KR20180109932A - 물질 전달 칼럼 내의 교차 유동 트레이를 위한 현 모양 벽 지지 시스템 및 이를 수반하는 방법 - Google Patents

물질 전달 칼럼 내의 교차 유동 트레이를 위한 현 모양 벽 지지 시스템 및 이를 수반하는 방법 Download PDF

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Abstract

물질 전달 칼럼(10) 내에서 교차 유동 트레이(26)를 수직으로 이격된 관계로 지지하기 위한 지지 시스템(28)이 제공된다. 지지 시스템(28)은 물질 전달 칼럼(10)의 외측 쉘(12)에 고정되는 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 갖는 현 모양 벽(64)을 포함한다. 각각의 교차 유동 트레이(26)는 유체 유동 구멍(60)을 가진 트레이 데크(30) 및 적어도 하나의 현 모양 하강 유로(32)를 갖는다. 현 모양 하강 유로(32)는 각각의 교차 유동 트레이(26) 상에 수직 정렬 상태로 위치되고, 이격된 하강 유로 벽(38, 40)에 의해 형성되는 하강 유로 통로(42)를 포함한다. 현 모양 벽(64)은 교차 유동 트레이(26) 상에서 하강 유로 통로(42)를 통해 수직으로 연장되고, 하강 유로 벽(38, 40)은 트레이 데크(30) 및 하강 유로 벽(38, 40)으로부터의 부하를 현 모양 벽(64)으로 전달하도록 현 모양 벽(64)과 결합된다.

Description

물질 전달 칼럼 내의 교차 유동 트레이를 위한 현 모양 벽 지지 시스템 및 이를 수반하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 2월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 "물질 전달 칼럼 내의 교차 유동 트레이를 위한 현 모양 벽 지지 시스템 및 이를 수반하는 방법(CHORDAL WALL SUPPORT SYSTEM FOR CROSS FLOW TRAYS IN A MASS TRANSFER COLUMN AND METHOD INVOLVING SAME)"인 미국 가특허 출원 제62/296,979호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 물질 전달(mass transfer) 및/또는 열 교환(heat exchange) 공정이 이루어지는 물질 전달 칼럼(column) 내에 사용되는 교차 유동 트레이(cross flow tray)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그러한 교차 유동 트레이를 지지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
교차 유동 트레이는 칼럼 내에서 역류(countercurrent) 관계로 유동하는 유체 스트림들(fluid streams) 사이의 상호작용을 용이하게 하도록 물질 전달 칼럼 내에 사용된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 물질 전달 칼럼은 물질 전달이 칼럼 내에서의 유체 스트림의 처리의 주된 목적인 칼럼으로 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 또한 물질 전달보다는 열 전달이 처리의 주된 목적인 칼럼을 포함하는 것으로 의도된다. 유체 스트림은 전형적으로 상승하는 증기 스트림 및 하강하는 액체 스트림이며, 이 경우 교차 유동 트레이는 통상적으로 증기-액체 교차 유동 트레이로 지칭된다. 일부 응용에서, 둘 모두의 유체 스트림은 액체 스트림이고, 교차 유동 트레이는 통상적으로 액체-액체 교차 유동 트레이로 지칭된다. 또 다른 응용에서, 상승하는 유체 스트림은 기체 스트림이고, 하강하는 유체 스트림은 액체 스트림이며, 이 경우 교차 유동 트레이는 기체-액체 교차 유동 트레이로 지칭된다.
교차 유동 트레이는 칼럼의 내부 단면을 채우기 위해, 각각의 트레이 데크(tray deck)가 수평으로 연장되는 상태에서, 수직으로 이격된 관계로 칼럼 내에 위치된다. 각각의 교차 유동 트레이는, 그 상에서 상승하는 유체 스트림과 하강하는 유체 스트림 사이의 상호작용이 이루어지는 평탄한 트레이 데크, 원하는 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지는 프로스(froth) 또는 혼합물을 생성하도록 트레이 데크를 통한 그리고 하강하는 유체 스트림 내로의 상승하는 유체 스트림의 상향 통과를 허용하는 복수의 구멍, 및 하강하는 유체 스트림을 관련 트레이 데크로부터 아래에 놓인 교차 유동 트레이 상의 트레이 데크로 지향시키는 적어도 하나의 하강 유로(downcomer)를 갖는다. 위에 놓인 교차 유동 트레이의 하강 유로로부터 하강하는 유체 스트림을 수용하는 트레이 데크의 부분은 전형적으로 입구 패널(inlet panel)을 포함하며, 입구 패널은 무공성(imperforate)이거나 상승하는 유체 스트림의 상향 통과를 허용하지만 하강하는 유체 스트림이 입구 패널을 통해 위핑(weeping)하는 것을 방해하는 버블 프로모터(bubble promoter) 또는 다른 구조체를 포함한다.
트레이 데크의 일 단부에 위치되는 단일 측부 하강 유로를 갖는 교차 유동 트레이는 단일-패스(single-pass) 트레이로 알려져 있다. 다른 응용, 전형적으로 보다 높은 하강하는 액체 유량을 수반하는 응용에서, 다수의 하강 유로가 교차 유동 트레이들 중 일부 또는 전부 상에 사용될 수 있다. 예를 들어, 2-패스 구성에서, 2개의 측부 하강 유로가 하나의 교차 유동 트레이의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치되고, 단일 중심 하강 유로가 인접한 교차 유동 트레이의 중심에 위치된다. 4-패스 구성에서, 하나의 교차 유동 트레이가 2개의 측부 하강 유로 및 중심 하강 유로를 갖고, 인접한 접촉 트레이가 2개의 중심에서 벗어난 하강 유로를 갖는다.
