KR20200079323A - 분할 벽을 갖는 물질 전달 조립체 및 칼럼과 이를 포함하는 방법 - Google Patents
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Abstract
물질 전달 조립체는 적어도 하나의 분할 벽, 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 물질 전달 구조물의 구역, 및 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 물질 전달 구조물의 구역을 통해 상승하는 증기의 분할을 변화시키도록 작동가능한 증기 유동 제한기를 갖는다.
Description
본 발명은 대체적으로 물질 전달 칼럼(mass transfer column)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 예를 들어 3성분 이상의 혼합물의 분리를 위한, 분할 벽 칼럼(dividing wall column)으로 알려진 물질 전달 칼럼 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
물질 전달 칼럼은 특정 조성 및/또는 온도의 생성물 스트림을 제공하기 위하여 적어도 2개의 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, 보통 2개의 유체 상들 사이의 밀접한 접촉을 용이하게 하기 위해 칼럼의 내부 영역에 배치되는 물질 전달 구조물의 표면을 따라 또는 그 위에서, 상승하는 증기 또는 액체 스트림을 하강하는 액체 스트림과 접촉시키도록 구성된다. 2개의 상들 사이에서 전달되는 물질 및 열의 비율 및/또는 정도는, 다양한 유형의 트레이, 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 또는 그리드 패킹(grid packing)의 형태일 수 있는 이들 물질 전달 구조물에 의해 향상된다.
때때로 분할 벽 칼럼으로 지칭되는 하나의 유형의 물질 전달 칼럼에서, 하나 이상의 수직으로 연장되는 분할 벽이 물질 전달 칼럼 내에서의 3성분 이상의 공급스트림(feedstream)의 분리를 허용하기 위해 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역 내에 위치된다. 일례로서, 3성분 공급스트림을 분리시킬 때, 단일 분할 벽이 통상적으로 물질 전달 칼럼의 중간 섹션 내에 중심에 위치되고, 물질 전달 칼럼의 반대편 측부들로부터 현(chord) 형태로 연장된다. 공급스트림은 분할 벽의 하나의 측부 상에서 쉘(shell)을 통해 도입되고, 측면 배출부(side draw-off)가 분할 벽의 반대편 측부에서 쉘을 통해 연장된다.
공급스트림은 분할 벽의 공급 측부 상에서 저비점 분획물(low boiling fraction) 및 고비점 분획물(heavy boiling fraction)로 분리되며, 이때 중비점 분획물(mid-boiling fraction)의 일부가 물질 전달 칼럼의 상부 섹션 내로 저비점 분획물과 동반하고, 중비점 분획물의 나머지가 고비점 분획물과 함께 물질 전달 칼럼의 하부 섹션으로 하강한다. 저비점 분획물은 물질 전달 칼럼의 상부 섹션에서 중비점 분획물로부터 분리되고, 분할 벽의 배출부 측부 상에서, 더 적게 분리되며, 쉘의 상부에서 탑정 생성물(overhead product)로서 회수된다. 고비점 분획물은 물질 전달 칼럼의 하부 섹션에서 중비점 분획물로부터 분리되고, 분할 벽의 열-결합된, 배출부 측부 상에서, 더 적게 분리되며, 섬프(sump)에서 탑저 생성물(bottom product)로서 회수된다. 분리된 중비점 분획물은 물질 전달 칼럼의 상부 섹션 및 하부 섹션으로부터 물질 전달 칼럼의 중간 섹션에서의 분할 벽의 배출부 측부로 전달되고, 측면 배출부를 통해 회수된다. 따라서, 분할 벽은 3성분 공급스트림의 3개의 고순도 분획물로의 증류 분리를 허용한다. 추가의 분할 벽이 4성분 이상의 공급스트림의 분리를 위해 사용될 수 있다. 분할 벽은 또한 공비 증류 공정, 추출 증류 공정 및 반응성 증류 공정이 행해지고 있는 물질 전달 칼럼에 사용될 수 있다.
물질 전달 칼럼에서의 분할 벽의 사용은, 그것이 추가의 물질 전달 칼럼에 대한 필요성을 제거하여 분할 벽이 단일 물질 전달 칼럼에서 행해지도록 허용하는 동일한 처리를 달성할 수 있어, 투자 비용 및 운전 비용의 절감을 가져올 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 물질 전달 칼럼에서의 분할 벽의 사용에 의해 다수의 설계 문제 및 작동 문제가 발생한다. 이들 문제들 중 하나는 물질 전달 칼럼의 하부 섹션으로부터 공급 측부로 그리고 분할 벽의 배출부 측부로 상승하는 증기의 분할을 제어하는 것을 수반한다. 분할 벽의 공급 측부와 배출부 측부 사이에서의 증기의 분할을 고정시키기 위한 다양한 설계 접근법이 제안되었지만, 물질 전달 칼럼 내에서 행해지는 증류 공정의 증가된 작동 유연성 및 제어를 제공하기 위해 증기 분할을 제어하고 조절하는 능력에서의 추가의 개선이 필요하다.
일 태양에서, 본 발명은, 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역에 사용하기 위한 물질 전달 조립체로서, 분할 벽, 분할 벽의 서로 반대편에 있는 제1 측부 및 제2 측부 상에 위치되는 물질 전달 구조물의 하나 이상의 구역, 및 제1 하위 영역 내에 위치되는 증기 유동 제한기를 포함하는, 물질 전달 조립체에 관한 것이다. 증기 유동 제한기는, 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 제1 하위 영역 및 제2 하위 영역을 통해 상승할 때 증기의 체적 분할의 조절을 허용하기 위해, 제1 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항을 일으키는 제1 배향과 그 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항보다 큰 제2 증기 유동 저항을 일으키는 제2 배향 사이에서 이동가능하다. 일 실시예에서, 제1 하위 영역을 통한 제1 증기 유동 저항은 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 제2 하위 영역을 통한 증기 유동 저항보다 작거나 그와 동일하고, 제2 증기 유동 저항은 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 제2 하위 영역을 통한 그 증기 유동 저항보다 크다.
