KR20060120442A - 분할벽으로 이루어진 컬럼 어플리케이션용 반경 방향 교차흐름식 증류 트레이 - Google Patents

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Abstract

컬럼 내벽, 분할벽 및 내부 공간을 지닌 분할벽으로 이루어진 컬럼에 있는 트레이 조립체는 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관(downcomer)과, 상기 분할벽에 대해 제1 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역을 지닌 제1 트레이와, 상기 분할벽에 대해 제2 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 다른 하강관과, 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역을 지닌 제2 트레이를 포함한다.

Description

분할벽으로 이루어진 컬럼 어플리케이션용 반경 방향 교차 흐름식 증류 트레이{RADIAL-CROSSFLOW DISTILLATION TRAYS FOR DIVIDED WALL COLUMN APPLICATIONS}
도 1은 본 발명의 일실시예의 있어서의 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서의 도 1에 도시되어 있는 트레이로부터 수직 방향으로 이격된 다른 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 있어서의 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 도 3에 도시되어 있는 트레이로부터 수직 방향으로 이격된 다른 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 있어서의 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서의 도 5에 도시되어 있는 트레이로부터 수직 방향으로 이격된 다른 트레이의 평면도를 도시하는 개략적인 다이어그램.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 상부 트레이
20 : 하부 트레이
11 : 컬럼벽
14 : 분할벽
12, 16, 26, 32, 36, 52, 56, 66 : 하강관
13, 23, 33, 43, 53, 64 : 칸막이 팬
본 발명은 열과 물질 중 하나 이상을 전달하기 위한 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 사용되는 액체-증기 접촉 트레이에 관한 것이다. 본 발명은 그러한 트레이를 사용하는 다른 열과 물질 중 하나 이상을 전달하기 위해서 사용될 수도 있지만, 증류를 이용하는 극저온 공기 분리 공정에 있어서의 특정 어플리케이션을 갖는다.
여기에서 사용되는 "컬럼"(또는 "교환 컬럼")이란 용어는 증류 또는 분별 컬럼 또는 구역, 즉 컬럼 내에 장착된 충전 요소 또는 수직으로 이격된 일련의 트레이 또는 플레이트 상에서 기상과 액상을 접촉시키는 등에 의해서, 액상과 기상이 서로에 대해 역류하여 접촉하여 유체 혼합물의 분리를 일으키는 컬럼 또는 구역을 의미한다.
극저온 공기 분리는 액체와 기체를 역류 접촉식으로 분별 컬럼을 통과시킴으로써 수행된다. 혼합물 중 기상은 휘발성이 보다 강한 성분(예컨대 질소)의 농도 가 증대하여 상승하는 반면, 혼합물 중 액상은 휘발성이 보다 약한 성분(예컨대 산소)의 농도가 증대하여 하강한다. 다양한 충전물 또는 트레이를 사용하여 혼합물의 액상과 기상을 접촉시킴으로써, 이들 사이의 물질 전달을 달성할 수 있다.
분할벽으로 이루어진 컬럼은 실제적으로 간소화된 열적 커플링된 증류 컬럼 시스템이다. 분할벽으로 이루어진 컬럼에서, 분할벽이 컬럼의 내부 공간에 위치된다. 분할벽은 통상적으로 수직재이다. 2개의 상이한 물질 전달 분리가 분할벽의 양측에서 일어날 수 있다.
교환 컬럼은 대개 랜덤형 충전물 또는 구조적 충전물과 같은 충전물 형태이거나 또는 분별 트레이(들) 형태일 수 있는 어떤 형태의 증기-액체 접촉 디바이스를 포함한다. 분별 트레이는 전형적으로 트레이 플러스 수단의 데킹(decking) 또는 접촉 데크라고 일컫는 대형의 편평한 영역을 포함하여, 상부에 있는 트레이로부터 트레이로 액체를 이송하고 아래에 있는 다음 트레이로 액체를 이동시킨다.
트레이로부터 이동된 액체는 하강관으로 일컬어지는 트레이의 일부를 통해 흐른다. 하강관은 액체가 하방으로 통과하도록 접촉 데크의 패널에 있는 개구에 배치된 도관이다. 어떤 하강관에서는, 하강관 벽의 일부가 패널의 상부에서 연장될 수 있고, 이를 유출 위어(outlet weir)라고 칭하며, 패널 아래에서 연장되는 하강관의 일부는 하강관 에이프런으로 칭한다. 그러나, 유출 위어는 대체로 개별적인 기계 부품이며, 하강관 벽의 연장부일 필요는 없다. 사실상, 트레이는 유출 위어 없이 구성될 수도 있다.
컬럼의 하부에서 생성되는 증기는 데킹의 천공부를 통해 상방으로 통과하는 반면, 액체는 트레이에서 트레이로 증기에 대해 반대 방향로 하방으로 흐른다. "교차 흐름식"에 있어서, 액체는 우선 상부에 있는 트레이의 하강관으로부터 트레이로 유입된다. 다음에, 액체는 트레이의 데킹을 가로질러 종국에는 트레이의 유출 하강관을 통해 빠져나간다. 미국 특허 제6,645,350호(스테아시 명의)에는 한가지 유형의 "교차 흐름식 트레이"가 개시되어 있다.