교차 유동 트레이의 트레이 데크는 전형적으로 클램프(clamp)에 의해 칼럼 쉘(column shell)의 내부 표면에 용접되는 지지 링(support ring)에 고정된다. 하강 유로 벽은 또한 통상적으로 그들의 서로 반대편에 있는 단부들에서 칼럼 쉘의 내부 표면에 용접되는 볼트체결 바(bolting bar)에 볼트체결된다. 일부 응용에서, 예컨대 보다 큰 직경의 칼럼에서 그리고 진동력이 문제가 되는 칼럼에서, 주 빔(major beam)으로부터 상향으로 연장되는 스트럿(strut), 래티스 트러스(lattice truss) 또는 교차 유동 트레이의 트레이 데크를 바로 위 또는 아래에 위치된 유사한 트레이의 하강 유로 벽에 연결하는 행어(hanger)의 시스템을 사용함으로써 트레이 데크의 부분들에 추가의 지지를 부가하는 것이 알려져 있다. 행어가 이용될 때, 하강 유로 벽은 결합된 트레이의 부하의 일부분을 지지하는 빔의 역할을 하여, 트레이 데크의 융기에 대항하는 새깅(sagging) 및 브레이싱(bracing)을 감소시킨다. 그러나, 이들 행어 및 다른 구조체는 교차 유동 트레이의 설계에 복잡성을 추가하고, 제조 및 설치의 비용을 증가시킨다.
다른 응용에서, 트레이 데크 상의 입구 패널은 트레이 데크에 추가된 지지를 제공하도록 구조 빔(structural beam)으로서 형성된다. 그러면, 입구 패널은 다양한 유형의 체결구를 사용하여 트레이 데크의 인접한 부분들에 상호연결되어야 하며, 이로써 트레이 데크의 설계 및 설치에 복잡성을 추가한다. 따라서, 보다 큰 직경의 칼럼에서 그리고 진동력이 존재하는 칼럼에서 추가의 지지를 제공하는 종래의 방법으로부터 기인하는 단점을 감소시키면서 트레이 데크를 지지하고 브레이싱하는 방법에 대한 필요성이 제기되었다.
일 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼에 사용하기 위한 트레이 조립체(tray assembly)에 관한 것이다. 트레이 조립체는 서로 수직으로 이격된 복수의 교차 유동 트레이를 포함하고, 이때 각각의 교차 유동 트레이는 평탄한 트레이 데크를 포함하며, 평탄한 트레이 데크는 트레이 데크를 가로질러 분포된 유체 유동 구멍을 갖고, 교차 유동 트레이들 중 적어도 교번하여 놓인 트레이들은 상기 트레이 데크로부터 액체를 제거하기 위해 트레이 데크로부터 하강하는 적어도 하나의 현 모양 하강 유로(chordal downcomer)를 갖는다. 교차 유동 트레이들 중 하나 상의 현 모양 하강 유로들 중 적어도 하나는 교차 유동 트레이들 중 다른 트레이들 상의 현 모양 하강 유로와 수직 정렬 상태로 위치된다. 각각의 적어도 하나의 현 모양 하강 유로는 관련 트레이 데크 내의 개구에 위치되고, 개구에 진입하는 유체를 아래에 놓인 교차 유동 트레이들 중 하나의 트레이 데크로 전달하기 위한 하강 유로 통로를 형성하도록 개구에서 관련 트레이 데크로부터 하향으로 연장되는 한 쌍의 이격된 하강 유로 벽을 포함한다. 트레이 조립체는 교차 유동 트레이를 지지하고 현 모양 벽(chordal wall)을 포함하는 지지 시스템을 추가로 포함하고, 현 모양 벽은 교차 유동 트레이와 결합되고 교차 유동 트레이를 통해 그리고 정렬된 현 모양 하강 유로의 하강 유로 통로 내에서 수직으로 연장된다.
다른 태양에서, 본 발명은 개방 내부 체적을 한정하는 외측 칼럼 쉘 및 쉘의 개방 내부 체적 내에 위치되는 전술된 바와 같은 트레이 조립체를 포함하는 물질 전달 칼럼에 관한 것이다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼의 외측 쉘의 개방 내부 영역 내에서 복수의 교차 유동 트레이를 지지하는 방법에 관한 것이다. 방법은 개방 내부 영역 내에서 개별 패널을 함께 결합시킴으로써 개방 내부 영역 내에서 현 모양 벽을 조립하는 단계, 현 모양 벽의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 칼럼의 외측 쉘의 내부 표면에 고정하는 단계, 이격된 하강 유로 벽의 쌍을 현 모양 벽을 따라 사전선택된 수직으로 이격된 위치에서 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 지지시켜, 이격된 하강 유로 벽의 각각의 쌍 사이에 하강 유로 통로를 형성하되, 현 모양 벽이 하강 유로 통로를 통해 수직으로 연장되는 상태로 형성하는 단계, 하강 유로 벽의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 칼럼의 외측 쉘의 내부 표면에 고정하는 단계, 및 트레이 데크 - 트레이 데크를 가로질러 분포된 유체 유동 구멍을 가짐 - 를 각각의 하강 유로 통로의 외부에서 하강 유로 벽 상에 지지시키는 단계를 포함한다.
도 1은 물질 및/또는 열 전달이 이루어지도록 의도되고 본 발명의 현 모양 벽 지지 시스템을 갖는 교차 유동 트레이를 도시하기 위해 칼럼 쉘의 일부분이 절결된 물질 전달 칼럼의 측면도.
