KR20030009508A - 향상된 효율의 분별 증류 트레이 및 프로세스 - Google Patents

Abstract

다중 하강 유로식 분별 증류 트레이의 효율은 하강 유로의 바닥부로부터 나오는 액체를 다음 하부 트레이 상에 일정한 길이의 액체 유동 경로를 제공하는 방식으로 분배함으로써 향상된다. 이는 다음 하부 트레이의 하강 유로에 평행하게 연장하고 떨어지는 액체를 수집하고 분배 장치 내의 개구를 통해 하부 하강 유로의 길이 방향을 따라 아래로 덱 상에 액체를 분배하는, 상부 트레이의 하강 유로 아래에 현가되는 액체 분배 장치에 의해 달성된다.

Description

향상된 효율의 분별 증류 트레이 및 프로세스 {INCREASED EFFICIENCY FRACTIONAL DISTILLATION TRAY AND PROCESS}

다중 하강 유로식 분별 증류 트레이는 더불유. 브룩커트(W. Bruckert)에게 허여된 미국 특허 제3,410,540호에 의해 소개되었다. 이 참조문은 다중 하강 유로식 트레이의 부품의 특징적인 구조 및 배열을 설명한다. 하강 유로를 분리시키는 트레이 덱의 긴 직사각형 영역을 가진 트레이에 걸쳐 분포되는 길고 폭이 좁은 관통식 하강 유로를 포함한다. 또한 하강 유로의 종래의 직사각형 형상 및 수직으로 인접하는 트레이 상에서의 하강 유로의 횡방향 배열이 도시된다.

다중 하강 유로식 트레이는 고유의 고용량 때문에 주목받는다. 따라서 탄화수소 프로세스(Hydrocarbon Processing)의 1998년 8월 판의 53 페이지에 공개된 "고용량 증류"란 제목의 논문 및 화학 공학 프로세스(Chemical Engineering Process)의 1999년 1월 판의 23 페이지에서 시작하는 논문에 개시되었다. 이들 논문은 수직으로 인접하는 트레이 상의 하강 유로의 횡방향 배열을 도시하고 이들 트레이를 채용하는 분별 증류 칼럼을 통한 증기 및 액체의 유동을 설명한다.

다중 하강 유로식 트레이의 하강 유로의 바닥부로부터 떨어지는 액체는 다음 하부 트레이의 활성 증기-액체 접촉 영역 상에 떨어진다. 덱 상에 떨어진 액체는 덱에 침투할 수도 있고, 따라서 원하는 증기-액체 접촉을 하지 않게 되는 것은 이 기술분야에서 알려졌다. 미국 특허 제5,209,875호는 이러한 문제를 조정하기 위해 덱과 하강 유로 사이에 현가되는 비침투성 팬의 사용을 도입하였다. 비침투성 팬은 상부 트레이의 하강 유로의 액체 출구 아래에 위치하고 하부 트레이의 하강 유로에 수직한 방향을 취한다. 하강 유로를 나가는 액체는 팬 상에 떨어지고 이어서 하부 트레이의 덱 상으로 유동한다.

본 발명은 분별 증류 트레이의 효율을 향상시키기 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 고효율의 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이를 제공하는 프로세스 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 작동 및 전형적인 배열 및 장치의 부품의 변화는 첨부된 도면의 사용을 통해 설명될 것이다.

도1은 상부 제1 트레이(1)로부터 액체 분배 팬(7) 및 뒤이은 하부 트레이(2)의 덱으로의 액체의 하향 유동을 도시한다.

도2, 도3, 도4 및 도5는 도1의 액체 분배 팬(7)의 많은 가능한 다른 구조적인 실시예 중 두 개를 도시한다.

도6은 분배 팬(7)의 입부에 걸친 날개부 브릿지 편(18)의 설치에 의해 특징지어지는 액체 분배 팬 내의 변화를 도시한다.

도7은 도6의 분배 팬의 주요 요소 내부의 평면도를 도시한다.

도8은 도6의 분배 팬의 단부도이다.

도9는 상부 트레이(1) 및 하부 트레이(2)를 포함하는 분별 증류 칼럼의 측단면도이다.

도10은 트레이 덱(6)에 고정되는 3개의 기둥(17)에 의해 덱에 걸쳐 현가되는 액체 분배 팬을 가지는 단일 분별 증류 트레이의 사시도를 나타낸다.

도11은 트레이 아래의 두 개의 분배기(7)의 위치를 도시한 트레이의 평면도이다.

본 발명은 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이를 포함하는 분별 증류 칼럼의 효율을 증가시키도록 설계된 새로운 장치이다. 장치는 서로에 대해 횡으로 장착되는 수직으로 인접하는 트레이 사이에 현가되는 액체 분배 팬을 포함한다. 분배 팬은 상부 트레이의 하강 유로로부터 나오는 액체를 수집하고 이어서 다음 하부 트레이의 활성 덱 영역에 걸쳐 원하는 패턴으로 액체를 배출한다. 이는 액체가 입구로부터 하부 트레이의 하강 유로까지의 설정된 일정한 거리에서 하부 트레이 상에 떨어지게 한다. 따라서 모든 액체는 트레이 상에서 일정한 잔류 시간을 가지고, 트레이의 분리 효율을 증가시킨다.