정상 작동 중에, 트레이에 수집되는 액체는 데크의 천공된 패널을 거쳐 흐르며, 여기에서 액체가 천공부를 통과하여 상방으로 흐르는 증기와 접촉된다. 다음에, 액체는 유출 위어를 거쳐 하강관으로 흘러 아래에 있는 트레이의 천공된 패널의 수용 영역 등에 도달한다. 인접한 2개의 트레이의 하강관은 서로의 바로 위에 배치되지 않고, 측방으로 이격되어(또는 엇갈리게 배치되어), 액체가 하부 트레이의 하강관으로 직접 낙수되는 것을 방지한다.
종래 기술의 트레이의 한 유형은 "레이스트랙(racetrack)" 트레이 구조를 사용하며, 이 구조에서는 액체가 반경 방향으로 배치된 하강관에 의해 환형 영역 둘레로 흐른다. 예컨대, 미국 특허 제1,950,313호(린드 명의)에는 "레이스트랙" 트레이가 개시되어 있다.
분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 사용하기 위한 개선된 트레이 또는 트레이들을 구비하는 것이 바람직한데, 이러한 트레이는 종래 기술에 있어서의 여러 가지 난점과 단점을 해결하여 보다 양호하고 유리한 결과물을 제공한다.
분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 사용하기 위한 개선된 트레이 또는 트레이 들을 지닌 개선된 극저온 공기 분리 장치를 구비하는 것이 바람직하며, 이러한 극저온 공기 분리 장치는 종래 기술에 있어서의 여러 가지 난점과 단점을 해결하여 보다 양호하고 유리한 결과물을 제공한다.
본 발명은 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류(fractional distillation)용 트레이 조립체이다. 본 발명은 또한 그러한 트레이 조립체를 수용하는 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼, 그러한 트레이 조립체를 조립하는 방법 및 유체-유체 접촉 또는 액체-증기 접촉이 그러한 트레이 조립체에 의해 실현되는 다양한 방법을 포함한다. 본 발명의 다양한 실시예와, 이들 실시예의 여러 가지 변형예가 있다.
교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류용 트레이 조립체의 제1 실시예에 있어서, 교환 컬럼은 컬럼 내벽, 분할벽, 단면 및 컬럼 내벽과 분할벽 사이의 내부 공간을 지닌다. 트레이 조립체는 상기 내부 공간에 배치된 제1 트레이와, 이 제1 트레이 아래에 있는 내부 공간에 배치된 제2 트레이를 포함한다. 제1 트레이는 하나 이상의 반경 방향 하강관과 제1 액체 수용 영역을 지닌다. 상기 하나 이상의 반경 방향 하강관은 분할벽에 인접하고 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장된다. 상기 제1 액체 수용 영역은 분할벽에 대해 제2 각도로 배치된 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 내부 컬럼을 향해 반경 방향으로 연장된다. 상부로부터 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부를 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐른다. 상기 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있다. 상기 제2 트레이는 분할벽에 대해 제2 각도로 배치된 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장된다. 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장된다. 상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있다. 상기 제2 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부를 가로질러 하나 이상의 다른 하강관으로 흐른다. 상기 하나 이상의 다른 하강관은 상기 유체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있다.
트레이 조립체의 제1 실시예의 변형예에서, 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상이 약 90°이다. 다른 변형예에서, 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상은 90°를 초과한다. 또 다른 변형예에서, 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상은 90°미만이다.
트레이 조립체의 제1 실시예의 다른 변형예에서, 상부로부터 제1 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 제1 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 반시계 방향으로 흐른다. 또 다른 변형예에서, 제2 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 제1 부분은 하나 이상의 다른 하강관을 향해 반시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 하나 이상의 다른 하강관을 향해 시계 방향으로 흐른다. 다른 변형예에서, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 트레이 일부분을 가로질러 제1 방향으로 흐르고, 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 트레이의 일부분을 가로질러 제1 방향에 반대 방향인 제2 방향으로 흐른다.
트레이 조립체의 제2 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 제1 트레이와 제2 트레이 중 하나 이상의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 있는 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 포함한다.
트레이 조립체의 제3 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 하나 이상의 반경 방향 하강관과 하나 이상의 다른 하강관 중 하나 이상과 유체 연통하는 하나 이상의 액체 혼합기를 포함하며, 하나 이상의 액체 혼합기는 복수 개의 액체 성분을 혼합하도록 되어 있다.
트레이 조립체의 제4 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 분할벽에 인접한 칸막이 팬을 포함하고, 하나 이상의 반경 방향 하강관과 하나 이상의 다른 하강관이 칸막이 팬에서부터 컬럼 내벽까지 반경 방향으로 연장된다.
트레이 조립체의 제5 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 하나 이상의 반경 방향 하강관에 인접한 제1 트레이 상에 하나 이상의 유출 위어를 포함한다.
트레이 조립체의 제6 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 하나 이상의 다른 하강관에 인접한 제2 트레이 상에 하나 이상의 유출 위어를 포함한다.
트레이 조립체의 제7 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 여러 추가적인 요 소와 특징부를 포함한다. 제7 실시예에서, 제1 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에는 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단이 있으며, 상부로부터 제1 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 제1 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 시계 방향으로 흐르며, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 반시계 방향으로 흐른다. 또한, 제2 트레이의 적어도 일부 내 또는 일부 상에는 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단이 있으며, 상부로부터 제2 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 제1 부분은 하나 이상의 다른 하강관("중앙" 하강관)을 향해 반시계 방향으로 흐르며, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 하나 이상의 다른 ("중앙") 하강관을 향해 시계 방향으로 흐른다.