도 2는 교차 유동 트레이 및 현 모양 벽 지지 시스템을 도시하기 위해 칼럼 쉘의 부분들이 절결된, 도 1에 도시된 물질 전달 칼럼의 확대된, 부분적인 상부 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 교차 유동 트레이 및 현 모양 벽 지지 시스템 중 하나의 확대된, 부분적인 저부 사시도.
도 4는 더욱 확대된 축척으로 취해진, 도 2에 도시된 교차 유동 트레이 및 현 모양 벽 지지 시스템 중 수개의 부분적인 저부 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 도면과 유사하지만 더욱 확대된 축척의, 한 쌍의 교차 유동 트레이 및 현 모양 벽 지지 시스템의 부분적인 저부 사시도.
도 6은 더욱 확대된 축척으로 취해진, 도 2에 도시된 교차 유동 트레이 및 현 모양 벽 지지 시스템의 부분적인 측면도.
도 7은 현 모양 벽 지지 시스템을 도시한 확대된, 부분적인 측면도.
도 8은 현 모양 벽 지지 시스템 및 교차 유동 트레이를 도시한 확대된, 부분적인 측면도.
도 9는 현 모양 벽 지지 시스템의 다른 실시예를 도시한, 한 쌍의 교차 유동 트레이의 부분적인 상부 사시도.
이제 도면을 더욱 상세히 그리고 처음으로 도 1을 참조하면, 역류-유동하는 유체 스트림들 사이에서 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지도록 의도되는 공정에 사용하기에 적합한 물질 전달 칼럼이 전반적으로 도면 부호 10으로 나타나 있다. 물질 전달 칼럼(10)은 구성이 대체로 원통형인 직립 외측 쉘(12)을 포함하지만, 다른 배향, 예컨대 수평, 및 다각형을 포함하는 구성이 가능하고 본 발명의 범주 내에 있다. 쉘(12)은 임의의 적합한 직경 및 높이를 갖고, 바람직하게는 물질 전달 칼럼(10)의 작동 동안에 존재하는 조건 및 유체에 불활성이거나 달리 양립가능한 하나 이상의 강성 재료로부터 구성된다.
물질 전달 칼럼(10)은 분별 생성물(fractionation product)을 얻고 그리고/또는 달리 유체 스트림들 사이의 물질 전달 및/또는 열 교환을 유발하도록 유체 스트림, 전형적으로 액체 및 증기 스트림을 처리하기 위해 사용되는 유형의 것이다. 예를 들어, 물질 전달 칼럼(10)은 원유 상압(crude atmospheric), 윤활유 진공(lube vacuum), 원유 진공(crude vacuum), 유체 또는 열 분해 분별(fluid or thermal cracking fractionating), 코커 또는 비스브레이커 분별(coker or visbreaker fractionating), 코크 스크러빙(coke scrubbing), 반응기 오프-가스 스크러빙(reactor off-gas scrubbing), 가스 켄칭(gas quenching), 식용유 탈취(edible oil deodorization), 오염 방지 스크러빙(pollution control scrubbing), 및 다른 공정이 이루어지는 칼럼일 수 있다.
물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)은 유체 스트림들 사이의 원하는 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지는 개방 내부 영역(14)을 한정한다. 통상적으로, 유체 스트림은 하나 이상의 상승하는 증기 스트림 및 하나 이상의 하강하는 액체 스트림을 포함한다. 대안적으로, 유체 스트림은 둘 모두 상승 및 하강하는 액체 스트림, 또는 상승하는 기체 스트림 및 하강하는 액체 스트림을 포함할 수 있다.
유체 스트림은 물질 전달 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치에 위치되는 임의의 개수의 공급 라인(feed line)(16)을 통해 물질 전달 칼럼(10)으로 지향된다. 하나 이상의 증기 스트림은 또한 공급 라인(16)을 통해 물질 전달 칼럼(10) 내로 도입되기보다는 물질 전달 칼럼(10) 내에서 생성될 수 있다. 물질 전달 칼럼(10)은 또한 전형적으로 물질 전달 칼럼(10)으로부터 증기 생성물 또는 부산물을 제거하기 위한 오버헤드 라인(overhead line)(18) 및 액체 생성물 또는 부산물을 제거하기 위한 저부 스트림 배출 라인(bottom stream takeoff line)(20)을 포함할 것이다. 사람이 물질 전달 칼럼(10)에 진입하는 것을 허용하기 위해 그리고 내부 구조물이 설치, 유지 보수, 및 개조(revamping) 절차 중에 물질 전달 칼럼(10) 내에 배치되고 그것으로부터 제거되도록 맨웨이(manway)(22)가 제공된다. 환류 스트림 라인(reflux stream line), 리보일러(reboiler), 응축기(condenser), 증기 혼(vapor horn) 등과 같은, 전형적으로 존재하는 다른 칼럼 구성요소는 도면에 예시되지 않는데, 왜냐하면 그들이 사실상 종래의 것이고, 이들 구성요소의 예시가 본 발명의 이해에 필요한 것으로 여겨지지 않기 때문이다.
추가로 도 2 내지 도 8을 참조하면, 트레이 조립체(24)는 물질 전달 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에 위치되고, 지지 시스템(28)에 의해 서로 수직으로 이격된 관계로 고정되고 지지되는 복수의 수평으로 연장되는 교차 유동 트레이(26)를 포함한다. 각각의 교차 유동 트레이(26)는 대체로 평탄한 트레이 데크(30)를 포함하고, 하나 이상의 현 모양 하강 유로(32)가 트레이 데크(30)의 단부들 사이의 중간 위치(들)에 위치되고/되거나 2개의 측부 하강 유로(34, 36)가 트레이 데크(30)의 서로 반대편에 있는 단부들에 위치된다. 트레이 데크(30)의 단부는 트레이 데크(30)의 상부 표면 상에서의 유체 유동의 전반적인 방향에 관하여 한정된다. 현 모양 하강 유로(32) 및 측부 하강 유로(34, 36)는 트레이 데크(30) 내의 개구에 위치되고, 관련 트레이 데크(30)로부터 액체를 제거하고 그것을 통상적으로 바로 아래에 놓인 트레이 데크(30)인 아래에 놓인 트레이 데크(30)로 전달하기 위해 하향으로 하강한다.
