KR20170098261A - 증기-액체 접촉 트레이의 개구의 레이아웃 - Google Patents
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Abstract
증기-액체 접촉 트레이 장치는 트레이를 통한 유체의 통과를 위한 복수의 개구를 갖는 트레이를 포함한다. 개구들은 트레이의 주 액체 유동 경로에 실질적으로 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치된다. 중간 열의 개구들은 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성하도록 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 오프셋되어 있다. 개구들은 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 개구들의 열에 대해 실질적으로 평행하게 배향되고, 각각의 폭은 개구들의 열에 대해 실질적으로 수직으로 배향된다. 각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 평균 길이의 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되어 있다. 인접한 열들은 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 평균 폭의 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리되어 있다.
Description
본 발명은 증기-액체 접촉 트레이의 개구의 레이아웃에 관한 것이다.
증류 컬럼, 흡수 컬럼, 및 스트리핑 컬럼과 같은 물질 전달 컬럼은 증기-액체 접촉의 목적을 위해 다양한 유형의 트레이를 구비한다. 이들 컬럼은 다성분 공급 흐름(들)의 분리용으로 본 기술분야에 주지되어 있으며, 본 명세서에서 특별히 제한되지 않는다. 이러한 컬럼 및 트레이의 예는 미국 특허 번호 4,750,975, 5,120,474, 5,453,222, 및 8,066,264에 기재되어 있으며, 이들은 원용에 의해 본원에 포함된다.
전형적으로, 물질 전달 컬럼은 컬럼의 높이에 걸쳐 이격된 구성으로 수평으로 지지되는 복수의 트레이를 갖는다. 전형적 트레이는 데크(deck)를 가지며, 이 데크 상에서 액체는 입구 강하관(inlet downcomer) 섹션으로부터 출구 강하관으로 통과한다. 전형적 트레이 데크는 상승하는 증기가 통과할 수 있는 개구를 가지며, 그 위에서 및/또는 그 주위에서 액체가 유동하여 횡류로 이 액체를 통해 증기를 버블링시키거나 아니면 증기를 강제 통과시킨다.
증류 컬럼 및 이것에 관련된 트레이의 설계는 전체 재료 처리능력(예를 들면, 용량) 및 트레이/컬럼 분리 효율의 균형이다. 따라서, 본 발명의 목적은 효율을 희생시키기 않고, 또는 대안적으로는 효율을 향상시켜 트레이 및 컬럼 용량을 향상시키는 것이다.
트레이를 위한 개구의 선택 및 레이아웃은 부분적으로 위에서 약술한 원리에 의해 안내된다. 그러나, 인접한 개구들 사이의 증기 및/또는 액체의 상호작용 및 효율 및 용량에 미치는 영향은 완전히 이해되어 있지 않다. 실제로 원용에 의해 본원에 완전히 포함되는 미국 특허 5,468,425 및 5,975,504는 증기-액체 접촉 트레이의 최적의 성능을 위한 개구의 레이아웃 및 "요구되는" 개구 간격을 설명하고 있다. 이들 특허는 트레이 상의 수개의 열(row)의 개구의 전체에 걸친 삼각형 패턴의 개구를 보여주고, 열 내의 개구들 사이의 요구되는 간격 및 열들 사이의 간격을 설명하고 있다. 그러나, 이들 특허는 트레이 상의 인접한 개구들 사이의 상호작용의 정확한 이해를 제공하지 못하며, 따라서 개구들 사이의 "요구되는" 간격은 최적의 트레이 성능(예를 들면, 용량 및/또는 효율)을 제공하지 않는다. 따라서 이러한 상호작용의 더 깊은 이해를 얻는 것과 트레이 성능을 향상시키는 개구의 레이아웃 및 간격을 제공하는 것이 강력하게 요구된다.
또한 트레이는 하측의 트레이 지지체에 의해 컬럼 내에서 지지된다. 하측의 트레이 지지체는 트레이 내의 개구와 상호작용하여 증기/액체의 상호작용이 감소되는 트레이 상의 비활용 공간 영역을 제공할 수 있다. 따라서, 트레이 상의 이러한 비활용 공간을 더 잘 이해하고, 트레이 성능을 향상시키기 위해 증기/액체의 상호작용을 증가시키는 방법을 제공하는 것이 강력하게 요구된다.
제 1 양태에서, 본 발명은 트레이를 통한 유체의 통과를 위한 복수의 개구를 갖는 트레이를 포함하는 증기-액체 접촉 트레이 장치를 제공하고,
상기 개구들은 상기 트레이의 주 액체 유동 경로에 실질적으로 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치되고,
중간 열의 개구들은 상기 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성하도록 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 상기 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 오프셋되어 있고,
상기 개구들은 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 상기 개구들의 열을 따라 배향되고, 각각의 폭은 상기 개구들의 열에 대해 실질적으로 수직으로 배향되고,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 상기 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 상기 평균 길이의 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되고,
인접한 열들은 상기 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 상기 평균 폭의 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리된다.
제 2 양태에서, 본 발명은 분리 컬럼에서 사용하기 위한 다른 증기-액체 접촉 트레이 장치를 제공한다. 본 장치는 트레이 및 트레이 지지체를 포함하고,
상기 트레이 지지체는 링, 부분 링, 브래킷, 또는 상기 트레이의 원주 영역의 하측에서 이를 지지하는 플랜지, 상기 트레이의 코달(chordal) 영역의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔, 및 상기 트레이의 인접한 트레이 패널 또는 패널들의 일부를 지지하는 크로스빔을 형성하는 트레이 패널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하고,
복수의 지지체-영역-폭기 개구가 상기 트레이 지지체에 횡방향으로 인접한 상기 트레이에 형성되고,
복수의 지지체-영역-폭기 개구 중 하나 이상은 커버에 의해 적어도 부분적으로 차폐되고, 상기 커버는, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 50%를 초과하는 증기가 트레이를 횡방향으로 가로질러 하측의 트레이 지지체 상측으로 안내되도록, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기와 상호작용하도록 위치된다.
본 발명의 제 3 양태에서, 본 발명은 분리 컬럼에서 사용하기 위한 다른 증기-액체 접촉 트레이 장치를 제공한다. 본 장치는 본 발명의 제 1 양태 및 제 2 양태의 모든 요소를 포함한다.
제 4 양태에서, 본 발명은 본 발명의 위에서 개설된 임의의 양태에서 개설된 하나 이상의 증기-액체 접촉 트레이를 포함하는 분리 컬럼을 제공한다.
제 5 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 공급 흐름으로부터 상부 흐름 및 저부 흐름을 생성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계를 포함한다.
(i) 본 발명의 제 4 양태에 따라 물질 전달 컬럼에 하나 이상의 공급 흐름을 도입하는 단계, 및
(ii) 상부 흐름 및 저부 흐름을 생성하는데 충분한 작동 조건 하에서 물질 전달 컬럼을 처리하는 단계를 포함하고,
이로 인해 하나 이상의 공급 흐름으로부터 상부 흐름과 저부 흐름을 생성한다.
도 1은 본 발명에 따른 트레이 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 트레이 장치의 평면도이다.
도 3은 사다리꼴 밸브의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 실시례 섹션으로부터의 그래프 결과를 도시한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 트레이 장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 트레이 장치의 평면도이다.
도 3은 사다리꼴 밸브의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 실시례 섹션으로부터의 그래프 결과를 도시한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 트레이 장치의 측단면도이다.
