KR20190071803A - 피켓형 액체 유동 장벽을 갖는 접촉 트레이 및 이를 수반하는 방법 - Google Patents

피켓형 액체 유동 장벽을 갖는 접촉 트레이 및 이를 수반하는 방법 Download PDF

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Abstract

물질 전달 또는 열 교환 칼럼에서 사용하기 위한 접촉 트레이는 트레이 데크를 가지며, 트레이 데크는, 트레이 데크 상에 액체를 수용하기 위한 입구 영역, 및 이어서 액체가 트레이 데크에 걸쳐 유동하여서 트레이 데크 상에서 그리고 그 위에서 다른 유체와 상호작용한 후에 액체를 제거하기 위한 원격으로 위치된 출구를 갖는다. 복수의 장벽이 입구 영역과 출구 사이에 위치된다. 장벽들 각각은 이격된 피켓들 및 피켓들 중 인접한 것들 사이의 간격 내의 개구들을 갖는다. 피켓은 액체의 유동을 지연시키고, 액체가 입구 영역으로부터 개구를 통해 그리고 이어서 출구 내로 유동할 때 트레이 데크 상에서의 상류측 액체 부하를 증가시킨다. 낮은 액체 유량에서, 액체 부하의 이러한 증가는 트레이의 증기 처리 능력을 상당히 증가시킬 수 있다.

Description

피켓형 액체 유동 장벽을 갖는 접촉 트레이 및 이를 수반하는 방법
본 발명은 대체적으로 물질 전달(mass transfer) 및 열 교환(heat exchange)이 이루어지는 칼럼(column)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칼럼 내에서 유동하는 유체 스트림(fluid stream)들 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위해 그러한 칼럼에 사용하기 위한 접촉 트레이(contact tray) 및 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 계약 트레이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
물질 전달 칼럼은 특정 조성 및/또는 온도의 생성물 스트림을 제공하기 위하여 적어도 2개의 유입 유체 스트림을 접촉시키도록 구성된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "물질 전달 칼럼"은 물질 및/또는 열 전달이 주 목적인 칼럼을 포함하고자 하는 것이다. 다성분 증류 및 흡수 응용에 이용되는 것과 같은 일부 물질 전달 칼럼은 기상 스트림을 액상 스트림과 접촉시키는 한편, 추출 칼럼과 같은 다른 칼럼은 상이한 밀도의 2개의 액상들 사이의 접촉을 용이하게 하도록 설계될 수 있다. 종종, 물질 전달 칼럼은, 통상 칼럼 내에 배치된 다수의 트레이 또는 다른 물질 전달 표면을 따라, 상승하는 증기 또는 액체 스트림을 하강하는 액체 스트림과 접촉시키도록 구성된다.
상승하는 유체 스트림과 하향으로 유동하는 유체 스트림 사이의 원하는 접촉 및 물질 전달을 촉진하기 위해 물질 전달 칼럼에서 다양한 유형의 트레이가 흔히 사용된다. 각각의 트레이는 통상적으로 칼럼의 실질적으로 전체 수평 단면에 걸쳐 수평으로 연장되고, 원형 칼럼 벽 또는 쉘(shell)의 내측 표면에 용접된 지지 링(ring)에 의해 트레이의 주연부 주위에서 지지된다. 다수의 트레이가 인접한 트레이들 사이에 균일한 수직 간격을 갖고서 이러한 방식으로 위치된다. 트레이는 칼럼에 의해 이루어지는 다단계 공정의 하나의 부분을 수행하도록 칼럼의 일부분에만 위치될 수 있다. 대안적으로, 트레이는 칼럼의 실질적으로 전체 수직 높이를 차지할 수 있다.
전술된 유형의 트레이는, 트레이 데크(tray deck) 내의 출구 개구에 위치되어 액체가 하나의 트레이로부터 인접 하부 트레이로 하강하는 통로를 제공하는 하나 이상의 하강 유로(downcomer)를 포함한다. 하강 유로에 진입하기 전에, 트레이 데크 상의 액체는 트레이 데크의 선택된 부분 내에 제공된 개구부를 통과하는 상승하는 증기와 상호작용하고, 이어서 출구 둑(weir)을 넘어 트레이 데크 상의 출구 개구 내로 유동한다. 증기 개구부를 포함하는 트레이 데크의 그러한 영역은 트레이의 그러한 영역 위에서 이루어지는 증기와 액체 혼합 및 프로싱(frothing)으로 인해 흔히 "활성(active)" 영역으로 지칭된다.