현 모양 하강 유로(32)는 교차 유동 트레이들(26) 중 적어도 일부에 대해 수직 정렬 상태에 있다. 교차 유동 트레이(26) 상의 현 모양 하강 유로(32)의 위치설정은 트레이 데크(30) 상의 원하는 다중-패스(multiple-pass) 유체 유동 방식에 의해 결정된다. 2-패스 유동 방식에서, 단일 현 모양 하강 유로(32)는 통상적으로 교차 유동 트레이들(26) 중 교번하여 놓인 트레이들 상에서 트레이 데크(30)의 중심에 위치되고, 측부 하강 유로(34, 36)는 교차 유동 트레이들(26) 중 다른 트레이들 상에 사용된다. 예시된 4-패스 유동 방식에서, 교차 유동 트레이들(26) 중 교번하여 놓인 트레이들은 중심에 위치되는 현 모양 하강 유로(32) 및 측부 하강 유로(34, 36)를 갖고, 나머지 교차 유동 트레이들(26)은 중심에서 벗어난 관계로, 통상적으로 인접한 교차 유동 트레이(26) 상의 중심 현 모양 하강 유로(32)와 측부 하강 유로(34 또는 36) 사이에서 중간에 위치되는 2개의 현 모양 하강 유로(32)를 갖는다. 다른 다중-패스 유동 방식이, 현 모양 하강 유로(32)가 예시된 실시예에서 교차 유동 트레이들(26) 중 교번하여 놓인 트레이들을 포함하여 교차 유동 트레이들(26) 중 일부에 대해 수직 정렬 상태에 있는 한, 본 발명의 범주 내에 있다.
각각의 현 모양 하강 유로(32)는 물질 전달 칼럼(10) 내의 개방 내부 영역(14)을 가로질러 현 모양 방식으로 연장되는 한 쌍의 이격된 평행한 하강 유로 벽(38, 40)을 포함한다. 하강 유로 벽들(38, 40) 사이의 간격은 트레이 데크(30) 내의 관련 개구에 진입하는 유체를 수용하고 그것을 아래에 놓인 트레이 데크(30)로 전달하기 위한 하강 유로 통로(42)를 형성한다. 하강 유로 벽(38, 40)의 서로 반대편에 있는 단부들은 예컨대 단부들을 쉘(12)에 용접되어 있는 볼트체결 바(44, 46)에 볼트체결함으로써 쉘(12)의 내부 표면에 연결된다. 대안적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 하강 유로 벽(38, 40)의 서로 반대편에 있는 단부들은 하강 유로 통로(42)의 서로 반대편에 있는 단부들을 폐쇄하는 단부 브래킷(end bracket)(43)에 연결될 수 있다. 각각의 벽(38, 40)은 수직으로 연장되는 상부 벽 세그먼트(upper wall segment)(48) 및 반대편 벽(38 또는 40)의 하부 벽 세그먼트(lower wall segment)를 향해 경사지는 하부 벽 세그먼트(50)를 포함할 수 있다. 경사 하부 벽 세그먼트(50)는 하강 유로 통로(42)를 수축시키고 유체가 하강 유로 통로(42)의 수축된 부분을 채우게 하여 증기 또는 보다 가벼운 유체가 하강 유로 통로(42)를 통해 상승하는 것을 방해한다. 현 모양 하강 유로(32)의 각각의 벽(38, 40)의 하부 말단 단부는 아래에 놓인 트레이 데크(30) 위로 사전선택된 거리에 위치되어, 하강 유로(32)로부터 아래에 놓인 트레이 데크(30)의 통상적으로 무공성인 영역 상으로 배출될 유체를 위한 간극 영역(clearance area)을 생성한다.
측부 하강 유로(34, 36)의 구성은, 유체를 위한 하강 유로 통로(52)가 2개의 현 모양 하강 유로 벽에 의해서보다는 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)과 단일 현 모양 하강 유로 벽(52)의 조합에 의해 형성된다는 점에서, 현 모양 하강 유로(32)와 상이하다.
트레이 데크(30)는 다양한 종래의 방법들 중 임의의 것을 사용하여 함께 결합되는 개별 패널(56)로부터 형성된다. 패널(56)은 트레이 데크(30)의 일 단부로부터 다른 단부로의 방향으로 종방향으로 연장된다. 패널들(56) 중 일부 또는 전부는 패널(56)로부터 수직하게 하향으로, 전형적으로 각각의 패널(56)의 종방향 에지들 중 하나를 따라 연장되는 보강 플랜지(stiffening flange)(58)를 포함한다. 패널(56)의 에지를 도시하는 선은 예시를 단순화하기 위해 도 2에 도시되지 않는다.
트레이 데크(30)의 대부분의 영역은 상승하는 증기, 기체 또는 액체 스트림이, 트레이 데크(30)의 상부 표면을 따라 이동하는 액체 스트림과의 상호작용을 위해 트레이 데크(30)를 통과하도록 허용하는 구멍(60)을 포함한다. 예시의 용이함을 위해 단지 일부의 구멍(60)만이 도면에 도시된다. 구멍(60)은 단순한 시브 홀(sieve hole) 또는 지향성 루버(directional louver)의 형태일 수 있거나, 그들은 고정형 또는 이동가능 밸브와 같은 구조체를 포함할 수 있다. 구멍(60)을 포함하는 트레이 데크(30)의 부분은 교차 유동 트레이(26)의 활성 영역으로 알려져 있다.
