KR20150096453A - 물질 전달 칼럼 내의 분배 장치 및 그 사용 방법 - Google Patents

물질 전달 칼럼 내의 분배 장치 및 그 사용 방법 Download PDF

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Abstract

물질 전달 칼럼 내의 액체 스트림을 수용하고 분배하기 위한 액체 분배 장치가 제공된다. 상기 액체 분배 장치는 복수의 연장된 일차 트로프들 및 상기 일차 트로프들로부터 개개의 일차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하는 위치에서 상기 일차 트로프들에 인접하여 배치되는 복수의 이차 트로프들을 가진다. 스플래시 배플들은 개개의 이차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하며, 상기 개개의 이차 배출 흐름이 스플래시 배플들을 따라 하강하고 이의 하부 에지들로부터 떨어지면서 그 측방 분산을 야기하도록, 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 액체 배출 홀들로부터 미리 정해진 거리로 이격된다.

Description

물질 전달 칼럼 내의 분배 장치 및 그 사용 방법{DISTRIBUTOR IN MASS TRANSFER COLUMN AND METHOD OF USE}
본 발명은 대체로 물질 전달 및 열 교환이 일어나는 칼럼들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 이와 같은 칼럼들 내에 사용되는 액체 분배 장치들(liquid distributors) 및 이러한 액체 분배 장치들을 이용하는 액체 분배 방법들에 관한 것이다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "물질 전달 칼럼(mass transfer column)"이라는 용어는 물질 전달 및/또는 열 교환이 일어나는 칼럼을 언급하는 것이다. 물질 전달 칼럼들의 예들은 증류, 흡수, 스트리핑(stripping) 및 추출 칼럼들을 포함한다.
물질 전달 칼럼들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 액체 및/또는 증기 스트림들이 상기 액체 및/또는 증기 스트림들 사이에 물질 전달 및/또는 열 교환을 가져오도록 서로 접촉하게 된다. 구조화되거나 임의의 충전물의 베드들이 상기 액체 및/또는 증기 스트림들 사이의 밀접한 접촉을 용이하게 하도록 통상적으로 이러한 물질 전달 칼럼들 내에 사용되며, 이에 따라 상기 스트림들 사이에 원하는 물질 전달 및/또는 열 교환을 증강시킨다. 액체/증기 시스템들에서, 상기 액체 스트림은 상기 충진물의 베드를 통해 하강하고, 상기 증기 스트림은 상기 충전물 베드를 통해 상승한다. 유사하게, 액체/액체 및 증기/증기 시스템들에서, 보다 치밀한 상이 상기 베드를 통해 하강하고, 덜 치밀한 상이 상기 베드를 통해 상승한다.
구조화되거나 임의의 충전물의 베드의 수평 단면에 걸친 하강하는 액체 스트림의 균일한 분배는 상기 액체 스트림과 상기 상승하는 증기 스트림 사이의 균일한 상호 작용을 유지하기 위해 중요하다. 다양한 유형들의 액체 분배 장치들이 상기 충전물의 베드의 상단으로 들어가면서 상기 액체 스트림의 균일한 분배를 제공하려는 시도에 이용되었다. 액체 분배 장치의 하나의 유형에 있어서, 공급 박스 또는 파팅 박스(parting box)가 상부에 놓인 수집기나 공급 라인으로부터 액체 스트림을 수용하고, 이를 상기 파팅 박스 아래에 놓이거나 그로부터 수평하게 연장되는 다수의 연장되고 평행한 트로프들(troughs)에 분배한다. 이격되는 홀들이 액체가 개개의 액체 스트림들로 상기 트로프들을 나가도록 상기 트로프들의 측벽들 내에 형성된다. 스플래시 배플들(splash baffles)이 상기 트로프들의 측벽들로부터 평행하고 외측으로 이격되므로, 상기 홀들을 통해 상기 트로프들을 떠나는 상기 개개의 액체 스트림들이 상기 스플래시 배플들 상으로 안내된다. 상기 개개의 액체 스트림은 이후에 상기 충전물의 베드 내로 상기 배플들의 하부 에지에서 떨어지기 전에 상기 스플래시 배플들을 따라 하강하고 이에 걸쳐 분산된다. 이러한 유형의 액체 분배 장치들의 예들은 미국 특허 제6,722,639호 및 제7,125,004호에 도시되어 있다.
전술한 액체 분배 장치들을 설계할 때, 상기 트로프의 측벽들 내의 상기 홀들의 숫자와 크기는 상기 트로프들 내로의 상기 액체 스트림의 예상되는 체적 유량에 기초하여 선택된다. 상기 홀들에 의해 제시되는 전체 개방 면적은 충분한 액체 헤드가 상기 트로프들 내에서 발달되게 하도록 설계되어야 하며, 이에 따라 상기 개개의 액체 스트림들이 상기 외측으로 이격된 스플래시 배플들까지 충분한 운동량으로 상기 홀들을 나가게 되도록 필요한 힘을 발생시킨다. 설계된 액체 체적 유량이 낮을 때, 상기 홀들의 전체 유출 용량은 충분한 액체 헤드가 상기 트로프들 내에서 발달되게 하도록 감소되어야 한다. 이러한 유출 용량의 감소는 상기 홀들의 크기를 감소시키거나 및/또는 홀들의 전체 숫자가 감소되도록 인접하는 홀들 사이의 간격을 증가시켜 구현될 수 있다. 이들 선택들 모두는 잠재적인 단점들을 야기한다. 보다 작은 홀들이 선택될 경우, 이들은 막히게 되기가 보다 쉬우며, 이에 따라 상기 스플래시 배플들 상부 및 아래에 놓인 충전물 내에 상기 개개의 액체 스트림들에 의해 젖지 않는 영역들이 생성된다. 유사하게, 상기 홀들 사이의 간격이 증가할 경우, 상기 개개의 액체 스트림들은 이들이 상기 스플래시 배플들을 따라 하강하고 그에 걸쳐 분산되면서 합해지지 않을 수 있다. 따라서 이들 잠재적인 단점들을 극복할 수 있는 액체 분배 장치에 대한 개발의 필요성이 존재한다.