다른 태양에서, 본 발명은 쉘, 상기 쉘에 의해 한정되는 개방 내부 영역, 및 상기 개방 내부 영역 내에 위치되는 위에서 설명된 바와 같은 물질 전달 조립체를 포함하는 물질 전달 칼럼에 관한 것이다.
추가의 태양에서, 본 발명은 위에서 설명된 물질 전달 칼럼의 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 제1 하위 영역 및 제2 하위 영역을 통해 상승할 때 증기의 체적 분할을 조절하기 위해, 제1 하위 영역 내에 위치된 증기 유동 제한기를, 제1 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항을 일으키는 제1 배향과 그 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항보다 큰 제2 증기 유동 저항을 일으키는 제2 배향 사이에서 이동시키도록 액추에이터를 작동시키는 단계, 공급스트림을 개방 내부 영역 내로 도입하는 단계, 증기가 제1 하위 영역 및 제2 하위 영역을 통해 상승하게 하도록 공급스트림을 처리하는 단계, 및 물질 전달 칼럼으로부터 생성물 또는 생성물을 인출하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 일부를 형성하고, 동일한 번호가 다양한 도면에서 동일한 구성요소를 나타내기 위해 사용되는 첨부 도면에서:
도 1a는 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역 내에 위치된
분할 벽 및 개략적으로 나타낸 구성요소들을 도시한 물질 전달 칼럼의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 물질 전달 칼럼과 유사하지만 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역 내에 위치된 2개의 분할 벽을 도시한 물질 전달 칼럼의 개략적인 측면도이다.
도 2는 분할 벽 및 증기 유동 제한기를 포함하는 물질 전달 조립체의 일 실시예를 보여주기 위해 물질 전달 칼럼의 쉘의 일부분이 분리된, 도 1a에 도시된 물질 전달 칼럼의 측면 사시도이다.
도 3은 도 2에 사용된 것으로부터 확대된 스케일로 도시된, 도 2의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 상부 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분의 측면도이다.
도 5는 증기 유동 제한기가 도 4에 도시된 것과는 상이한 배향으로 도시된 것을 제외하고는, 도 4에 도시된 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 것과는 반대측으로부터 취해진, 그리고 도 4에 사용된 것으로부터 확대된 스케일로 도시된 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 것과는 반대측으로부터 취해진 그리고 도 6에 도시된 것과는 상이한 배향으로 증기 유동 제한기를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 8은 증기 유동 제한기의 대안적인 실시예를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 9는 증기 유동 제한기의 다른 실시예를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 10은 증기 유동 제한기가 도 9에 도시된 것과는 상이한 배향에 있는 것을 제외하고는, 도 9에 도시된 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 11은 물질 전달 조립체의 대안적인 실시예를 도시한 물질 전달 칼럼의 부분 측면도이다.
도 12는 증기 유동 제한기의 대안적인 실시예를 도시한 것을 제외하고는, 도 11의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 확대 부분 저부 사시도이다.
도 15는 증기 유동 제한기가 도 13에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 13에 도시된 것과 유사한 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 16은 도 15에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저면도이다.
도 17은 도 16에 도시되고 도 16의 선분 17-17을 따라 취해진 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 18은 증기 유동 제한기가 도 17에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 17에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 19는 물질 전달 조립체 및 증기 유동 제한기의 추가의 실시예를 도시한 물질 전달 칼럼의 부분 측면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 21은 증기 유동 제한기가 도 20에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 20에 도시된 도면과 유사한 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 22는 물질 전달 조립체 및 증기 유동 제한기의 또 다른 실시예와 함께 물질 전달 칼럼의 부분 측면 사시도이다.
도 23은 도 22에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 24는 증기 유동 제한기가 도 23에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 23에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 25는 원형 증기 유동 개구부가 트레이 데크(tray deck) 내에 있고 원형 개구가 제한기 플레이트 내에 있는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 26은 정사각형 증기 유동 개구부가 트레이 데크 내에 있고 정사각형 개구가 제한기 플레이트 내에 있는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 27은 원형 단면을 갖는 트레이 데크 상의 라이저(riser), 트레이 데크 내의 원형 증기 유동 개구부, 및 제한기 플레이트 내의 원형 개구를 갖는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 28은 도 22 내지 도 24에 도시된 유형의 증기 유동 제한기를 사용하는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 것과 유사한 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 일부분의 저부 사시도이다.
도 1a는 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역 내에 위치된
분할 벽 및 개략적으로 나타낸 구성요소들을 도시한 물질 전달 칼럼의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 물질 전달 칼럼과 유사하지만 물질 전달 칼럼 내의 개방 내부 영역 내에 위치된 2개의 분할 벽을 도시한 물질 전달 칼럼의 개략적인 측면도이다.
도 2는 분할 벽 및 증기 유동 제한기를 포함하는 물질 전달 조립체의 일 실시예를 보여주기 위해 물질 전달 칼럼의 쉘의 일부분이 분리된, 도 1a에 도시된 물질 전달 칼럼의 측면 사시도이다.
도 3은 도 2에 사용된 것으로부터 확대된 스케일로 도시된, 도 2의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 상부 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분의 측면도이다.
도 5는 증기 유동 제한기가 도 4에 도시된 것과는 상이한 배향으로 도시된 것을 제외하고는, 도 4에 도시된 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 것과는 반대측으로부터 취해진, 그리고 도 4에 사용된 것으로부터 확대된 스케일로 도시된 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 것과는 반대측으로부터 취해진 그리고 도 6에 도시된 것과는 상이한 배향으로 증기 유동 제한기를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 8은 증기 유동 제한기의 대안적인 실시예를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 9는 증기 유동 제한기의 다른 실시예를 도시한 물질 전달 조립체의 부분 사시도이다.