현 모양 하강 유로(32) 및 측부 하강 유로(34, 36)의 출구 아래에 놓인 트레이 데크(26)의 부분들은 통상적으로 무공성이고, 위에 놓인 현 모양 하강 유로(32) 또는 측부 하강 유로(34 또는 36)로부터 하향으로 유동하는 액체를 수용하고 그것을 트레이 데크(30)를 가로질러 수평으로 방향전환시키기 위한 입구 영역(62)으로서 기능한다. 입구 영역(62)은 유체가 입구 영역(62)을 통해 하향으로 위핑하는 것을 방해하거나 방지하면서 상승하는 유체 스트림이 입구 영역(62)을 통해 상향으로 통과하도록 허용하는 버블 프로모터 또는 다른 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지 시스템(28)은, 복수의 교차 유동 트레이(26)와 결합되고 그것을 통해 수직으로 연장되는 하나 이상의 평탄한 현 모양 벽(64)을 포함한다. 각각의 현 모양 벽(64)은 예컨대 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)에 용접되어 있는 볼트체결 바(65)에 볼트체결함으로써 칼럼 쉘에 고정되는 서로 반대편에 있는 단부들을 갖는다. 각각의 현 모양 벽(64)의 하부 단부는 격자 지지부(grid support), 지지 링, 및/또는 다른 지지 메커니즘 상에 지지될 수 있다. 각각의 현 모양 벽(64)은 통상적으로 맨웨이(22)를 통해 설치되도록 크기설정되는 개별 패널(66)로부터 형성된다. 개별 패널(66)은 이어서 원하는 높이를 갖는 현 모양 벽(64)을 형성하도록 개방 내부 영역(14) 내에서 함께 조립된다. 인접한 패널(66)의 에지는 다양한 적합한 수단들 중 임의의 것에 의해, 예컨대 볼트체결, 용접, 또는 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 공히-양도된 미국 특허 제8,485,504호에 개시된 유형의 커넥터를 사용함으로써 상호연결된다.
각각의 현 모양 벽(64)은 그것이 교차 유동 트레이들(26) 중 일부 상의 일 세트의 수직으로 정렬된 현 모양 하강 유로(32)의 하강 유로 통로(42) 및 다른 교차 유동 트레이(26)의 트레이 데크(30)를 통과하도록 위치된다. 지지 시스템(28)은, 각각의 현 모양 벽(64)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 고정되고 하강 유로 벽(38 또는 40)으로 연장되어 그것에 고정되는 귀(ear)-형상의 하강 유로 지지 브래킷(68)을 포함한다. 현 모양 벽(64)의 일 측부 상의 하강 유로 지지 브래킷(68)은 통상적으로 현 모양 벽(64)의 반대편 측부 상의 하강 유로 지지 브래킷(68)과 정렬되지만, 그들은 다른 실시예에서 오프셋(offset)될 수 있다. 다수의 하강 유로 지지 브래킷(68)이 현 모양 벽(64)을 따라 수평으로 이격되고, 현 모양 하강 유로(32) 및 트레이 데크(30)를 안정시키고 하강 유로 벽(38, 40) 및 트레이 데크(30)로부터의 부하를 현 모양 벽(64) 상으로 전달하는 기능을 한다. 앵글(angle)(69)(도 7)이 하강 유로 벽(38, 40)을 따라 수평으로 연장되고 그것에 결합되며, 플랜지(58)를 안정시키는 표면을 제공한다.
하강 유로 지지 브래킷(68)은 또한 하강 유로 통로(42)를, 하강 유로 통로(42)를 통한 유체의 원하는 유동을 용이하게 할 수 있는 하위통로로 세분하는 역할을 한다. 각각의 하강 유로 통로(42) 내에 위치되는 각각의 현 모양 벽(64)의 부분은 제1 세트의 유체 통로(70)를 포함하며, 이는 하강 유로 통로(42) 내에 있는 유체가 제1 세트의 유체 통로(70)를 통해 현 모양 벽(64)의 일 측부로부터 현 모양 벽(64)의 반대편 측부로 통과하도록 허용한다. 유체 통로들(70) 중 적어도 하나는 하강 유로 지지 브래킷들(68) 중 각각의 인접한 브래킷들 사이에 위치되어, 각각의 하위통로 내의 유체가 혼합 및 유동 균등화(flow equalization)를 위해 현 모양 벽(64)을 통과할 수 있게 한다. 유체 통로(70)는 일 실시예에서 인접한 하강 유로 벽(38, 40)의 하부 말단 단부 아래로 하향으로 연장되어, 트레이 데크(30)의 입구 영역(62) 상으로 배출되는 액체가 또한 혼합 및 유동 균등화 목적을 위해 현 모양 벽(64)을 통해 유동할 수 있게 한다. 현 모양 벽을 따른 상이한 영역에서 유체 통로(70)의 면적을 변화시킴으로써, 트레이 데크(30) 상의 유체의 유동 분포가 원하는 방식으로 조절될 수 있다.
유체 통로(70)의 상부 단부는 통상적으로 현 모양 벽(64)이 트레이 데크(30)의 높이 위의 영역에서 무공성이도록, 유체가 그로부터 현 모양 하강 유로(32)에 진입하는 트레이 데크(30)의 높이 아래에 위치된다. 그러면, 현 모양 벽(64)의 이러한 무공성 영역은 트레이 데크(30) 상의 유체가, 현 모양 하강 유로(32)가 그로부터 하강하는 트레이 데크(30) 내의 개구를 뛰어 넘는 것을 방지하는 스플래시 배플(splash baffle)의 역할을 한다.