본 발명의 일반적인 일 실시예는 복수의 수직으로 이격된 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이를 포함하고 액체가 각각의 트레이의 일부분을 형성하는 하나 이상의 하강 유로 내에 수집되는 동시에 트레이 상에 제공되는 덱 영역을 통해 증기가 상승하게 하며, 제1 트레이의 하강 유로 내에 수집된 액체가 하강 유로의 하부 내에 위치한 개구를 통해 하강 유로를 나가는 분별 증류 조건에서 작동되는 분별 증류 칼럼 내에 위치한 상부 제1 트레이 상으로 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 액체를 통과시키는 단계와, 제1 트레이와 하부 제2 트레이 사이에 현가되는 액체 수집 및 분배 팬 내에 제1 트레이의 하강 유로의 하부 내의 상기 개구로부터 하향으로 통과하는 액체를 수집하는 단계 및 액체 수집 팬으로부터 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬되는 패턴으로 제2 트레이의 덱 영역 상으로 액체를 배출하는 단계를 포함하는 분별 증류 프로세스로 특징지어진다.

본 발명의 일반적인 제2 실시예는 관통식 하강 유로 및 하강 유로와 인접하는 증기-액체 덱 패널을 포함하는 상부 제1 트레이와 하부 제2 트레이 및 제1 트레이의 하강 유로와 제2 트레이의 덱 사이의 중간 높이에 장착되는 액체 분배 장치를 포함하고, 제1 트레이의 하강 유로는 제2 트레이의 하강 유로에 대해 횡방향을 취하고 하강 유로의 바닥부 내에 2 그룹 이상의 액체 출구를 가지며, 액체 분배 장치는 제1 트레이의 두 개 이상의 하강 유로의 액체 출구로부터 떨어지는 액체를 수용하기에 충분한 길이를 가지고 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬된 액체 출구의 하나 이상의 열을 가짐으로써, 제1 트레이로부터 액체 분배 장치 내부로 떨어지는 액체가 덱 패널과 인접하는 하강 유로로부터 일정한 거리에서 하부 제2 트레이의 덱 패널에 걸쳐 분배되는 분별 증류 칼럼 내에서 분별 증류를 수행하는 장치이다.

분별 증류 트레이는 석유 및 석유 화학 산업에서 거의 무한한 다양한 분리를 수행한다. 분별 증류 트레이는 예를 들어 파라핀, 방향족 및 올레핀과 같은 많은다양한 탄화 수소의 분리에 사용된다. 트레이는 알콜, 에테르, 알킬계 방향족, 모노머, 솔벤트, 무기물 성분 등과 같은 특정 성분을 분리하고 나프타를 포함하는 석유 유도 분별물과 같은 일반적인 비등 혼합물의 분리에 사용된다. 이러한 넓은 유용성은 다른 장점 및 단점을 가지는 트레이에 대한 넓고 다양한 개발을 이끌었다.

널리 사용되는 트레이 형식은 앞에서 인용된 참조문에서 설명된 다중 하강 유로식 트레이이다. 다중 하강 유로식 트레이는 몇몇의 구별되는 물리적인 특징을 가진다. 예를 들면, 다중 하강 유로식 트레이는 대체로 횡방향 유동 트레이 상에서 대체로 도시되는 수용팬을 가지지 않는다. 이는 보통 하강 유로의 바닥부 아래에 위치한 트레이 덱의 구멍이 없는 부분이다. 이는 보통 하강 유로를 통해 하강하는 액체가 트레이의 천공된 덱 상으로의 수평 방향으로의 통과 전에 충격을 가하는 횡방향 유동 트레이의 중 일영역이다. 종래의 트레이에 있어서 수용팬은 보통 바로 위 분별 증류 트레이로부터 이어지는 하강 유로 바로 아래에 위치한다. 이는 트레이의 수평면이 하강 유로 수단으로 기능하는 영역 및 보통 덱으로 칭해지는 평편한 증기-액체 접촉 영역만으로 나누어지는 다중 하강 유로식 트레이와는 다르다. 바로 위에 위치한 트레이로부터 하강하는 액체를 수용하도록 할당되는 구멍이 없는 영역은 존재하지 않는다.

다중 하강 유로식 분별 증류 트레이의 다른 구별되는 특징은 트레이에 걸쳐 동일한 거리에 비교적 많은 수의 평행한 하강 유로를 제공하는 것이다. 각각의 트레이는 유사한 구조의 1개 내지 15개 혹은 그 이상의 이러한 하강 유로를 채용할 수 있다. 이러한 하강 유로는 하강 유로가 트레이의 주연부에 주로 위치하기보다는 트레이 표면에 걸쳐 분포되기 때문에 더 일반적인 횡방향 유동식 분별 증류 트레이와 비교 시에 상대적으로 가깝게 이격된다. 동일한 다중 하강 유로식 트레이의 인접하는 하강 유로 사이의 거리(그 측벽 사이를 측정함)는 0.2 내지 1.0 미터 사이이고 바람직하게는 약 0.5 미터 미만이다. 이는 위로부터 도시될 때 분별 증류 트레이의 상부면에 걸쳐 동등하게 이격된 하강 유로 수단 및 대체 덱 영역을 포함하는 고유한 구조를 가지는 트레이를 형성한다.