트레이 조립체의 제8 실시예는 제1 실시예와 유사하지만, 추가적인 요소와 특징부도 또한 포함한다. 제1 트레이 및 제2 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에는 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단이 있다. 제1 트레이의 반경 방향 하강관(들)과 제1 액체 수용 영역(들)은 서로에 대해 실질적으로 반대 방향으로 반경 방향으로 연장되고, 제2 트레이의 다른 하강관(들)과 제2 액체 수용 영역(들)은 서로에 대해 실질적으로 반대 방향으로 반경 방향으로 연장된다. 또한, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향으로 제1 트레이를 가로질러 흐르고, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향에 반대 방향인 제2 방향으로 제2 트레이를 가로질러 흐른다.
트레이 조립체의 제9 실시예는 제7 실시예와 유사하지만, 여러 추가적인 요소와 특징부를 포함한다. 제1 트레이는 복수 개의 이격된 반경 방향 하강관과 복 수 개의 제1 액체 수용 영역을 포함하며, 각각의 제1 액체 수용 영역은 2개의 반경 방향 하강관 사이에 이들 하강관에 인접하게 위치한다. 제2 트레이는 복수 개의 이격된 다른 하강관과 복수 개의 제2 액체 수용 영역을 포함하며, 각각의 제2 액체 수용 영역은 2개의 다른 하강관 사이에 인접하게 위치한다.
본 발명의 다른 양태는 내부에 분별 증류를 위해 수직 방향으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체를 구비하는, 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼을 포함하는 장치이며, 상기 트레이 조립체는 앞서 논의한 트레이 조립체의 임의의 하나의 실시예 또는 그 변형예와 같다. 이러한 본 발명의 양태에서, 교환 컬럼은 분할벽에 의해 적어도 분할벽의 제1 측면에 인접한 제1 단면을 구비하는 제1 종방향 공간과, 분할벽의 제2 측면에 인접한 제2 단면을 구비하는 제2 종방향 공간으로 분할되는 내부 공간을 지닌다. 일변형예에서, 제1 단면은 제2 단면보다 크거나 실질적으로 동일하다. 다른 변형예에서, 제2 단면은 제1 단면보다 크다.
본 발명의 다른 양태는 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼 내에 있는 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류용 트레이 조립체를 조립하는 방법이다. 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼은 앞서 논의한 것과 같을 수 있으며, 조립 방법은 트레이를 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼 내에 설치하는 단계를 포함하고, 트레이 조립체는 앞서 논의한 실시예 중 어느 하나와 같거나 또는 그 변형예와 같다.
본 발명의 다른 양태는 임의의 실시예 또는 그 변형예의 트레이 조립체와 같은 트레이 조립체를 사용하는 방법이다. 그러한 하나의 방법은 앞서 논의한 임의의 실시예 또는 변형예와 같은 수직 방향으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체에 의해 액체-증기 접촉이 실현되는 하나 이상의 물질 전달 구역을 포함하는 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 증기와 액체가 역류식으로 접촉하는 단계를 포함하는 극저온 공기 분리를 위한 방법이다. 그러한 다른 방법은 2개의 유체 간의 물질과 열 중 하나 이상을 교환하기 위한 방법으로서, 이 방법은 앞서 논의한 임의의 실시예 또는 변형예와 같은 수직 방향으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체에 의해 유체-유체 접촉이 실현되는 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 그러한 액체들이 접촉하는 단계를 포함한다.
최신 공기 분리 장치에서는, 트레이가 여전히 특정 어플리케이션에 대한 특정 환경에서 사용될 수 있지만, 구조적 충전물이 종종 바람직한 물질 전달 디바이스로서 사용된다. 몇몇 어플리케이션에 있어서, 구조적 충전물은 분할벽으로 이루어진 컬럼의 분할벽의 일측면 상에서 사용될 수 있는 반면, 트레이는 분할벽의 타측면에서 사용될 수 있다.
분할벽이 분할벽으로 이루어진 컬럼을 세그먼트로 분할하는 경우, 트레이를 구성하는 데 있어서 최종적으로 "D" 형상을 나타내기가 어렵다. 반경 방향으로 배향된 하강관을 구비하는 반경 방향 교차 흐름식의 트레이 조립체인 본 발명은 모든 증류 트레이 구성품의 효율적인 구성을 허용하는 동시에 D 형상을 가장 효율적으로 사용한다.
기본적으로, 전형적인 분할벽으로 이루어진 컬럼 기술은 전통적인 교차 흐름식 트레이의 절반부를 채용한다. 이러한 접근법의 결점은, 적절한 트레이 구성을 위해 충분한 위어의 길이를 얻기 위한 필요성으로 인해서 컬럼 외벽에서의 하강관 의 면적이 이론적으로 필요한 면적보다 커야 한다는 것이다.
본 발명은 하강관을 컬럼의 내측으로부터 컬럼벽을 향해 반경 방향으로 배치하여, 이용 가능한 면적을 가장 효율적으로 사용한다. 이러한 구성으로 인해 종래의 교차 흐름식 트레이의 레이아웃에 비해, 증류 트레이의 크기를 결정하는 데 있어서 임계적인 파라메터인 증기류 면적이 10% 넘게 증가한다. 이 장점은 트레이와 장치의 크기가 커질수록 현저하다. 이 장점은 또한 컬럼이 2개의 동일한 절반부로 분할되지 않는 경우에 현저한데, 그 이유는 반경 방향 배치가 이용 가능한 면적을 보다 효율적으로 사용하기 위해 구성되기 때문이다. 컬럼의 직경이 약 2 미터 미만인 경우에는 이러한 장점이 감소된다.
