KR20100002145A - 제트 차단기를 포함하는 다단 칼럼에서의 신규의 유체 분배 및 포집 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각의 플레이트(P)가 소정 개수의 패널(Pa)로 분할되어 있는 다단 칼럼에서 각 패널(Pa)에 설치되는 유체 분배기에 관한 것으로, 이 유체 분배기는,

a) 실질적으로 패널(Pa)의 포집 배플의 출구 개구의 축선에 위치하는 솔리드 제트 차단기;

b) 제트 차단기를 지나 측방으로 연장하고, 10% 내지 40% 범위의 개방도를 갖는 중간 천공 플레이트; 및

c) 패널(Pa) 전체에 걸쳐 연장하고, 5% 내지 20% 범위의 개방도를 갖는 분배 플레이트를 포함한다.

모사 이동 베드, 흡착, 유체, 분배, 배플, 유체 속도, 축방향 분산, 제트

Description

제트 차단기를 포함하는 다단 칼럼에서의 신규의 유체 분배 및 포집 시스템{NOVEL FLUID DISTRIBUTION AND COLLECTION SYSTEM IN A MULTISTAGE COLUMN COMPRISING A JET BREAKER}

본 발명은, 입상 매체(granular medium)로 불리는 고체 입자 매체 내에서의 유체의 유동을 이용하는 다단 칼럼에서 유체를 분배 및 포집하는 신규의 장치에 관한 것이다.

여기서, "다단 칼럼"이란 용어는, 실질적으로 수직 축선을 따라 배치되어 각각 입상 고체 베드를 지지하는 복수의 플레이트(이하, "지지 플레이트"라고도 함)로 이루어지고, 칼럼 내에 이용되는 유체들이 다양한 연속하는 베드들을 직렬로 통과하게 되는 칼럼에 적용된다. 이러한 연속하는 베드를 통과하는 유체를 1차 유체로 지칭하여, 대체로 2개의 연속하는 베드 사이에 위치하고 분배기 플레이트로 불리는 분배 장치를 통해 1차 유체에 추가될 수 있는 2차 유체로 불리는 기타 유체와 구별되게 할 것이다.

본 발명은, 2차 유체를 주입하여 이 2차 유체를 1차 유체와 혼합하는 시스템에 관한 것이 아니라, 단지 1차 유체와 2차 유체의 혼합으로 얻어진 유체를 바로 하류측에 배치된 입상 고체 베드에 걸쳐 분배하도록 된 분배기에 관한 것이다. 이 하의 본 명세서에 있어서, 단순히 "하류측" 베드로 지칭하여 본 발명의 분배기의 바로 하류측에 위치한 입상 고체 베드를 가리킬 것이다.

따라서, 본 발명은 각각의 입상 고체 베드 또는 그 일부분에, 그 이전의 입상 고체 베드, 다시 말해 보다 정확하게는 1차 유체의 유동 방향으로 고려할 때에 "상류측" 베드가 설치된 1차 유체와 2차 유체의 혼합 시스템으로부터 나오는 제트 형태의 유체를 공급할 수 있는 분배 장치에 관한 것이다.

이하의 본 명세서에 있어서, "가변 저항 분배 장치(variable resistance distribution device : VRD)"란 용어가 본 발명의 분배기의 원리를 나타내는 데에 사용될 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 그러한 분배기의 구성에 관한 것이다.

칼럼의 각각의 플레이트는 이 플레이트를 복수의 섹터로 분할하는 식으로 결합된 복수의 VRD 분배기를 구비하고 있다.

일반적으로, 플레이트의 각 섹터는 하나의 VRD 분배기를 포함한다.

본 발명은 본질적으로 P행(row)의 플레이트의 각 섹터와 관련된 분배기가 1차 유동 방향으로,

- 포집 배플의 출구 아래로 7㎜ 내지 25㎜의 범위의 간격을 두고 배치된 솔리드 제트 차단기(solid jet breaker);

- 제트 차단기를 지나 연장하는 폭을 갖는 중간 천공 플레이트; 및

- 해당 패널의 전체 표면에 걸쳐 연장하는 분배 플레이트

를 포함한다는 점에 있다.

본 발명은, 하류측 입자 베드에서의 흐름을 플러그형 흐름에 근사하게 하여, 예를 들면 모사 이동 베드 흡착(simulated moving bed adsorption) 프로세스와 같이 다단 칼럼에서 수행되는 다양한 프로세스의 성능을 최적화하고자 하는 것이다.