또한 다중 하강 유로식 트레이의 하강 유로의 구조도 횡방향 유동 분별 증류 트레이에서 채용되는 하강 유로와 비교 시에 독특하다. 다중 하강 유로식 트레이의 하강 유로는 다음 하부 분별 증류 트레이 아래까지 계속 연장하지 않는다. 오히려, 두 개의 트레이 사이의 원통형 빈 공간 내에 위치되는 훨씬 위의 중간 높이에서 정지한다. 따라서 트레이 위로부터 하강하는 하강 유로는 보통 하부 트레이의 덱 표면 및 트레이 아래의 하강 유로의 입구 위에 정지한다. 트레이의 하강 유로로의 입구는 트레이의 출구 둑으로서 기능하고, 하강 유로의 바닥부는 보통 하부 트레이의 출구 둑 위에 위치한다. 하강 유로의 수평 단부 상 단면은 직사각형에서 삼각형에 이르는 매우 다양한 형상을 가질 수 있다.

다중 하강 유로식 분별 증류 트레이의 확실히 구별되는 특징은 하강 유로의 바닥부 근처에 액체 밀봉 가능한 수단을 제공하는 것이다. 하강 유로의 바닥부는 하강 유로 밖으로의 액체의 수직 하강 유동을 방해하기에 충분할 정도로 밀봉된다. 이는 거품의 축적 및 보존을 야기하여, 거품이 정제된 액체 및 해제된 증기로 분리되게 한다. 축적된 액체는 하강 유로의 바닥부 내의 개구를 덮고 증기의 상향 유동에 대해 하강 유로를 밀봉한다. 이러한 액체 밀봉 가능한 출구가 바로 아래에 위치한 트레이의 덱 바로 위에 위치한다. 하강 유로의 하부 내에 수집된 정제된 액체는 하강 유로의 바닥부 내의 개구를 통해 다음 하부 트레이로 떨어진다. 약간의 액체는 필요한 경우 하강 유로의 측벽 내의 개구를 통해 방출된다. 바람직하게는 개구는 방출하는 액체가 다음 하부 트레이의 하강 유로로 떨어지지 않도록 위치 설정된 그룹으로 함께 무리지어진다.

다중 하강 유로식 트레이는 높은 증기 및 액체 용량과 상당한 범위의 작동율에 걸쳐 효과적으로 기능하는 능력을 가진다. 그러나, 트레이의 다른 유형이 다중 하강 유로식 트레이보다 더 높은 효율을 가질 수 있다. 이는 다양한 액체 유동 경로 길이 및 트레이 상에서의 액체 보유 시간을 이끌어내는 방식으로 하강 유로의 하강 분출구로부터 떨어져 다음 하부 트레이의 덱 상에 내려앉는 액체에 의해 야기되는 것으로 가정된다. 이는 부분적으로는 수직으로 인접하는 트레이 상의 하강 유로의 양호한 횡방향 배열에 기인한다. 이러한 횡방향 배열은 액체를 중첩하는 하강 유로 아래의 다수의 상대적으로 약간 이격된 구역에서의 하강 유로의 하강 분출구로부터 떨어지게 한다. 이러한 구역 사이의 공간은 중첩하는 하강 유로 사이의 공간과 동일하다. 그 후 액체는 이러한 충격 구역으로부터 하부 트레이의 하강 유로로 유동하여야만 한다. 하강 유로 상의 몇몇 지점은 다른 곳보다 충격 구역으로부터 더 멀리 위치한다. 액체가 덱 상으로 떨어지는 구역 사이에 있는 하부 트레이의 출구 하강 유로의 이들 부분까지의 긴 거리를 유동하는데 더 긴 시간이 걸린다. 일정하지 못한 액체의 잔류 시간은 감소된 트레이 효율을 야기한다. 예를들면, 정지 액체의 지속된 접촉은 추가의 질량 전달을 향상시키지 못한다.

본 발명의 목적은 높은 분리 효율을 가지는 다중 하강 유로식 트레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 트레이 덱을 가로지르는 액체 유동의 길이가 일정하고 균일한 다중 하강 유로식 트레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 분별 증류에 의해 휘발성 화학 성분을 분리시키기 위한 향상된 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명은 각각의 트레이 상에 하나 이상의 고유한 액체 수집부 및 재분배 장치의 사용에 의해 이들 목적을 달성한다. 이들 장치는 하부 트레이의 덱에 충격을 가하기 전에 상부 트레이로부터 대부분의 액체를 중간 수집하고 그 후 하부 트레이의 하강 유로에 평행한 선을 따라 하부 트레이의 덱 상에 액체를 재분배한다. 따라서 액체가 덱 상에 떨어지는 지점으로부터 하강 유로의 개방 입구 내로 유동함으로써 액체가 트레이를 나가는 지점까지의 일정한 거리의 액체 유동 경로가 제공된다.