본 발명은 물질 전달 및 열 교환이 일어나는 칼럼들 내에 사용되는 액체 분배 장치들 및 이러한 액체 분배 장치들을 이용하는 액체 분배 방법들을 제공한다.
일 측면에 있어서, 본 발명은 물질 전달 장치들의 하지층으로와 같이 액체 스트림을 수용하고 분배하기 위한 액체 분배 장치(liquid distributor)에 관한 것이다. 상기 액체 분배 장치는 나란하고 대체로 평행한 관계로 배치되는 복수의 연장된 일차 트로프들(troughs)을 포함하며, 각각의 상기 일차 트로프들은 각 일차 트로프 내에 상기 액체 스트림의 일부를 수용하고 축적되게 하기 위하여 플로어(floor)에 의해 서로 연결되는 이격된 측벽들을 가진다. 복수의 액체 배출 홀들이 각각의 상기 일차 트로프들의 상기 측벽들의 적어도 하나 내에 제공되므로, 각 일차 트로프 내에 축적되었던 상기 액체 스트림의 일부가 개개의 일차 배출 스트림들로 관련된 트로프로부터 배출될 수 있다. 상기 액체 분배 장치는 또한 각 이차 트로프 내에 상기 일차 배출 스트림들의 일부를 수용하고 축적되기 하기 위하여 플로어에 의해 서로 연결되는 이격된 측벽들을 가지는 복수의 이차 트로프들을 포함한다. 각 이차 트로프는 상기 일차 트로프들의 하나로부터 상기 개개의 일차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하는 위치에 상기 일차 트로프들의 하나에 인접하여 배치된다. 복수의 액체 배출 홀들이 각각의 상기 이차 트로프들의 상기 측벽들의 적어도 하나 내에 제공되므로, 각 이차 트로프 내에 축적되었던 상기 개개의 일차 배출 스트림들의 일부가 개개의 이차 배출 스트림들로 관련된 이차 트로프로부터 배출될 수 있다. 상기 액체 분배 장치는 상기 개개의 이차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하며, 상기 개개의 이차 배출 흐름이 스플래시 배플들(splash baffles)을 따라 하강하고 이의 하부 에지들로부터 떨어지면서 그 측방 분산을 야기하도록, 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 상기 복수의 액체 배출 홀들의 적어도 일부로부터 미리 정해진 거리로 이격되는 상기 스플래시 배플들을 더 포함한다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은 상술한 바와 같은 액체 분배 장치를 이용하여 물질 전달 장치들의 층에 액체를 분배하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 액체 분배 장치 및 개방된 내부 영역 내의 물질 전달 장치들의 층이 나타나도록 물질 전달 칼럼의 쉘의 부분들이 절개된 물질 전달 칼럼의 측면 사시도이다.
도 2는 파팅 박스의 부분들이 내부의 세부 사항들이 나타나도록 절개된 도 1에 도시한 액체 분배 장치의 실시예의 측면 사시도이다.
도 3은 일차 트로프의 부분들이 내부의 세부 사항들이 나타나도록 절개된 액체 분배 장치 내에 사용되는 일차 및 이차 트로프들과 스플래시 배플의 일 실시예의 단부 사시도이다.
도 4는 스플래시 배플 및 이차 트로프의 부분들이 절개된 도 3에 도시한 일차 및 이차 트로프들과 스플래시 배플의 실시예의 전면 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 일차 및 이차 트로프들의 실시예를 통한 액체 흐름을 예시하는 단부 정면도이다.
도 6은 액체 분배 장치의 선택적인 실시예의 상면 사시도이다.
이제 도면들을 보다 상세하게 참조하며, 도 1을 먼저 참조하면, 물질 전달 칼럼(mass transfer column)은 참조 부호 10으로 대략적으로 나타나며, 개방된 내부 영역(14)을 한정하는 직립의 실린더형 쉘(shell)(12)을 포함한다. 본 발명의 액체 분배 장치(liquid distributor)(16)는 상기 내부 개방 영역(14) 내에 배치되고, 하강하는 액체 스트림(stream)을 구조화된 그리드(grid) 또는 임의의 충전재와 같은 물질 전달 장치들의 하나 또는 그 이상의 층들(18)의 상부 단부에 걸쳐 균일하게 분배하는 데 사용된다. 상기 액체 스트림은 이후에 상기 물질 전달 장치들의 층(들)(18)을 통해 상승하는 증기 스트림과 물질 및/또는 열 전달을 위해 상기 물질 전달 장치들의 층(들)(18)을 통해 하강한다.