출구 둑의 수평 피트(feet)당 분당 25 미국 갤런(25 gpm/ft) 미만인 출구 둑에서의 액체 부하를 생성하는 유량과 같은 낮은 액체 유량 하에서, 트레이의 활성 영역에 걸쳐 유동하는 액체의 상당한 부분은 상승하는 증기 내의 소적(droplet)으로서 비말동반될 수 있고, 증기에 의해 위에 놓인 트레이로 운반될 수 있다. 더 작은 비말동반된 소적은 위에 놓인 트레이 데크 내의 증기 개구부를 통해 증기에 의해 운반될 수 있는 반면, 더 큰 소적은 위에 놓인 트레이 데크의 하부 표면에 충돌하여 그 하부 표면 상에 필름을 형성할 수 있다. 이어서, 필름의 부분들은 위에 놓인 트레이 내의 증기 개구부를 통해 증기에 의해 운반될 수 있다. 이러한 비말동반된 액체가 증기 개구부를 통해 증기에 의해 운반됨에 따라, 이는 증기 유동에 이용가능한 단면적을 제한하고 트레이를 가로지른 압력 강하를 증가시킨다. 비말동반된 액체는 또한 하부 트레이 상의 증기와의 원하는 상호작용을 회피하여, 감소된 작동 효율로 이어진다.
액체의 비말동반을 감소시키고 그에 의해 낮은 액체 유량에서의 트레이의 증기 처리 능력을 증가시키려고 시도하는 현재의 접근법은 피켓형(picketed) 출구 둑으로서 통상 알려진 것의 사용을 수반한다. 피켓형 출구 둑은 인접한 피켓들 사이의 간격에 개구를 형성하도록 이격된 복수의 직립 피켓을 갖는다. 피켓은 트레이 데크 상의 출구 개구 내로의 액체의 유동을 지연시키고, 트레이 데크 상에서의 액체 부하 및 트레이의 증기 처리 능력을 증가시키는 것으로 생각되어 왔다.
그러나, 본 발명자는 많은 공정 조건 하의 피켓형 출구 둑이 피켓형 출구 둑으로부터 상류에 있는 트레이 데크의 부분 상에서의 액체 부하만을 증가시키고 그에 따라서 종래에 믿어왔던 것보다 트레이의 증기 처리 능력에 상당히 감소된 영향을 미친다는 것을 발견하였다.
따라서, 낮은 액체 유량 동안 트레이의 증기 처리 능력을 증가시키는 개선된 트레이에 대한 필요성이 명백해졌다.
일 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼 내에 사용하여 유체들이 물질 전달 칼럼 내에서 유동하고 있는 경우에 유체들 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위한 트레이에 관한 것이다. 트레이는 상부 표면을 갖는 트레이 데크; 트레이 데크의 상부 표면 상으로의 액체의 하향 유동을 수용하기 위한 트레이 데크 상의 입구 영역; 트레이 데크의 영역에 걸쳐 분포되고 트레이 데크를 통해 연장되는 복수의 개구부 - 복수의 개구부는 액체가 입구 영역을 떠나서 개구부가 상부에 분포되어 있는 트레이 데크의 영역에 걸쳐 그 위에서 유동한 후에 액체와의 상호작용을 위해 트레이 데크를 통한 유체의 상향 통과를 허용함 -; 액체가 입구 영역으로부터 유동되어서 상기 영역 내의 개구부를 상향으로 통과하는 유체와 상호작용한 후에 상부 표면으로부터의 액체의 제거를 허용하기 위해 트레이 데크 상의 입구 영역으로부터 원격에 위치된 출구; 액체가 출구에 진입하는 경우에 액체를 수용하고 이어서 액체를 하향으로 전달하도록 출구로부터 하향으로 연장된 하강 유로; 및 입구 영역과 출구 사이에 위치되고, 액체가 입구 영역으로부터 출구로 유동하는 경우의 액체의 유동 경로에 걸쳐 그리고 트레이 데크의 상부 표면으로부터 상향으로 연장되는 복수의 장벽을 포함한다. 장벽 각각은 액체가 입구 영역으로부터 출구로 유동할 때 액체의 유동을 지연시키기 위한 피켓을 포함한다. 액체가 입구 영역으로부터 출구로 유동할 때 액체가 장벽을 연속적으로 통과하는 것을 허용하기 위해, 피켓들 중 인접한 것들은 피켓들 중 인접한 것들 사이의 간격에 개구를 형성하도록 이격된다. 장벽들 중 하나는 출구에 인접하게 위치되고 출구 둑으로서 기능할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 쉘, 쉘 내의 개방 내부 영역, 및 칼럼의 개방 내부 영역의 단면 내에서 수직으로 이격된 관계로 위치되고 개방 내부 영역의 단면에 걸쳐 연장되는 복수의 전술된 트레이를 포함하는 물질 전달 칼럼에 관한 것이다.