본 발명의 트레이 조립체는 (이하에서 더욱 논의할) 다른 실시예들에 있어서, 상이한 갯수의 경로를 지니고 방사형 패턴으로 놓인 교차 흐름식 트레이를 효율적으로 사용한다. 컬럼벽을 따른 트레이의 외측 영역을 따른 액체 흐름은 칸막이 팬 근처의 트레의 내부를 따른 액체의 흐름보다 긴 흐름 코스를 갖는다. 코스 길이에 있어서의 이러한 차이로 인해, 상이한 성분의 액체들이 칸막이 팬 근처의 내부보다 외벽에서 하강관으로 진입할 수 있다. 액체 혼합기를 사용하여 하강관에 도달할 수 있는 상이한 성분의 액체들을 혼합할 수 있다.
컬럼벽(11)을 지닌 교환 컬럼은 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 트레이(10, 20)와 같이, 수직 방향으로 이격된 일련의 트레이를 포함할 수 있다. 도 1은 상부 트레이(10)를 도시하고, 도 2는 하부 트레이(20)를 도시한다.
도 1을 참조하면, 트레이(10)는 컬럼에서 컬럼벽(11)과 분할벽(14) 사이에 배치된다. 중앙 하강관(16)은 액체를 상부의 다른 트레이(도시하지 않음)로부터 트레이(10)로 하방으로 전달한다. 하강관(12)은 액체를 이 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)(도 2)로 전달한다. 중앙 하강관(16)과 하강관(12)은 칸막이 팬(13)에서부터 컬럼벽(11)까지 반경 방향으로 위치된다. 트레이(10)를 가로지르는 안내 화살표로 나타낸 바와 같이, 액체는 중앙 하강관(16)에서부터 유출 위어(15)를 향해 흐르는데, 유출 위어는 하강관(12)으로부터 상방으로 돌출된다.
도 2를 참조하면, 하부 트레이(20)는 교환 컬럼에서 분할벽(14)과 컬럼벽(11) 사이에 배치된다. 하강관(12)은 액체를 상부 트레이(10)(도 1)로부터 하부 트레이(20)로 전달한다. 액체는 하강관(12)으로부터 중앙 하강관(26)으로 흐르면, 이 중앙 하강관(26)은 액체를 트레이(20) 아래의 다른 트레이(도시하지 않음)로 전달한다. 액체는 유출 위어(25)를 거쳐 중앙 하강관으로 유입된다. 하강관(12)과 중앙 하강관(26)은 칸막이 팬(23)과 컬럼벽(11) 사이에 반경 방향으로 배치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액체는 분할벽(14) 근처에 있는 상부 트레이(10)의 2개의 하강관(12)으로부터 트레이(20)를 가로지는 지시 화살표로 표시한 바ㅘ같이 하부 트레이(20)의 중앙 하강관(26)을 향해 흐른다. 인접한 상부 트레이(10) 상에서, 액체는 거의 동일한 부분들로 나누어지고, 거의 반원형인 경로를 따라 분할벽(14) 근처의 하강관(12)을 향해 흐른다. 이러한 엇갈린 패턴은 교환 컬럼에 있는 일련의 트레이 전체에서 연속된다.
증기는 각각의 트레이(10, 20) 상에 있는 버블링(bubbling) 영역을 통과하여 상방으로 흐른다. 버블링 영역은 천공된 시브재(sieve material)일 수 있거나, 또 는 버블 캡, 트레이 밸브 또는, 해당 분야에 알려진 물질 전달 증대 디바이스와 같은 임의의 다른 요소를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서 버블링 영역은 천공부 또는 구멍(18, 28)로 예시되어 있다.
트레이(10, 20)는 컬럼벽(11)과 분할벽(14)에 부착된 종래의 트레이 링(도시하지 않음)를 사용하여 지지될 수 있다. 교환 컬럼의 크기에 따라, 트레이와 하강관 아래에 추가적인 지지부(도시하지 않음)가 요구되거나, 그렇지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 본 실시예는 비교적 직경이 작은 교환 컬럼에 관련된 어플리케이션에 가장 적절할 것이다.
도 3을 참고하면, 상부 트레이(10)는 교환 컬럼에서 컬럼벽(11)과 분할벽(14) 사이에 배치된다. 하강관(36)이 액체를 상부에 있는 다른 트레이(도시하지 않음)로부터 트레이(20)로 하방으로 전달한다. 액체는 유입 위어(37)를 거쳐 (지시 화살표로 표시한 바와 같이) 트레이를 가로질러 유출 위어(35)로 흐르며, 액체는 유출 위어를 거쳐 하강관(32)으로 흐른다. 도시된 실시예에서, 하강관(32)은 분할벽(14)에 인접하고 칸막이 팬(33)에서부터 컬럼벽(11)까지 반경 방향으로 연장된다. 하강관(32)은 액체를 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)(도 4)로 전달한다.
도 4를 참고하면, 하부 트레이(20)는 교환 컬럼에서 분할벽(14)과 컬럼벽(11) 사이에 배치된다. 하강관(32)은 액체를 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)로 전달한다. 액체는 유입 위어(47)를 거쳐 (지시 화살표로 표시한 바와 같이) 트레이(20)를 가로질러 유출 위어(45)로 흐르며, 액체는 이 유출 위어를 거쳐 하강관(36)으로 유입되고 아래에 있는 트레이(도시하지 않음)로 흐른다. 하강관(32, 36)은 칸막이 팬(43)과 컬럼벽(11) 사이에 반경 방향으로 위치된다.