상기 물질 전달 칼럼(10)은 분별이다 다른 생성물을 수득하기 위해 액체 및 증기 스트림들(streams)을 처리하는 데 사용되는 유형이다. 비록 상기 칼럼(10)의 쉘(12)이 실린더형의 구성으로 도시되지만, 다른 형상들도 사용될 수 있다. 상기 쉘(12)은 임의의 적절한 직경과 높이이며, 바람직하게는 불활성이거나 그렇지 않으면 상기 칼럼(10) 내에 존재하는 유체들, 온도들 및 압력들과 양립할 수 있는 결질의 물질들로 구성된다.
액체 스트림들(20)은 상기 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치들에 배치되는 공급 라인들(feed lines)(22a, 22b)을 통해 상기 칼럼(10)으로 안내된다. 공급 라인(22a)은 통상적으로 액체만을 운반하며, 공급 라인(22b)은 액체, 증기 및 액체와 증기의 혼합물을 운반할 수 있다. 예시의 간편성을 위해 도면들에는 비록 두 개의 액체 공급 라인들(22a, 22b)이 도시되지만, 추가적인 액체 공급 라인들이 원하는 경우에 사용될 수 있는 점이 인식될 것이다. 유사하게, 증기 스트림(26)을 운반하는 하나의 공급 라인(24)만이 예시되지만, 추가적인 증기 공급 라인들이 필요하거나 원하는 경우에 상기 칼럼(10) 내에서 일어나는 상기 증기 및 액체 처리를 위해 포함될 수 있다. 또한, 상기 증기 스트림(26)이 상기 공급 라인(24)을 통해 상기 칼럼(10) 내로 도입되기 보다는 상기 칼럼(10) 내부에 발생될 수 있는 점이 이해될 것이다. 상기 칼럼(10)은 상기 칼럼(10)으로부터 증기 생성물이나 부산물(30)을 제거하기 위한 오버헤드 라인(overhead line)(28)을 더 포함한다. 바닥 스트림 테이크오프 라인(takeoff line)(32)이 상기 칼럼(10)으로부터 액체 생성물이나 부산물(34)을 제거하기 위해 제공된다. 환류 스트림 라인들, 리보일러들(reboilers), 응축기들, 증기 혼들(vapor horns) 및 이와 유사한 것들과 같은 다른 칼럼 구성 요소들이 존재할 수 있지만, 이들이 사실상 편의 시설이고 본 발명의 이해를 위해 필수적이지 않을 것으로 여겨지기에 예시하지는 않는다.
도 2－도 5를 추가적으로 참조하면, 본 발명의 액체 분배 장치(16)의 일 실시예는 상기 공급 라인(22a)에 의해 상기 칼럼(10)의 쉘(12) 내의 개방된 내부 영역(14)에 전달되었던 상기 액체 스트림(20)과 같은 하강하는 액체 스트림을 수용하는 연장된 중심의 파팅 박스(parting box)(36)를 포함한다. 상기 파팅 박스(36)는 상기 공급 라인(22a)으로부터 직접적으로 상기 액체 스트림(20)을 수용할 필요는 없다. 대신에, 상기 액체 스트림(20)이 먼저 하나 또는 그 이상의 처리 단계들 거칠 수 있으며, 이후에 상기 파팅 박스(36)로의 후속되는 전달을 위해 종래의 액체 수집 장치(도시되지 않음)에 의해 수집될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파팅 박스(36)는 중심의 수평 축 또는 상기 칼럼(10)의 쉘(12)의 직경을 따라 제1 방향으로 연장된다. 상기 파팅 박스(36)는 상기 쉘(12)의 직경 또는 상기 직경의 실질적인 일부와 대략적으로 동일한 세로 방향의 길이를 가진다. 단일의 파팅 박스(36) 대신에, 하나 이상의 파팅 박스(36)가 사용될 수 있으며, 이 경우에 상기 파팅 박스들(36)은 상기 쉘(12)의 가상의 현들(chords)을 따라 평행하고 동일 평면 관계로 연장된다.
상기 파팅 박스(36)는 상기 파팅 박스(36)의 긴 치수를 따라 연장되는 평행하고 이격된 측벽들(38, 40) 및 상기 파팅 박스(36)의 짧은 치수 또는 단부들을 따라 연장되는 평행하고 이격된 측벽들(42, 44)을 구비하는 직선의 단면을 가진다. 플로어(floor)(46)는 상기 하부 에지들에 연결되고, 선택적인 커버(48)는 상기 측벽들(40, 42, 44, 46)의 상부 에지들에 연결된다. 상기 선택적인 커버(48)는 상기 액체 스트림(20)이 이를 통해 상기 파팅 박스(36)의 내부로 전달되는 개구(50)를 포함한다.
상기 파팅 박스(36)는 액체를 서로 이격되고, 대체로 나란하고 동일 평면의 관계로 연장되는 복수의 연장된 일차 트로프들(troughs)(52)로 공급한다. 상기 일차 트로프들(52)은 상기 파팅 박스(36)의 세로 방향의 길이에 대해 90°의 각도와 같은 각도로 이들의 세로 방향의 길이를 따라 연장된다. 상기 일차 트로프들(52)은 각기 위치적인 배치에서 상기 쉘(12)의 단면의 모두 또는 실질적인 일부에 걸쳐 연장되도록 충분한 세로 방향의 길이를 가진다. 인접하는 일차 트로프들(52) 사이의 숫자 및 측부 간격은 상기 물질 전달 장치들의 하지층(underlying layer)(18) 내의 원하는 액체 드립-포인트(drip-point) 밀도를 제공하도록 선택된다.