본 발명은 또한, 해당 분배 장치의 바로 하류측에 위치한 입상 고체 베드의 상면의 평탄성을 다소 방해하는 고랑(furrow)이 혼합 챔버를 떠나는 제트에 대해 직각 방향으로 형성되는 현상을 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 장치는 유동의 품질과 하류측 입상 고체 베드의 상면에서의 고랑의 형성의 결여라는 2가지 기준의 측면에서 평가된다.

고체 입자를 수용하는 용기, 특히 다단 칼럼 내에서 유체를 분배, 혼합 및 포집하기 위한 수많은 장치가 공지되어 있다. 이러한 분배/혼합 장치는 일반적으로, 칼럼 섹션에 걸쳐 유체를 가능한 한 균일하게 분배하고, 그 칼럼의 다양한 베드를 통과하는 1차 유체를 각 베드 내로 도입되는 1종 이상의 2차 유체와 효율적으로 혼합하며, 가능하다면 2개의 베드 사이에 유체 흐름을 포집하고, 마지막으로 해당 베드로부터의 출구에서 농도를 가능한 한 균질하게 한 후에 바로 다음의 고체 입자 베드, 즉 해당 분배 장치의 바로 하류측에 위치한 고체 입자 베드로 유입시키는 기능을 한다.

또한, 그러한 분배/혼합 장치는 가능한 한 축방향 분산을 거의 발생시키지 않으며, 최소한의 압력 강하를 생성하고, 그리고 프로세스의 성능을 변경시킬 수 있는 유체역학적 교란을 생성하지 않는 등과 같은 다수의 제약을 만족해야 한다.

특허 문헌 EP-0 074 815, US-2006/0108274 A1, FR-2 708 480에서는 모사 이동 베드 흡착(SMB) 프로세스의 경우에 이용되는 분배/혼합 장치의 예를 제시하고 있다.

그 분배/혼합 장치들은 당업자에게 알려진 다수의 특징을 갖고 있다. 명료성을 위해, 1차 유체의 유동 방향으로 바로 하류측에 위치한 플레이트를 명시하기 위해 플레이트(P) 및 플레이트(P+1)로 나타내면,

- 칼럼의 플레이트(P)는 다양한 형상을 가질 수 있는 영역 또는 패널로 분할되고, 가장 통상적으로는 각도 섹터(angular sector)로 분할되거나 경선형 패널(meridional panel), 즉 실질적으로 동일한 길이를 갖는 평행한 패널로 분할되며,

- 플레이트(P)의 각 패널에서, 1차 유체는 "포집 배플" 시스템을 통해 포집되고,

- 입상 고체 베드를 떠나는 1차 유체는 주입 챔버에서 종결되는 분배 네트워크를 통해 해당 패널 내로 주입될 수 있는 2차 유체와 혼합되며,

- 포집된 1차 유체와 주입된 2차 유체의 혼합물이 분배기로 불리는 분배 장치(스크린, 천공 플레이트 등)를 통해 바로 다음의 플레이트(P+1)의 패널 섹션에 걸쳐 다시 분배된다.

이어서, 분배기를 떠나는 유체는 플레이트(P+1)의 고체 입자 베드로 유입된다.

이 입자 베드는 분배기에 의해 밀폐될 수 있는 데, 다시 말해 분배기와 플레 이트(P+1)의 고체 입자 베드의 사이에는 빈 공간이 없다.

이와 달리, 예를 들면 특허 문헌 US-2006/0108274 A1의 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 분배기와 베드 사이에 빈 공간이 존재할 수도 있다.

특허 문헌 US-2006/0108274 A1에 개시된 바와 같이 분배기와 베드 사이에 빈 공간이 존재하는 경우에, 분배기는 입자 베드의 부분 유동화를 야기하지 않기 위해 베드 입구에서 너무 큰 국부적 유체 속도를 생성하지 않도록 설계되어야 한다.

그러한 현상은 프로세스의 성능에 부정적인 영향을 미칠 것이다.

그 현상에 대해서는 특허 문헌 US-2006/0108274 A1에 상세하게 기술되어 있다. 이 특허 문헌은 분배기 위에서 액체 제트의 출구에 상응하는 개구 영역 아래에 배치되어 하류측 입상 고체 베드의 입구에서의 제트의 높은 속도를 제한하는 제트 차단기 플레이트를 개시하고 있다. 그러나, 이는 그러한 현상을 제거하기에는 충분하지 않아 다른 해결책에 의존할 필요가 있을 수 있다.