현 모양 벽(64)은 트레이 데크(30)의 입구 영역(62) 아래에 위치되는 제2 세트의 유체 통로(72)를 포함하여, 상승하는 유체가 압력 및 유동 균등화를 위해 유체 통로(72)를 통해 현 모양 벽(64)의 일 측부로부터 현 모양 벽(64)의 반대편 측부로 통과하도록 허용한다.
지지 시스템(28)은, 일 실시예에서 유체 통로(72)를 통해 현 모양 벽(64)의 일 측부로부터 그것의 반대편 측부로 통과하는 긴 안정 장치(elongated stabilizer)(74)를 포함한다. 긴 안정 장치(74)는 현 모양 벽(64)에 의해 중단되는 트레이 데크(30)의 세그먼트들을 결합시키고 안정시키기 위해 현 모양 벽(64)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에서 트레이 데크(30), 전형적으로 트레이 데크(30)의 패널(56)의 플랜지(58)에 고정된다.
지지 시스템(28)은, 현 모양 벽(64)의 서로 반대편에 있는 측부들에 고정되고 트레이 데크(30)의 입구 영역(62) 아래에서 그것과 접촉하여 현 모양 벽(64)을 따라 수평으로 연장되는 플랜지형 지지부(76)를 추가로 포함한다. 지지부(76)는 트레이 데크(30)의 입구 영역(62)이 그 상에 고정되어 지지되는 상부 플랜지(78), 및 안정 장치(74)가 그 상에 고정될 수 있는 표면을 제공하는 하부 플랜지(80)를 갖는다. 지지부(76)는 트레이 데크(30)로부터의 부하를 현 모양 벽(64) 상으로 전달하는 역할을 하여, 현 모양 벽(64)이 유체에 의해 부하가 가해질 때에도 트레이 데크(30)의 원하는 위치 및 수평 정렬을 안정시키고 지지하며 유지시키는 역할을 하게 한다. 현 모양 벽(64)은 현 모양 하강 유로(32) 및 다른 트레이 데크(30)의 원하는 위치 및 수평 정렬을, 하강 유로 지지 브래킷(68)이 그들 현 모양 하강 유로(32) 및 트레이 데크(30)로부터의 부하를 현 모양 벽(64)으로 전달하는 역할을 하는 것을 결과로서 안정시키고 지지하며 유지시키는 역할을 한다. 이러한 방식으로, 현 모양 벽(64)은 특히 큰 직경의 물질 전달 칼럼(10)에서 구조 빔 및 다른 종래의 지지 장치의 사용에 대한 개선된 대안을 제공한다.
물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)에 용접되는 지지 링(82)이 교차 유동 트레이들(26) 중 일부 또는 전부 상의 트레이 데크(30)의 외주연부를 지지하기 위해 종래의 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 물질 전달 칼럼(10)의 외측 쉘(12)의 개방 내부 영역(14) 내에서 교차 유동 트레이(26)를 지지하는 방법을 포함한다. 방법은 개방 내부 영역(14) 내에서 개별 패널(66)을 함께 결합시킴으로써 개방 내부 영역(14) 내에서 현 모양 벽(64)을 조립하는 단계를 포함한다. 현 모양 벽(64)의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들은 예컨대 볼트체결 바(65)에 볼트체결함으로써 외측 쉘(12)의 내부 표면에 고정된다. 이격된 하강 유로 벽(38, 40)의 쌍이 현 모양 벽(64)을 따라 사전선택된 수직으로 이격된 위치에서 현 모양 벽(64)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 고정되어, 이격된 하강 유로 벽(38, 40)의 각각의 쌍 사이에 하강 유로 통로들(42) 중 하나를 형성하되, 현 모양 벽(63)이 하강 유로 통로(42)를 통해 수직으로 연장되는 상태로 형성한다. 하강 유로 벽(38, 40)의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들은 예컨대 볼트체결 바(44, 46)에 볼트체결함으로써, 또는 도 9에 도시된 바와 같이, 현 모양 벽(64)을 지지하는 볼트체결 바(65)에 고정되는 단부 브래킷(43)의 사용에 의해, 외측 쉘(12)의 내부 표면에 고정된다. 트레이 데크(30)는 각각의 상기 하강 유로 통로(42)의 외부에서 하강 유로 벽(38, 40) 상에 지지되어, 트레이 데크(30) 및 현 모양 하강 유로(32)의 부하가 현 모양 벽(64)으로 전달되게 한다. 다른 트레이 데크(30)는 플랜지형 지지부(76) 상에 지지되어, 그들의 부하가 역시 현 모양 벽으로 전달되게 한다. 트레이 데크(30)의 주연부는 지지 링(82) 상에 지지될 수 있다.
전술한 바로부터, 본 발명이 이러한 구조에 고유한 다른 이점과 함께 위에 기재된 모든 목적 및 목표를 달성하기에 아주 적합한 발명인 것이 이해될 것이다.
소정 특징 및 하위조합이 유용성을 갖고, 다른 특징 및 하위조합을 참조함이 없이 채용될 수 있는 것이 이해될 것이다. 이는 본 발명의 범주에 의해 고려되고, 본 발명의 범주 내에 있다.