본 명세서는 부분적으로 본 발명자들의 트레이의 성능을 향상(예를 들면, 효율을 유지 또는 증가시킴과 동시에 용량을 증가시킴)시키는 분리 트레이의 개구의 레이아웃 및 구성의 제 1 발견에 기초한다. 본 명세서는 또한 부분적으로 트레이의 성능을 또한 향상시키는 본 발명자들의 하측의 트레이 지지체의 바로 위에 위치되는 트레이의 일부의 폭기를 제공하는 분리 트레이의 개구의 레이아웃 및 구성의 제 2 발견에 기초한다. 본 발명자들의 제 1 발견 및 제 2 발견은 트레이 성능을 향상시키기 위해 개별적으로 사용될 수 있으나, 제 1 발견 및 제 2 발견의 모두의 조합을 사용하면 누적된 이득을 가질 수 있다.
I. 개구의 레이아웃:
본 발명자들의 제 1 발견은 인접한 개구 및 밸브로부터 배출되는 횡방향 증기흐름이 서로 충돌하여 트레이 용량을 제한하는 높은 모멘텀 영역을 생성할 수 있다는 것이다. 본 발명자들은 본 발명의 트레이의 개구 및 밸브 구성이 이러한 충돌 효과를 최소화 및/또는 제거한다는 것을 우연히 발견하였다. 특히, 본 발명자들은 트레이의 분리 효율을 유지하거나 향상시킴과 동시에 트레이 용량을 증가시키는 물질 전달 컬럼 트레이의 개구의 레이아웃을 발견하였다. 바람직한 실시형태에서, 개구들 사이의 간격은 개구의 평균 크기의 함수이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 개구들 사이의 간격은 개구의 유형의 함수이다. 본 발명의 하나 이상의 트레이를 수용하는 물질 전달 컬럼은 본 발명의 트레이를 채용하지 않은 유사한 크기 및 유사한 설계의 컬럼에 비해 더 높은 용량 및 동일하거나 더 큰 분리 효율을 달성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 증기-액체 접촉 트레이 장치(100)는 트레이(101)를 통한 유체의 통과를 위한 복수의 개구(103)를 갖는 트레이(101)를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 이 트레이(101)는 트레이(101)(예를 들면, 트레이 데크)를 형성하도록 서로 고정될 수 있는 별도의 패널(미도시)을 포함한다.
개구(103)는 트레이(101)의 주 액체 유동 경로(113)에 실질적으로 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 개구들의 열(107, 109, 111) 내에 배치된다. 주 액체 유동 경로(113)는 트레이(101)의 입구 강하관 섹션(114)과 출구 강하관 섹션(116) 사이에 연장된다. 실제로, 액체, 증기, 이들의 관련되는 전체 속도 및/또는 국부적 속도, 및/또는 트레이(101)의 특징의 상호작용에 의해 유발되는 트레이(101) 상의 미세한 또는 국부적인 액체 유동 경로가 존재할 수 있으나, "주 액체 유동 경로(113)"는 입구 강하관 섹션(들)(114)과 출구 강하관 섹션(들)(116) 사이의 트레이 상의 액체 유동의 전체 방향이다. 특정의 실시형태에서, 트레이는 2 개 이상의 2 개 이상의 입구 강하관 섹션(114) 및/또는 2 개 이상의 출구 강하관 섹션(116)을 가질 수 있다. 이들 실시형태에서, 트레이는 2 개 이상의 주 액체 유동 경로(113)를 가질 수 있고, 이들 각각은 각각의 입구 강하관 섹션(114)과 각각의 출구 강하관 섹션(116) 사이에서 연장된다.
위에서 언급된 바와 같이, 트레이 개구(103)는 트레이(101)의 주 액체 유동 경로(113)에 실질적으로 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 개구들의 열(107, 109, 111) 내에 배치된다. 본 명세서에서 용어 "실질적으로 평행한"은 각각의 열 또는 열들의 개구(103)가 트레이의 주 액체 유동 경로(113)에 대해 약 -15° 내지 +15°로 위치되는 것을 의미하는 것으로 이해되고, 예를 들면, 각각의 열 또는 열들의 개구(103)는 트레이의 주 액체 유동 경로(113)에 대해 약 -10° 내지 +10°(예를 들면, 약 -5° 내지 +5°, 약 -2° 내지 +2°, 또는 평행(예를 들면, 약 0°))로 위치된다.
중간 열(109)의 개구(103)는 트레이(101) 상의 주 액체 유동 경로(113)를 따라 다른 2 개의 인접한 열(107, 111)의 인접한 개구들(103)로부터 오프셋되어 3 개의 인접한 열(107, 109, 111)의 전체에 걸쳐 인접한 개구(103)들의 삼각형 패턴을 형성한다.
도 2(예를 들면, 트레이 상의 개구의 레이아웃의 확대도)를 참조하면, 개구(203)는 길이(217) 및 폭(219)을 갖는다. 각각의 길이(217)는 트레이(101) 상의 주 액체 유동 경로(113)에 실질적으로 평행한 열(207, 209, 211)과 실질적으로 평행하게 (예를 들면, 열 상에 또는 이 열을 따라) 배향된다. 각각의 폭(219)은 열(207, 209, 211)에 실질적으로 수직(예를 들면, 트레이(101) 상의 주 액체 유동 경로(113)에 대해 실질적으로 수직)으로 배향된다. 상기와 유사하게, 용어 "실질적으로"는 본원의 전반에 걸쳐 있으며, 본 명세서에서 기준 방향(예를 들면, 평행하거나 수직)에 대해 약 -15° 내지 +15°, 약 -10° 내지 +10°, 약 -5° 내지 +5°, 더 바람직하게는 약 -2° 내지 +2°, 또는 약 0°를 의미하는 것으로 이해된다.
각 열(207, 209, 211) 내의 인접한 개구(203)들의 중심들은 그 열(207, 209, 211) 내의 개구(203)들의 평균 길이(217)와 동일하거나 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격(221) 만큼 분리되어 있다. 더 바람직한 실시형태에서, 각 열(207, 209, 211) 내의 인접한 개구(203)들의 중심들은 그 열(207, 209, 211) 내의 개구(203)들의 평균 길이(217)와 동일하거나 2.9 내지 3.9 배, 예를 들면, 3.5 내지 3.7(예를 들면, 3.6) 배인 제 1 간격(221) 만큼 분리되어 있다.
인접한 열(207, 209, 211)들의 중심선(223)들은 인접한 열(207, 209, 211)들의 개구(203)들의 평균 폭(219)과 동일하거나 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격(225) 만큼 분리되어 있다. 더 바람직한 실시형태에서, 인접한 열(207, 209, 211)들의 중심선(223)들은 인접한 열(207, 209, 211)들의 개구(203)들의 평균 폭(219)과 동일하거나 1.7 내지 2.2 배, 예를 들면, 1.9 내지 2.1(예를 들면, 2.0) 배인 제 2 간격(225) 만큼 분리되어 있다.
바람직한 실시형태에서, 각 열(207, 209, 211) 내의 인접한 개구(203)들의 중심들은 76 mm를 초과하는, 예를 들면, 약 95 내지 130 mm인 제 1 간격(221) 만큼 분리되어 있다. 또한, 이러한 바람직한 실시형태에서, 인접한 열(207, 209, 211)들의 중심선(223)들은 40 mm 이하, 예를 들면, 30 내지 38 mm인 제 2 간격(225) 만큼 분리되어 있다. 이러한 바람직한 실시형태에서, 개구의 평균 길이는 바람직하게는 약 17 mm 내지 52 mm(예를 들면, 약 30 내지 48 mm, 더 바람직하게는 40 내지 47 mm)이고, 및/또는 개구의 평균 폭은 바람직하게는 약 10 mm 내지 26 mm(예를 들면, 약 10 내지 20 mm)이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 트레이의 주 액체 유동 경로(213)를 따라 인접한 열(207, 209, 211)들 사이에서 개구(203)들의 중첩이 존재하지 않는다. 다시 말하면, 주 액체 유동 경로(213)에 대해 수직으로 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내의 임의의 2 개의 인접한 열을 통해 그려진 임의의 선은 2 개의 인접한 열의 최대 1 개의 개구(203)와 교차한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열에 더하여 다른 복수의 개구가 트레이(도 1에 도시됨)의 주 액체 유동 경로에 평행하게 연장되는 하나 이상의 추가의 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치된다. 예를 들면, 트레이는 이 트레이 상의 주 액체 유동 경로(113, 213)에 평행하게 연장되는 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 또는 그 이상의 개수의 열의 개구를 가질 수 있다. 3 개의 인접한 열의 그룹은 그룹들 사이에 공통의 열을 포함할 수 있다. 예를 들면, 4 개의 열의 개구를 구비하는 트레이는 2 개의 그룹의 3 개의 인접한 열(예를 들면, 1 열, 2 열 및 3 열 및/또는 2 열, 3 열 및 4열)을 갖는 것으로 간주될 수 있다.