그러한 현상을 더욱 감소시키기 위해, 종래 기술에서는

- 분배 스크린 하류측에 스크린 또는 천공 플레이트 형태의 요소를 배치하여, 고체 입자 베드의 입구에서의 교란 및 높은 속도를 제한하고,

- 패널의 개수와 포집 배플의 개구의 개수를 증가시켜 유체가 분배/혼합 장치를 통과하는 속도를 감소시키는

것과 같은 다수의 형태의 해결책에 제안되었다.

또한, 당업자에게는 충분한 압력 강하를 생성하는 임의의 장치가 대체로 그 장치의 출구에서의 속도 프로파일을 균질하게 할 수 있다는 점이 공지되어 있다. 이러한 이유로, 분배 스크린의 선택은, 하류측에 위치한 고체 입자 베드로 유입되는 유체에 대한 속도 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 분배기에서의 압력 강하를 다소 증가시키게 되면 고체 입자 베드 입구에서의 유체역학적 교란의 위험성을 제한할 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 패널의 전체 표면에 걸친 압력 강하의 증가는 강도의 측면에서 바람직하지 않을 수 있다는 점에서, 또는 분배/혼합 장치에서의 유체역학적 성능 저하로 인해 이상적이진 않다.

또한, 압력 강하가 큰 분배기의 이용은 분배/혼합 장치에 이물이 끼거나 심지어는 분배/혼합 장치를 부분적으로 막히게 하는 잠재적 원인이 될 수 있다.

본 발명이 해결해야 할 과제는, 입상 고체 베드를 각각 지지하는 복수의 플레이트를 포함하는 다단 칼럼이라는 불리는 칼럼의 내부에서의 유체의 유동을 개선하는 것이다.

본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "유체 유동의 개선"이라는 용어는 흐름이 가능한 한 플러그 흐름(즉, 칼럼의 다양한 연속하는 베드를 통과하는 유체의 축방향 분산이 가능한 한 적은 흐름)에 근사하게 하고, 또한 하류측 입상 고체 베드의 표면에서 고랑 형성 현상을 최소화하거나 심지어는 제거하는 것을 의미한다.

전반적으로, 칼럼은 입상 매체로 이루어지며, 다양한 플레이트들 사이에서 순환하는 1차 유체는 하향 흐름 형태의 액체이다.

본 발명은 플레이트(P)에 의해 지지되는 입상 고체 베드에 유체를 공급할 수 있는 분배 장치로 이루어지는 데, 플레이트(P-1)에 의해 지지되는 그 상류측 입상 고체 베드에는 1차 유체를 포집하여 이 1차 유체와 1종 이상의 2차 유체를 혼합하는 시스템이 0.5㎧ 내지 4㎧ 범위의 속도를 갖는 액체 제트를 생성하는 적어도 하나의 출구 개구를 갖는 포집 배플이라 불리는 배플에서 종결되게 마련되어 있다.

1차 유체는 수직 하향으로 흐른다.

보다 정확하게는, 본 발명은, 각각 입상 고체 베드(때로는 간략화를 위해 P로 표기하기도 함)를 지지하고 패널(Pa로 표기함)들로 분할되는 연속하는 플레이 트(P)들을 구비하는 한편, 각 패널(Pa)에는 이 패널(Pa)을 떠나는 유체를 포집하는 시스템이 본질적으로 출구 개구를 갖는 포집 배플로 불리는 배플로 이루어져 마련되어 있는 다단 칼럼의 각 입상 고체 베드에 유체를 공급하는 유체 분배 장치로서,

유체 유동 방향으로 위에서 아래로 가면서 배치된 3개 요소, 즉

a) 실질적으로 패널(Pa)의 포집 배플의 출구 개구의 축선에 위치하는 솔리드 제트 차단기;

b) 제트 차단기를 지나 측방으로 연장하고, 10% 내지 40% 범위, 바람직하게는 15% 내지 30% 범위의 개방도를 갖는 중간 천공 플레이트; 및

c) 패널(Pa) 전체에 걸쳐 연장하고, 5% 내지 20% 범위, 바람직하게는 7% 내지 15% 범위의 개방도를 갖는 분배 플레이트

를 포함하는 유체 분배 장치라고 정의할 수 있다.

본 발명의 바람직한 변형예에 따르면, 분배 장치를 구성하는 3개의 요소는 유체 유동 방향으로,

a) 솔리드 제트 차단기;

b) 중간 천공 플레이트; 및

c) 분배 플레이트

순으로 배치된다.