추가 태양에서, 본 발명은 물질 전달 칼럼 내에서 수직으로 이격된 관계로 위치되고 물질 전달 칼럼의 쉘에 의해 형성된 개방 내부 영역의 단면에 걸쳐 연장되는 경우 전술된 트레이의 트레이 데크의 상부 표면 상에서 그리고 그 위에서 유체들을 상호작용시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 액체를 트레이 각각의 입구 영역 상으로 전달하는 단계, 및 액체가 입구 영역으로부터의 유동 경로를 따라서 트레이 데크의 상부 표면을 따라 그리고 그 위로, 피켓들 중 인접한 것들 사이의 간격 내의 개구를 통해, 그리고 이어서 출구 내로 유동하게 하는 단계 - 피켓은 액체의 상기 유동을 지연시키고 피켓으로부터 상류에 있는 트레이 데크 상에서 액체 부하를 증가시킴 -; 액체가 유동 경로를 따라 유동할 때 액체와 상호작용하도록 트레이 데크 내의 개구부를 통해 증기가 상승하게 하는 단계; 액체를 출구를 통해 그리고 하강 유로 내로 지향시킴으로써 액체를 그의 유동 경로의 끝에서 트레이 데크로부터 제거하는 단계; 및 이어서, 액체를 하강 유로로부터 트레이들 중 인접한 아래에 놓인 것의 입구 영역 상으로 방출하는 단계를 포함한다. 본 방법의 일 실시예에서, 액체는 일정 유량으로 유동하여 25 gpm/ft 미만의 출구 둑 부하를 생성한다.
본 명세서의 일부를 형성하고, 동일한 도면 부호가 다양한 도면에서 동일한 구성요소를 나타내기 위해 사용되는 첨부 도면에서:
도 1은 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지도록 의도되는 그리고 본 발명의 트레이의 일 실시예를 도시하기 위해 칼럼의 쉘의 일부분이 절결된 칼럼의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시되고 우측 단부 관점으로부터 취해진, 칼럼의 일부분의 확대 부분도이다.
도 3은 도 2와 유사하지만 좌측 단부 관점으로부터 취해진 확대 부분도이다.
도 4는 도 2 및 도 3과 유사하지만 일 단부 관점으로부터 취해진 확대 부분도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 트레이들 중 하나를 도시하는 칼럼의 평면도이다.
이제 도면을 더욱 상세히 그리고 처음으로 도 1을 참조하면, 물질 전달 또는 열 교환 공정에 사용하기에 적합한 물질 전달 칼럼이 전반적으로 도면 부호 10으로 나타나 있다. 칼럼(10)은 구성이 대체로 원통형일 수 있는 직립 외부 쉘(12)을 포함하지만, 다각형을 포함하는 다른 구성이 가능하고 본 발명의 범주 내에 있다. 쉘(12)은 임의의 적합한 직경 및 높이를 가질 수 있고, 바람직하게는 칼럼(10)의 작동 동안에 존재하는 조건 및 유체에 불활성이거나 달리 양립가능한 하나 이상의 강성 재료로부터 구성될 수 있다.
칼럼(10)은 분별 생성물(fractionation product)을 얻거나 달리 유체 스트림들 사이의 물질 전달 또는 열 교환을 유발하도록 유체 스트림, 전형적으로 액체 또는 증기 스트림을 처리하기 위해 사용되는 유형의 것이다. 예를 들어, 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), 또는 다른 공정이 이루어지는 칼럼일 수 있다.