일 실시예에 있어서, 각 일차 트로프(52)는 대체로 직선의 단면이며, 상기 일차 트로프(52)의 긴 치수를 따라 연장되는 나란하고 이격된 측벽들(54, 56), 상기 일차 트로프들(52)의 짧은 치수나 단부들을 따라 연장되는 평행하고 이격된 측벽들(58, 60), 그리고 상기 측벽들(54, 56, 58, 60)의 하부 에지들에 연결되는 플로어(62)로 구성된다.
예시한 실시예에 있어서, 상기 파팅 박스(36)는 상기 일차 트로프들(52)의 상단 상에 배치되며, 상기 파팅 박스(36) 내의 액체는 상기 파팅 박스(36)의 플로어(46) 내에 위치하는 개구들(63)을 통해 상기 일차 트로프들(52)의 내부로 전달된다. 개구들(도시되지 않음)이 상기 파팅 박스(36)를 나가고 상기 일차 트로프들(52) 내로 하방으로 흐르는 액체의 추가적이거나 선택적인 루트를 제공하도록 상기 파팅 박스의 측벽들(38, 40) 내에 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 파팅 박스(36) 및 상기 일차 트로프들(52)은 상기 파팅 박스(36)의 측벽들(38, 40)로부터 외측으로 연장되는 상기 일차 트로프들(52)과 대체로 동일 평면 관계로 배치될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 개구들이 액체가 상기 파팅 박스(36)로부터 상기 일차 트로프들(52)로 흐르게 되도록 상기 파팅 박스(36)의 측벽들(38, 40) 내에 제공된다.
복수의 액체 배출 홀들(64)이 각 일차 트로프(52)의 보다 긴 측벽들(54, 56)의 하나 또는 모두 내에 상기 플로어(62) 상부의 동일한 높이에 제공된다. 상기 액체 배출 홀들(64)은 원형, 삼각형 또는 수직하게 연장되는 것과 같은 임의의 원하는 형상이 될 수 있다. 상기 액체 배출 홀들(64)의 크기, 숫자 및 간격은 상기 일차 트로프들(52) 내로 상기 액체의 설계된 체적 유량을 수용하도록 선택되므로, 액체가 정상 동작 조건들 동안에 상기 일차 트로프들(52)의 상단을 넘쳐흐르지 않는다. 상기 일차 트로프들(52) 내로의 상기 액체 유량이 상기 액체 배출 홀들(64)의 유출 용량을 초과할 때에 과잉의 액체의 조절된 배출이 상기 일차 트로프들(52) 내부에 축적되게 하도록 오버플로우 홀들(overflow holes)(66) 또는 슬롯들이 상기 액체 배출 홀들(64) 상부의 레벨에서 상기 측벽들(54, 56) 내에 제공될 수 있다.
각 일차 트로프(52)는 상기 측벽(54) 또는 측벽(56) 내의 상기 액체 배출 홀들(64)을 통해 상기 일차 트로프(52)를 떠나는 액체를 수용하도록 배치되는 이차 트로프(68)와 짝지어진다. 상기 일차 트로프(52)의 측벽들(54, 56) 모두가 액체 배출 홀들(64)을 가질 때, 이차 트로프들(68)이 상기 측벽들(54, 56) 모두를 따라 배치되거나, 단일의 이차 트로프(68)가 상기 측벽들(54, 56) 모두 내의 상기 액체 배출 홀들(64)로부터 액체를 수용하도록 배치된다. 각 이차 트로프(68)는 대체로 단면이 직선형이고, 상기 짝지어진 일차 트로프(52)의 경우와 동일하거나 대략적으로 동일한 세로 방향의 길이를 가진다. 상기 이차 트로프들(68)은 각기 상기 이차 트로프들(68)의 긴 치수를 따라 연장되는 이격되고 평행한 측벽들(70, 72), 상기 이차 트로프들의 짧은 치수들이나 단부들을 따라 연장되는 이격되고 나란한 측벽들(74, 76)들, 그리고 상기 측벽들(70, 72, 74, 76)의 하부 에지들에 연결되는 플로어(78)를 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 액체 배출 홀들(64)을 갖는 상기 일차 트로프(52)의 측벽(54 또는 56)에 마주하고 인접하는 상기 이차 트로프(68)의 측벽(70)은 상기 일차 트로프(52)의 측벽(54 또는 56)에 접촉되고 연결된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 이차 트로프(68)의 측벽(70)은 상기 액체 배출 홀들(64)로부터 나가는 액체가 여전히 상기 짝지어진 이차 트로프(68)로 들어가게 하는 거리로 상기 일차 트로프(52)의 측벽(54 또는 56)으로부터 가깝게 이격된다. 상기 이차 트로프의 측벽(70)은 상기 일차 트로프(52)의 측벽(54 또는 56) 내의 상기 액체 배출 홀들(64)과 정렬되는 유입구 홀들(80)을 가진다. 선택적으로는, 상기 측벽(70)의 상단 에지가 상기 일차 트로프(52)의 측벽(54 또는 56) 내의 상기 액체 배출 홀들(64)의 레벨 아래에 배치되므로, 상기 액체 배출 홀들(64)을 통해 상기 일차 트로프(52)를 나가는 액체가 그 개방된 상단을 통해 상기 이차 트로프(68)로 들어간다.