이들 3개의 요소는 바람직하게는 서로 나란히 배치되도록 인접한다. 특정 경우에, 본 발명의 범위 내에서는 3개의 요소들이 서로 떨어질 수 있고, 이 경우 3개의 요소들이 떨어지는 간격은 최대 10㎜, 바람직하게는 최대 5㎜이다.

여기서, "간격"이란 용어는 해당 2개의 요소들의 가장 근접하는 부분 또는 단부들이 떨어지는 간격으로서 정의한다.

플레이트를 패널로 분할하는 것은 종래 기술에 공지되어 있다. 가장 통상적인 2가지 분할 형태로는 경선형 패널로의 분할과, 각도 섹터에 상응하는 패널로의 분할이 있다. 경선형 분할은 플레이트를 플레이트의 직경을 따라 배향되고 실질적으로 동일한 폭을 갖는 평행한 요소들로 분할하는 것에 상응한다. 본 발명의 분배 장치는 플레이트를 패널로 분할하는 임의의 방식, 보다 구체적으로는 경선형 패널로의 분할 및 각도 섹터로의 분할에 호환성이 있다.

본 발명의 변형예에서, 본 발명의 유체 분배 장치는 패널의 종방향(경선 방향) 축선에 대해 실질적으로 직교하는 슬롯을 갖는 "존슨(Johnson)"형 스크린으로 된 분배 플레이트를 구비하다. 본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 분배 플레이트는 단순한 천공 플레이트로 이루어진다.

본 발명의 다른 변형예에서, 유체 분배 장치는 패널의 종방향 축선에 대해 실질적으로 직교하는 슬롯을 갖는 "존슨"형 스크린으로 된 중간 플레이트를 구비한다.

본 발명의 또 다른 변형예에서, 중간 플레이트는 0.5㎜ 내지 1.5㎜ 범위의 직경의 구멍이 천공된 플레이트로 이루어진다.

일반적으로, 중간 플레이트는, 제트 차단기의 폭과, 해당 패널의 폭의 절반의 ±5㎝에 상응하는 값 사이의 범위의 폭에 걸쳐 연장한다.

바람직하게는 중간 플레이트의 폭은 10㎝ 내지 30㎝ 범위이다.

일반적으로, 제트 차단기는 2㎝ 내지 6㎝의 범위, 바람직하게는 3㎝ 내지 5㎝의 범위의 폭에 걸쳐 연장한다.

본 발명의 변형예에 따르면, 패널(Pa)의 포집 배플의 하단부와 패널(Pa)의 제트 차단기의 상단부 사이에 포함된 간격은 4㎜ 내지 30㎜의 범위, 바람직하게는 7㎜ 내지 25㎜의 범위이다.

본 발명은 또한, 분리될 공급물이 7 내지 9개의 탄소 원자를 함유한 방향족 화합물의 임의의 혼합물로 이루어진, 본 발명의 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법이라고 할 수 있다.

본 발명은 또한, 분리될 공급물이 노말 파라핀 및 이소 파라핀의 혼합물로 이루어진, 본 발명의 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법이라고 할 수 있다.

본 발명은 또한, 분리될 공급물이 노말 올레핀 및 이소 올레핀의 혼합물로 이루어진, 본 발명의 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법이라고 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 분배 장치를 통과하는 1차 유체가 600㎏/㎥ 내지 950㎏/㎥의 밀도와, 0.1 내지 0.6x10^-3 ㎩.s의 점도를 갖는, 본 발명의 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법이라고 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유체 속도가 높을 수 있는 포집 배플의 개구 아래의 중간 천공 플레이트가 분배 플레이트를 통과할 유체의 속도를 실질적으로 감소시키는 동시에 그 유체의 하류측 입상 고체 베드에 걸친 분배를 개선시킬 수 있다. 따라서, 칼럼 내부에서의 유체의 유동을 개선시키고, 하류측 입상 고체 베드의 상면에 고랑이 형성되는 현상을 감소 또는 제거한다.

본 발명은, 떠나가는 유체를 위한 개구를 구비하고 이 유체를 0.5㎧ 내지 4㎧ 범위의 속도의 제트 형태로 급송하는 포집 배플로 불리는 상류측 포집 시스템으로부터 얻어진 유체를 분배하는 장치로서 정의할 수 있다.