도 3 및 도 4에서 지시 화살표로 액체의 흐름을 나타낸 바와 같이, 액체는 상부 트레이(10)에서는 반시계 방향으로 흐르고, 하부 트레이(20)에서는 시계 방향으로 흐른다. 당업자라면 트레이의 거울상을 구성함으로써 흐름 방향이 역전(즉, 상부 트레이 상의 시계 방향에서 하부 트레이 상의 반시계 방향)될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 5 및 도 6은 "복수 경로" 트레이를 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예는 직경이 비교적 큰 교환 컬럼과 관련된 어플리케이션에 가장 적절할 것이다.
도 5를 참고하면, 상부 트레이(10)는 교환 컬럼에서 컬럼벽(11)과 분할벽(14) 사이에 배치된다. 하강관(56)은 액체를 상부에 있는 다른 트레이(도시하지 않음)로부터 트레이(10)로 하방으로 전달한다. 하강관(52)은 액체를 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)(도 6)로 전달한다. 액체를 상부에 있는 트레이로부터 트레이(10)로 하방으로 전달하는 하강관(56)과, 액체를 하부 트레이(20)로 전달하는 하강관(52)은 칸막이 팬(53)에서부터 컬럼벽(11)까지 반경 방향으로 위치된다. 도 1의 패턴과 유사하게, 도 5의 상부 트레이(10) 상의 액체는 유체 흐름을 지시 화살표로 표시한 바와 같이 하강관(56)으로부터 인접한 하강관(52)을 향해 흐른다. 액체는 유출 위어(55)를 거쳐 각각의 하강관(52)으로 유입된다(그러나, 당업자라면 유출 위어(들)없이 작동되는 트레이를 구성할 수 있다는 것을 이해할 것 이다).
도 6을 참고하면, 하부 트레이(20)는 교환 컬럼에서 분할벽(14)과 컬럼벽(11) 사이에 배치된다. 하강관(52)은 액체를 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)로 전달한다. 도 2와 유사하게, 도 6의 하부 트레이(20) 상의 액체는 지시 화살표로 표시한 바와 같이 각각의 하강관(52)으로부터 인접한 하강관(66)으로 흐르고, 이 하강관은 액체를 트레이(20) 아래에 있는 다른 트레이로 하방으로 전달한다. 액체는 유출 위어(65)를 거쳐 하강관(66) 중 하나로 유입된다. 액체를 상부 트레이(10)로부터 하부 트레이(20)로 전달하는 하강관(52)과, 액체를 트레이(20)로 부터 아래에 있는 다른 트레이로 전달하는 하강관(66)은 칸막이 팬(63)과 컬럼벽(11) 사이에 반경 방향으로 위치된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 관련하여, 증기는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 실시예(직경이 보다 작은 컬럼을 위한)와 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 (직경이 보다 큰 컬럼을 위한) 실시예에서의 각각의 트레이(10, 20) 상의 버블링 영역을 통과하여 상방으로 흐른다. 버블링 영역은 천공된 시브재이거나, 또는 버블 캡, 트레이 밸브 또는 해당 분야에 공지된 물질 전달 증대 디바이스와 같은 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에서는, 버블링 영역이 천공부 또는 구멍(38, 48)으로 예시되어 있으며, 도 5 및 도 6에서는, 버블링 영역이 유사한 천공부 또는 구멍(58, 69)으로 예시되어 있다.
당업자라면 도 1 내지 도 6에 도시되어 있는 실시예 이외에도 본 발명의 다른 실시예와 변형예가 있다는 것을 이해할 것이다. 도 1 내지 도 6에서는 본 발명 을 통상적으로 도시하고 설명하기 위해서 대칭을 사용하였지만, 그러한 대칭은 (바람직하긴 하지만) 필수적인 것은 아니며, 본 발명은 여기에서 예시 및 논의된 일반적으로 대칭인 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 6에서는, 분할벽은 교환 컬럼 내의 내부 공간을 동일하게 이등분으로 분할한다(그 이유는 도시된 바와 같이 분할벽이 원통형 컬럼의 직경을 가로지르기 때문임). 그러나, 분할벽은 어떤 위치에서는 직경이기보다는 현(弦)일 수 있으며, 따라서 분할벽 양측의 내부 공간이 동일하지 않을 것이다. 또한, 교환 컬럼의 형태는 원통형 이외의 형태일 수도 있다. 그러나, 대개 증류 컬럼은 압력 베셀[정압이나 부압(진공)]이기 때문에, 증류 컬럼은 전형적으로 기계적인 설계상의 고려 사항으로 인해 라운드형으로 설계된다.
이들 이유 및 다른 이유들로 인해서, 여기에서 사용되는 "반경 방향의" 및 "반경 방향으로"라는 용어는 이들 용어에 대한 일반적인 사전적 정의와는 다소 상이하다. 여기에서 사용되는 "반경 방향의" 및 "반경 방향으로"는 통상적으로 분할벽의 중앙부로부터 컬럼벽을 향하는 방향을 의미한다.
컬럼의 직경에 분할벽을 구비하는 원통형 컬럼의 경우, 분할벽의 중심은 원통의 중심에 있다. 모든 반경 방향 라인들은 중심점으로부터 반경 방향으로 연장될 것이다. 그러나, 본 발명에 있어서 그러한 완벽하게 대칭인 기하학적 형상이 필수적인 것은 아니다.