도 10은 증기 유동 제한기가 도 9에 도시된 것과는 상이한 배향에 있는 것을 제외하고는, 도 9에 도시된 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 11은 물질 전달 조립체의 대안적인 실시예를 도시한 물질 전달 칼럼의 부분 측면도이다.
도 12는 증기 유동 제한기의 대안적인 실시예를 도시한 것을 제외하고는, 도 11의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 확대 부분 저부 사시도이다.
도 15는 증기 유동 제한기가 도 13에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 13에 도시된 것과 유사한 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 16은 도 15에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저면도이다.
도 17은 도 16에 도시되고 도 16의 선분 17-17을 따라 취해진 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 18은 증기 유동 제한기가 도 17에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 17에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 측면도이다.
도 19는 물질 전달 조립체 및 증기 유동 제한기의 추가의 실시예를 도시한 물질 전달 칼럼의 부분 측면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 21은 증기 유동 제한기가 도 20에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 20에 도시된 도면과 유사한 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 22는 물질 전달 조립체 및 증기 유동 제한기의 또 다른 실시예와 함께 물질 전달 칼럼의 부분 측면 사시도이다.
도 23은 도 22에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 24는 증기 유동 제한기가 도 23에 도시된 것과는 상이한 배향으로 재위치된 것을 제외하고는, 도 23에 도시된 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 25는 원형 증기 유동 개구부가 트레이 데크(tray deck) 내에 있고 원형 개구가 제한기 플레이트 내에 있는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 26은 정사각형 증기 유동 개구부가 트레이 데크 내에 있고 정사각형 개구가 제한기 플레이트 내에 있는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 27은 원형 단면을 갖는 트레이 데크 상의 라이저(riser), 트레이 데크 내의 원형 증기 유동 개구부, 및 제한기 플레이트 내의 원형 개구를 갖는 것을 제외하고는, 도 22 내지 도 24의 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 부분 저부 사시도이다.
도 28은 도 22 내지 도 24에 도시된 유형의 증기 유동 제한기를 사용하는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 것과 유사한 물질 전달 칼럼 및 물질 전달 조립체의 일부분의 저부 사시도이다.
이제 도면을 더욱 상세히 그리고 처음으로 도 1a를 참조하면, 물질 전달 공정 및 열 교환 공정에 사용하기에 적합한 물질 전달 칼럼이 다소 개략적으로 도시되어 있으며, 전반적으로 도면 부호 10으로 나타나 있다. 물질 전달 칼럼(10)은 구성이 대체로 원통형인 직립 외부 쉘(12)을 포함하지만, 다각형을 포함하는 다른 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)의 쉘(12)은 유체 스트림들 사이의 원하는 물질 전달 및/또는 열 교환이 이루어지는 개방 내부 영역(14)을 한정한다. 하나 이상의 분할 벽(18) 및 물질 전달 구조물의 하나 이상의 구역(20)을 포함하는 물질 전달 조립체(16)가 개방 내부 영역(14) 내에 위치된다. 단일 분할 벽(18)이 도 1a에 도시되어 있으며, 그것은 쉘(12)의 하나의 측부로부터 쉘(12)의 반대편 측부까지 현 형태로 연장된다. 분할 벽(18)은 단일 재료 시트로서 또는 개별 패널들을 함께 결합시킴으로써 형성될 수 있다. 분할 벽(18)은 예를 들어 볼팅 바아(bolting bar)를 사용함으로써 또는 용접에 의해 쉘(12)에 고정될 수 있거나, 또는 그것은 고정되지 않고 빔 또는 물질 전달 구조물을 비롯한 다른 구조물에 의해 지지될 수 있다.
분할 벽(18)은 쉘(12)의 중심 수직축과 교차하는 수직 평면 내에서 연장되는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 분할 벽(18)은 개방 내부 영역(14)을 양분하고, 동일한 단면적을 갖는 2개의 하위 영역(22, 24)을 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 형성한다. 쉘(12)이 원통형 형상을 가질 때, 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 있는 하위 영역(22, 24)은 반구형 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 분할 벽(18)은 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 있는 영역(22, 24)이 동일하지 않은 단면적을 갖도록 쉘(12)의 중심 수직축으로부터 오프셋될 수 있다. 분할 벽(18)은 단일 평면 내에서 연장될 필요는 없다. 일부 실시예에서, 분할 벽(18)은 경사 세그먼트에 의해 상호연결되는 상이한 수직 평면들 내에 있는 세그먼트들을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 분할 벽(18)은, 동일한 수직 평면 내에 있고 서로 단지 부분적으로 연결되거나 완전히 연결되지는 않는 이격된 세그먼트들을 가질 수 있다.
공급스트림(26)이 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12) 내의 노즐(도시되지 않음)을 통해 개방 내부 영역(14) 내로, 예를 들어 분할 벽(18)의 하나의 측부 상에 있는 하위 영역(22) 내로 전달된다. 공급스트림(26)은, 물질 전달 칼럼(10) 내에서 행해지는 처리에 의해 서로 분리되도록 의도되는 다수의 성분을 포함하는 것일 수 있다. 측면 배출부(28)가 개방 내부 영역(14)으로부터, 예를 들어 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(24)으로부터 쉘(12) 내의 다른 노즐(도시되지 않음)을 통해 제거된다. 공급스트림(26)은 물질 전달 칼럼(10) 내로 반경방향으로 지향될 수 있다. 측면 배출부(28)는 유사하게 물질 전달 칼럼(10)으로부터 반경 방향으로 제거될 수 있다. 다른 유체 스트림이 물질 전달 칼럼(10)의 높이를 따라 적절한 위치에 위치되는 임의의 개수의 공급 노즐(도시되지 않음)을 통해 물질 전달 칼럼(10) 내로 지향될 수 있다. 유사하게, 다른 측면 배출부가 물질 전달 칼럼(10)으로부터 적절한 위치에 위치되는 임의의 개수의 측면 배출부 노즐(도시되지 않음)을 통해 제거될 수 있다. 하나 이상의 증기 스트림이 또한, 공급 라인을 통해 물질 전달 칼럼(10) 내로 도입되기보다는 물질 전달 칼럼(10) 내에서 생성될 수 있다.