트레이가 하나 이상의 추가의 그룹의 3 개의 인접한 열의 개구를 갖는 경우, 이 그룹은 제 1 그룹과 유사하거나 동일한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 하나 이상의 추가의 그룹의 중간 열의 개구는 이 그룹의 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 오프셋되어 하나 이상의 추가의 그룹 내의 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 하나 이상의 추가의 그룹 내의 개구들은 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 그 열을 따라 배향되고, 각각의 폭은 그 열에 수직으로 배향된다. 하나 이상의 추가의 그룹 내의 각 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 그 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되고, 하나 이상의 추가의 그룹 내의 인접한 열들은 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리되는 것이 또한 바람직하다.
트레이 내의 개구는 이 트레이를 통해 상방으로 이 트레이의 주 액체 유동 경로를 따라 이동되는 액체를 통과하는 증기를 위한 유동 경로를 제공한다. 트레이의 개구의 크기 및 형상은 특별히 제한되지 않는다.
특정의 실시형태에서, 개구의 길이는 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 또는 이 것에 실질적으로 평행하게 위치되는 한편 폭은 주 액체 유동 경로를 따라 또는 이 것에 실질적으로 수직으로 위치된다. 개구들의 평균 길이는 바람직하게는 약 10 mm 내지 70 mm(예를 들면, 약 17 mm 내지 52 mm, 약 30 내지 48 mm, 더 바람직하게는 40 내지 47 mm, 예를 들면 45 mm)이다. 이러한 실시형태에서. 개구들의 평균 폭은 바람직하게는 약 5 mm 내지 40 mm(예를 들면, 약 10 mm 내지 26 mm, 약 10 내지 20 mm, 예를 들면 19 mm)이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 개구는 원형, 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 오각형, 및 육각형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 형상을 갖는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 또는 모든 개구는 사다리꼴이고, 이것의 평행한 변들이 트레이의 주 액체 유동 경로에 실질적으로 수직이 되도록 위치된다(예를 들면, 더 긴 평행한 변이 주 액체 유동 경로를 따라 더 짧은 평행한 변의 상류에 위치됨). 사다리꼴 개구는 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 상류의 긴 폭 및 하류의 짧은 폭을 가지므로 사다리꼴 개구의 평균 폭은 트레이 상의 개구의 레이아웃을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 또는 모든 개구는 직사각형이고, 더 긴 평행한 변들이 주 액체 유동 경로에 대해 실질적으로 평행하도록, 한편 더 짧은 평행한 변들이 주 액체 유동 경로에 실질적으로 수직이 되도록 위치된다. 개구의 크기 및 형상은 또한 바람직하게는 트레이 데크를 통한 액체 유동(예를 들면, 트레이의 주 액체 유동 경로로부터 트레이를 통해 컬럼/타워의 하부 위치로의 액체의 유출)을 제어 및/또는 최소화하도록 선택될 수 있다.
개구는 이 개구를 적어도 부분적으로 차폐하는 커버와 관련될 수 있다. 개구 커버가 존재하는 경우, 이것은 바람직하게는 유출, 증기 유량, 증기 방향, 액체 유량 및 방향, 및/또는 증기 도입/분산 또는 트레이의 주 액체 유동 경로를 따라 이동되는 액체와의 접촉을 제어하도록 선택된다.
개구 커버는 본 기술분야에 주지되어 있고, 본 명세서에서 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 개구(예를 들면, 트레이의 모든 개구)를 적어도 부분적으로 차폐하는 개구 커버 또는 커버들이 제공된다. 개구 및 (만일 존재한다면) 이들의 관련 커버는 본 기술분야에서 "밸브"로서 공지되어 있고, 이 커버는 개구의 형성 후에 개구 내에 삽입 및/또는 결합될 수 있고, 또는 대안으로서 개구의 형성 시에 트레이 데크로부터 (예를 들면, 펀칭 및/또는 굴곡가공에 의해) 형성될 수 있다. 이러한 밸브는 그 커버가 트레이 데크에 대해 고정된 상태로 유지되는 고정형 밸브이거나, 그 커버가 증기 유량 및 액체 수준에 따라 트레이 데크에 대해 가변적으로 개방 및 폐쇄되는 플로팅(floating) 밸브일 수 있다.
밸브의 비제한적 실시례가 미국 특허 번호 7,540,476, 7,708,258, 8,066,264 및 8,720,870에 기술되어 있고, 이것은 모든 목적을 위해 원용에 의해 본원에 포함된다. 바람직한 일 실시형태에서, 트레이는 이들 특허에 기술된 하나 이상의 밸브를 포함한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 트레이는 VG-O MINIVALVETM(Koch-Glitsch), PROVALVETM(Koch-Glitsch), 표준 원형 밸브, 아크 밸브, 및 버블 캡으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 밸브를 포함한다.
하나 이상의 고정형 밸브가 제공되는 경우, 이것은 바람직하게는 사다리꼴 밸브이고, 트레이 데크로부터 펀칭되고, 그 길이는 액체 유동에 평행하게 배향된다. 사다리꼴 밸브는 다른 유형의 밸브 또는 차폐되지 않은 개구(예를 들면, 체(sieve) 트레이)에 비해 독특한 장점을 제공한다. 특히, 이것은 더 낮은 기포 높이, 측면 증기 방출에 기인된 더 적은 혼입, 증가된 용량, 향상된 턴다운(turndown), 향상된 증기-액체 접촉을 통한 넓은 작동 범위에 걸친 고효율, 트레이 데크의 증가된 강성에 의한 우수한 기계적 강도, 움직이지 않는 부품 및 따라서 비마모, 및 탁월한 내오염성을 가능하게 한다. 일부의 사다리꼴 밸브는 도 3에 도시되어 있다.
하나 이상의 플로팅 밸브가 제공된 경우, 이것은 유압 용량, 분리 효율, 및 분별 트레이의 작동 범위를 최대화하는 가동 밸브 또는 플로팅 밸브를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 밸브의 주된 특징은 배출된 증기의 분사 모멘텀을 감소시키고, 동반 증기-액체의 혼입을 최소화하고, 트레이 데크 상에서 증기와 액체의 균일한 혼합을 촉진하고, 트레이 데크 상에서 증기와 액체의 접촉 면적을 최대화하도록 우산 형상 또는 오목한 형상의 커버를 포함하는 것이다. 2 개의 넓은 레그(leg)는 이러한 유형의 밸브를 트레이 데크에 이동가능하게 고정하고, 견고성을 최대화하고, 회전, 마모 및 트레이 데크로부터 밸브가 튀어나오지 않도록 방지하고, 연속운전 시간을 최대화하고, 유지관리비를 최소화하는 역할을 한다. 트레이 데크에 달라붙지 않게 하고, 오염 방지를 최대화하기 위해 4 개의 스페이서가 추가로 포함된다. 유연성 및 작동 범위를 최대화하기 위해 2 가지 두께 및 리프트(lift)가 제공된다. 밸브 배향은 트레이 데크의 유동 경로를 따라 유압 구배를 최소화하는 액체 유동과 평행하다.