본 발명의 분배 장치는 이 분배 장치의 하류측에 위치한 입상 고체 베드에, 유체의 흐름이 가능한 한 플러그 흐름에 근사하고 하류측 입상 고체 베드의 상면에서 고랑의 형성을 최소화 또는 방지하도록 유체를 공급할 수 있다.

본 발명의 분배 장치는 본질적으로 3개의 요소, 즉

a) 실질적으로 패널(Pa-1)의 포집 배플의 출구 개구의 축선에 위치하는 솔리드 제트 차단기(9);

b) 제트 차단기를 지나 측방으로 연장하고, 개방도가 10% 내지 40% 범위, 바람직하게는 15% 내지 30% 범위인 중간 천공 플레이트(8); 및

c) 전체 패널(Pa)에 걸쳐 연장하고, 개방도가 5% 내지 20% 범위, 바람직하게는 7% 내지 15% 범위인 분배 플레이트(7)를 포함한다.

패널(Pa)의 포집 배플의 출구 개구는 대체로 해당 패널이 전체 길이에 걸쳐 연장한다.

여기서, a) 요소에 대한 단락에서 "실질적으로 포집 배플의 출구 개구의 축선에"라는 표현은, 제트 차단기가 포집 배플의 출구 개구 아래에 위치하여 포집 배플의 개구의 중앙 축선에 대해 중심이 맞춰지고, 또한 패널의 전체 길이에 걸쳐 연장함을 의미한다.

b) 요소에 대한 단락에서 사용되는 "측방으로 연장"이라는 용어는, 경선형 패널의 경우에, 해당 경선형 패널의 종방향 치수에 대해 직각 방향 치수를 폭이라 할 때에 중간 천공 플레이트(8)의 폭이 제트 차단기(9)의 폭보다 크다는 것을 의미한다.

각도 섹터 형상을 갖는 패널의 경우, "측방으로 연장"이란 용어는, 해당 섹터의 반경 방향 치수를 폭이라 할 때에 중간 천공 플레이트(8)의 폭이 제트 차단기(9)의 폭보다 크다는 것을 의미한다.

이하의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조함으로써 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1에서는 칼럼에서의 1차 유체의 유동 방향으로 상류측 베드의 경우에 P로 표기하고 하류측 베드의 경우에 P+1로 표기한 2개의 고체 입자 베드로 이루어진 칼럼 섹션을 도시하고 있다.

단지 2개의 베드만을 도시하고 있지만, 본 발명은 또한 칼럼의 입구에 위치한 제1 플레이트를 비롯한 칼럼을 구성하는 모든 플레이트에 대해 적용될 수 있다.

칼럼은 1종 이상의 2차 유체를 도입하는 공급 네트워크(3)로 불리는 장치에 의해 분리된 고체 입자(2)의 복수의 베드로 분할되며, 공급 네트워크(3)는 입상 고 체 베드(P)에 소정 양의 유체를 주입 또는 추출하는 주입-추출 챔버(4)에서 종결된다.

상부 스크린(6) 또는 임의의 다른 등가의 장치가 입자 베드(P)를 지지한다.

포집 배플(5)은 플레이트(P)의 입상 고체 입자를 통과한 1차 유체를 회수할 수 있다.

포집 배플(5)의 개구는 대체로 상류측 베드로부터 유입되는 1차 유체가 주입 챔버(4)의 개구에 근접하여 지나가도록 배치된다.

포집 배플에 의해 포집된 1차 유체는 챔버(4)를 떠나는 2차 유체와 혼합된다.

이와 같이 혼합된 1차 유체와 2차 유체는, 본 발명에 따라 1차 유체의 유동 방향으로 직렬로 배치된 3개의 요소, 즉

a) 대략 포집 배플(5)의 축선에 위치하는 제트 차단기(9);

b) 제트 차단기 아래에 배치되어 그 제트 차단기를 지나 측방으로 연장하고, 개방도가 10% 내지 40% 범위, 바람직하게는 15% 내지 30% 범위인 중간 플레이트(8); 및

c) 중간 플레이트(8) 아래에 배치되어 전체 패널(Pa)에 걸쳐 연장하고, 개방도가 5% 내지 20% 범위, 바람직하게는 7% 내지 15% 범위인 분배 플레이트(7)

로 이루어진 분배 장치(10)를 통과함으로써 칼럼 섹션에 걸쳐 다시 분배된다.