도 1 내지 도 6에 있어서, 하강관과 액체 수용 영역은 칸막이 팬에서부터 컬럼벽까지 연장된다. 그러나, 당업자라면 칸막이 팬을 본 발명의 트레이와 함께 사 용하는 것이 필수적이지 않거나 요구되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 칸막이 팬은 구조적인 지지부와 안정성을 제공하지만, 칸막이 팬을 제거하거나 다른 구조적인 수단으로 대체할 수도 있다. 칸막이 팬은 다른 실용적인 용도로도 사용된다. 칸막이 팬과 같은 것이 없는 경우에는, 하강관이 컬럼의 중심부에 얼마나 근접하게 연장되는가에 관한 의문이 제기될 것이다. 그들이 서로 매우 근접해지게 되면, 액체가 하나의 유입 하강관으로부터 매우 급속하게 출구 하강관으로 이동되며, 물질 전달이 일어나는 데에는 매우 적은 시간이 걸릴 것이다. 하강관이 내측 방향으로 연장되지 않고 칸막이 팬이 없는 경우에는, 액체가 흐르지 않고, 액체가 흐름 경로를 가로질러 효율적으로 흐르지 않는 구역이 형성될 것이다.
이하의 설명에서는, 분할벽에 대해 측정된 다양한 각도들을 언급한다. 예컨대, 도 1에서는 "중앙" 하강관이 분할벽에 대해 90°를 이루고 있다고 간주된다. 그러나, 당업자라면 "중앙" 하강관이 분할벽에 대해 90°보다 크거나 작은 다른 각도로 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1의 우측에 있는 반경 방향 하강관(12)은 분할벽에 대해 0°를 이루고, 분할벽에 "인접"한 것으로 간주된다. 그러나, 당업자라면 반경 방향 하강관의 반경 방향 축이 실제적으로는 0°보다 약간 큰 각도를 이루고, 또한 상기 반경 방향 하강관이 분할벽에 정확하게 "인접"할 필요는 없지만, 분할벽으로부터 반시계 방향으로 약간 이동되거나 회전되어, 여전히 기능할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이와 유사하게, 도 1의 좌측에 있는 반경 방향 하강관(12)은 분할벽에 대해 180°를 이루고, 분할벽에 "인접"한 것으로 간주된다. 그러나, 당업자라면 반경 방향 하강관의 반경 방향 축이 실제적으로는 180°보다 약간 큰 각도를 이루고, 또한 상기 반경 방향 하강관이 분할벽에 정확하게 "인접"할 필요는 없지만, 분할벽으로부터 시계 방향으로 약간 이동되거나 회전되어, 여전히 기능할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
원형 또는 실린더형의 기하학적 형상에 관해 언급하자면, 0°에서의 방사선과 180°에서의 방사선은 정확히 반대 방향인 것으로 고려된다. 위에서 논의한 관점에서, 상기 하강관과 상기 액체 수용 영역 각각의 반경 방향 축은 정확히 180°와 0°가 아니고, 따라서 정확히 "반대 방향"은 아니지만, 도 3의 반경 방향 하강관(32)의 반경 방향 축은 180°이거나 또는 도 3의 수용 영역(36)의 반경 방향 축에 정확히 반대 방향인 것으로 고려된다. 기하학적 형상이 정확하지 않기 때문에, 여기에서는 "실질적으로"라는 표현을 사용하였다. 예컨대, 청구 범위에서는 제1 방향에 "실질적으로 반대 방향인" 제2 방향이 언급된다.
또한, 청구 범위에서는 어떤 것(예컨대, 하강관)이 컬럼의 단면을 가로질러 연장하는 반경 방향 거리(길이)에 관해서 "실질 거리"와 같은 구문을 사용되었다. 그러한 거리의 몇몇은, 예컨대 하강관이 칸막이 팬으로부터 컬럼벽까지 연속해서 연장되는 도 1 내지 도 6에 도시되어 있다. 그러나, 당업자라면 하강관과 액체 수용 영역이 보다 짧은 거리에 걸쳐 연장되거나 불연속적으로 연장될 수 있으며, 여전히 단면을 가로 지르는 "실질 거리"로 연장되는 것으로 간주되며 여전히 기능한다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 반경 방향 하강관은 컬럼벽까지 및/또는 칸막이 팬까지 연속해서 연장되지 않을 수 있으며, 또는 하나의 길고 연속적인 하강관 과 "등가물"이 되는 방식으로 서로 인접하게 배치된 일련의 짧은 하강관들로 구성될 수도 있다.