다중 하강 유로식 트레이의 성능을 향상시키기 위한 과거의 다양한 노력이 하강 유로로부터 하강하는 액체 및 트레이 덱 상으로의 충격에 모아졌다. 예를 들면, 앞에서 언급된 비침투성 팬은 덱 천공을 통해 그 경로에 힘이 쉽게 가해지지 않도록 액체를 중간 수집하고 이를 넓게 분배하는 기능을 하나, 이는 액체가 하부 트레이를 우회하고 그리고/또는 증기 천공의 사용을 못하게 한다. 본 장치는 다르게 기능한다. 먼저, 본 장치는 단순히 액체를 중간 수집하기보다는 능동적으로 액체를 수집하고 보유한다. 이는 본 발명이 확실한 벽으로 된 액체 보유 공간을 가질 것을 요구한다. 둘째로, 본 발명의 장치는 하부 트레이의 하강 유로 입구에 평행하게 정렬된 제어되고, 폭이 좁게 연장되는 패턴으로 다음 하부 트레이 상에 액체를 분배한다. 액체는 평편한 표면의 비침투성 팬에서 일어나는 것처럼 다수의 방향으로 단순하게 본 장치를 굴러 나가게 되지는 않는다. 따라서, 본 발명에 부가된 요소는 액체 유동 향상 장치로 칭해질 수도 있다.

하강 유로의 전체 길이를 따라 인접하는 하강 유로 사이에 동일한 거리에 위치한 길고 폭이 좁은 스트립 내에 액체를 침전시킴으로써, 트레이 상에서의 액체의 잔류 시간은 액체 전체에 대해 동일하다. 유동 경로는 평행하며 정지 영역은 비교적 존재하지 않게 된다. 이러한 모든 점과 전체적인 트레이 효율이 향상된다.

본 발명의 장치는 분별 증류 트레이에서 분별 증류를 수행하는 장치로 특징지어질 수도 있으며, 장치는 두 개 이상의 관통식 하강 유로 및 하강 유로 사이에 위치하는 하나 이상의 증기-액체 덱 패널을 포함하는 상부 제1 트레이와 하부 제2 트레이 및 제1 트레이의 하강 유로의 바닥부와 제2 트레이의 증기-액체 덱 패널의 천정부 사이에 장착되는 두 개 이상의 액체 분배 장치를 포함하고, 제1 트레이의 하강 유로는 제2 트레이의 하강 유로와 다른 방향을 취하고 각각의 트레이의 하강 유로는 하강 유로의 바닥부 내에 두 그룹 이상의 이격된 액체 출구를 가지며, 액체 수집 장치는 제1 트레이의 두 개 이상의 하강 유로의 액체 출구로부터 떨어지는 액체를 수용하기에 충분한 길이를 가지고 액체 수집 장치는 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬되고 바람직하게는 하나 이상의 열로서 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬되고 제2 트레이의 하강 유로로부터 일정한 거리에서 제2 트레이의덱 상에 액체를 침전시키기 위해 제2 트레이의 덱 위에 위치하는 액체 출구를 가진다.

본 발명의 전체 프로세스가 도면을 참조하여 가장 잘 설명될 수 있다. 도면 중 도1은 분별 증류 칼럼의 두 개의 수직으로 인접하는 트레이의 간략화된 사시도이다. 도1은 상부 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이(1) 및 하부 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이(2)를 도시한다. 이러한 두 개의 수직으로 인접하는 트레이 상의 하강 유로는 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이에서 일반적으로 채용되는 방식으로 서로에 대해 수직의 방향을 취한다. 이것이 꼭 필요하지는 않지만 트레이의 다른 위치로부터의 액체 및 증기의 혼합과 같은 많은 장점을 제공한다. 인접하는 트레이의 하강 유로는 60도 등의 다른 각도로 배열될 수도 있다. 실질적으로 고탄산 거품으로서 존재하는 휘발성 화학 성분 액체의 분별 증류용으로 사용될 때, 분별 증류 트레이의 상부면 상에 놓여진다. 액체의 거품 또는 기포는 트레이의 덱(6)의 전체면에 걸쳐 비교적 균일한 방식으로 분포된 다수의 천공(11)을 통한 증기의 상향 통과에 의해 야기된다. 이러한 천공은 대게 작은 직경의 원형 개구이나, 증기 안내 슬롯에 개구를 합친 "체(sieve)" 또는 미국 특허 제5,975,504호의 "밸브"와 같은 천공 형식의 혼합 형태를 채용하는 것이 알려져 있다. 거품 또는 액체가 두 개의 하강 유로의 천정부에서의 하강 유로 입구 둑을 넘쳐 나와, 하강 유로(3)의 천정부 내부로 유입한다. 정확한 작동 시에, 거품은 증기를 해제시키면서 터지고 각각의 하강 유로의 하부 내에 축적하는 "정제된 액체"를 형성한다. 축적된 액체는 하강 유로의 바닥부를 따라 소정의 위치에 위치하는 일 그룹의 액체 출구(12)를 효과적으로 밀봉한다. 본 도면에 도시된 4개의 하강 유로 각각은 길고, 폭이 좁은 박스형의 하강 유로를 형성하도록 배열된 두 개의 측벽(4) 및 두 개의 단부벽(5)으로 구성된다. 평행한 측벽(4)은 널리 퍼진 전형적 하강 유로의 구성이다. 그러나, 하강 유로는 삼각형 또는 삼각형 절두체 등과 같은 많은 다양한 단면 형상으로 형성될 수도 있다.