많은 가능한 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명으로 구성될 수 있기 때문에, 본 명세서에 기재되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항이 제한의 의미가 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 함이 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 물질 전달 칼럼(mass transfer column)에 사용하기 위한 트레이 조립체(tray assembly)로서,
    서로 수직으로 이격된 복수의 교차 유동 트레이(cross flow tray) - 각각의 교차 유동 트레이는 평탄한 트레이 데크(tray deck)를 포함하며, 평탄한 트레이 데크는 트레이 데크를 가로질러 분포된 유체 유동 구멍을 갖고, 교차 유동 트레이들 중 적어도 교번하여 놓인 트레이들은 상기 트레이 데크로부터 액체를 제거하기 위해 트레이 데크로부터 하강하는 적어도 하나의 현 모양 하강 유로(chordal downcomer)를 갖고,
    교차 유동 트레이들 중 하나 상의 현 모양 하강 유로들 중 적어도 하나는 교차 유동 트레이들 중 다른 트레이들 상의 현 모양 하강 유로와 수직 정렬 상태로 위치되고,
    각각의 상기 적어도 하나의 현 모양 하강 유로는 관련 트레이 데크 내의 개구에 위치되고, 개구에 진입하는 유체를 아래에 놓인 교차 유동 트레이들 중 하나의 트레이 데크로 전달하기 위한 하강 유로 통로를 형성하도록 상기 개구에서 관련 트레이 데크로부터 하향으로 연장되는 한 쌍의 이격된 하강 유로 벽을 포함함 -; 및
    상기 교차 유동 트레이를 지지하고 현 모양 벽(chordal wall)을 포함하는 지지 시스템 - 현 모양 벽은 상기 교차 유동 트레이와 결합되고 상기 교차 유동 트레이를 통해 그리고 정렬된 현 모양 하강 유로의 하강 유로 통로 내에서 수직으로 연장됨 -
    을 포함하는, 트레이 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 트레이 조립체는 제1 세트의 유체 통로를 포함하고, 제1 세트의 유체 통로는 상기 현 모양 하강 유로의 통로 내에서 상기 현 모양 벽 내에 위치되어 상기 하강 유로 통로 내에 있는 상기 유체가 제1 세트의 유체 통로를 통해 현 모양 벽의 일 측부로부터 현 모양 벽의 반대편 측부로 통과하도록 허용하는, 트레이 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각각의 하강 유로 벽의 하부 말단 단부는 유체가 전달되는 트레이 데크 위로 사전선택된 거리에 위치되어 하강 유로로부터 상기 트레이 데크의 입구 영역 상으로 배출될 유체를 위한 간극 영역(clearance area)을 생성하는, 트레이 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 제1 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로의 하부 단부는 하강 유로 벽의 하부 말단 단부 아래로 연장되어 상기 트레이 데크 상으로 배출되는 유체가 상기 현 모양 벽을 통과하도록 허용하는, 트레이 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 현 모양 하강 유로에서, 제1 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로의 상부 단부는 하강 유로가 하강하는 트레이 데크 아래에서 종단되고, 현 모양 벽은 트레이 데크 상의 유체가 현 모양 하강 유로가 위치되는 개구를 뛰어 넘는 것을 방지하도록 트레이 데크 위의 영역에서 무공성(imperforate)인, 트레이 조립체.
  6. 제3항에 있어서, 트레이 조립체는 제2 세트의 유체 통로를 포함하고, 제2 세트의 유체 통로는 트레이 데크의 입구 영역 아래에서 상기 현 모양 벽 내에 위치되어 유체가 제2 세트의 유체 통로를 통해 현 모양 벽의 일 측부로부터 현 모양 벽의 반대편 측부로 통과하도록 허용하는, 트레이 조립체.
  7. 제3항에 있어서, 상기 지지 시스템은, 상기 제2 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로들 중 적어도 일부를 통해 연장되고 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에서 상기 트레이 데크에 결합되는 긴 안정 장치(elongated stabilizer)를 포함하는, 트레이 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 지지 시스템은, 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들에 고정되고 트레이 데크의 입구 영역 아래에서 상기 현 모양 벽을 따라 수평으로 연장되는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 트레이 데크가 고정되는 상부 플랜지(upper flange) 및 상기 안정 장치가 고정되는 하부 플랜지(lower flange)를 제공하는, 트레이 조립체.
  9. 제2항에 있어서, 상기 현 모양 벽은 함께 결합되는 개별 패널(panel)로부터 형성되고, 교번하여 놓인 트레이들 상의 현 모양 하강 유로는 수직 정렬 상태에 있는, 트레이 조립체.
  10. 제2항에 있어서, 상기 지지 시스템은 상기 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에서 상기 하강 유로 통로 내에 위치되는 하강 유로 지지 브래킷(downcomer support bracket)을 포함하고, 각각의 하강 유로 지지 브래킷은 하강 유로 벽 및 관련 트레이 데크로부터의 부하를 현 모양 벽으로 전달하도록 상기 현 모양 벽으로부터 하강 유로 벽들 중 하나로 연장되는, 트레이 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 현 모양 벽의 일 측부 상의 상기 하강 유로 지지 브래킷은 상기 현 모양 벽의 다른 측부 상의 상기 하강 유로 지지 브래킷과 정렬되는, 트레이 조립체.