우산 형상 또는 오목한 형상의 커버를 갖는 고정형 밸브 또는 가동형 밸브는 추가로 원하는 증기 흐름 프로파일을 생성할 수 있음에 또한 주목해야 한다. 예를 들면, 우산 형상 또는 오목한 형상의 커버는 개구로부터 이격된 (트레이 데크를 향해) 외향 및 하향 벡터로 증기를 안내하는 역할을 한다. 예를 들면, 개구로부터 벗어나는 증기는 오목한 형상 또는 우산 형상의 커버와 상호작용하고, 개구로부터 이격된 반경방향 외측으로 방향전환된 다음에 (예를 들면, 트레이 데크를 향해, 그리고 개구로부터 멀어지는 방향으로 역행되는 경사 각도로) 개구로부터 이격된 트레이 데크를 향해 역행된다. 이러한 유형의 밸브를 통과하는 결과적인 증기 흐름으로 인해 밸브로부터 배출되는 증기의 모멘텀은 트레이 데크를 따라 이동하는 액체를 통해 밸브로부터 멀어지는 외향 및 하향으로 (예를 들면, 트레이 데크를 향해, 그리고 개구로부터 멀어지는 방향으로 역행되는 경사 각도로) 증기를 운반할 수 있게 된다. 특정 작동 메커니즘에 구애받지 않고, 이것은 이러한 유형의 밸브를 사용함으로써 액체의 더 큰 폭기 뿐만 아니라 트레이의 더 큰 면적을 폭기하는 능력을 허용하는 것으로 생각된다.
II. 트레이 지지체 및 지지체의 바로 위의 트레이 상에서의 액체 유동의 폭기:
트레이는 전형적으로 컬럼에 고정된, 그리고 트레이 및/또는 하나 이상의 그 개별 패널의 하측에서 이를 지지하는 트레이 지지체에 의해 컬럼 내에서 지지된다. 트레이 지지체의 바로 위에 있는 트레이의 영역은 전형적으로 개구를 가지지 않으므로 트레이 지지체의 상측의 액체 유동 경로는 전형적으로 폭기되지 않는다. 대안적으로, 트레이의 이들 영역은 개구를 가지지만, 이 개구를 통과하는 증기 흐름은 하측의 트레이 지지체에 의해 차단된다. 어느 경우에나, 이들 영역의 비폭기 영역은 전형적으로 "데드(dead)" 영역(예를 들면, 비폭기 영역)으로 간주된다.
본 발명자들은 트레이의 이들 전형적으로 비폭기 영역이 폭기되는 경우에 트레이의 전체에 걸친 압력 강하가 감소/최소화될 수 있고, 트레이 용량을 증가시키는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 추가의 양태에서, 본 명세서에 기술된 트레이 장치는 트레이를 지지하는 트레이 지지체; 및 트레이 지지체의 바로 위의 주 액체 유동 경로의 적어도 일부를 폭기할 수 있는 구조물(예를 들면, 폭기 수단)을 더 포함할 수 있다. 트레이 지지체의 바로 위의 주 액체 유동 경로의 적어도 일부를 폭기하기 위한 이러한 구조물이 사용되는 경우, 이것이 트레이 지지체의 바로 위의 액체 유동 경로의 일부(예를 들면, 25% 이상, 50% 이상, 75% 이상, 또는 전부)를 폭기하는데 충분한 것이 바람직하다.
트레이 지지체 및 그 이들의 관련 요소는 본 기술분야에 주지되어 있으며, 본 명세서에서 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 트레이 지지체 및 이들의 관련 요소는, 특히, 링, 부분 링, 브래킷, 및/또는 트레이의 원주 영역의 하측에서 이를 지지하는 컬럼에 부착되는 플랜지; 트레이의 코달 영역의 하측에서 이를 지지하는 컬럼에 부착되는 크로스빔(예를 들면, 트러스 시스템); 및/또는 트레이의 다른 패널(예를 들면, 인접한 트레이 패널 또는 패널들의 일부의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔을 형성하는 트레이 패널)을 지지하기 위해 하나 이상의 트레이 패널을 사용하는 일체화된 트러스 시스템; 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
트레이 지지체의 바로 위의 주 액체 유동 경로의 적어도 일부를 폭기시킬 수 있는 구조물도 마찬가지로 특별히 제한되지 않는다. 특정의 실시형태에서, 상기 구조물은 트레이 지지체의 바로 위의 트레이 내에 형성된 지지체-영역-폭기 개구를 포함하는 트레이와 관련된 요소/기구를 포함한다.
트레이가 트레이 지지체의 바로 위의 트레이에 형성된 지지체-영역-폭기 개구를 포함하는 실시형태에서, 대응하는 요소/기구는 트레이의 하측으로부터 트레이 지지체의 상측의 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 유체 연통을 가능하게 하는 트레이 지지체와 관련되는 것이 바람직하다. 하나의 실시형태에서, 트레이 지지체와 관련된 이들 대응하는 요소/기구는 트레이 지지체의 바로 위의 트레이 내의 지지체-영역-폭기 개구와 유체 연통되는 트레이 지지체 내의 개구를 포함한다. 모든 목적을 위해 본원에 포함된 미국 특허 2,274,041, 2,903,251, 4,174,363, 5,547,617, 및 7,810,796은 또한 트레이 지지체의 상측의 지지체-영역-폭기 개구를 통해 트레이의 하측으로부터의 유체 연통을 허용하는 트레이 지지체와 관련되는 대응하는 요소/기구를 기술하고 있다. 예를 들면, 미국 특허 7,810, 796은 트레이와 트레이 지지체 사이에 배치된 스페이서(들)의 사용을 기술하고 있다. 이러한 실시형태에서. 스페이서(들)는 지지체로부터 트레이를 상승시켜 트레이의 하측으로부터 트레이 지지체의 바로 위에 배치된 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 유체 연통을 허용하는 역할을 한다. 이들 특허는 또한 트레이 지지체의 바로 위의 트레이 상의 액체에 폭기를 제공하는 실시형태를 기술하고 있고, 이것은 모든 목적을 위해 본원에 포함된다.
발명자의 제 2 발견의 요지이고, 도 6 내지 도 10에 도시된 추가의 실시형태에서, 트레이 지지체(604)의 바로 위의 액체(602)의 적어도 일부를 폭기시킬 수 있는 구조물은 트레이(601)에 형성된, 그리고 하측의 트레이 지지체(604)에 (예를 들면, 횡방향으로, 반경방향으로, 또는 수평방향으로) 인접하여 위치된 하나 이상의 지지체-영역-폭기 개구(603)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 지지체-영역-폭기 개구(603)는 하측의 트레이 지지체(604)에 약 5 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 1.5 mm 이하로 인접하여 위치되는 것이 바람직하다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 발명자의 제 2 발견의 실시형태는 단독으로 또는 전술한 발명자의 제 1 발견의 실시형태와 관련하여 사용될 수 있다. 그러나 동일한 트레이에서 제 1 발견과 제 2 발견의 모두의 조합을 사용하면 트레이 성능을 향상시키는데 있어 누적적인 이점을 얻을 수 있다고 생각된다.