본 발명의 분배 장치의 이점은, 유체 속도가 높을 수 있는 포집 배플(5)의 개구 아래에서 중간 천공 플레이트(8)가 분배 플레이트(7)를 통과할 유체의 속도를 실질적으로 감소시키는 동시에 그 유체의 하류측 입상 고체 베드(P+1)에 걸친 분배를 개선시킬 수 있다는 점이다.

도 2a에서는 종래 기술에 있어서 평행한 경선형으로 분할된 입상 고체 베드(P)를 위한 지지 플레이트를 도시하고 있다. 칼럼(1)은 경선형 패널(11)로 분할되어 있다.

이 경우, 칼럼에는 다양한 패널 또는 이를 지지하는 임의의 비임을 위한 지지점으로서 기능을 할 수 있는 중앙 지지부(12)가 설치되어 있다.

도 2a에는 주입-추출 챔버(4) 및 포집 배플(5)이 도시되어 있다. 따라서, 각각의 경선형 패널(11)은 주입-추출 챔버(4) 및 포집 배플(5)을 포함한다. 플레이트(P)의 패널이 정렬되는 축선은 플레이트(P+1)로 이동한 경우에 달라질 수 있음을 유념해야 한다. 본 발명은 플레이트(P)의 패널과 플레이트(P+1)의 패널들 간의 임의의 각도 오프셋에 대해서 완전히 호환성을 가질 수 있다.

도 2b에서는 본 발명에 있어서 경선형 패널에 적용된 분배 장치의 평면도를 도시하고 있다. 이 분배기(10)는 패널의 전체 표면을 덮는 분배 스크린(7), 이에 나란하게 배치된 중간 천공 플레이트(8) 및 제트 차단기(9)로 이루어진다. 평면도에서는 본 발명에 있어서 중간 천공 플레이트(8)가 제트 차단기(9)를 지나 측방으로 연장하는 것을 보여주고 있다. 경선형 패널과 관련하여, "측방으로 연장"이란 용어는, 해당 패널의 종방향 치수에 대해 직교하는 방향으로 중간 스크린(8)이 제트 차단기(9)에 비해 연장함을 의미한다.

도 3a에서는 종래 기술에 있어서 각도 섹터로 이루어진 플레이트의 분할을 도시하고 있다.

도 3b에서는 각도 섹터 형태의 패널에 적용된 본 발명의 분배기의 평면도를 도시하고 있다.

이 경우, 분배 장치(10)는 패널의 전체 표면을 덮는 분배 스크린(7), 이에 나란하게 배치된 중간 천공 플레이트(8) 및 제트 차단기(9)로 이루어진다. 평면도에서는 본 발명에 있어서 중간 천공 플레이트(8)가 제트 차단기(9)를 지나 측방으로 연장하는 것을 보여주고 있다.

각도 섹터형 패널과 관련하여 이용되는 바와 같은 "측방으로 연장"이란 용어는, 해당 패널의 반경 방향으로 중간 스크린(8)이 제트 차단기(9)에 비해 연장함을 의미한다.

예

본 발명의 분배 장치의 효율성을 플렉시글라스 실물 모형(Plexiglass mock-up)을 이용하여 테스트하였다.

그 실물 모형은 도 1에 도시한 바와 같은 본 발명에 따른 분배 장치와 베드의 일부분을 재현하였다.

플레이트는 경선형 패널로 분할하였다.

경선형 패널의 폭은 1.2m이었고, 하나의 베드의 높이는 1.2m이었다.

실물 모형의 깊이는 18㎝이었다. 입상 고체 베드(P) 아래에 위치한 포집 배플(5)에는 직경 30㎜의 구멍들을 중심간 거리 60㎜로 천공하였다.

이러한 실물 모형은 입도 분포가 610㎛에 집중되도록 한 제올라이트 시브(sieve)로 채웠다.

실물 모형은 본 발명의 분배기 아래로 10㎜의 높이까지 채웠다.

이러한 실물 모형에 2㎝/s의 겉보기 속도(superficial velocity)로 물을 공급하였다.

테스트된 다수의 분배기 구성이 표 1에 기재되어 있다.

테스트 분배기는,

a) 다양한 폭을 갖는 제트 차단기(9);

b) 다양한 개방도 및 폭을 갖는 한편, 1㎜의 구멍을 천공한 중간 플레이트(8); 및

c) 전체 실물 모형을 덮는 다양한 개방도의 스크린으로 이루어진 분배 플레이트(7)

로 구성하였다.

이들 요소는 모두 포집 배플(5)의 개구 아래에 중심을 맞추었다.