상기 일차 트로프(52)에 인접하는 상기 측벽(70)과 대향하는 각 이차 트로프(52)의 측벽(72)은 복수의 액체 배출 홀들(82)을 가진다. 상기 액체 배출 홀들(82)은 원형, 삼각형 또는 수직하게 연장되는 것과 같은 임의의 원하는 형상이 될 수 있다. 상기 액체 배출 홀들(82)의 크기, 숫자 및 간격은 상기 이차 트로프들(68) 내로의 액체의 설계된 체적 유량을 수용하도록 선택되므로, 액체가 정상 동작 조건들 동안에 상기 이차 트로프들(68)의 상단으로 넘쳐흐르지 않는다. 상기 액체 배출 홀들(82)은 각기 상기 측벽(72) 내의 원하는 통상적으로 같은 높이에 배치된다. 예시한 실시예에 있어서, 상기 액체 배출 홀들(82)은 상기 대향하는 측벽(70) 및 상기 일차 트로프(52)를 향해 미리 정해진 각도로 수직 평면으로부터 구부러지는 측벽(72)의 하부(84) 내에 배치된다. 상기 플로어(78)는 상기 대향하는 측벽(70)으로부터 상기 측벽(72)의 하부(84)를 향하여 하방으로 경사지므로, 상기 플로어(78)는 액체가 상기 액체 배출 홀들(82)을 향하게 한다. 상기 이차 트로프들(68) 내로의 상기 액체 유량이 상기 액체 배출 홀들(82)의 유출 용량을 초과할 때에 과잉의 액체의 조절된 배출이 상기 이차 트로프들(68) 내에 축적되게 하도록 오버플로우 홀들(86)이나 슬롯들이 상기 액체 배출 홀들(82) 상부의 레벨에서 상기 측벽(72) 내에 제공될 수 있다.
복수의 이격된 딤플들(dimples)(88)이 상기 플로어(78) 및 상기 측벽(72)의 하부(84)의 저면들 상에서 하방으로 연장된다. 상기 딤플들(88)은 상기 플로어(78) 및 상기 측벽(72)의 하부(84)의 저면들을 따른 액체의 세로 방향의 흐름을 방해하는 드립 포인트들을 생성하도록 인접하는 액체 배출 홀들(82) 사이에 배치된다. 상기 액체 배출 홀들(82)은 또한 상기 측벽(72)의 외측 표면을 따라 액체가 이동하는 가능성을 감소시키기 위해 상기 액체 배출 홀들(82)을 둘러싸는 경미한 버(burr)를 생성하도록 펀칭에 의해 형성될 수 있다.
스플래시 배플(splash baffle)(90)은 상기 액체 배출 홀들(82)을 통해 상기 이차 트로프(52)를 나가는 상기 액체를 수용하는 위치에서 각 이차 트로프(52)에 인접하여 배치된다. 상기 스플래시 배플(90)은 상기 이차 트로프(52)의 세로 방향의 길이의 모두 또는 실질적으로 모두를 따라 세로 방향으로 연장된다. 일 실시예에 있어서, 상기 스플래시 배플(90)은 상기 측벽(72)을 따라 수직하게 연장되는 평면형 상부 세그먼트(segment)(92), 아래에 놓인 상기 이차 트로프로 기울어지는 평면형 중간 세그먼트(94), 그리고 상기 관련된 일차 트로프(52) 아래로 하방으로 수직하게 연장되고 톱니 모양의 바닥 에지를 갖는 평면형 하부 세그먼트(96)를 구비한다. 상기 이차 트로프(68)의 측벽(72)으로부터 하방으로 연장되는 스페이서 딤플들(98)은 상기 상부 세그먼트(92) 및 상기 측벽(72) 사이에 약간의 간격을 생성하도록 상기 스플래시 배플(90)의 상부 세그먼트(92)와 접촉된다.
상기 스플래시 배플(90)의 상부 세그먼트(92)가 상기 이차 트로프(68) 아래로 미리 정해진 거리로 연장되므로, 상기 스플래시 배플(90)의 중간부(94)가 상기 액체 배출 홀들(82) 아래에 미리 정해진 거리로 이격된다. 상기 중간부(94) 및 상기 액체 배출 홀들(82) 사이의 이러한 간격은 액체가 상기 액체 배출 홀들(82)을 나가도록 유출구 간격을 생성한다. 상기 측벽(72)의 하부(84)가 수직으로부터 구부러지지 않는 실시예들에 있어서, 필수적인 유출구 간격을 제공하기 위해 추가적인 간격이 상기 액체 배출 홀들(82) 및 상기 스플래시 배플(90)의 상부 사이에 제공되어야 한다.
평면형의 수직 배플(100)은 각 일차 트로프(52)의 측벽(56)으로부터 충분한 거리로 하방으로 연장되므로, 상기 일차 트로프(52)의 세로 방향의 길이 아래에 놓인 연장된 액체 배출 유출구(102)를 형성하도록 이의 하부 영역이 상기 스플래시 배플(90)의 하부 세그먼트(96)로부터 수평하게 이격된다. 이차 트로프들(68)이 상기 일차 트로프(52)의 측벽들(54, 56) 모두를 따라 배치되는 실시예들에 있어서, 상기 배플(100)이 사용되지 않으며, 상기 액체 배출 유출구(102)는 서로 거울상들인 상기 두 스플래시 배플들(90)의 하부 세그먼트들(96)에 의해 형성된다.