지지체-영역-폭기 개구(들)(603)가 트레이 지지체에 횡방향으로 인접한 위치에서 사용되는 경우, 이것은 인접한 트레이 지지체(604)의 바로 위의 트레이 데크를 따라 외향으로 (예를 들면, 반경방향으로 또는 수평방향으로) 증기(606)를 횡방향으로 편향시킨다. 배출되는 증기(606)의 일부는 하측의 트레이 지지체(604)의 상측 위치를 향하는 방향으로 액체(602) 내에서 이동함으로써 트레이 지지체(604)의 바로 위의 액체(602)의 적어도 일부를 폭기시킨다. 다른 실시형태에서, 개구(603)는 트레이 데크의 전체에 걸쳐 횡방향 외측으로 증기를 더욱 안내하는 것을 돕기 위해 고정형 또는 플로팅 커버와 관련된다. 바람직한 실시형태에서, 그리고 전술한 바와 같이, 고정형 또는 플로팅 커버는 원하는 증기 흐름 프로파일을 생성할 수 있는 우산 형상 또는 오목한 형상을 갖는다. 예를 들면, 우산 형상 또는 오목한 형상의 커버는 개구로부터 이격된 (트레이 데크를 향해) 외향 및 하향 벡터로 증기를 안내하는 역할을 한다. 예를 들면, 지지체-영역 폭기 개구로부터 벗어나는 증기는 오목한 형상 또는 우산 형상의 커버와 상호작용하고, 개구로부터 이격된 반경방향 외측으로 방향전환된 다음에 (예를 들면, 트레이 데크를 향해, 그리고 개구로부터 멀어지는 방향으로 역행되는 경사 각도로) 개구로부터 이격된 트레이 데크를 향해 역행된다. 이러한 유형의 밸브를 통과하는 결과적인 증기 흐름으로 인해 밸브로부터 배출되는 증기의 모멘텀은 트레이 데크를 따라 이동하는 액체를 통해 밸브로부터 멀어지는 외향 및 하향으로 (예를 들면, 트레이 데크를 향해, 그리고 개구로부터 멀어지는 방향으로 역행되는 경사 각도로) 증기를 운반할 수 있게 된다. 특정 작동 메커니즘에 구애받지 않고, 이것은 트레이 지지체의 상측의 액체의 더 많은 폭기를 허용할 뿐만 아니라 지지체 상측의 더 큰 면적을 폭기시키는 능력을 허용하는 것으로 생각된다.
다른 바람직한 실시형태에서, 지지체-영역-폭기 개구(603)로부터 배출되는 증기(606)의 흐름은 인접한 트레이 지지체(604)의 방향 및 그 상측으로 편향된다. 이러한 실시형태에서, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 50%를 초과하는 (예를 들면, 75%를 초과하거나 또는 전부) 증기가 인접한 하측의 트레이 지지체의 상측 위치의 방향으로 편향되는 것이 바람직하다.
지지체-영역-폭기 개구(603)를 통해 지지체-영역 폭기 개구로부터 배출되는 증기(606) 중 50%를 초과하는 증기를 편향시킬 수 있는 구조물(예를 들면, 편향 수단)은 본원에서 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 이들 구조물은 개구(603)와 관련되는 개구 커버를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 개구 커버는 인접한 하측의 트레이 지지체의 상측 위치의 방향으로 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 50%를 초과하는 증기를 안내하도록 위치된 하나 이상의 개구를 갖는다. 커버는 트레이 지지체의 바로 위가 아닌 트레이의 다른 부분의 전체에 걸쳐 증기를 안내하도록 위치된 추가의 개구를 선택적으로 가질 수 있다. 커버는 개구(들)이 개방된 위치에 고정되도록 트레이에 대해 고정될 수 있거나, 또는 이들은 트레이의 작동 중에 트레이 데크에 대해 변화가능한 높이를 갖는 플로팅 밸브일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 실시형태에서, 고정된 "푸시(push)" 커버(708)(예를 들면, "푸시" 밸브)가 하측의 트레이 지지체(704)의 상측의 지지체-영역-폭기 개구(들)(603)로부터 증기 흐름(706)을 편향시키기 위해 사용될 수 있다는 것이 상상된다. 고정형 푸시 커버 또는 푸시 밸브는 본 기술분야에 공지되어 있고, (예를 들면, 입구 강하관 섹션으로부터 출구 강하관 섹션으로) 트레이의 주 액체 유동 경로를 따라 트레이 상의 액체의 이동을 촉진시키기 위해 분리 트레이에서 전형적으로 사용된다. 다시 말하면, 본 기술분야에서 사용되는 푸시 밸브는 트레이 상의 주 액체 유동 경로의 방향(예를 들면, 주 액체 유동 경로에 평행한 방향)으로 증기를 편향시키는 단일 개구를 갖는 개구 커버를 포함한다. 전형적으로 푸시 밸브는 개구의 형성 시에 트레이와 일체로 형성되며, 여기서 트레이 내에 슬릿이 형성되고, 다음에 주 액체 유동 경로의 방향을 향하는 트레이 내의 개구를 제공하도록 변형된다.
본 실시형태에서, 하측의 트레이 지지체 상측으로 증기 흐름을 편향시키기 위한 푸시 밸브의 사용은 직관에 반하며, 본 기술분야에서 푸시 밸브가 사용되는 방법에 대해 반대이다. 예를 들면, 지지체-영역-폭기 개구(603)가 하측의 트레이 지지체 링, 및/또는 트레이의 주 액체 유동 경로에 실질적으로 평행한 크로스빔/스트럿을 갖는 코달 트레이 지지체에 횡방향으로 인접하여 위치되는 경우, 지지체-영역-폭기 개구(603)와 관련하여 푸시 밸브를 사용하면 트레이 상의 주 액체 유동 경로와 상이한 방향(예를 들면, 트레이 상의 주 액체 유동 경로와 평행하지 않은 방향)으로 증기 흐름의 편향이 유발된다. 예를 들면, 이러한 실시형태에서. 증기는 트레이의 주 액체 유동 경로에 대해 (예를 들면, 트레이의 주 액체 유동 경로에 대해 수직으로 또는 경사 각도로) 10 내지 170 도 만큼 편향될 수 있다.
지지체-영역-폭기 개구(603)를 위한 개구 커버는 또한 플로팅 커버일 수 있다. 이들 실시형태에서, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량, 트레이 상의 액체의 액위, 또는 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량 및 트레이 상의 액체의 액위의 모두에 따라, 커버는 이 커버의 높이 및 이것의 대응하는 개구(들)이 트레이 데크에 대해 변화가능하도록 개방 및 폐쇄가 가능하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명자들은 지지체-영역-폭기 개구(들)(803)와 함께 사용하기 위한 특히 바람직한 플로팅 커버(808)을 발견하였다. 커버(808)는 오목한 캐노피(canopy; 810), 하나 이상의 레그 부분(812), 및 하나 이상의 푸트(foot) 부분(814)을 포함한다. 커버(808)가 지지체-영역-폭기 개구(들)(803)과 관련되는 경우, 오목한 캐노피(810)는 트레이(801)와 대면하고, 지지체-영역-폭기 개구(803)를 적어도 부분적으로 차폐한다. 하나 이상의 레그(812)는 캐노피(810)에 연결되고, 지지체-영역-폭기 개구(803)를 통해 배치된다. 하나 이상의 푸트(814)는 트레이(801)의 하측에 배치되고, 트레이(801)의 하면과 상호작용하여, 최초의 삽입 후에 트레이(801)로부터 커버(808)의 제거를 방지한다. 커버(808)가 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동함에 따라, 캐노피(810)가 트레이(801)로부터 멀어지는 방향으로 이동함에 따라, 레그(들)(812)는 지지체-영역-폭기 개구(803) 내에서 이동하여 이것과 상호작용한다. 캐노피(808)가 트레이(801)로부터 멀리 이동함에 따라, 이것은 트레이(801)에 대해 경사 각도로 틸팅됨으로써 하측의 트레이 지지체(804)의 방향으로 향하도록 개구를 노출시킨다. 캐노피(810)가 트레이 데크(801)로부터 더 멀리 이동함에 따라, 인접한 하측의 트레이 지지체(804)의 방향으로 향하는 개구는 더 커지고, 이로써 트레이 지지체(604)의 상측의 위치의 방향으로 더 많은 증기 흐름(806)을 편향시킨다. 캐노피(810)는 계속하여 트레이(801)로부터 멀어지는 방향으로 이동될 수 있고, 바람직하게는 트레이(801)의 하측에 배치된 푸트(814)가 트레이(801)의 하면과 맞물려서 커버(808)가 완전 개방된 상태 또는 완전 틸팅된 상태가 될 때까지 계속하여 틸팅될 수 있다.