칼럼(10)의 쉘(12)은 유체 스트림들 사이의 원하는 물질 전달 또는 열 교환이 이루어지는 개방 내부 영역(14)을 한정한다. 하나의 구현예에서, 유체 스트림은 하나 이상의 상승하는 증기 스트림 및 하나 이상의 하강하는 액체 스트림을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 유체 스트림은 상승하는 또는 하강하는 액체 스트림 또는 상승하는 또는 하강하는 증기 스트림의 실질적으로 임의의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유체 스트림은 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치에 위치되는, 하부 공급 라인(feed line)(16a) 또는 상부 공급 라인(16b)과 같은 임의의 개수의 공급 라인(16)을 통해 칼럼(10) 내로 지향될 수 있다. 하나의 구현예에서, 증기 스트림은 공급 라인(16a, 16b)을 통해 칼럼(10) 내로 도입되기보다는 칼럼(10) 내에서 생성될 수 있다. 하나 이상의 유체 스트림은 하부 배출 라인(takeoff line)(18a) 및 상부 배출 라인(18b)과 같은 임의의 개수의 배출 라인(18)을 통해 칼럼(10) 밖으로 지향될 수 있다. 일 구현예에서, 액체가 상부 공급 라인(16b)을 통해 도입되고, 칼럼(10)을 통해 하강하고, 하부 배출 라인(18a)을 통해 제거될 수 있는 한편, 증기는 하부 공급 라인(16a)을 통해 도입되고, 칼럼(10)을 통해 상승하고, 상부 배출 라인(18b)을 통해 제거될 수 있다.
환류 스트림 라인(reflux stream line), 리보일러(reboiler), 응축기(condenser), 증기 혼(vapor horn), 액체 분배기(liquid distributor) 등과 같은, 전형적으로 존재할 다른 칼럼 구성요소는 도면에 예시되지 않는데, 왜냐하면 그것들이 사실상 종래의 것이고, 이들 구성요소의 예시가 본 발명의 이해에 필요한 것으로 여겨지지 않기 때문이다.
추가로 도 2 내지 도 5를 참조하면, 복수의 접촉 트레이(20)가 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에 수직으로 이격된 관계로 위치되어 개방 내부 영역(14) 내에서 유동하는 유체들의 상호작용을 용이하게 한다. 트레이(20)는 대체로 동일하거나 유사한 구성의 것이며 칼럼(10)의 전체 단면에 걸쳐 대체로 수평으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 인접한 트레이(20)들은 중심 수직 축을 중심으로 서로에 대해 180도 회전되어 있다.
각각의 트레이(20)는, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상부 표면(24) - 이를 따라서 유체가 유동함 - 을 갖는 대체로 평면인 트레이 데크(22)를 갖는다. 칼럼(10)의 쉘(12)이 원통형인 경우, 트레이 데크(22)는 원의 일부분들을 따라 놓이는 외주연부를 갖는다. 트레이 데크(22)는 통상 쉘(12) 내의 통로(도시되지 않은)를 통해 끼워지도록 각각 크기설정되는 상호연결된 트레이 패널들로부터 형성된다. 예컨대 위에 놓인 트레이(20)로부터 또는 액체 분배기(도시되지 않음)로부터, 트레이 데크(22)의 상부 표면(24) 상으로의 액체의 하향 유동을 수용하기 위해 트레이 데크 상에 입구 영역(26)이 위치된다. 복수의 개구부(28)(도 5)가 트레이 데크(22)의 활성 영역으로 알려진 영역에 걸쳐 분포된다. 개구부(28)는 트레이 데크(22)를 완전히 통과해 연장되어, 액체가 입구 영역(26)을 떠나서 개구부(28)가 상부에 분포되어 있는 트레이 데크(22)의 활성 영역에 걸쳐 그 위에서 유동한 후에 액체와의 상호작용을 위해 유체가 트레이 데크(22)를 상향으로 통과하는 것을 허용한다. 개구부(28)는 단순한 체(sieve) 구멍일 수 있거나, 이는 고정 또는 가동 밸브의 일부를 형성할 수 있다. 예시된 실시예에서, 개구부(28)는 고정된 밸브 커버(32)를 갖는 밸브(30)의 일부를 형성한다. 다른 실시예에서, 밸브 커버는 개구부(28)를 통한, 증기와 같은 유체의 상향 유동에 의해 인가되는 힘에 응답하여 상하로 부유(float)할 수 있다. 밸브 커버(32)들 중 하나가 도 5에서 제거되어 밸브(30)들 중 하나와 연관된 개구부(28)를 보여준다.
각각의 트레이(20)는, 액체가 입구 영역(26)으로부터 유동되어서 트레이 데크(22)의 활성 영역 내의 개구부(28)를 상향으로 통과하는 유체와 상호작용한 후에 트레이 데크(22)의 상부 표면(24)으로부터의 액체의 제거를 허용하기 위해 트레이 데크(22) 내에서 입구 영역(26)으로부터 원격에 위치된 출구(34)를 추가로 포함한다. 개구부(28)를 통해 상승하는 증기와 트레이 데크(22)의 상부 표면(24)을 따라 유동하는 액체 사이의 상호작용은 전형적으로 트레이 데크(22) 위에 프로스(froth) 또는 분무를 생성한다.