상기 이차 트로프들(68)이 상기 일차 트로프들(52)과 동일한 평면에 있을 수 있거나, 상기 이차 트로프(68)가 상기 일차 트로프들(52)의 평면으로부터 어느 정도 이동될 수 있으므로, 상기 이차 트로프들(68)의 적어도 일부가 상기 일차 트로프들(52) 아래로 연장된다. 상기 이차 트로프(68)의 내부 체적은 일 실시예에서 상기 일차 트로프들(52)의 경우보다 작다. 상기 일차 트로프들(52)의 측벽들(54 및/또는 56) 내의 상기 액체 배출 홀들(64)의 전체 액체 유출 용량은 상기 이차 트로프들(68)의 측벽들(72) 내의 상기 액체 배출 홀들(82)의 경우와 동일하거나, 크거나 혹은 작을 수 있다. 그러나, 통상적으로, 상기 이차 트로프들(68)의 측벽들(72) 내의 상기 액체 배출 홀들(82)의 숫자가 상기 일차 트로프들(52)의 측벽들(54 및/또는 56) 내의 액체 배출 홀들(64)의 숫자보다 크므로, 상기 이차 트로프들(68)이 상기 스플래시 배플들(90) 상의 상기 액체의 측방 분산을 증가시키도록 유량 멀티플라이어들(flow multipliers)로 기능한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 두 개의 빔들(beams)(108)이 상기 파팅 박스(36)의 대향하는 측부들 상에서 균등하게 이격되고, 상기 일차 트로프들(52)의 상단 에지들에 용접되거나 그렇지 않으면 고정된다. 상기 빔들(108)은 상기 일차 트로프들(52)을 지지하고 정렬시킨다. 지지 클립들(support clips)(110)은 상기 빔들(108)의 단부들에 배치되며, 상기 파팅 박스(36)는 지지 링(도시되지 않음) 또는 상기 칼럼(10)의 쉘(12)에 부착되는 다른 구조물에 고정될 수 있다. 상기 물질 전달 장치들의 하지층(18) 상에 배치되는 그리드 지지체들과 같은 상기 액체 분배 장치(16)를 지지하는 다른 방법들이 상기 지지 클립들(110)을 대체하거나 추가적으로 사용될 수 있다. 상기 빔들(108) 및 지지 클립들(110)은 상기 액체 분배 장치(16)의 예시를 단순화하도록 도 1에 도시되지 않는다.
도 5를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 파팅 박스(36)(도 5에 도시되지 않음)에 의해 상기 일차 트로프들(52)의 하나로 전달되었던 액체는 상기 일차 트로프(52) 내부에 축적된다. 축적된 액체의 레벨이 상기 측벽(54) 내의 액체 배출 홀들(64)의 높이에 도달하거나 초과할 때, 상기 액체는 상기 액체 배출 홀들(64)을 통하고 상기 유입구 홀들(80)을 통하여 상기 이차 트로프(68) 내로 배출된다. 상기 액체는 화살표 104로 나타낸 개개의 일차 상기 액체 스트림들로서 배출된다. 상기 개개의 일차 상기 액체 스트림들(104)로부터의 액체는 상기 이차 트로프들(68) 내에 축적되고, 상기 플로어(78)에 의해 상기 측벽(72)의 하부(84) 내의 상기 액체 배출 개구들(82)로 안내된다. 상기 액체는 이후에 화살표 106으로 나타낸 상기 개개의 이차 액체 스트림들로서 상기 액체 배출 개구들(82)을 통해 상기 이차 트로프들(68)로부터 배출된다. 상기 이차 트로프들(68)로부터의 임의의 오버플로우는 상기 오버플로우 홀들이나 슬롯들(86)을 통해 나가며 상기 측벽(72) 및 상기 스플래시 배플(90)의 상부 세그먼트(92) 사이의 간격 내로 하강한다.
상기 개개의 이차 액체 스트림들(106)은 상기 스플래시 배플(90)에 대해 안내되고, 이후에 상기 스플래시 배플(90)의 표면을 따라 하강하고 측방으로 분산된다. 일 실시예에 있어서, 상기 스플래시 배플(90)의 표면은 상기 액체의 측방 분산을 용이하게 하도록 표면 텍스처링(surface texturing)으로 처리된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 표면 텍스처링은 보다 쉽게 작업되고 이후에 상기 스플래시 배플(90)의 표면상으로 라미네이트되는 물질의 얇은 층상에 제공된다. 상기 액체가 상기 하부 배출 유출구(102)에 도달하면, 이는 상기 물질 전달 장치들의 하지층(18)(도 5에 도시되지 않음) 내로 떨어지거나 흐르는 액체의 연속적인 커튼을 형성한다.