우산 형상 또는 오목한 형상의 캐노피를 갖는 고정형 밸브 또는 플로팅 밸브의 사용에 관한 위의 논의와 유사하게, 본 틸팅 밸브를 구비한 우산 형상 또는 오목한 형상의 캐노피의 사용도 인접한 하측의 트레이 지지체의 상측으로 증기를 편향시키는 바람직한 증기 흐름 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서 증기 흐름은 커버와 상호작용하여 커버를 트레이 데크로부터 상승시킨다. 증기가 우산 형상 또는 오목한 형상의 캐노피와 상호작용함에 따라, 증기 흐름의 방향은 트레이 데크로부터 멀어지는 수직방향으로부터 트레이 데크를 따르는 수평방향으로, 그리고 인접한 지지체의 상측으로 천이된다. 특정의 실시형태에서, 우산 형상 또는 오목한 형상의 캐노피는, 증기의 일부가 대응하는 지지체-영역-폭기 개구로부터 멀어지는 트레이 데크를 향해 역행하는 경사 각도로, 그러나 여전히 인접한 하측의 트레이 지지체의 방향으로 방향전환되도록, 제공될 수 있다. 다른 실시형태에서, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 일부(예를 들면, 50% 미만)는 인접한 트레이 지지체의 상측에서 액체의 폭기를 유발하지 않는 커버(808) 내의 다른 개구를 통과하도록 허용될 수 있다.
커버(808)의 틸팅성은 커버(808)의 레그(들)(812)과 트레이(801)의 지지체-영역-폭기 개구(803) 사이의 물리적 상호작용에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서, 그리고 도 9 및 도 10(각각 폐쇄 위치 및 개방 위치의 밸브를 도시함)에 도시된 바와 같이,레그(들)(912, 1012)은 캐노피(910, 1010)와 하나 이상의 푸트(914, 1014) 사이에서 테이퍼(taper)형(도 9에 도시됨) 또는 로커(rocker)형(도 10에 도시됨)일 수 있다. 예를 들면, 레그(들)(912)가 테이퍼형이거나 또는 테이퍼형 부분을 가지는 경우, 레그(들)(912)은 하나 이상의 푸트(914)를 향하여 위치되는 더 작은 폭에 비교되었을 때 캐노피(910)를 향하여 위치되는 더 큰 폭을 갖는다. 이러한 특징으로 인해 커버(908)가 개방됨에 따라 레그(들)(912)은 개구(903)와 상호작용될 수 있고, 캐노피(910)는 커버(908)의 개방 시에 트레이(901)에 대해 틸팅될 수 있다. 레그(들)(1012)이 로커형이거나 또는 로커형 부분을 가지는 추가의 실시례에서, 레그(들)(1012)은 캐노피와 하나 이상의 푸트(1014) 사이에서 일정한 폭을 가질 수 있다. 이러한 실시형태에서, 레그(들)(1012)은 아치 형상을 갖거나, 아니면 로커형일 수 있으며, 로커형/아치형 레그(들)과 지지체-영역-폭기 개구(1003) 사이의 상호작용으로 인해 캐노피는 커버의 개방 시에 트레이에 대해 틸팅될 수 있다. 다시, 이러한 실시형태에서. 캐노피는 횡방향으로 인접한 하측의 트레이 지지체(1004)의 상측에 있는 위치를 향해 증기 흐름(1006)을 적극적으로 편향시킨다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 레그(912) 및/또는 하나 이상의 푸트(914)는, 커버(908)가 개구(903) 내에 삽입된 후에, 커버(908)의 제거에 저항하도록 트레이(901)의 하면과 추가로 상호작용할 수 있는 플랜지, 범프(bump), 또는 돌출부(918)와 같은 구조물을 가질 수 있다. 플랜지, 범프, 또는 돌출부(918)는 커버 조립의 최종 단계로서 개구(903)를 통한 레그(912) 및 푸트(914)의 삽입 후에 제공될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 커버(908)가 2 개 이상의 레그(912)(예를 들면, 2 개의 레그(912)) 및/또는 2 개 이상의 푸트(914)(예를 들면, 2 개의 푸트(914))를 가지는 경우, 대응하는 플랜지, 범프, 또는 돌출부(918)는 단지 하나의 레그(912)에만 또는 단지 하나의 푸트(914)에만 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 대응하는 레그 및/또는 푸트는 레그 및/또는 푸트 중 다른 하나와 비대칭이며, 개구(903) 내에 삽입된 후에 커버(908)의 제거를 추가로 방지한다. 이러한 특징은, 커버(908)가 하측의 지지체의 상측으로 증기의 적절한 편향을 보장하는 (예를 들면, 하측의 지지체(904)로부터 멀어지는) 적절한 방향으로 틸팅되도록, 대응하는 플랜지, 범프, 또는 돌출부(918)가 대응하는 개구 내에서 커버(908)의 적절한 정렬을 안내하도록 사용될 수 있으므로, 마찬가지로 트레이의 제조 및/또는 조립을 용이화할 수 있다. 다른 실시형태에서, 커버(908)가 개구 내에 삽입된 후에 커버(908)의 제거에 저항할 수 있는 구조물(예를 들면, 범프, 플랜지, 돌출부 등)은 커버가 개구 내에 삽입되기 전에 형성된다. 본 실시형태에서, 레그(들)는 개구 내로 삽입 및 구조물(예를 들면, 범프, 플랜지, 돌출부 등)의 통과를 위한 레그(들)의 약간의 굴곡변형될 수 있도록, 다음에 레그가 삽입된 후에 원래의 형상으로 복원될 수 있도록 충분한 탄성을 가질 수 있다.
III. 물질 전달 컬럼 및 작동 방법:
본 발명의 접촉 트레이 장치는 물질 전달 컬럼에서 사용하기 위한 것이다. 따라서 추가의 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 임의의 실시형태에 따른 하나 이상의 접촉 트레이 장치를 포함하는 물질 전달 컬럼을 제공한다.
트레이(들)는 컬럼의 높이를 따라 이격된 구성으로 수평으로 배치되므로 액체는 컬럼 내의 더 높은 위치의 입구 강하관 섹션(들)에서 트레이 내로 진입되고, 컬럼 내의 더 낮은 위치의 출구 강하관에서 트레이로부터 배출된다. 바람직한 실시형태에서, 컬럼은 복수의 수평방향으로 배치된 접촉 트레이를 가질 수 있고, 여기서 컬럼 내의 트레이의 5% 이상, 15% 이상, 25% 이상, 50% 이상, 75% 이상, 또는 전부는 본 명세서 기술된 임의의 실시형태에 따른 트레이 장치를 포함한다.