각각의 트레이(20)는 또한 액체가 출구(34)에 진입하는 경우에 액체를 수용하기 위해 출구(34)로부터 하향으로 연장되는 하강 유로(36)를 포함한다. 이어서, 하강 유로(36)는 인접한 아래에 놓인 트레이(20)의 입구 영역(26) 상으로의, 또는 최하부 트레이(20)의 경우에는 액체 수집기(도시되지 않음) 또는 다른 내부 디바이스로의 방출을 위해 액체를 하향으로 전달한다. 예시된 실시예의 하강 유로(36)는, 그가 트레이(20)들 중 하나의 트레이 상에서 트레이 데크(22)의 단부에 그리고 트레이(20)들 중 인접한 트레이들 상에서 트레이 데크(22)들의 반대편 단부에 위치되어, 액체가 각각의 트레이(20) 상에서 단지 일 방향으로 그리고 트레이(20)들 중 인접한 트레이들 상에서 반대 방향들로 유동하는 "단일 통과" 유동 경로를 생성한다는 점에서 측부 하강 유로이다. 하강 유로(36)는 트레이 데크(22) 및 쉘(12)의 반대편 측부들로부터 현으로(chordally) 연장되는 하강 유로 벽(38)을 포함한다. 하강 유로 벽(38)은 제한된 하부 방출 출구를 제공하도록, 도시된 바와 같이, 직선형일 수 있거나, 경사형 및/또는 단차형일 수 있다. 다중 현 또는 후퇴익(sweptback)과 같은 다른 하강 유로 벽(38) 구조가 사용될 수 있다. 하강 유로 벽(38)은 제한된 하강 유로 방출 출구(42)를 제공하도록 쉘(12)을 향해 경사진 다중 현 스커트(40)를 포함할 수 있다. 입구 둑(43)이 방출 출구(42)에 인접하게 제공될 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 각각의 트레이(20)는, 액체가 각각의 트레이(20) 상에서 하나 초과의 방향으로 유동하는 다중 통과 유동 경로를 생성하기 위해 하강 유로(36)들의 추가의 것들 및 입구 영역(26)들 및 출구(34)들의 추가의 것들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가의 하강 유로(36)들 중 일부는, 트레이 데크(22) 및 쉘(12)의 반대편 측부들로부터 현 또는 다른 형상으로 연장되는 2개의 하강 유로 벽(38)을 각각 갖는 중심 또는 편심(off-center) 현 형상의 하강 유로일 수 있다.
도 5에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 예시된 단일 통과 트레이(20) 실시예에서, 입구 영역(26) 및 출구(34)는 트레이 데크(22)의 반대편 단부들에 위치된다. 트레이(20)들 중 인접한 트레이들 상에서, 입구 영역(26) 및 출구(34)의 위치는 하강 유로(38)의 방출 출구(42)로부터 유동하는 액체가 다음의 하부 트레이(20)의 입구 영역(26) 상으로 하향으로 유동하도록 역전되어 있다. 다중 통과 유동 실시예에서, 입구 영역(26)은 마찬가지로, 위에 놓인 트레이(20)와 연관된 하강 유로(38)로부터 방출되는 액체를 수용하도록 위치된다. 입구 영역(26) 및 출구(34)는 각각 트레이(20) 상의 액체의 설계된 체적 유량을 수용하도록 크기설정된다.
추가로 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라, 복수의 장벽(44)이 입구 영역(26)의 각각의 하나와 입구 영역(26)으로부터 액체를 수용하는 연관된 출구(34) 사이에 위치된다. 장벽(44)은 트레이 데크(22)의 상부 표면(24)으로부터 수직 상향으로 연장되고 볼트 체결, 용접 또는 다른 적합한 방법에 의해 그에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 장벽(44)은 트레이 데크(22)들 중 인접한 것들 사이의 수직 간격의 적어도 1/2인 높이를 갖는다. 다른 실시예에서, 장벽(44)은 그러한 수직 간격의 적어도 3/4이다.
장벽(44)들은 전형적으로 입구 영역(들)(26)으로부터 출구(들)(34)로 유동하는 액체의 유동 경로에 걸쳐 횡방향으로 그리고 서로 평행하게 위치된다. 장벽(44)들 중 하나는 출구 둑(45)으로서 기능하도록 출구(34)에 인접하게 그리고 그의 상류 에지를 따라 위치될 수 있다. 출구 둑(45)으로서 기능하는 장벽(44)은, 일 실시예에서, 하강 유로 벽(38)의 수직 연장부로서 형성될 수 있다. 장벽(44)은 전형적으로 다양한 금속 또는 합금과 같은 시트 재료로 형성될 수 있다. 각각의 장벽(44)은 평면형일 수 있고, 트레이 데크(22)의 반대편 측부들로부터 현으로서 연장될 수 있다. 대안적으로, 장벽(44)은 다중 현의, 만곡된 또는 다른 구성일 수 있다.
