수 있다. 이러한 기계적인 세부 사항은 개별적인 상황에 맞도록 변화될 수 있고, 본 발명의 개념을 제한하지 않는다.

본 발명의 일부 실시예들은 선택적인 상부 표면 패킹 베드에 액체를 공급하는 기능을 하는 요소를 포함한다. 데킹 재료의 개구들은 증기 유동을 가능하게 하는 것 외에도 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 트레이 데크(5)를 가로질러 유동하는 액체의 일부, 예를 들면, 체적으로 25 내지 40%는 액체가 패킹(4) 상으로 유동하는 것이 가능하도록 데크 내의 개구를 통해 하부로 유동할 수 있다. 기술 분야에서 숙련된 자들은 트레이로부터 패킹으로 액체를 분배하는 다양한 방법이 있음을 인식할 것이다. 도관, 파이프 및 밸브, 경사진 홈 등을 포함하는 기계적으로 복잡한 시스템의 사용은 피하는 것이 바람직하다. 패킹에 걸쳐 살포된 액체는 하류관, 분리된 액체 수집 영역 또는 트레이 데크 자체로부터 유도될 수 있다. 이러한 목적을 위해서는, 일정한 형태의 "이중 유동" 트레이 데킹을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 트레이는 구멍을 통한 액체 유동을 촉진시키도록 다소 큰 직경의 구멍 또는 장치를 구비함으로써, 의도적으로 액체를 하향으로 "흘리는" 것을 가능하게 한다. 기술분야에서 알려진 밸브 수단들은 액체 및 증기 유동을 조절하고 공급에서의 변화 및 칼럼에서의 역류 속도에 의한 이러한 흐름의 변화를 수용하도록 트레이 상에 위치될 수 있다.

본 발명의 트레이들은 패킹된 칼럼에서 발견되는 액체 분배기와 비교할 때 분류 트레이들이다. 분류 트레이들의 일부 특징은 재분배기에서 훨씬 더 가까운 수직 공간과, 증기를 트레이를 통해 상향 통과시키면서 트레이 상에 보유된 액체의친밀하고 활발한 접촉 및 분류 트레이의 표면상에 포말 형성을 유발시키는 설계와, 분류 트레이의 데킹 영역의 높은 비율에 걸쳐 근접하여 이격된 많은 천공을 포함한다. 분류 트레이 상에서, 트레이 단면 영역의 대략 70%의 높은 비율이 데킹으로 구성된다. 패킹된 칼럼의 통상적인 재분배기들은 데킹을 사용하지 않는다. 트레이 상에서 질량 전달, 즉 정제 및 분리가 발생하지만, 종래의 재분배기 상에서는 질량 전달이 발생되지 않는다.

본 발명은 다중 하류관 트레이, 이중 유동 트레이, 리플 트레이, 및 횡단류 트레이를 포함하는 많은 상이한 형태의 트레이의 성능을 증가시키는데 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. (a) 원형 단면, 상부 제1 단부(20) 및 하부 제2 단부(21)를 갖는 수직으로 둘러싸여진 칼럼(1)과,

   (b) 하부 제1 트레이 및 상부 제2 트레이를 포함하는 한 쌍의 수직으로 이격된 분류 트레이(2)들을 포함하는 복수의 고르게 이격된 분류 트레이들과,

   (c) 상기 쌍의 분류 트레이들의 제1 트레이(2)에 의해 지지되는 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)을 구비하는 층을 포함하고,

   상기 트레이들은 실질적으로 평탄하고 칼럼(1)의 실질적으로 모든 단면 영역에 걸쳐 수평으로 연장되고, 상기 트레이(2)들은 상기 트레이(2)들의 하류관이 없는 데킹 부분(5)들에 걸쳐 고르게 분배된 천공(15)들을 갖고,

   상기 구조화된 그리드 패킹(3)의 층은 제1 트레이들과 제2 트레이들 사이의 수직 거리의 대략 1/10 내지 대략 3/4와 같은 거리로 제2 트레이를 향해 상향 연장되는 것을 특징으로 하는 증기-액체 접촉 장치.
2. 제1항의 분류 장치에 있어서, 트레이들은 상기 트레이(2)들에 걸쳐 분배된 평행한 액체 수집 하류관(6, 12)들을 갖는 다중 하류관 분류 트레이들을 포함하고, 상기 액체 수집 하류관(6, 12)들은 트레이(2)로부터 칼럼의 제2 단부를 향해 연장되고, 액체 통로를 위한 천공(28)들은 액체 수집 하류관들 내에 위치 설정하다 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항의 분류 장치에 있어서, 트레이들은 상기 트레이(2)로부터 칼럼(1)의 하부 제2 단부를 향해 연장되는 액체 수집 하류관(6, 12)들을 갖는 원반형 분류 트레이들을 포함하고, 액체 통로를 위한 추가적인 천공(17, 28)들은 액체 수집 하류관(6, 12)들 내에 위치되고, 상부 표면 영역 패킹(4)의 층은 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)의 층 위에 위치된 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 액체 수집 하류관(6, 12)들은 삼각형 단면의 하류관(6)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 표면 영역 그리드 패킹(3)의 층은 다른 방향으로 배열된 적어도 2개의 유사한 패킹의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하부 표면 영역 그리드 패킹(3)의 층은 수직 블레이드(8)들을 포함하는 그리드 패킹의 적어도 2개의 분리된 하위층들을 포함하고, 상기 수직으로 인접한 하위층들의 블레이드(8)는 다른 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 그리드 패킹(3)은 제1 트레이(2)의 최상부 상에 놓여진 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 그리드 패킹(3)은 제1 트레이의 하류관(12)의 상부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)은 하류관(12) 측벽(32)의 상부 모서리 상에 놓여지고, 상기 측벽은 하부 제1 트레이의 증기 통로 데킹 부분(5)들의 상부 표면 위의 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹의 층을 보유하여 증기 통로 데킹 부분(5)들과 하부 표면 영역의 구조화된 그리드 패킹(3)의 층의 바닥 표면 사이에 위치된 빈 공간들을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 패킹 재료(4)의 베드는 상부 제2 트레이의 바닥과 구조화된 그리드 패킹(3)의 상부 표면 사이에 위치 설정되고, 원통형의 빈 공간(v)은 패킹 재료(4)의 베드의 바닥과 하부 표면 영역 그리드 패킹(3)의 층 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 장치.