상기 이차 트로프들(68)의 사용은 더 이격되는 보다 큰 액체 배출 홀들(64)이 상기 액체 분배 장치(16)가 낮은 액체 유동 조건들을 위해 설계된 경우의 응용들에서도 상기 일차 트로프들(52)의 측벽들(54 및/또는 56) 내에 제공되게 하는 점을 알 수 있다. 상기 보다 큰 액체 배출 홀들(64)은 이들이 조각들이나 규모로 인해 덜 막히게 되는 점에서 유리하다. 상기 이차 트로프들(68)은 그렇지 않으면 상기 일차 배플들(52)로부터 상기 스플래시 배플들(90) 상으로 상기 액체를 직접 흐르게 하는 원인이 될 수 있는 상기 스플래시 배플들(90) 상의 액체의 보다 큰 측방 분산을 야기하는 데 기여한다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 액체 분배 장치의 다른 실시예가 도시되며, 대체로 참조 부호 216으로 나타낸다. 액체 분배 장치(216)는 앞서 기술한 상기 액체 분배 장치(16)와 많은 동일한 구성 요소들을 가지며, 접두 부호 "2"가 추가된 동일한 참조 부호들인 동일한 구성 요소들을 나타내는 데 사용된다. 상기 액체 분배 장치는 전술한 파팅 박스(36)와 동일한 방식으로 구성되는 파팅 박스(236) 그리고 일차 트로프들(52)과 동일한 일차 트로프들(252)을 구비한다. 상기 액체 분배 장치(216)는 이들이 상기 일차 트로프들(252)에 대해 직교하여 연장되고, 제1 실시예의 이차 트로프들(68)의 경우와 같이 액체가 상기 이차 트로프들(268)의 측벽(270) 내의 유입구 홀들을 통해 상기 이차 트로프들(268) 내로 공급되지 않는 점을 제외하면, 이차 트로프들(68)과 대체로 동일한 구성들인 이차 트로프들(268)을 더 구비한다.
대신에, 일 실시예에서, 액체는 상기 일차 트로프(252)의 측벽(254 또는 256)에 인접하는 상기 이차 트로프(268)의 개방된 단부를 통해 상기 이차 트로프들(268) 내로 공급된다. 상기 일차 트로프(252)의 측벽들(254, 256) 내의 액체 배출 홀들(264)은 상기 액체가 개개의 일차 액체 스트림들로서 상기 일차 트로프들(252)을 나가고, 관련된 이차 트로프들(268)로 들어가게 한다. 예시한 실시예에 있어서, 컷아웃(cutout)(269)이 상기 일차 트로프(252)를 수용하도록 각 이차 트로프(268)의 측벽들(70, 72) 내에 제공되므로, 액체가 각 일차 트로프(252)의 플로어(262) 내의 홀들(도시되지 않음)을 통해 상기 이차 트로프들(268) 내로 추가적으로 들어갈 수 있다. 상기 액체는 이후에 상기 이차 트로프들(268)을 나가며, 물질 전달 장치들의 하지층(도시되지 않음) 내로 액체의 연속적인 커튼으로 전달되게 상술한 바와 같은 동일한 방식으로 스플래시 배플들(290)에 부딪히고 아래로 흐른다. 두 스플래시 배플들(290)이 액체가 양 측벽들(270, 272)로부터 배출될 때에 각 이차 트로프(268)에 대해 제공된다. 액체가 상기 측벽들(270 또는 272)의 하나를 통해서만 배출될 때, 단일의 스플래시 배플(290)이 상술한 액체 분배 장치(16)에 사용되는 상기 배플(100)과 같은 평면형 배플과 결합되어 사용된다.
상기 이차 트로프들이 상기 액체 분배 장치(216) 내의 상기 일차 트로프들(252)에 수직하거나 다른 각도로 연장되기 때문에, 상기 이차 트로프들(268)의 숫자는 상기 일차 트로프들(252)의 숫자와 독립적으로 선택될 수 있다. 상기 액체 분배 장치(16, 216)의 양 실시예들에 있어서, 별도의 이차 트로프들(68, 268)이 상기 관련된 일차 트로프들(52, 252) 내의 각각의 액체 배출 홀들(64, 264)과 연관될 수 있다.
상술한 바로부터, 본 발명이 상기 구조물에 고유한 다른 이점들과 함께 여기에 앞서 설시된 모든 목적들과 목표들을 이루도록 잘 적용된 것임을 알 수 있을 것이다.
특정 특징들과 하위 결합들이 활용될 수 있으며 다른 특징들 및 하위 결합들을 참조하지 않고 채용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이러한 점은 본 발명의 범주에 의해 고려되며, 본 발명의 범주 내에 있다.
많은 가능한 실시예들이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 본 발명을 구성할 수 있으므로, 여기에 설시되거나 첨부된 도시되는 모든 요소들은 예시적이고 제한적이지 않은 의미로 해석되는 점이 이해될 것이다.