각각의 장벽(44)은 액체가 입구 영역(26)으로부터 연관된 출구(34)로 유동할 때 액체의 유동을 지연시키기 위한 피켓(46)을 포함한다. 피켓(46)들 중 인접한 것들은 그들의 높이의 일부 또는 전부를 따라 이격되어, 피켓(46)들 중 인접한 것들 사이의 간격에 개구(48)를 형성한다. 이들 개구(48)는 액체가 입구 영역(26)으로부터 출구(34)로 유동할 때 액체가 장벽(44)을 통과하게 한다. 피켓(46)은 전체적으로 또는 부분적으로 그리고 균일한 크기의 정사각형, 직선형 또는 다른 형상일 수 있다. 개구(48)들은 유사하게 형상화되고 균일한 크기를 가질 수 있다. 다른 구조가 피켓(46) 및 개구(48) 둘 모두에 대해 가능하다. 피켓(46) 및 개구(48)는 각각의 장벽(44)의 종방향 길이의 미리선택된 부분들을 각각 차지한다. 일례로서, 피켓(46)들은 각각의 장벽(44)의 종방향 길이의 30 내지 70% 또는 40 내지 60%를 차지할 수 있다.
예시된 실시예에서, 피켓(46)들은 각각의 장벽(44)이 재료의 연속 스트립으로서 형성되도록 그들의 상부 및 하부 영역에서 상호연결된다. 각각의 장벽(44)의 상부 에지는 강화 플랜지(50)를 형성하도록 굽혀질 수 있다. 장벽(44)의 오염이 우려되는 응용에 적합한 다른 실시예에서, 피켓(46)들은 개구(48)가 트레이 데크(22)의 상부 표면(24)으로 하향으로 연장되도록 그들의 상부 영역을 따라 상호연결되지만 그들의 하부 영역을 따라서는 상호연결되지 않는다.
장벽(44)들 중 인접한 것들 내의 피켓(46)들은, 액체가 입구 영역(26)으로부터 출구(34)로의 직선 유동 경로로 유동할 수 있는 것이 아니라, 그 대신에, 액체가 연속적인 장벽(44)들 내의 개구(48)들을 통해 유동할 때 피켓(46)들 주위를 돌아다녀야만 하도록 서로 엇갈리거나 오프셋될 수 있다.
장벽(44)들의 개수, 장벽(44)들 중 인접한 것들 사이의 간격, 및 피켓(46)에 의해 점유되는 각각의 장벽(44)의 길이의 백분율은 트레이(20)들에 대한 의도된 작동 조건에 기초하여 선택된다. 대체적으로, 인접한 장벽(44)들 사이의 간격은 6 내지 14 인치 또는 8 내지 12 인치일 수 있다.
전술된 바와 같이 이격된 장벽(44)들 중 다수의 것들이 사용되는 경우, 트레이(20)의 증기 처리 능력의 유의미한 증가는 트레이 데크(22)를 따르는 액체의 유량이 출구 둑(45)의 수평 피트당 분당 25 미국 갤런(25 gpm/ft) 미만일 때 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 출구 둑 부하가 10 gpm/ft 미만인 상태에서 다수의 장벽(44)의 사용은 트레이(20)의 증기 처리 능력의 훨씬 더 큰 증가율을 야기한다.