물질 전달 칼럼(10)은 또한, 증기 생성물 또는 부산물을 제거하기 위한 탑정 생성물 라인(overhead product line)(30)을 쉘(12)의 상부에 포함한다. 증기 생성물 또는 부산물의 일부분을 액체 형태로 물질 전달 칼럼(10)으로 복귀시키기 위해 응축기(32) 및 환류 복귀 라인(34)이 탑정 생성물 라인(30)과 연통하여 제공될 수 있다. 물질 전달 칼럼(10)으로부터 액체 생성물 또는 부산물을 제거하기 위해 쉘(12)의 저부에 탑저 스트림 취출 라인(bottom stream takeoff line)(36)이 제공된다. 리보일러(reboiler)(38) 및 증기 복귀 라인(40)이 액체 생성물 또는 부산물의 일부분을 증기 형태로 물질 전달 칼럼(10)으로 복귀시키기 위해 제공될 수 있다.
분할 벽(18)은 물질 전달 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14) 내에서 다양한 높이에 위치될 수 있다. 분할 벽(18)은 물질 전달 칼럼(10)의 중간 섹션 내에 위치되는 것으로 도 1a에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 분할 벽(18)은 물질 전달 칼럼(10)의 상부 섹션 또는 하부 섹션 내에 위치된다. 분할 벽(18)의 높이는 물질 전달 칼럼(10) 내에서 행해지도록 설계된 공정 작업을 달성하기 위해 변할 수 있다.
하위 영역(22, 24) 내의 물질 전달 구조물의 구역(20)의 개수 및 수직 범위는 물질 전달 칼럼(10) 내에서 행해지도록 의도되는 공정의 유형에 따라 변할 수 있다. 물질 전달 구조물을 포함하는 다른 구역(42, 44)이 각각 물질 전달 칼럼(10)의 상부 섹션 및 하부 섹션 내에 위치될 수 있다. 물질 전달 구조물은 교차-유동의 형태 또는 다른 유형의 트레이 또는 패킹일 수 있다. 패킹은 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 및/또는 그리드 패킹일 수 있다. 물질 전달 구조물은 모든 구역(20, 42, 44)에서 동일한 유형일 필요는 없다. 예를 들어, 구역들(20) 중 일부는 하나의 유형의 물질 전달 구조물을 가질 수 있는 한편, 구역들(20) 중 다른 구역은 다른 유형의 물질 전달 구조물을 갖는다. 마찬가지로, 구역(42) 내의 물질 전달 구조물은 구역(44) 또는 구역(20) 내의 물질 전달 구조물과 동일할 필요는 없다. 구역들(20, 42, 44) 중 하나 이상 또는 전부는 액체 수집기, 액체 분배기, 및 그리드 지지부와 같은 다른 내부구조물을 추가로 포함할 수 있다.
하위 영역들 중 적어도 하나의 하위 영역(22 또는 24)은 하위 영역(22 또는 24)을 통한 증기 유동에 대한 저항을 증가 또는 감소시키도록 작동가능한 증기 유동 제한기(46)를 포함하는데, 이러한 증기 유동 제한기(46)는 유동에 대한 저항이 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(22 또는 24)을 통한 증기 유동에 대한 저항보다 커지거나 작아지도록 하위 영역(22 또는 24)과 연관된다. 따라서, 증기 유동 제한기(46)는 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 있는 하위 영역(22, 24)을 통해 개방 내부 영역(14) 내에서 상승하는 증기의 체적 분할을 변화시키도록 작동가능하다. 예를 들어, 증기 유동 제한기(46)는 하위 영역(24)을 통해서보다 하위 영역(22)을 통한 증기의 더 많은 체적 유동, 또는 하위 영역(22)을 통해서보다 하위 영역(24)을 통한 더 많은 체적 유동을 유발하도록 작동될 수 있다. 증기 유동 제한기들(46) 중 하나만이 도 1a에 도시되어 있으며, 그것은 분할 벽(18)의 공급 측부 상에 있는 하위 영역(22)과 연관된다. 그것은 대안적으로 분할 벽(18)의 배출부 측부 상에 있는 하위 영역(24)과 연관될 수 있거나, 또는 증기 유동 제한기들(46) 중 하나는 하위 영역(22)과 연관될 수 있고, 증기 유동 제한기들(46) 중 다른 하나는 하위 영역(24)과 연관될 수 있다. 증기 유동 제한기(46)가 하위 영역(22)의 하부 단부에 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 그것은 대안적으로 하위 영역(22)의 상부 단부에 또는 하부 단부와 상부 단부 사이의 위치에 배치될 수 있다. 증기 유동 제한기(46)는 마찬가지로 물질 전달 구조물의 구역(20) 위에, 그 아래에 또는 그 내에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 증기 유동 제한기(46)는, 연관된 하위 영역(22)을 통한 증기 유동 저항이 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(24)을 통한 증기 유동 저항보다 작게 하는 제1 배향과 증기 유동 제한기(46)가 연관된 하위 영역(22)을 통한 증기 유동 저항으로 하여금 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(24)을 통한 증기 유동 저항보다 크게 하는 제2 배향 사이에서 이동가능하다. 다른 실시예에서, 증기 유동 제한기(46)는 제1 배향에 있을 때, 연관된 하위 영역(22)을 통한 증기 유동 저항이 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(24)을 통한 증기 유동 저항과 대체로 동일하게 하고, 제2 배향에 있을 때, 연관된 하위 영역(22)을 통한 증기 유동 저항이 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 하위 영역(24)을 통한 증기 유동 저항보다 크게 한다.