하강 유로(3)의 바닥판 내의 액체 출구(12)는 하강 유로로부터 나오는 액체가 다음 하부 트레이 내의 하강 유로의 입구로 직접 떨어지지 않도록 이격된 하강 분출구 그룹 내부에 배열된다. 즉, 상부 트레이의 출구(12)가 하부 트레이의 하강 유로의 입구 바로 위에 위치하지는 않는다. 대신에 이러한 출구(12)는 상부 트레이의 하강 유로를 떠나는 액체가 다음 하부 트레이의 하강 유로 사이의 위치에서 덱에 떨어질 수 있도록 위치한다. 본 발명은 두 개의 분별 증류 트레이(1, 2) 사이의 중간 높이에 현가되는 액체 수집 및 분배 장치(7)를 제공한다. 따라서 이들은 두 개의 트레이의 덱 층 사이의 원통형 빈 공간 내에 위치한다. 기능상의 이유로, 그 입구는 상부 트레이의 하강 유로의 하강 분출구 아래에 위치해야만 한다. 또한 하부 트레이의 덱 상에서의 원하는 활성 거품에 대한 방해를 제한하도록 하부 트레이의 덱 위에 위치해야만 한다. 액체 수집 및 분배 장치(7)는 장치(7)를 상부 트레이 또는 하부 트레이 중 하나 혹은 양쪽 모두에 고정시키는 기계적인 배열의 폭 변화에 의해 위치가 유지된다. 또한 분배기는 상부 트레이의 하강 유로에 부착될 수도 있다. 다르게는, 독립된 수평 부재가 분배 장치(7)를 지지하기 위해 분별 증류 칼럼의 내부 공간에 걸쳐 연장될 수도 있다. 또한 분배기(7)는 분별 증류 칼럼의 외부벽의 내부면에 수평으로 도달하여 각각의 분배 장치(7)가 벽 또는 현 분별 증류 트레이 설비로의 부착에 의해 칼럼 내부에 독립적으로 장착되게 하는 내부 연장부를 포함할 수 있다. 액체 수집 및 분배 장치(7)가 칼럼 지지부 내부에서 지지되는 방식은 본 발명의 제어 특성은 아니다.

액체 수집 및 분배 장치(7)는 출구 개구(12)를 통해 하강 유로의 바닥부를 떠나는 액체를 중간 수집한다. 양호한 실시예에 있어서 각각의 분배기는 액체가 장치를 지나 떨어지지 않게 하기 위해 기울어진 측벽(8)으로부터 대각 방향의 상향으로 연장하는 다수의 측벽 날개부(9)를 가진다. 이러한 방식으로 상부 트레이로부터의 액체는 장치(7) 내부 공간 안에 수집된다. 이어서 액체는 분배기(7)의 길이 방향을 따라 수평으로 유동한다. 이는 분배기 내부에서 액체의 비교적 동등한 높이를 야기하여 액체가 분배기 장치(7)의 측벽의 길이 방향을 따라 제공된 다수의 개구(10)를 통해 장치(7) 밖으로 유동하게 된다. 분배기는 다음 하부 트레이(2)의 하강 유로(3)에 평행하게 정렬되어, 액체 수집 및 분배 장치(7)로부터 나오는 액체는 하부 트레이의 하강 유로(3)에 대해 평행한 직선으로 하부 트레이(2)의 덱(6) 상에 침전한다.

덱 패널이 하강 유로에 의해 두 개의 측면 상에서 이웃하는 경우에 액체는 하강 유로 사이의 중간 선에서 패널 상에 침전하는 것이 바람직하다. 트레이의 에지부에 하강 유로와 칼럼 벽의 내부면 사이에 놓여지는 두 개의 반달형 단면 형상의 덱 패널이 존재한다. 이러한 덱 단면 위의 액체 수집 및 분배 장치는 벽 근처에서의 정지 액체를 최소화하도록 하강 유로보다 벽에 더 가깝게 위치하는 것이 바람직하다. 하강 유로 사이에서 덱 패널당 하나의 분배기 장치만이 사용되고 분배기 장치(7)가 각각의 반달 단면 상에 사용되는 경우에, 액체 수집 및 분배 장치(7)의 수는 트레이 상의 하강 유로의 수보다 하나 이상이다.

도2는 액체 수집 및 분배 또는 "유동 향상" 장치(7)의 대체 구성의 평면도(위로부터 도시)이다. 이러한 특정 형상의 장치는 단일열의 천공(10)을 포함하는 편평한 바닥판을 가진다. 분배기는 3 쌍의 액체 수집 날개부(9)를 가진다. 도3은 분배기의 단부를 양호하게 밀봉하는 단부판(16)을 도시하는 이러한 분배기 실시예의 단면도이다.