  12. 물질 전달 칼럼으로서,
    개방 내부 체적을 한정하는 외측 칼럼 쉘(outer column shell); 및
    개방 내부 체적 내에 위치되는 트레이 조립체
    를 포함하고,
    상기 트레이 조립체는,
    서로 수직으로 이격된 복수의 교차 유동 트레이 - 각각의 교차 유동 트레이는 평탄한 트레이 데크를 포함하며, 평탄한 트레이 데크는 개방 내부 체적의 단면을 가로질러 수평으로 연장되고 트레이 데크를 가로질러 분포된 유체 유동 구멍을 갖고, 교차 유동 트레이들 중 적어도 교번하여 놓인 트레이들은 상기 트레이 데크로부터 액체를 제거하기 위해 트레이 데크로부터 하강하는 적어도 하나의 현 모양 하강 유로를 갖고,
    교차 유동 트레이들 중 교번하여 놓인 트레이들 상의 현 모양 하강 유로들 중 적어도 하나는 교차 유동 트레이들 중 다른 교번하여 놓인 트레이들 상의 현 모양 하강 유로들 중 적어도 하나와 수직 정렬 상태로 위치되고,
    각각의 상기 적어도 하나의 현 모양 하강 유로는 관련 트레이 데크 내의 개구에 위치되고, 개구에 진입하는 유체를 아래에 놓인 교차 유동 트레이들 중 하나의 트레이 데크로 전달하기 위한 하강 유로 통로를 형성하도록 상기 개구에서 관련 트레이 데크로부터 하향으로 연장되는 한 쌍의 이격된 하강 유로 벽을 포함함 -; 및
    상기 교차 유동 트레이를 지지하고 현 모양 벽을 포함하는 지지 시스템 - 현 모양 벽은 상기 교차 유동 트레이와 결합되고 상기 교차 유동 트레이를 통해 그리고 정렬된 현 모양 하강 유로의 하강 유로 통로 내에서 수직으로 연장되며, 상기 현 모양 벽은 칼럼 쉘에 고정되는 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 가짐 -
    을 포함하는, 물질 전달 칼럼.
  13. 제12항에 있어서, 물질 전달 칼럼은 제1 세트의 유체 통로를 포함하고, 제1 세트의 유체 통로는 상기 현 모양 하강 유로의 통로 내에서 상기 현 모양 벽 내에 위치되어 상기 하강 유로 통로 내에 있는 상기 유체가 제1 세트의 유체 통로를 통해 현 모양 벽의 일 측부로부터 현 모양 벽의 반대편 측부로 통과하도록 허용하는, 물질 전달 칼럼.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하강 유로 벽은 칼럼 쉘에 고정되는 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 갖고, 각각의 하강 유로 벽의 하부 말단 단부는 유체가 전달되는 트레이 데크 위로 사전선택된 거리에 위치되어 하강 유로로부터 상기 트레이 데크의 입구 영역 상으로 배출될 유체를 위한 간극 영역을 생성하는, 물질 전달 칼럼.
  15. 제14항에 있어서, 제1 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로의 하부 단부는 하강 유로 벽의 하부 말단 단부 아래로 연장되어 상기 트레이 데크 상으로 배출되는 유체가 상기 현 모양 벽을 통과하도록 허용하는, 물질 전달 칼럼.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 현 모양 하강 유로에서, 제1 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로의 상부 단부는 하강 유로가 하강하는 트레이 데크 아래에서 종단되고, 현 모양 벽은 트레이 데크 상의 유체가 현 모양 하강 유로가 위치되는 개구를 뛰어 넘는 것을 방지하도록 트레이 데크 위의 영역에서 무공성인, 물질 전달 칼럼.
  17. 제14항에 있어서, 물질 전달 칼럼은 제2 세트의 유체 통로를 포함하고, 제2 세트의 유체 통로는 트레이 데크의 입구 영역 아래에서 상기 현 모양 벽 내에 위치되어 유체가 제2 세트의 유체 통로를 통해 현 모양 벽의 일 측부로부터 현 모양 벽의 반대편 측부로 통과하도록 허용하는, 물질 전달 칼럼.
  18. 제14항에 있어서, 상기 지지 시스템은, 상기 제2 세트의 유체 통로들 중의 유체 통로들 중 적어도 일부를 통해 연장되고 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에서 상기 트레이 데크에 결합되는 긴 안정 장치를 포함하는, 물질 전달 칼럼.
  19. 제18항에 있어서, 상기 지지 시스템은, 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들에 고정되고 트레이 데크의 입구 영역 아래에서 상기 현 모양 벽을 따라 수평으로 연장되는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 트레이 데크가 고정되는 상부 플랜지 및 상기 안정 장치가 고정되는 하부 플랜지를 제공하는, 물질 전달 칼럼.
  20. 제13항에 있어서, 상기 지지 시스템은 상기 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에서 상기 하강 유로 통로 내에 위치되는 하강 유로 지지 브래킷을 포함하고, 각각의 하강 유로 지지 브래킷은 하강 유로 벽 및 관련 트레이 데크로부터의 부하를 현 모양 벽으로 전달하도록 상기 현 모양 벽으로부터 하강 유로 벽들 중 하나로 연장되는, 물질 전달 칼럼.
  21. 물질 전달 칼럼의 외측 쉘의 개방 내부 영역 내에서 복수의 교차 유동 트레이를 지지하는 방법으로서,
    개방 내부 영역 내에서 개별 패널을 함께 결합시킴으로써 개방 내부 영역 내에서 현 모양 벽을 조립하는 단계;
    현 모양 벽의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 칼럼의 외측 쉘의 내부 표면에 고정하는 단계;
    이격된 하강 유로 벽의 쌍을 현 모양 벽을 따라 사전선택된 수직으로 이격된 위치에서 현 모양 벽의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 지지시켜, 이격된 하강 유로 벽의 각각의 쌍 사이에 하강 유로 통로를 형성하되, 현 모양 벽이 하강 유로 통로를 통해 수직으로 연장되는 상태로 형성하는 단계;
    하강 유로 벽의 수직으로 연장되는 서로 반대편에 있는 단부들을 칼럼의 외측 쉘의 내부 표면에 고정하는 단계; 및
    트레이 데크를 각각의 상기 하강 유로 통로의 외부에서 하강 유로 벽 상에 지지시키는 단계 - 상기 트레이 데크는 트레이 데크를 가로질러 분포된 유체 유동 구멍을 가짐 -
    를 포함하는, 방법.
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