본 발명은 또한, 트레이들이 물질 전달 칼럼(10) 내에서 수직으로 이격된 관계로 위치되고 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)에 의해 형성된 개방 내부 영역(14)의 단면에 걸쳐 연장되는 경우, 트레이(20)의 트레이 데크(22)의 상부 표면(24) 상에서 그리고 그 위에서 유체들을 상호작용시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 액체를 트레이(20) 각각의 입구 영역(26) 상으로 전달하는 단계, 및 액체가 입구 영역(26)으로부터의 유동 경로를 따라서 트레이 데크(22)의 상부 표면(24)을 따라 그리고 그 위로, 장벽(44) 내의 피켓(46)들 중 인접한 것들 사이의 간격 내의 개구(48)를 통해, 그리고 이어서 출구(34) 내로 유동하게 하는 단계를 포함한다. 피켓(46)은 액체의 유동을 지연시키도록 그리고 피켓(46)으로부터 상류에 있는 트레이 데크(22) 상에서 액체 부하를 증가시키도록 작동한다. 액체가 트레이 데크(22)를 따라 유동 중일 때, 전형적으로 증기인 유체는 트레이 데크(22) 내의 개구부(28) 또는 밸브(30)를 통해 상승하여 액체가 유동 경로를 따라 유동할 때 액체와 상호작용한다. 피켓(46)이 트레이 데크(22) 상에서의 액체 부하를 증가시키기 때문에, 분무보다는 프로스가 증기와 액체의 상호작용에 의해 형성될 가능성이 더 크다. 액체는 그를 출구(34)를 통해 그리고 하강 유로(36) 내로 지향시킴으로써 그의 유동 경로의 끝에서 트레이 데크(22)로부터 제거된다. 이어서, 액체는 하강 유로(36)로부터 트레이(20)들 중 인접한 아래에 놓인 것의 입구 영역(26) 상으로 방출된다. 액체 비말동반의 유의미한 감소 및 트레이(20)의 증기 처리 능력의 증가는 낮은 액체 유량, 예컨대 출구 둑(45)의 길이의 25 gpm/ft 미만, 더 구체적으로는 10 gpm/ft 미만의 출구 둑 부하를 생성하는 액체 유량에서의 다수의 장벽(44)의 사용에 기인할 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 (20)

  1. 물질 전달 칼럼(mass transfer column) 내에 사용하여 유체들이 상기 물질 전달 칼럼 내에서 유동하고 있는 경우에 유체들 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위한 트레이로서,
    상부 표면을 갖는 트레이 데크;
    상기 트레이 데크의 상부 표면 상으로의 액체의 하향 유동을 수용하기 위한 상기 트레이 데크 상의 입구 영역;
    상기 트레이 데크의 영역에 걸쳐 분포되고 상기 트레이 데크를 통해 연장되는 복수의 개구부 - 상기 복수의 개구부는 액체가 상기 입구 영역을 떠나서 상기 개구부가 상부에 분포되어 있는 상기 트레이 데크의 영역에 걸쳐 그 위에서 유동한 후에 상기 액체와의 상호작용을 위해 상기 트레이 데크를 통한 유체의 상향 통과를 허용함 -;
    액체가 상기 입구 영역으로부터 유동되어서 상기 영역 내의 개구부를 상향으로 통과하는 상기 유체와 상호작용한 후에 상기 상부 표면으로부터의 액체의 제거를 허용하기 위해 상기 트레이 데크 상의 상기 입구 영역으로부터 원격에 위치된 출구;
    액체가 상기 출구에 진입하는 경우에 액체를 수용하고 이어서 액체를 하향으로 전달하도록 상기 출구로부터 하향으로 연장된 하강 유로(downcomer); 및
    상기 입구 영역과 상기 출구 사이에 위치되고, 액체가 상기 입구 영역으로부터 상기 출구로 유동하는 경우에 상기 액체의 유동 경로에 걸쳐 그리고 상기 트레이 데크의 상부 표면으로부터 상향으로 연장되는 복수의 장벽을 포함하고,
    상기 장벽 각각은 액체가 상기 입구 영역으로부터 상기 출구로 유동할 때 상기 액체의 유동을 지연시키기 위한 피켓을 포함하고,
    액체가 상기 입구 영역으로부터 상기 출구로 유동할 때 상기 액체가 상기 장벽을 연속적으로 통과하는 것을 허용하기 위해, 상기 피켓들 중 인접한 것들은 상기 피켓들 중 인접한 것들 사이의 간격에 개구를 형성하도록 이격되는, 트레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장벽들 중 하나는 상기 출구에 인접하게 위치되고 출구 둑(weir)으로서 기능하는, 트레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 트레이 데크는 원의 일부분들을 따라 놓이는 외주연부를 갖는, 트레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장벽들 각각은 상기 트레이 데크의 외주연부의 반대편 측부들 사이에서 현으로(chordally) 연장되는, 트레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 장벽들은 서로 평행한 관계로 연장되는, 트레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장벽들 중 인접한 것들 내의 상기 피켓들은 서로 오프셋되는, 트레이.
  7. 제5항에 있어서, 상기 피켓은 직선형이고, 균일하게 크기설정되는, 트레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개구는 직선형이고, 균일하게 크기설정되는, 트레이.