Claims (19)

  1. 액체 스트림을 수용하고 분배하기 위한 액체 분배 장치(liquid distributor)에 있어서,
    나란하고 대체로 평행한 관계로 배치되는 복수의 연장된 일차 트로프들(troughs)을 포함하고, 각각의 상기 일차 트로프들은 각 일차 트로프 내에 상기 액체 스트림의 일부를 수용하고 축적되게 하기 위하여 플로어(floor)에 의해 서로 연결되는 이격된 측벽들을 가지며;
    각 일차 트로프 내에 축적되었던 상기 액체 스트림의 일부가 개개의 일차 배출 스트림들로 관련된 트로프로부터 배출될 수 있는, 각각의 상기 일차 트로프들의 상기 측벽들의 적어도 하나 내에 복수의 액체 배출 홀들을 포함하고;
    각 이차 트로프 내에 상기 일차 배출 스트림들의 일부를 수용하고 축적되기 하기 위하여 플로어에 의해 서로 연결되는 이격된 측벽들을 가지는 복수의 이차 트로프들을 포함하며, 각 이차 트로프는 상기 일차 트로프들의 하나로부터 상기 개개의 일차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하는 위치에 상기 일차 트로프들의 하나에 인접하여 배치되고;
    각 이차 트로프 내에 축적되었던 상기 개개의 일차 배출 스트림들의 일부가 개개의 이차 배출 스트림들로 관련된 이차 트로프로부터 배출될 수 있는, 각각의 상기 이차 트로프들의 상기 측벽들의 적어도 하나 내에 복수의 액체 배출 홀들을 포함하며;
    상기 개개의 이차 배출 스트림들의 적어도 일부를 수용하며, 상기 개개의 이차 배출 흐름이 스플래시 배플들(splash baffles)을 따라 하강하고 이의 하부 에지들로부터 떨어지면서 그 측방 분산을 야기하도록, 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 상기 복수의 액체 배출 홀들의 적어도 일부로부터 미리 정해진 거리로 이격되는 상기 스플래시 배플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 이차 트로프들은 상기 일차 트로프들의 하나와 평행하게 연장되고, 연결되거나 가깝게 이격되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 이차 트로프들은 상기 일차 트로프들의 하나에 대해 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 이차 트로프들은 상기 일차 트로프들의 하나에 대해 직교하여 연장되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스플래시 배플들은 상기 개개의 이차 배출 스트림들의 측방 분산을 용이하게 하도록 표면 텍스처링(surface texturing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 스플래시 배플들은 지지 시트 및 상기 지지 시트에 연결되는 텍스처화된 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 트로프들의 플로어들의 저면은 상기 저면을 따른 상기 액체의 흐름을 억제하는 구조들을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 구조들은 딤플들(dimples)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 일차 트로프들의 측벽들에 인접하는 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 유입구 홀들을 포함하며, 상기 유입구 홀들은 상기 일차 트로프들의 측벽들 내의 상기 액체 배출 홀들과 정렬되는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 배출 홀들을 갖는 상기 이차 트로프들의 측벽들은 각기 상기 관련된 일차 트로프를 향해 경사지는 하부 패널을 포함하며, 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 상기 액체 배출 홀들은 상기 하부 패널 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 트로프들의 측벽들 및 상기 스플래시 배플들 사이에 배치되는 스페이서 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서 요소들은 상기 이차 트로프들의 측벽들 내에 형성되는 딤플들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분배 장치.
  13. 나란하고 대체로 평행한 관계로 배치되는 복수의 연장된 일차 트로프들 및 각각의 이차 트로프들이 상기 일차 트로프들의 하나에 인접하여 배치되는 복수의 이차 트로프들을 구비하는 액체 분배 장치를 이용하여 물질 전달 칼럼 내에 배치되는 물질 전달 장치들의 층에 액체를 분배하는 방법에 있어서,
    상기 액체 분배 장치의 상기 일차 트로프들 내에 액체 스트림을 수용하고, 상기 액체 스트림을 상기 일차 트로프들 내에 축적시키는 단계;
    상기 액체 스트림을 각 일차 트로프들의 적어도 하나의 측벽 내에 제공되는 액체 배출 홀들을 통해 상기 일차 트로프들로부터 배출시키는 단계;
    상기 이차 트로프들 내에 상기 일차 트로프들로부터 상기 액체 스트림을 수용하고, 상기 액체 스트림을 상기 이차 트로프들 내에 축적시키는 단계;
    상기 액체 스트림을 각 이차 트로프의 적어도 하나의 측벽 내에 제공되는 액체 배출 홀들을 통해 상기 이차 트로프들로부터 배출시키는 단계;
    상기 이차 트로프들로부터 배출되는 상기 액체 스트림을 상기 이차 트로프들의 하나의 측벽 내에 제공되는 상기 액체 배출 홀들로부터 미리 정해진 거리로 이격된 스플래시 배플들 상에 수용하는 단계;
    상기 스플래시 배플들 상에 수용된 상기 액체 스트림을 상기 스플래시 배플들 상에서 하강하면서 측방으로 분산시키기는 단계; 및
    상기 액체 스트림을 상기 스플래시 배플들의 하부 에지들에서 상기 물질 전달 장치들의 하지층 내로 떨어뜨리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 액체 스트림을 상기 일차 트로프들의 상단 상에 배치되는 파팅 박스(parting box) 내에 수용하고, 상기 액체 스트림을 상기 파팅 박스로부터 상기 일차 트로프들 내로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 액체 스트림은 상기 일차 트로프들로부터 복수의 개개의 일차 배출 스트림들로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 액체 스트림은 상기 이차 트로프들로부터 개개의 이차 배출 스트림들로 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 개개의 일차 배출 스트림들은 액체 배출 홀들을 갖는 상기 이차 트로프들의 측벽들의 적어도 하나에 대향하는 상기 이차 트로프들의 측벽들 내의 유입구 홀들을 통해 상기 이차 트로프들로 들어가는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 개개의 일차 배출 스트림들은 상기 이차 트로프들의 개방된 상단을 통해 상기 이차 트로프들로 들어가는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 액체 스트림을 상기 이차 트로프들로부터 각 이차 트로프의 측벽들의 둘 내에 제공되는 액체 배출 홀들을 통해 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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