입자 베드의 교란의 발생시에, 실질적으로 포집 배플(5)의 개구 바로 아래에 고랑이 대체로 관찰되었다. 이러한 고랑은 포집 배플의 출구에서 제트의 속도가 높음으로 인해 야기된 입자의 국부적 유동화의 결과였다.

분배 장치의 하류측에 위치한 입상 고체 베드의 상면에 형성된 고랑의 높이(최대 고랑)를 각 테스트에 대해 측정하여 분배기의 성능을 판정하기 위한 제1 파라미터로 삼았다.

그 다음, 해당 분배기에 의해 유체가 공급되는 베드에서의 축방향 분산을 정량화하기 위해 체류 시간 분포(Residence Time Distribution : RTD)의 측정을 수행하였다. 이를 위해, 실물 모형에는 제올라이트 비드를 채우는 것과 유사한 방식으로 RTD 측정에 보다 적합한 1㎜ 직경의 유리 비드를 채웠다.

RTD 방법은 D Scweich저(著)의 "Genie de la reaction chimique[Chemical reaction engineering: 화학반응공학]"(2001년 프랑스 파리 Tec&Doc 출판사)을 비롯한 다수의 저작물에 기술되어 있다.

그 결과는 유체의 대류와 축방향 분산 간의 비로 표현되는 페클렛 수(Peclet number) 형태로 나타내어진다. 페클렛 수가 높을수록 축방향 분산은 작다.

축방향 분산의 최소화는 일반적으로 고체 입자의 고정 베드를 이용하는 프로세스, 특히 흡착 프로세스에 유리하다. 이러한 축방향 분산을 분배기의 성능 판정을 위한 제2 파라미터로 삼았다.

수행된 테스트의 요약

케이스	제트 차단기의 폭	분배 스크린의 개방도(5)	중간 천공 플레이트의 개방도(%)	중간 천공 플레이트의 폭	최대 고랑	페클렛 수
케이스 1	0	12.0%	-	-	5㎝	280
케이스 2	4㎝	12.0%	20%	20㎝	0	370
케이스 3	4㎝	12.0%	3%	20㎝	2㎝	308
케이스 4	4㎝	12.0%	10%	20㎝	1㎝	310
케이스 5	4㎝	12.0%	30%	20㎝	0	350
케이스 6	4㎝	12.0%	20%	12㎝	1㎝	322
케이스 7	4㎝	12.0%	20%	30㎝	0	368
케이스 8	4㎝	12.0%	20%	60㎝	0	340

케이스 1은 종래 기술에 따른 것이다.

케이스 1은 제트 차단기가 없다. 이 케이스 1은 참조 케이스로서 역할을 하였으며, 그 성능은 페클렛 수가 280, 고랑의 깊이가 5㎝로 불량한 것으로 관찰되었다.

최고의 결과는,

a) 폭이 4㎝인 제트 차단기(9);

b) 제트 차단기 아래에 배치되어 제트 차단기의 축선 상에 중심이 맞춰지고 폭이 20㎝ 개방도가 20%인, 1㎜ 구멍을 천공한 중간 플레이트(8); 및

c) 패널의 전체 섹션에 걸쳐 연장하고 개방도가 12%인 분배 스크린(7)

로 이루어진 케이스 2에 상응하는 본 발명의 분배기에 의해 달성되었다.

이 분배기는 페클렛 수(370)가 최대로 된 한편, 하류측 입상 고체 베드에서의 고랑의 형성이 제거되었다.

본 발명에 따른 케이스 3, 4 및 5는 중간 천공 플레이트의 개방도의 최적화를 보여주고 있다. 개방도가 3%(케이스 3) 및 10%(케이스 5)인 중간 천공 플레이트의 경우 개방도가 30%(케이스 5)인 중간 천공 플레이트보다 열등한 결과를 생성하였다.

마찬가지로, 본 발명의 케이스 6, 7 및 8은 중간 천공 플레이트의 폭에 대해 약 20㎝의 최적값이 존재함을 보여주고 있다.