다른 실시형태에서, 종래의 기존의 물질 전달 컬럼은 본 명세서에 기술된 임의의 실시형태에 따른 하나 이상의 트레이 장치를 포함하도록 개조될 수 있다. 기존 컬럼을 개조하기 위한 결정은 전체 컬럼 설계 및 교체 비용을 유발할 필요없이 컬럼의 용량을 증가시키도록 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 하나 이상의 공급 흐름으로부터 상부 흐름 및 저부 흐름을 생성하는 방법을 제공한다. 부산물 흐름(들) 또는 이차 공급 흐름과 같은 다른 흐름이 컬럼에 제공되거나 컬럼으로부터 제거될 수 있다. 본 방법은 본 명세서에 기술된 임의의 실시형태에 따른 수평방향으로 배치된 트레이 장치를 갖는 물질 전달 컬럼에 하나 이상의 공급 흐름을 도입하는 단계인 제 1 단계를 포함한다. 제 2 단계는 상부 흐름 및 저부 흐름을 생성하는데 충분한 컬럼 내에서 작동 조건 하에서 하나 이상의 공급 흐름을 처리하는 단계를 포함한다. 물질 전달 컬럼의 작동은 본 기술분야에 주지되어 있으며, 작동 조건은 특별히 제한되지 않는다. 추가의 실시형태에서, 수평방향으로 배치된 트레이 장치는 하측의 트레이 지지체에 횡방향으로 인접하여 위치되는 하나 이상의 지지체-영역-폭기 개구를 포함한다. 이 추가의 실시형태에서, 본 방법은 이 지지체-영역-폭기 개구를 통과하여 트레이를 횡방향으로 가로질러 트레이 지지체의 상측의 위치로 50%를 초과하는 증기를 안내하는 단계를 더 포함한다.
IV. 트레이 용량과 효율의 증가 및 트레이를 가로지는 증기 측 압력 강하의 감소:
본 발명자들은 트레이 효율을 유지시키거나 또는 증가시키면서, 그리고 트레이를 통한 압력 강하를 감소시키면서 트레이 작동 용량이 증가될 수 있음을 발견하였다. 이러한 특성은 본 명세서에 기술된 개구의 레이아웃; 본 명세서에 기술된 트레이 지지체(들)의 상측의 트레이의 액체 유동 경로를 폭기시는 방법; 또는 이들의 조합을 채용함으로써 달성될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 트레이의 작동 용량은 이러한 특성을 포함하지 않는 트레이에 비해 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 또는 20% 이상 만큼 증가될 수 있다. 다른 실시형태에서, 트레이의 작동 용량은 트레이 효율을 감소시킴이 없이 5% 내지 25% 만큼 증가된다.
또 다른 실시형태에서, 트레이를 통한 증기 측 압력 강하는 트레이 효율을 감소시킴이 없이 이들 특징을 가지지 않는 트레이에 비해 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 또는 20% 이상 만큼 증가될 수 있다. 다른 실시형태에서, 트레이를 통한 증기 측 압력 강하는 트레이 효율을 감소시킴이 없이 5% 내지 25% 만큼 감소된다.
더 추가의 실시형태에서, 트게이의 가스 부하가 증가됨에 따라, 본 발명의 트레이는 이러한 특징을 가지지 않는 트레이에 비해 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 또는 20% 이상의 트레이 분리 효율의 증가를 보여준다.
명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시형태", "다른 실시형태", "일 실시형태", "일부의 실시형태" 등은 이 실시형태와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들면, 기구, 구조, 특성 및/또는 특징)가 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 실시형태 내에 포함되고, 다른 적어도 하나의 실시형태 내에는 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한 기재된 요소들은 임의의 다른 다양한 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
V. 실시례:
본 발명을 상세히 기술하기 위해 다음의 실시례가 제공된다. 이 실시례는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 간주되어서는 안되며, 단지 본 발명의 예시적이고 대표적인 것으로서 간주되어야 한다.
상이한 개구 구성 및 선택적으로 트레이 지지체의 상측의 액체 유동 경로를 폭기하기 위한 수단을 가지는 3 개의 트레이(예를 들면, 데크)가 시험 세팅에서 동일한 조건 하에서 연구되었다(기준 데크, 데크 I, 및 데크 II). 본 명세서에서 기준 데크는비교 실시례로 간주되고, 데크 I 및 데크 II는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다.
기준 데크는 트레이 데크 상의 개구의 배열을 위한 일반적인 상업적 권고(예를 들면, 본 발명 이전의 상업적 표준)에 기초한다. 기준 데크는 트레이를 통한 유체의 통과를 위한 복수의 개구를 갖는다. 개구는 트레이의 주 액체 유동 경로에 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치된다. 중간 열의 개구는 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 오프셋되어 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성한다. 개구는 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 그 열을 따라 배향되고, 각각의 폭은 그 열에 수직으로 배향된다. 각 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 그 열 내의 개구들의 평균 길이의 2.5 배 미만인 제 1 간격 만큼 분리되어 있다. 인접한 열들은 인접한 열들의 개구들의 평균 폭의 2.5 배를 초과하는 제 2 간격 만큼 분리되어 있다. 기준 데크는 트레이 지지체에 의해 지지되고, 트레이 지지체의 바로 위의 데크 상의 액체 유동 경로를 폭기시키기 위한 폭기 수단은 제공되지 않는다.
데크 I은 기준 데크와 유사하다. 데크 I과 기준 데크 사이의 제 1 차이는 각 열 내의 인접한 개구들의 중심들이 그 열 내의 개구들의 평균 길이의 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되어 있다는 것이다. 데크 I과 기준 데크 사이의 제 2 차이는 인접한 열들이 이 인접한 열들의 개구들의 평균 폭의 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리되어 있다는 것이다. 기준 데크와 마찬가지로, 데크 I은 트레이 지지체에 의해 지지되고, 트레이 지지체의 바로 위의 데크 상의 액체 유동 경로를 폭기시키기 위한 폭기 수단은 제공되지 않는다.
데크 II는 데크 I과 유사하며, 기준 데크와 비교하여 데크 I과 동일한 차이를 포함한다. 그러나 데크 II는 지지용 트레이 링에 의해 지지된다는 다른 차이를 포함하며, 트레이 링은 이 링의 상측의 트레이 내의 개구와 유체 연통하는 개구를 갖는다. 이러한 유체 연통으로 인해 트레이 지지체의 바로 위의 데크 상의 액체 유동 경로의 폭기가 허용된다. 또한 데크 II의 시험의 결과와 유사한 결과가 추가의 시험에서 얻어졌음을 알 수 있으며, 여기서 트레이는 지지용 링과 직접 접촉되지만 틸팅 밸브가 지지용 링에 (예를 들면, 반경방향으로/횡방향으로) 인접한 트레이 내에 설치되어, 링의 상측의 트레이 상의 액체 유동 경로를 폭기시키기 위해 링의 상측으로 증기를 반경방향 외측으로 안내 및 분산시킨다.
위의 4 개의 트레이에 대한 시험 결과는 도 4 및 도 5에 각각 그래프로 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 트레이(데크 I 및 데크 II)는 기준 데크에 비해 향상된 용량, 유지된 및/또는 감소된 증기 측 압력 손실, 및 유지된 및/또는 증가된 트레이 분리 효율을 보여준다.