2개 이상의 분할 벽(18)이 사용될 때, 분할 벽(18)에 의해 형성되는 하위 영역의 개수는 통상적으로 분할 벽(18)의 개수보다 하나 더 많을 것이고, 증기 유동 제한기(46)의 최소 개수는 분할 벽(18)의 개수와 동일할 것이다. 물질 전달 칼럼(10)에서의 2개의 분할 벽(18a, 18b)의 사용의 일례가 도 1b에 도시되어 있다. 분할 벽(18a, 18b)은 서로 평행한 관계로 연장되고, 수평으로 이격되어 있다. 분할 벽(18a, 18b)은 이전에 설명된 분할 벽(18)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 분할 벽(18a, 18b)은 서로에 대해 수직으로 엇갈리게 배치되고 부분적으로 중첩되어 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 분할 벽(18a, 18b)은 어떠한 중첩도 없이 수직으로 엇갈리게 배치될 수 있거나, 또는 그들은 서로 동일한 공간에 걸쳐 있을 수 있다.
분할 벽(18a, 18b)은 물질 전달 칼럼(10)의 개방 내부 영역(14)을 3개의 하위 영역(48, 50, 52)으로 분할한다. 하위 영역(48, 50, 52)은 동일하거나 상이한 단면적을 가질 수 있다. 물질 전달 구조물 및 선택적인 다른 내부구조물을 포함하는 하나 이상의 구역(20)이 하위 영역(48, 50, 52) 내에 위치된다. 증기 유동 제한기(46)는 구역(50, 52)과 연관된 것으로 도시되어 있지만, 대안적으로, 구역들(48, 50, 52) 중 임의의 2개 또는 3개 모두와 연관될 수 있다. 물질 전달 구조물 및 선택적인 다른 내부구조물을 포함하는 구역들(20) 중 하나 이상이, 또한, 하위 영역들(48, 50, 52) 중 2개 또는 모두에 걸쳐 있을 수 있다. 측면 배출부들 중 2개의 측면 배출부(28a, 28b)는 개방 내부 영역(14) 내로부터, 예를 들어 하위 영역(52)으로부터 상이한 생성물들 또는 부산물들을 인출하는 데 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 물질 전달 조립체(16)의 실시예에서, 물질 전달 구조물의 구역(20)은 분할 벽(18)의 양쪽 측부 상에 있는 하위 영역(22, 24) 내에 위치되는 교차-유동 트레이(54)를 포함한다. 추가로 도 3 내지 도 6을 참조하면, 교차-유동 트레이들(54) 각각은 트레이 데크(56), 트레이 데크(56) 내의 증기 유동 개구부(58), 및 출구 위어(outlet weir)(60)를 포함한다. 증기 유동 개구부들(58) 각각은 증기 유동 개구부(60) 및 고정 또는 부동(floating) 밸브 커버(64)를 포함하는 밸브(62)의 일부일 수 있다. 교차-유동 트레이들(54) 각각은, 액체가 출구 위어(60)를 넘쳐 흐름에 따라 액체를 수용하고 그를 교차-유동 트레이들(54) 중 밑에 있는 교차-유동 트레이 상의 트레이 데크(56)로 전달하기 위해 트레이 데크(56)의 일 단부에 위치되는 하강 유로(downcomer)(66)를 포함하며, 밑에 있는 교차-유동 트레이 상의 트레이 데크에서 액체는 트레이 데크(56)를 가로질러 유동하고, 그가 그러한 트레이 데크(56) 상의 출구 위어(60)를 넘쳐 흐른 후에 다른 하강 유로(66)로 들어간다. 따라서, 교차-유동 트레이(54)는 액체가 구역들(20) 각각을 통해 사행형 방식(serpentine fashion)으로 하강하도록 하강 유로(66)가 연속적인 교차-유동 트레이(54)의 반대편 단부들에 위치되는 단일-통과 배열(single-pass arrangement)로 배열된다. 교차-유동 트레이(54)의 다중-통과 배열(multi-pass arrangement)이 또한 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 물질 전달 조립체(16) 내의 증기 유동 제한기(46)는, 출구 위어(60)가 이동가능하여 그가 트레이 데크(56) 위로 상이한 높이들로 연장되도록 하는 교차-유동 트레이들(54) 중 하나 이상을 포함한다. 이동가능 출구 위어(60)를 갖는 교차-유동 트레이(54)는, 그 외에는, 고정된 출구 위어(60)를 갖는 교차-유동 트레이와 동일할 수 있거나, 또는 그들은 고정된 출구 위어를 갖는 교차-유동 트레이와 다른 방식으로 상이할 수 있다. 교차-유동 트레이(54)가 도 5에 도시된 바와 같이 제1 배향에 있을 때, 이동가능 출구 위어(60)는 트레이 데크(56) 위로 제1 높이로 연장되고, 교차-유동 트레이(54)가 도 4에 도시된 바와 같이 제2 배향에 있을 때, 이동가능 출구 위어(60)는 트레이 데크(56) 위로 제1 높이보다 큰 제2 높이로 연장된다. 이동가능 출구 위어(60)의 높이를 연장시키거나 감소시킴으로써, 트레이 데크(56) 상의 액체가 이동가능 출구 위어(60)의 상부를 넘쳐 흐르기 전에 도달하여야 하는 깊이가 상응하게 증가되거나 감소될 수 있다. 이동가능 출구 위어(60)가 도 5에 도시된 제1 높이에 있을 때 점선(68a, 68b)으로 나타낸 액체 깊이들이 대체로 동일하고, 이동가능 출구 위어(60)가 도 4에 도시된 제2 높이에 있을 때 점선(68a)으로 나타낸 액체 깊이가 점선(68b)으로 나타낸 액체 깊이보다 크다는 것을 알 수 있다.