도4에 도시된 장치는 도5에 도시된 바와 같이 그 주 통로를 따라 도시될 때 v자형 단부 형상 또는 단면을 가진다. 장치는 외향 및 상향으로 돌출하는 연장하는 날개부(9)를 갖춘 두 개의 측벽에 의해 형성된다. 날개부의 기울기는 측벽의 기울기와 다를 수도 있다. 각각의 분배 장치(7)의 단부는 장치의 단면과 동일한 형상을 가지는 단부판에 의해 덮여지는 것이 바람직하다. 따라서 장치는 액체 보유 공간을 가진다. 도4의 액체 수집 및 분배 장치(7)는 2열의 액체 출구 천공(10)을 가진다.

분배 장치(7)의 상부 개구 또는 입부의 폭은 하강 유로의 입구 개구의 폭과 동일한 정도가 바람직하다. 분배 장치(7)는 칼럼을 통해 올라오는 증기의 유동 경로 내에 위치하여 증기 유동을 방해할 수도 있다. 따라서 분배 장치의 전체 크기 및 상승 증기에 대한 충격을 최소화시키는 것이 바람직하다. 이러한 성향은 분배 장치로부터 외향으로 연장하는 날개부(9)의 양호한 사용에 관여한다. 이러한 날개부의 길이는 상당히 클 수 있고 다음의 더 높은 트레이의 하강 유로 내의 일그룹의 액체 출구 개구(12)의 길이에 의해 규정된다. 즉, 하강 분출구 영역이 연장되면 더 긴 날개부가 필요하게 된다.

도6은 분배 장치의 입부를 가로지르는 위치에 접합되는 한 쌍의 날개부 브릿지 편(18)을 특징으로 하는 삼각 단면 분배 장치(7)를 도시한다. 브릿지 편(18)은 도2 내지 도4의 날개부(9)와 동일한 액체 수집 기능을 수행한다. 또한, 브릿지 편은 장치의 보강재 및 단면-보강부로서 작동한다. 충격을 가하는 떨어지는 액체를 중간 수집하고 속도를 늦추는 것이 바람직하지만, 이러한 브릿지 편은 그 안에 액체가 이를 통해 떨어지게 하는 다수의 천공을 가진다. 이는 브릿지 편이 분배 장치 그 자체의 바닥부 내의 개구(10)를 통한 액체의 직접 통과를 감소시키는 비침투성 팬으로서 작용하는 것을 가능하게 한다. 또한 분배기 내의 액체의 보유는 이러한 점에서 도움이 된다.

도7은 도6의 분배기(7)의 주본체의 평면도이다. 도8은 분배기의 입구 내의 날개부 브릿지 편의 배치를 도시한 도6의 분배기의 단부 단면도이다. 이러한 분배기의 다양한 편의 가능한 상대적인 크기의 일예로서, 바닥부로부터 천정부까지의 거리 "b"는 약 90 mm, 거리 "g"는 약 125 mm, 거리 "f"는 약 220 mm, 거리 "c"는 약 205 mm 일 수 있다. 이러한 실시예에 있어서 기울어진 날개부(9)는 측벽(8)의 연장부가 되기보다는 분배기에 부착된다.

도9는 원통형 외부벽(15)을 가지는 분별 증류 칼럼의 단면도이다. 도면은 상부 분별 증류 트레이(1) 및 하부 분별 증류 트레이(2)를 다시 한번 도시한다.이들 트레이 모두는 3개의 하강 유로(3)를 포함하는 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이이다. 앞선 도1에서와 같이, 각각의 하강 유로는 넓은 평면의 구멍이 없는 측벽(4) 및 평면 하강 유로 단부벽(5)으로 형성된다. 이러한 도면은 상부 트레이(1) 상에 위치한 4개의 분배 장치(7)로부터의 액체가 상부 트레이의 하강 유로의 중간 지점에서 칼럼을 통해 하강하는 액체를 분배하는 방법을 더 명확하게 도시한다.

또한 도9는 상부 및 하부 분별 증류 트레이 중간에 위치한 하나의 가시화된 액체 수집 및 분배 장치(7)를 도시한다. 이러한 장치의 오른쪽 부분은 트레이 위의 하강 유로로부터 하향으로 연장하는 지지 부재(13)에 의해 지지된다. 장치(7)의 왼쪽 부분은 상부 트레이(1)의 덱을 통해 상향으로 연장하는 두 개의 지지 로드(14)에 의해 지지된 상태로 도시된다. 이러한 액체 수집 및 분배 장치(7)를 지지하는 두 개의 대체 방법에 대한 설명은 단순히 이 기술 분야의 숙련자에게 있어 장치를 지지하기 위한 많은 기계적인 방법이 가능함을 강조하기 위한 것이다. 도9는 두 개의 분별 증류 트레이 사이에 위치하여 도시된 액체 수집 및 분배 장치(7)가 하부 트레이(2) 상에 도시된 하강 유로와 대략 동일한 길이를 가지는 것을 설명한다. 칼럼이 3개 이상의 하강 유로를 가지는 트레이를 채용하는 경우에, 하강 유로는 다른 길이를 가지며, 짧은 하강 유로가 트레이의 에지부 근처에 위치된다. 액체 수집 및 분배 장치(7)의 길이는 동일한 방식으로 변한다.