앞서 논의한 대칭에 있어서의 변형예 이외에도, 당업자라면, 본 발명이 다양한 형태와 크기의 하강관 및 액체 수용 영역과 같은 구성물과 함께 기능할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 도 5 및 도 6에서는 대응하는 모든 구성 요소가 동일한 크기와 유사한 형태로 도시되어 있다. 예컨대, 2개의 액체 수용 영역(56)은 크기와 형태가 거의 유사하고, 2개의 반경 방향 하강관(52)은 크기와 형태가 거의 유사하다. 그러나, 당업자라면 이하의 청구 범위에 의해서 커버되고 여전히 기능하는 본 발명의 변형예에서, 이들 구성품이 다른 크기와 형태로 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
따라서, 여기에서는 몇몇 특정 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하고 예시하였지만, 본 발명은 도시되어 있는 세부 사항으로만 한정되도록 의도되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 사상으로부터 벗어나는 일 없이, 청구 범위의 등가물의 범주와 범위 내에서 세부 사항을 다양하게 수정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반경 방향으로 배향된 하강관을 구비하는 반경 방향 교차 흐름식 트레이 조립체가 제공되어, 모든 증류 트레이의 구성품이 효율적으로 구성되고 이용 가능한 면적을 가장 효율적으로 사용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 컬럼 내벽, 분할벽, 단면, 및 상기 컬럼 내벽과 분할벽 사이의 내부 공간을 지닌 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류(fractional distillation)용 트레이 조립체로서,
    상기 내부 공간에 배치된 제1 트레이로서, 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관(downcomer)과, 상기 분할벽에 대해 제1 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역을 지닌 제1 트레이와,
    상기 제1 트레이 아래의 내부 공간에 배치된 제2 트레이로서, 상기 분할벽에 대해 제2 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 다른 하강관과, 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역을 지닌 제2 트레이
    를 포함하며, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐르고, 이 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고, 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있고,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 다른 하강관으로 흐르며, 이 하나 이상의 다른 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있는 것인 트레이 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상은 약 90°인 것인 트레이 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상은 90°보다 큰 것인 트레이 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 각도와 제2 각도 중 하나 이상은 90°보다 작은 것인 트레이 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 반시계 방향으로 흐르는 것인 트레이 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 하나 이상의 다른 하강관을 향해 반시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 하나 이상의 다른 하강관을 향해 시계 방향으로 흐르는 것인 트레이 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향으로 제1 트레이의 일부분을 가로질러 흐르고, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 제1 트레이의 일부분을 가로질러 흐르는 것인 트레이 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 트레이와 제2 트레이 중 하나 이상의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 더 포함하는 트레이 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 하나 이상의 반경 방향 하강관과 하나 이상의 다른 하강관 중 하나 이상과 유체 연통하고, 복수 개의 액체 성분을 혼합하도록 되어 있는 하나 이상의 액체 혼합기를 더 포함하는 트레이 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 분할벽에 인접한 칸막이 팬을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 반경 방향 하강관과 하나 이상의 다른 하강관은 칸막이 팬으로부터 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 것인 트레이 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 반경 방향 하강관에 인접한 제1 트레이 상에 하나 이상의 유출 위어(outlet weir)를 더 포함하는 트레이 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 다른 하강관에 인접한 제2 트레이 상에 하나 이상의 유출 위어를 더 포함하는 트레이 조립체.
  13. 컬럼 내벽, 분할벽, 단면, 및 상기 컬럼 내벽과 분할벽 사이의 내부 공간을 지닌 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류용 트레이 조립체로서,
    상기 내부 공간에 배치된 제1 트레이로서, 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관과, 상기 분할벽에 대해 제1 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역과, 그리고 제1 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 지닌 제1 트레이와,
    상기 제1 트레이 아래의 내부 공간에 배치된 제2 트레이로서, 상기 분할벽에 대해 제2 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 중앙 하강관과, 상기 분할벽에 인접하고, 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방 향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역과, 그리고 제2 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 지닌 제2 트레이
    를 포함하며, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐르고, 이 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고, 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 반시계 방향으로 흐르고,
    상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있으며,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 중앙 하강관으로 흐르며, 이 하나 이상의 중앙 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있고,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 하나 이상의 중앙 하강관을 향해 반시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 하나 이상의 중앙 하강관을 향해 시계 방향으로 흐르는 것인 트레이 조립체.
  14. 컬럼 내벽, 분할벽, 단면, 및 상기 컬럼 내벽과 분할벽 사이의 내부 공간을 지닌 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류용 트레이 조립체로서,
    상기 내부 공간에 배치된 제1 트레이로서, 상기 분할벽에 인접하고, 제1 방향으로 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관과, 상기 분할벽에 인접한 제1 반경 방향 축을 지니고, 제1 방향에 실질적으로 반대 방향인 제2 방향으로 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역, 그리고 제1 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 지닌 제1 트레이와,
    상기 제1 트레이 아래의 내부 공간에 배치된 제2 트레이로서, 상기 분할벽에 인접한 제2 반경 방향 축을 지니고, 제3 방향으로 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 다른 하강관과, 상기 분할벽에 인접하고, 제3 방향에 실질적으로 반대 방향인 제4 방향으로 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역, 그리고 제2 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 지닌 제2 트레이
    를 포함하며, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용된 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐르고, 이 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고, 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있으며,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 다른 하강관으로 흐르며, 이 하나 이상의 다른 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있고,
    액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향으로 제1 트레이의 일부분을 가로질러 흐르고, 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 제2 트레이의 일부분을 가로질러 흐르는 것인 트레이 조립체.
  15. 컬럼 내벽, 분할벽, 단면, 및 상기 컬럼 내벽과 분할벽 사이의 내부 공간을 지닌 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에 있는, 수직 방향으로 이격된 복수 개의 분별 증류용 트레이 조립체로서,
    상기 내부 공간에 배치된 제1 트레이로서, 각각이 단면을 가로질러 제1 실질 거리 또는 다른 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 이격 배치된 반경 방향 하강관과, 각각이 2개의 반경 방향 하강관 사이에 이들 하강관에 인접하게 배치되고, 단면을 가로질러 제2 실질 거리 또는 다른 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 제1 액체 수용 영역, 그리고 제1 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증 기 통과 수단을 지닌 제1 트레이와,
    상기 제1 트레이 아래의 내부 공간에 배치된 제2 트레이로서, 각각이 단면을 가로질러 제3 실질 거리 또는 다른 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 이격 배치된 다른 하강관과, 각각이 2개의 다른 하강관 사이에 이들 하강관에 인접하게 배치되고, 단면을 가로질러 제4 실질 거리 또는 다른 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 제2 액체 수용 영역, 그리고 제2 트레이의 적어도 일부 내에 또는 일부 상에 복수 개의 구멍 또는 다른 증기 통과 수단을 지닌 제2 트레이
    를 포함하고, 상부로부터 상기 각각의 제1 액체 수용 영역 상에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 상기 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 2개의 인접한 반경 방향 하강관 중 하나로 흐르고, 이 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상부로부터 상기 하나 이상의 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 제1 액체 수용 영역으로부터 시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 제1 수용 영역으로부터 반시계 방향으로 흐르며,
    상기 제2 액체 수용 영역 각각은 반경 방향 하강관 중 하나로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있고,
    상기 각각의 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부분을 가로질러 2개의 인접한 다른 하강관으로 흐르며, 이 다른 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방 으로 전달하도록 되어 있고,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 제1 부분은 상기 하나 이상의 다른 하강관을 향해 반시계 방향으로 흐르고, 상기 액체 흐름의 제2 부분은 하나 이상의 다른 하강관을 향해 시계 방향으로 흐르는 것인 트레이 조립체.