트레이 데크(56) 상에서의 액체 깊이 또는 액체 수두(liquid head)는 증기 유동이 트레이 데크(56) 내의 증기 유동 개구부(58)를 통해 상승한 다음에 트레이 데크(56)를 가로질러 유동하는 액체와의 물질 전달 및/또는 열 전달을 겪음에 따라 증기 유동을 제한하도록 작용하는 습윤 압력 강하(wet pressure drop)를 생성한다. 따라서, 이동가능 출구 위어(60)의 높이의 조절은 트레이 데크(56)를 통한 증기 유동에 대한 제한을 변화시키도록 작용하며, 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 있는 하위 영역(22, 24)을 통한 증기 유동의 분할을 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 점선(68a)으로 나타낸 바와 같은, 이동가능 출구 위어(60)를 갖는 교차-유동 트레이(54)의 트레이 데크(56) 상에서의 액체 깊이와, 점선(68b)으로 나타낸 바와 같은, 분할 벽(18)의 반대편 측부 상에 있는 고정 출구 위어(60)를 갖는 교차-유동 트레이들(54) 중 하나의 교차-유동 트레이의 트레이 데크(56) 상에서의 액체 깊이가 거의 동일할 때, 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에서의 증기 분할은 거의 동일할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 점선(68a)으로 나타낸 액체 깊이가 점선(68b)으로 나타낸 액체 깊이보다 클 때, 증기 분할은 동일하지 않게 될 수 있고, 증기의 더 많은 체적 유동이 분할 벽(18)의 배출부 측부 상에 있는 하위 영역(24)을 통해 이동할 것이다. 하위 영역(22)을 통한 더 많은 체적 유동이 요구되는 경우, 이동가능 위어(60)의 제1 높이는 하위 영역(22) 내의 교차-유동 트레이(54) 상에서의 점선(68a)으로 나타낸 액체 깊이가 하위 영역(24) 내의 교차-유동 트레이(54) 상에서의 점선(68b)으로 나타낸 액체 깊이보다 낮도록 선택될 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 증기 유동 제한기(46)는 이동가능 출구 위어(60)를 제1 높이와 제2 높이 사이에서 이동시키기 위해 그와 연관되는 액추에이터(70)를 추가로 포함한다. 액추에이터(70)는 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 전기 액추에이터, 자기 액추에이터, 및 열 액추에이터와 같은 다양한 유형의 것일 수 있다. 액추에이터(70)는 또한 액추에이터(70)가 조작자에 의해 수동으로 조절가능하도록 허용하는 수동 오버라이드(manual override)를 포함할 수 있거나, 또는 그것은 조작자에 의해 수동으로 조절가능한 기계식 액추에이터일 수 있다. 일 실시예에서, 이동가능 출구 위어(60)는 트레이 데크(56)에 피벗축(72)을 중심으로 피벗식으로 장착된다. 액추에이터(70)는 이동가능 출구 위어(60)가 제1 높이와 제2 높이 사이에서 피벗하게 하도록 그와 작동가능하게 결합된다.
도 6 및 도 7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 액추에이터(70)는 액추에이터(70)로부터의 선형 운동을 출구 위어(60)의 그의 피벗축(72)을 중심으로 하는 회전 운동으로 변환시키는 링크장치(linkage)(74)에 의해 연결된다. 액추에이터(70)는 물질 전달 칼럼(10)의 쉘(12)의 외부에 장착되는 것으로 도시되어 있고, 링크장치(74)는 쉘(12) 내의 밀봉된 개구(76)를 통과한다. 일 실시예에서, 링크장치(74)는 출구 위어(60)에 고정되는 로드(rod)(78)를 포함한다. 로드(78)는 배럴 세그먼트(barrel segment)(80) 내에서 회전가능하고, 출구 위어(60)가 그를 중심으로 회전하는 피벗축(72)의 역할을 한다.
출구 위어(60)가 그의 제1 높이에 있을 때, 그것은 하강 유로(66)의 방향으로 회전된다. 대안적으로, 출구 위어는 그의 제1 높이에 있을 때 트레이 데크(56)를 향해 회전될 수 있다. 출구 위어(60)가 그의 제2 높이에 있을 때, 그것은 직립 위치로 회전된다. 출구 위어(60)는 그의 제1 높이와 제2 높이 사이에서 회전할 필요는 없다. 예를 들어, 출구 위어는 그것이 제1 높이와 제2 높이 사이에서 수직으로 이동될 수 있도록 장착될 수 있다.
출구 위어(60)의 이동 및 결과적인 높이 조절은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 액추에이터(70)는 액추에이터(70)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환시키는 도 6 및 도 7에 도시된 다른 링크장치(74) 구성요소에 대한 필요성 없이 출구 위어(60)에 고정된 로드(78)를 직접 회전시키는 회전 액추에이터이다. 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서, 링크 장치(74)는 출구 위어(60)의 외부 면(82)에 직접 연결되고, 액추에이터(70)는 선형 운동을 회전 운동으로 변환시키는 링크장치(74) 구성요소에 대한 필요성 없이 출구 위어(60)의 회전을 일으키는 선형 액추에이터이다. 대안적으로, 링크장치(74)는 액추에이터(70)에 대한 링크장치(74)의 로드(78) 또는 다른 구성요소의 자기 결합을 포함할 수 있다. 적합한 자기 결합의 일례로서, 구동 자석이 쉘(12) 외측에 있는 위치로부터 액추에이터(70)의 샤프트에 부착되고 그에 의해 구동된다. 링크장치(74)의 로드(78) 또는 다른 구성요소의 일 단부는 쉘(12) 내에 위치된 다른 자석에 부착되고, 구동 자석의 회전에 의해 회전된다. 이러한 자기 결합은 쉘(12) 내의 밀봉된 개구(76)에 대한 필요성을 제거한다.