  9. 제7항에 있어서, 상기 출구는, 상기 하강 유로가 상기 트레이 데크의 일 단부에 위치되고 상기 트레이 데크의 반대편 측부들 사이에서 현으로 연장되는 측부 하강 유로가 되도록 위치되는, 트레이.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 입구 영역들 및 상기 출구들의 추가의 것들;
    상기 추가의 출구들로부터 하향으로 연장되는 상기 하강 유로들의 추가의 것들; 상기 추가의 출구들과 연관된 상기 출구 둑들의 추가의 것들; 및
    상기 추가의 입구 영역들과 상기 추가의 출구들 사이에 위치된 상기 장벽들의 추가의 것들을 포함하는, 트레이.
  11. 제10항에 있어서, 상기 추가의 하강 유로들은 상기 트레이 데크의 반대편 측부들 사이에서 현으로 연장되는, 트레이.
  12. 물질 전달 칼럼으로서, 쉘, 상기 쉘 내의 개방 내부 영역, 및 상기 개방 내부 영역의 단면 내에서 수직으로 이격된 관계로 위치되고 상기 개방 내부 영역의 단면에 걸쳐 연장되는 복수의 제1항의 트레이를 포함하는, 물질 전달 칼럼.
  13. 제12항에 있어서, 상기 장벽들은 상기 트레이 데크의 외주연부의 반대편 측부들 사이에서 현으로 그리고 서로에 대해 평행한 관계로 연장되는, 물질 전달 칼럼.
  14. 제13항에 있어서, 상기 장벽들 중 하나는 상기 출구에 인접하게 위치되고 출구 둑으로서 기능하는, 물질 전달 칼럼.
  15. 제14항에 있어서, 상기 장벽들 중 인접한 것들의 일부 내의 상기 피켓들은 서로 오프셋되는, 물질 전달 칼럼.
  16. 제15항에 있어서, 상기 피켓은 직선형이고, 균일하게 크기설정되고, 상기 트레이 데크들 중 인접한 것들 사이의 수직 간격의 1/2 내지 3/4의 높이를 갖는, 물질 전달 칼럼.
  17. 제14항에 있어서, 상기 출구는, 상기 하강 유로가 상기 트레이 데크의 일 단부에 위치되고 상기 트레이 데크의 반대편 측부들 사이에서 현으로 연장되는 측부 하강 유로가 되도록 위치되는, 물질 전달 칼럼.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 입구 영역들 및 상기 출구들의 추가의 것들;
    상기 추가의 출구들로부터 하향으로 그리고 상기 트레이 데크의 반대편 측부들 사이에서 현으로 연장되는 상기 하강 유로들의 추가의 것들;
    상기 추가의 출구들과 연관된 상기 출구 둑들의 추가의 것들; 및
    상기 추가의 입구 영역들과 상기 추가의 출구들 사이에 위치된 상기 장벽들의 추가의 것들을 포함하는, 물질 전달 칼럼.
  19. 물질 전달 칼럼 내에서 수직으로 이격된 관계로 위치되고 상기 물질 전달 칼럼의 쉘에 의해 형성된 개방 내부 영역의 단면에 걸쳐 연장되는 제1항의 트레이의 트레이 데크의 상부 표면 상에서 그리고 그 위에서 유체들을 상호작용시키는 방법으로서,
    액체를 상기 트레이 각각의 입구 영역 상으로 전달하는 단계, 및 액체가 상기 입구 영역으로부터의 유동 경로를 따라서 상기 트레이 데크의 상부 표면을 따라 그리고 그 위로, 상기 피켓들 중 인접한 것들 사이의 간격 내의 상기 개구를 통해, 그리고 이어서 상기 출구 내로 유동하게 하는 단계 -
    상기 피켓은 상기 액체의 유동을 지연시키고 상기 피켓으로부터 상류에 있는 상기 트레이 데크 상에서 액체 부하를 증가시킴 -;
    액체가 상기 유동 경로를 따라 유동할 때 상기 액체와 상호작용하도록 상기 트레이 데크 내의 개구부를 통해 증기가 상승하게 하는 단계;
    액체를 상기 출구를 통해 그리고 상기 하강 유로 내로 지향시킴으로써 상기 액체를 그의 유동 경로의 끝에서 상기 트레이 데크로부터 제거하는 단계; 및
    이어서, 상기 액체를 상기 하강 유로로부터 상기 트레이들 중 인접한 아래에 놓인 것의 입구 영역 상으로 방출하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 액체는 일정 유량으로 유동하여 25 gpm/ft 미만의 출구 둑 부하를 생성하는, 방법.
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