도10은 트레이의 일부분을 형성하는 두 개의 평행한 하강 유로(3) 사이의 중간에서의 액체 수집 및 분배 장치(7)의 배치를 도시한다. 바람직하게는 3개의 하강 유로를 가지는 이와 같은 트레이는 하강 유로 사이에 2개 이상의 분배 장치를 갖추어 설치되며, 트레이의 반달 부분 또는 단부 부분 내의 두 개의 추가 장치의 사용은 선택 조건이다. 액체 수집 및 분배 장치(7)는 볼트 또는 용접과 같은 도시되지 않은 수단에 의해 덱에 부착되는 3개의 수직 기둥(17)에 의해 트레이의 일반적인 높이의 덱 위에서 지지된다. 이러한 부착은 덱에 걸쳐 균일한 패턴으로 발생하는 수많은 증기 개구(11) 중 일부를 채용할 수 있다. 장치(7)의 단부판은 장치의 단부에 부착된 기둥(17)의 일부분에 의해 형성될 수 있다. 액체 분배 장치(7)의 바닥부는 원하는 증기 또는 액체의 유동에 대한 과도한 방해를 피하기 위해 덱의 천정면 훨씬 위에 있어야 한다. 액체 수집 및 분재 장치는 분배기의 주요축과 두 개의 하강 유로의 측벽 사이의 거리 "L"가 동일하도록 인접하는 하강 유로 사이에서 평행하게 중심이 설정된다. 트레이 내의 하강 유로의 길이는 칼럼의 내부를 가로지르는 상용 활줄의 길이와 정합하여 변화한다.

보통 분배기 장치(7)의 단부를 비침투성 단부판(16)으로 밀봉하는 것이 바람직하지만, 트레이의 에지부에서의 기하학적 형상 및 트레이 배치에 따라 단부판 내에 개구를 제공하는 것이 바람직하게될 수도 있다는 것은 알려진 사실이다. 이것은 액체가 장치(7)의 단부 외부 및 트레이의 에지 상으로 유동하게 한다. 이에 대한 목적은 액체가 바람직하지 못하게 긴 잔류 시간을 가지게 되는 트레이의 에지에서의 정지 영역을 제거 혹은 감소시키는 것이다.

도11은 3개의 하강 유로를 가지는 다중 하강 유로식 트레이를 도시한 평면도이다. 점선으로 도시된 것은 하강 유로의 하강 분출구로부터 배수되는 액체를 수집하도록 트레이 아래에 위치한 두 개의 분리기(7)의 위치이다. 분리기는 하강 유로에 직각이다.

본 발명의 액체 수집 및 분배 장치는 기존의 칼럼 내에 설치되는 새로운 트레이의 일부분으로서 새로운 분별 증류 칼럼 내에 채용될 수 있고, 또는 칼럼 내에 이미 존재하는 다중 하강 유로식 트레이에 더해질 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 복수의 수직으로 이격된 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이를 포함하고 액체는 각각의 트레이에 존재하는 두 개 이상의 하강 유로 내에 수집되는 동시에 트레이 상에 제공되는 덱 영역을 통해 증기가 상승하게 하며, 상기 하강 유로 내에 수집된 액체가 하강 유로의 하부 내에 위치한 개구를 통해 하강 유로를 나가는 분별 증류 조건에서 작동되는 분별 증류 칼럼을 통해 하향으로 제1 및 제2 휘발성 성분을 포함하는 액체를 통과시키는 단계와, 제1 트레이와 하부 제2 트레이 사이에 위치한 액체 수집 팬 내에 상부 제1 트레이의 두 개의 다른 하강 유로의 하부 내의 개구로부터 배출되는 액체를 수집하는 단계와, 액체 수집 팬으로부터 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 연장하는 균일하게 연장된 패턴으로 제2 트레이의 덱 영역 상으로 액체를 배출하는 단계를 포함하는 분별 증류 프로세스로서 특징지어진다. 이러한 패턴은 전술된 선 또는 분리기 내의 개구의 평행선에 기인한 몇몇 선의 형태일 수 있다. 구조적인 고려에 의한 선 내의 미소 파괴가 존재할 수도 있다. 그러나, 패턴은 연장되고, 임의의 두 개의 이웃하는 하강 유로 사이에서 중심이 설정되고 바람직하게는 하부 트레이의 하강 유로의 길이와 대략 동일하다. 패턴은 떨어지는 액체의 충격을 분산시켜서 덱을 통한 침투를 피하고 덱의 작동을 유지시키기 위해 예를 들면 5 내지 15 cm의 폭을 가질 수 있다.