증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적을 변화시키도록 작동가능한 증기 유동 제한기(146)의 다른 실시예가 도 11 내지 도 18에 도시되어 있으며, 여기서 접두사 "1"이 선행하는 동일한 도면 부호가 도 2 내지 도 10과 관련하여 설명된 유사한 구성요소에 대해 사용된다. 증기 유동 제한기(146)는 분할 벽(118)의 측부들 중 하나 또는 둘 모두 상에 교차-유동 트레이들(154) 중 하나 이상을 포함한다. 증기 유동 제한기(146)의 이러한 실시예의 제1 배향에서, 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적은 증기 유동 제한기(146)가 제2 배향에 있을 때의 그러한 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적보다 작다. 증기 유동 개구부(158)는 밸브 커버(164)를 갖는 고정 밸브(162)의 일부로서 도시되어 있다.
따라서, 교차-유동 트레이들(154) 중 하나 이상의 교차-유동 트레이의 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적의 조절은 트레이 데크(156)를 통한 증기 유동에 대한 제한을 변화시키도록 작용하며, 분할 벽(118)의 반대편 측부들 상에 있는 하위 영역(122, 124)을 통한 증기 유동의 분할을 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하위 영역(122) 내의 증기 유동 제한기(146) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적이 하위 영역(124) 내의, 분할 벽(188)의 반대편 측부 상에 있는 교차-유동 트레이들(154) 각각 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적보다 작을 때, 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에서의 증기 분할은 동일하지 않을 수 있고, 증기의 더 많은 체적 유동이 하위 영역(124)을 통해 상승할 것이다. 하위 영역(122)을 통한 더 많은 체적 유동이 요구되는 경우, 하위 영역(122) 내의 증기 유동 제한기(146) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적은 제한기 플레이트(84)의 이동에 의해 증가되며, 따라서 그러한 총 개방 면적은 하위 영역(124) 내의, 분할 벽(188)의 반대편 측부 상에 있는 교차-유동 트레이들(154) 각각 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적보다 크다. 다른 실시예에서, 증기 분할은 하위 영역(122, 124)에서 분할 벽(118)의 반대편 측부들 상에 위치되는 증기 유동 제한기(146) 내의 제한기 플레이트(84)의 이동에 의해 제어될 수 있다.
증기 유동 제한기(146)는, 또한, 쉘(12) 상에 외부에 장착될 수 있고 제한기 플레이트(84)의 이동을 제어하기 위해 제한기 플레이트(84)와 작동가능하게 연관되는 액추에이터(170)를 포함한다. 제한기 플레이트(84)는 증기 유동 제한기(146)의 일부를 형성하는 교차-유동 트레이(154)의 트레이 데크(156) 아래에 장착될 수 있다. 액추에이터(170)는 도 12에 도시된 바와 같이, 액추에이터(170)의 선형 운동을 제한기 플레이트(84)로 전달하는 링크장치(174)에 의해 제한기 플레이트(84)와 결합될 수 있다. 하나의 대안으로서, 링크장치(174)는 도 11에 도시된 바와 같이, 액추에이터(170)의 선형 운동이 제한기 플레이트(84)로 전달됨에 따라 액추에이터(170)의 선형 운동을 증가시키도록 배열될 수 있다.
도 13 내지 도 18에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 제한기 플레이트(84)는 지지 가이드(88) 상에 놓여 그를 따라 활주하는 하나 이상의 세그먼트(86)를 포함한다. 제한기 플레이트(84)의 세그먼트(86)는 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이 증기 유동 개구부들(158) 중 일부 또는 전부와 정렬될 수 있고, 도 14 및 도 18에 도시된 바와 같이 그러한 정렬로부터 제거될 수 있다. 증기 유동 제한기(146)가 제1 배향에 있을 때, 세그먼트(86)는 증기 유동 제한기들(158) 중 일부 또는 전부와 정렬되도록 이동되어, 증기 유동 제한기(146)의 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적이 분할 벽(118)의 반대편 측부 상에 있는 교차-유동 트레이(154)의 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적보다 작게 한다. 이는, 이어서, 증기 유동 제한기(146)가 위치되는 하위 영역(122)을 통해서보다 하위 영역(124)을 통한 증기의 더 많은 체적 유동을 생성할 수 있다. 증기 유동 제한기(146)가 제2 배향에 있을 때, 세그먼트(86)는 증기 유동 제한기(146)의 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적이 분할 벽(118)의 반대편 측부 상에 있는 교차-유동 트레이(154)의 트레이 데크(156) 내의 증기 유동 개구부(158)의 총 개방 면적보다 크도록 재위치된다. 이는, 이어서, 하위 영역(124)을 통해서보다 증기 유동 제한기(146)가 위치되는 하위 영역(122)을 통한 증기의 더 많은 체적 유동을 생성할 수 있다.