Claims (21)
- 분리 컬럼에서 사용하기 위한 증기-액체 접촉 트레이 장치로서,
상기 장치는 상기 트레이를 통한 유체의 통과를 위한 복수의 개구들을 갖는 트레이를 포함하고,
상기 개구들은 상기 트레이의 주 액체 유동 경로에 실질적으로 평행하게 연장되는 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치되고,
중간 열의 개구들은 상기 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성하도록 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 상기 트레이 상의 주 액체 유동 경로를 따라 오프셋되어 있고,
상기 개구들은 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 상기 개구들의 열에 대해 실질적으로 평행하게 배향되고, 각각의 폭은 상기 개구들의 열에 대해 실질적으로 수직으로 배향되고,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 상기 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 상기 평균 길이의 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 인접한 열들은 상기 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 상기 평균 폭의 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항에 있어서,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 상기 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 상기 평균 길이의 2.9 내지 3.9 배인 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 인접한 열들은 상기 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 상기 평균 폭의 1.7 내지 2.2 배인 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 2 항에 있어서,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 상기 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 상기 평균 길이의 3.5 내지 3.7 배인 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 인접한 열들은 상기 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 상기 평균 폭의 1.9 내지 2.1 배인 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 76 mm를 초과하는 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 인접한 열들은 40 mm 이하의 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 4 항에 있어서,
각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 95 내지 130 mm인 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 인접한 열들은 30 내지 38 mm인 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개구들 중 하나 이상의 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 오각형, 및 육각형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개구들 중 하나 이상은 커버에 의해 적어도 부분적으로 차폐되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개구들 중 하나 이상은 상기 트레이 상의 액체 유동 경로에 평행하게 배치된 길이를 갖는 사다리꼴 개구인,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주 액체 유동 경로에 수직으로, 그리고 상기 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열 내에서 임의의 2 개의 인접한 열의 개구들을 통해 그려진 임의의 선은 상기 2 개의 인접한 열의 최대 1 개의 개구와 교차하는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
트레이 지지체를 더 포함하고,
상기 트레이는 상기 트레이 지지체에 의해 지지되고,
상기 트레이 지지체는 링, 부분 링, 브래킷, 또는 상기 트레이의 원주 영역의 하측에서 이를 지지하는 플랜지, 상기 트레이의 코달(chordal) 영역의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔, 및 상기 트레이의 인접한 트레이 패널 또는 패널들의 일부를 지지하는 크로스빔을 형성하는 트레이 패널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하고,
상기 개구는 상기 트레이 지지체를 통해 형성되고,
지지체-영역-폭기 개구가 상기 트레이 지지체의 바로 위의 상기 트레이를 통해 형성되고,
상기 트레이의 지지체-영역-폭기 개구는 상기 트레이 지지체의 개구와 유체 연통되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
트레이 지지체를 더 포함하고,
상기 트레이는 상기 트레이 지지체에 의해 지지되고,
상기 트레이 지지체는 링, 부분 링, 브래킷, 또는 상기 트레이의 원주 영역의 하측에서 이를 지지하는 플랜지, 상기 트레이의 코달 영역의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔, 및 상기 트레이의 인접한 트레이 패널 또는 패널들의 일부의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔을 형성하는 트레이 패널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하고,
복수의 지지체-영역-폭기 개구가 상기 트레이 지지체에 횡방향으로 인접한 상기 트레이에 형성되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 복수의 지지체-영역-폭기 개구 중 하나 이상은 커버에 의해 적어도 부분적으로 차폐되고, 상기 커버는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기와 상호작용하도록, 그리고 상기 트레이를 횡방향으로 가로질러 또는 상기 지지체-영역-폭기 개구로부터 멀어지는 경사 각도로 상기 트레이를 향해 하향으로 상기 증기를 안내하도록 위치되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 커버는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 50%를 초과하는 증기를 상기 트레이를 횡방향으로 가로질러 하측의 트레이 지지체 상측으로 안내하도록 위치되는 하나 이상의 개구를 갖는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 트레이 데크에 대한 상기 커버의 높이는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량, 상기 트레이 상의 액체의 액위, 또는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량 및 상기 트레이 상의 액체의 액위의 모두에 따라 변화될 수 있는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 커버는 상기 트레이 상에 배치되어 상기 지지체-영역-폭기 개구를 적어도 부분적으로 차폐하는 캐노피(canopy)를 포함하고, 상기 캐노피는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통해 배치된 하나 이상의 레그(leg)에 연결되고, 상기 하나 이상의 레그는 상기 트레이의 하측에 배치된 하나 이상의 푸트(foot)를 구비하고, 상기 푸트는 상기 트레이로부터 상기 커버의 제거를 방지하기 위해 상기 트레이의 하면과 상호작용하는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 레그는,
상기 트레이 데크로부터 상기 캐노피의 높이의 변화를 허용하도록 상기 지지체-영역-폭기 개구 내에서 수직으로 이동가능하고,
상기 레그가 상기 개구 내에서 이동됨에 따라 상기 트레이 데크에 대해 상기 캐노피의 틸팅을 허용하도록 상기 푸트와 상기 캐노피 사이에서 테이퍼(taper)형 또는 로커(rocker)형인,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 그룹의 3 개의 인접한 열에 더하여, 다른 복수의 개구가 상기 트레이의 주 액체 유동 경로에 평행하게 연장되는 하나 이상의 추가의 그룹의 3 개의 인접한 열 내에 배치되고,
상기 하나 이상의 추가의 그룹의 중간 열의 개구들은 상기 하나 이상의 추가의 그룹 내의 3 개의 인접한 열의 전체에 걸쳐 인접한 개구들의 삼각형 패턴을 형성하도록 상기 그룹의 다른 2 개의 열의 인접한 개구들로부터 상기 트레이 상의 상기 주 액체 유동 경로를 따라 오프셋되어 있고,
상기 하나 이상의 추가의 그룹 내의 개구들은 길이 및 폭을 갖고, 각각의 길이는 상기 개구들의 열을 따라 배향되고, 각각의 폭은 상기 개구들의 열에 수직으로 배향되고,
상기 하나 이상의 추가의 그룹 내의 각각의 열 내의 인접한 개구들의 중심들은 상기 열 내의 개구들의 평균 길이와 동일하거나 상기 평균 길이의 2.5 내지 4.5 배인 제 1 간격 만큼 분리되고,
상기 하나 이상의 추가의 그룹 내의 인접한 열들은 상기 인접한 열들의 개구들의 평균 폭과 동일하거나 상기 평균 폭의 1.5 내지 2.5 배인 제 2 간격 만큼 분리되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 분리 컬럼에서 사용하기 위한 증기-액체 접촉 트레이 장치로서,
상기 장치는 트레이 및 트레이 지지체를 포함하고,
상기 트레이 지지체는 링, 부분 링, 브래킷, 또는 상기 트레이의 원주 영역의 하측에서 이를 지지하는 플랜지, 상기 트레이의 코달 영역의 하측에서 이를 지지하는 크로스빔, 및 상기 트레이의 인접한 트레이 패널 또는 패널들의 일부를 지지하는 크로스빔을 형성하는 트레이 패널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하고,
복수의 지지체-영역-폭기 개구가 상기 트레이 지지체에 횡방향으로 인접한 상기 트레이에 형성되고,
상기 복수의 지지체-영역-폭기 개구 중 하나 이상은 커버에 의해 적어도 부분적으로 차폐되고, 상기 커버는, 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기의 50%를 초과하는 증기가 상기 트레이를 횡방향으로 가로질러 하측의 상기 트레이 지지체의 상측으로 안내되도록, 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기와 상호작용하도록 위치되는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 트레이 데크에 대한 상기 커버의 높이는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량, 상기 트레이 상의 액체의 액위, 또는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통과하는 증기 유량 및 상기 트레이 상의 액체의 액위의 모두에 따라 변화될 수 있는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 커버는 상기 트레이 상에 배치되는, 그리고 상기 지지체-영역-폭기 개구를 적어도 부분적으로 차폐하는 캐노피를 포함하고, 상기 캐노피는 상기 지지체-영역-폭기 개구를 통해 배치된 하나 이상의 레그에 연결되고, 상기 하나 이상의 레그는 상기 트레이의 하측에 배치된 하나 이상의 푸트를 구비하고, 상기 푸트는 상기 트레이로부터 상기 커버의 제거를 방지하기 위해 상기 트레이의 하면과 상호작용하는,
증기-액체 접촉 트레이 장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 레그는,
상기 트레이 데크로부터 상기 캐노피의 높이의 변화를 허용하도록 상기 지지체-영역-폭기 개구 내에서 수직으로 이동가능하고,
상기 레그가 상기 개구 내에서 이동됨에 따라 상기 트레이 데크에 대해 상기 캐노피의 틸팅을 허용하도록 상기 푸트와 상기 캐노피 사이에서 테이퍼형 또는 로커형인,
증기-액체 접촉 트레이 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020217029303A KR102348436B1 (ko) | 2014-12-23 | 2015-06-09 | 증기-액체 접촉 트레이의 개구의 레이아웃 |
Applications Claiming Priority (3)
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