도 1은 본 발명에 있어서 각각에 1차 유체의 포집 및 2차 유체의 주입을 위한 시스템과 본 발명의 분배기가 장착된 3개의 연속하는 플레이트를 갖는 다단 칼럼을 나타내는 도면이고,

도 2a는 종래 기술에 있어서 경선형 패널이라 불리는 섹터로 분할된 플레이트의 평면도이며,

도 2b는 본 발명에 있어서의 경선형 패널의 평면도로서 제트 차단기, 중간 플레이트, 및 분배 플레이트의 크기를 나타내는 도면이고,

도 3a는 종래 기술에 있어서 방사상 섹터로 분할된 플레이트의 평면도이며,

도 3b는 본 발명에 있어서의 방사상 섹터의 평면도로서, 제트 차단기, 중간 플레이트, 및 분배 플레이트의 크기를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 칼럼

2 : 고체 입자

3 : 공급 네트워크

4 : 주입 챔버

5 : 포집 배플

6 : 상부 스크린

7 : 분배 플레이트

8 : 중간 천공 플레이트

9 : 솔리드 제트 차단기

10 : 유체 분배기 또는 분배 장치

11 : 경선형 패널

Claims (12)

1. 각각 입상 고체 베드를 지지하고 패널(Pa)들로 분할된 연속하는 플레이트 (P)들을 구비하는 다단 칼럼의 적어도 하나의 입상 고체 베드에 공급되는 유체를 분배하도록, 바로 상류측에 위치하고 포집 배플(5)이 설치된 플레이트(P)의 각각의 패널(Pa)에 적용되는 유체 분배 장치로서,

   유체 유동 방향으로 위에서 아래로 가면서 배치된 3개 요소, 즉

   a) 대략 패널(Pa)의 포집 배플의 출구 개구의 축선에 위치하여 포집 배플의 축선에 중심이 맞춰지는 솔리드 제트 차단기(9);

   b) 상기 제트 차단기의 폭에서부터 패널의 폭의 절반의 ±5㎝에 상응하는 보다 큰 값에 이르는 범위의 폭에 걸쳐 상기 제트 차단기를 지나 측방으로 연장하고, 15% 내지 30% 범위의 개방도를 갖는 중간 천공 플레이트(8); 및

   c) 패널(Pa)의 전체 섹션에 걸쳐 연장하고 7% 내지 15% 범위의 개방도를 갖는 분배 플레이트(7)

   를 포함하는 유체 분배 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 3개의 요소, 즉 솔리드 제트 차단기(9), 중간 천공 플레이트(8) 및 분배 플레이트(7)는 서로 인접하는 것인 유체 분배 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 3개의 요소, 즉 솔리드 제트 차단기(9), 중간 천공 플 레이트(8) 및 분배 플레이트(7)는 최대 10㎜, 바람직하게는 최대 5㎜의 간격을 두고 서로 떨어지는 것인 유체 분배 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패널(Pa)은, 플레이트의 직경을 따라 배향되고 실질적으로 동일한 폭을 갖는 평행한 요소들로 플레이트를 분할한 것에 상응하는 경선(meridional)형 패널인 것인 유체 분배 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배 플레이트(7)는 패널의 종방향 축선에 대해 실질적으로 직교하는 슬롯을 갖는 "존슨(Johnson)"형 스크린인 것인 유체 분배 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 천공 플레이트(8)는 패널의 종방향 축선에 대해 실질적으로 직교하는 슬롯을 갖는 "존슨"형 스크린인 것인 유체 분배 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔리드 제트 차단기(9)는 2㎝ 내지 6㎝ 범위의 길이, 바람직하게는 3㎝ 내지 5㎝ 범위의 길이에 걸쳐 연장하는 것인 유체 분배 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포집 배플(5)의 하단부와 상기 솔리드 제트 차단기(9)의 상단부 사이의 간격은 4㎜ 내지 30㎜의 범위, 바람직하게는 7㎜ 내지 25㎜의 범위인 것인 유체 분배 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유체 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리(simulated moving bed separation) 방법으로서,

   분리될 공급물이 7 내지 9개의 탄소 원자를 함유한 방향족 화합물의 임의의 혼합물인 것인 모사 이동 베드 분리 방법.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유체 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법으로서,

    분리될 공급물이 노말 파라핀 및 이소 파라핀의 혼합물인 것인 모사 이동 베드 분리 방법.
11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유체 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법으로서,

    분리될 공급물이 노말 올레핀 및 이소 올레핀의 혼합물인 것인 모사 이동 베드 분리 방법.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유체 분배 장치를 이용하는 모사 이동 베드 분리 방법으로서,

    유체 분배 장치를 통과하는 1차 유체가 600㎏/㎥ 내지 950㎏/㎥의 밀도와, 0.1 내지 0.6 cPo의 점도를 갖는 것인 모사 이동 베드 분리 방법.

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