  16. 제1 종축을 구비하는 교환 컬럼으로서, 내벽이 제1 종축으로부터 이격되어 제 1종축을 둘러싸며, 따라서 내벽과 제1 종축 사이에 내부 공간이 형성되는 것인 교환 컬럼과,
    상기 내부 공간에 배치되는 분할벽으로서, 제1 측면과 제2 측면을 지니고, 상기 내부 공간을 분할벽의 제1 측면에 인접한 제1 단면을 지닌 하나 이상의 제1 종방향 공간과, 분할벽의 제2 측면에 인접한 제2 단면을 지닌 제2 종방향 공간으로 분할하는 것인 분할벽과,
    상기 제1 종방향 공간에 배치된 제1 트레이로서, 상기 분할벽에 인접하고, 제1 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관과, 상기 분할벽에 대해 제1 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 제1 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역을 지닌 제1 트레이와,
    상기 제1 트레이 아래의 제1 종방향 공간에 배치된 제2 트레이로서, 상기 분할벽에 대해 제2 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 제1 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 다른 하강 관과, 상기 분할벽에 인접하고, 제1 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역을 지닌 제2 트레이
    를 포함하며, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐르고, 이 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고, 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있고,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 다른 하강관으로 흐르며, 이 하나 이상의 다른 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있는 것인 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 단면은 제2 단면보다 크거나 또는 거의 동일한 것인 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제2 단면은 제1 단면보다 큰 것인 장치.
  19. 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 분별 증류하는 데에 사용하는 수직 방향 으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체를 조립하는 방법으로서,
    제1 종축을 구비하는 교환 컬럼으로서, 내벽이 제1 종축으로부터 이격되어 종축을 둘러싸며, 따라서 내벽과 제1 종축 사이에 내부 공간이 형성되는 것인 교환 컬럼을 제공하는 단계와,
    상기 내부 공간에 배치되는 분할벽으로서, 제1 측면과 제2 측면을 지니고, 상기 내부 공간을 분할벽의 제1 측면에 인접한 제1 단면을 지닌 하나 이상의 제1 종방향 공간과, 분할벽의 제2 측면에 인접한 제2 단면을 지닌 제2 종방향 공간으로 분할하는 것인 분할벽을 설치하는 단계와,
    상기 제1 종방향 공간에 배치된 제1 트레이로서, 상기 분할벽에 인접하고, 제1 단면을 가로질러 제1 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 반경 방향 하강관과, 상기 분할벽에 대해 제1 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 제1 단면을 가로질러 제2 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 제1 액체 수용 영역을 지닌 제1 트레이를 설치하는 단계와,
    상기 제1 트레이 아래의 제1 종방향 공간에 배치된 제2 트레이로서, 상기 분할벽에 대해 제2 각도에 위치하는 반경 방향 축을 지니고, 제1 단면을 가로질러 제3 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 다른 하강관과, 상기 분할벽에 인접하고, 제1 단면을 가로질러 제4 실질 거리만큼 컬럼 내벽을 향해 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2 액체 수용 영역을 지닌 제2 트레이를 설치하는 단계
    를 포함하며, 상부로부터 상기 제1 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제1 액체 수용 영역으로부터 제1 트레이의 일부분을 가로질러 하나 이상의 반경 방향 하강관으로 흐르고, 이 하나 이상의 반경 방향 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고, 하방으로 전달하도록 되어 있으며,
    상기 하나 이상의 제2 액체 수용 영역은 하나 이상의 반경 방향 하강관으로부터 하방으로 전달되는 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하도록 되어 있고,
    상기 제2 액체 수용 영역에 수용되는 액체 흐름의 적어도 일부는 제2 액체 수용 영역으로부터 제2 트레이를 가로질러 하나 이상의 다른 하강관으로 흐르며, 이 하나 이상의 다른 하강관은 상기 액체 흐름의 적어도 일부를 수용하고 하방으로 전달하도록 되어 있는 것인 트레이 조립체 조립 방법.
  20. 하나 이상의 물질 전달 구역을 지니고 분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 증기와 액체가 서로 반대 방향으로 흘러 접촉하는 단계를 포함하고, 액체-증기 접촉은 제1항에 따른 수직 방향으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체에 의해 실현되는 것인 극저온 공기 분리 방법.
  21. 2개의 유체간의 물질과 열 중 하나 이상을 교환하기 위한 방법으로서,
    분할벽으로 이루어진 교환 컬럼에서 상기 유체들이 접촉하는 단계를 포함하고, 유체-유체 접촉은 제1항에 따른 수직 방향으로 이격된 복수 개의 트레이 조립체에 의해 실현되는 것인 2개의 유체간의 물질과 열 중 하나 이상을 전달하기 위한 방법.
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