분별 증류 칼럼에 대한 작동 조건은 칼럼 내에서 분리되는 성분의 물리적인 특성에 의해 제한된다. 칼럼의 작동 온도 및 압력은 칼럼의 작동 비용 및 다른 상업용 목적을 수용하기 위한 이러한 제한 내에서 변화될 수도 있다. 작동 온도는 저온 분리에 사용되는 극저온으로부터 성분의 열적 안정도에 위협을 가하는 온도까지의 범위일 수도 있다. 본 프로세스의 칼럼에 적합한 조건은 약 -50℃로부터 약 250℃의 넓은 범위의 온도대를 포함한다. 칼럼은 액체로서 존재하는 원료 성분의 적어도 일부분을 유지시키기에 충분한 압력에서 작동되어야만 한다. 고압은 뒤끓임 장치와 오버헤드 콘덴서를 포함하는 보조 설비 및 훨씬 더 고가의 외부 용기를 필요로 하게 한다. 따라서, 칼럼의 작동에 악영향을 끼치지 않는다면 가능한 작동 압력의 범위 중 낮은 압력에서 칼럼을 작동시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 분별 증류 압력은 부압으로부터 35 bar 정도로의 상승된 압력까지의 범위일 수도 있다.

Claims (10)

1. (a) 복수의 수직으로 이격된 다중 하강 유로식 분별 증류 트레이를 포함하고 액체는 각각의 트레이의 일부분을 형성하는 하나 이상의 하강 유로 내에 수집되는 동시에 트레이 상에 제공되는 덱 영역을 통해 증기가 상승하게 하며, 제1 트레이의 하강 유로 내에 수집된 액체가 하강 유로의 하부 내에 위치한 개구를 통해 하강 유로를 나가는 분별 증류 조건에서 작동되는 분별 증류 칼럼 내에 위치한 상부 제1 트레이 상으로 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 액체를 통과시키는 단계와,

   (b) 제1 트레이와 하부 제2 트레이 사이에 현가되는 액체 수집 및 분배 팬 내에 제1 트레이의 하강 유로의 하부 내의 상기 개구로부터 하향으로 통과하는 액체를 수집하는 단계와,

   (c) 액체 수집 팬으로부터 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬되는 패턴으로 제2 트레이의 덱 영역 상으로 액체를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분별 증류 프로세스.
2. 제1항에 있어서, 액체 수집 및 분배 팬 내에 수집된 실질적인 모든 액체가 수집 및 분배 팬 내의 개구를 통해 하향으로 통과하는 것을 특징으로 하는 분별 증류 프로세스.
3. 제1항에 있어서, 액체는 제2 트레이의 인접하는 하강 유로와 실질적으로 같은 길이를 가지는 패턴으로 액체 수집 및 분배 팬으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 분별 증류 프로세스.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 수집된 액체가 제1 트레이의 두 개의 다른 하강 유로의 하부 내의 개구로부터 제1 트레이와 제2 트레이 사이에 위치한 액체 수집 팬 내로 배출되는 것을 특징으로 하는 분별 증류 프로세스.
5. 제4항에 있어서, 트레이 당 액체 수집 팬의 수는 트레이 당 하강 유로의 수보다 많은 것을 특징으로 하는 분별 증류 프로세스.
6. 분별 증류 칼럼 내에서 분별 증류를 수행하는 장치이며,

   (a) 관통식 하강 유로 및 하강 유로와 인접하는 증기-액체 덱 패널을 포함하는 상부 제1 트레이 및 하부 제2 트레이와,

   (b) 제1 트레이의 하강 유로와 제2 트레이의 덱 사이의 중간 높이에 장착되는 액체 분배 장치를 포함하고,

   제1 트레이의 하강 유로는 제2 트레이의 하강 유로와 다른 방향을 취하고 하강 유로의 바닥부 내에 무리지어진 액체 출구를 가지며, 액체 분배 장치는 제1 트레이의 두 개 이상의 하강 유로의 액체 출구로부터 떨어지는 액체를 수용하기에 충분한 길이를 가지고 제2 트레이의 하강 유로와 평행하게 정렬된 액체 출구의 하나 이상의 열을 가짐으로써, 제1 트레이로부터 액체 분배 장치 내부로 떨어지는 액체가 덱 패널과 인접하는 하강 유로로부터 일정한 거리에서 하부 제2 트레이의 덱 패널에 걸쳐 분배되는 것을 특징으로 장치.
7. 제7항에 있어서, 트레이 당 액체 분배 장치의 수는 트레이 당 하강 유로의 수보다 하나 더 많은 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 브릿지 편이 하강 유로 출구 아래의 액체 분배 장치의 개방 입부에 걸쳐 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제7항에 있어서, 액체 분배 장치는 장치의 길이를 연장하거나 두 개 이상의 하강 유로로의 부착에 의한 두 개의 평면 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제5항, 제6항, 제7항, 제8항 또는 제9항에 있어서, 상부 제1 트레이 및 하부 제2 트레이는 2개 이상의 관통 형상의 하강 유로 및 하강 유로 사이에 위치한 하나 이상의 증기-액체 덱 패널과,

    제1 트레이의 하강 유로의 바닥부와 제2 트레이의 증기-액체 덱 패널의 천정부 사이에 장착되는 2개 이상의 분배 장치를 포함하고,

    제1 트레이의 하강 유로는 제2 트레이의 하강 유로에 대해 횡방향을 취하고, 각각의 트레이의 각각의 하강 유로는 하강 유로의 바닥부 내에 두 그룹 이상의 이격된 액체 출구를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.