교차-유동 트레이(154)가 단일-통과 배열로 도 11 내지 도 18에 도시되어 있지만, 그들은 대안적으로 도 19 내지 도 21에 도시된 2회-통과 배열(two-pass arrangement)과 같은 다중-통과 배열로 구성될 수 있으며, 여기서 접두사 "2"가 유사한 도면 부호의 구성요소에 대해 사용된다. 증기 유동 제한기(246)에서, 액추에이터(270)는 트레이 데크(256) 아래에 위치되는 제한기 플레이트들(284) 중 2개의 제한기 플레이트에 링크장치(274)에 의해 연결된다. 링크장치(274)는 액추에이터(270)의 선형 연장부가 로드(278)의 회전 운동을 일으키도록 배열된다. 로드(278)는 별개의 링크들(290)에 의해 2개의 제한기 플레이트(284)에 연결되어, 로드(278)의 회전이 제한기 플레이트(284)로 하여금 증기 유동 개구부들(258) 중 일부 또는 전부와 정렬되도록 그리고 정렬되지 않도록 이동하게 한다. 이는 하위 영역(222, 224)을 통한 증기 분할이 이전에 설명된 방식으로 변화되도록 허용한다.
도 22 내지 도 24에 도시된 실시예에서, 물질 전달 조립체는 도면 부호 316으로 표기되고, 물질 전달 구조물(20)로서의 구조화된 패킹(92)과 함께 본 발명의 사용을 예시한다. 접두사 "3"은 이러한 실시예에서 유사한 도면 부호의 구성요소에 사용된다. 구조화된 패킹(92)의 파형 시트(corrugated sheet)는 증기 유동 제한기(346) 위로 이격된 그리드 지지부(94) 상에 지지된다. 랜덤 패킹 또는 그리드 패킹이 구조화된 패킹(92) 대신에 사용될 수 있다.
증기 유동 제한기(346)는, 트레이 데크(100)로부터 상향으로 연장되고 트레이 데크(100) 내의 증기 유동 개구부(102)를 둘러싸는 라이저(98)를 갖는 침니 트레이(chimney tray)(96)를 포함한다. 예시된 실시예의 라이저(98)는 직사각형 단면을 가지며, 캡(104)에 의해 덮인다. 증기 유동 제한기(346)는 트레이 데크(100) 아래에 장착되는 제한기 플레이트(384), 및 링크장치(374)에 의해 제한기 플레이트(384)와 결합되는 액추에이터(370)를 포함한다. 제한기 플레이트(384)는 가이드(106) 내에서 활주하고, 제한기 플레이트(84)에 대해 설명된 방식과 유사한 방식으로 증기 유동 개구부(102)의 총 개방 면적을 변화시키기 위해 제한기 플레이트(384)의 활주 이동에 의해 세그먼트(386)가 모든 증기 유동 개구부들(102) 중 하나 이상과 정렬되게 그리고 정렬되지 않게 이동되도록 구성된다. 하위 영역(322, 324)을 통한 증기 분할이 이러한 방식으로 제어될 수 있다.
트레이 데크(100) 내의 증기 유동 개구부(102)의 총 개방 면적을 변화시키는 데 사용되는 제한기 플레이트(384) 내의 세그먼트(386)는 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 세그먼트(386)는 트레이 데크(100) 내의 증기 유동 개구부(102)와 동일하거나 유사한 크기 및 형상을 갖는 개구(108)를 제한기 플레이트(384) 내에 형성하고 그를 둘러싸도록 구성된다. 개구(108)는 제한기 플레이트(384)의 활주 이동이 개구(108)를 증기 유동 개구부들(102) 중 일부 또는 전부와 정렬시키고 정렬시키지 않게 하는 위치에서 제한기 플레이트(384) 내에 위치된다.
침니 트레이(96)는 각각의 라이저(98)가 라이저(98)의 단면과 동일한 크기 및 형상을 갖는, 증기 유동 개구부들(102) 중 하나의 증기 유동 개구부를 둘러싸도록 도 22 내지 도 24 및 도 27에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 25 및 도 26에 도시된 것과 같은 다른 실시예에서, 라이저들(98) 각각은 각각이 라이저(98)의 단면보다 더 작은 크기를 갖는, 증기 유동 개구부들(102) 중 다수의 증기 유동 개구부를 둘러쌀 수 있다. 라이저(98)의 단면 형상은 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같은 직사각형, 도 27에 도시된 바와 같은 원형, 또는 정사각형과 같은, 다양한 적합한 형상들 중 임의의 형상으로부터 선택될 수 있다. 유사하게, 증기 유동 개구부(102)의 형상은 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같은 정사각형, 도 25 및 도 27에 도시된 바와 같은 원형, 및 도 26에 도시된 바와 같은 정사각형과 같은, 다양한 적합한 형상들 중 임의의 형상으로부터 선택될 수 있다. 제한기 플레이트(384) 내의 개구(108), 트레이 데크(100) 내의 증기 유동 개구부(102), 및 라이저(98)의 단면이 예시된 실시예들 각각에서 동일한 형상을 갖지만, 그것들은 다른 실시예에서 상이한 형상들을 가질 수 있다.
도 22 내지 도 27에 도시된 바와 같은 그리고/또는 위에서 설명된 바와 같은 증기 유동 제한기(346)는 물질 전달 구조물이 구조화된 패킹 또는 랜덤 패킹과는 다른 물질 전달 조립체와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 29에 도시된 바와 같이, 증기 유동 제한기(346)는 도 2 내지 도 6에 대해 이전에 위에서 설명된 교차-유동 트레이(54)를 포함하는 물질 전달 구조물과 함께 사용된다.
위에서 설명된 물질 전달 칼럼은, 분할 벽(18)의 반대편 측부들 상에 있는 제1 및 제2 하위 영역들(22, 24)을 통해 상승할 때 증기의 체적 분할을 조절하기 위해, 제1 하위 영역(22) 내에 위치된 증기 유동 제한기(46)를, 제1 하위 영역(22)을 통해 제1 증기 유동 저항을 일으키는 제1 배향과 그 하위 영역(22)을 통해 제1 증기 유동 저항보다 큰 제2 증기 유동 저항을 일으키는 제2 배향 사이에서 이동시키도록 액추에이터(70)를 작동시키는 단계를 포함하는 방법으로 작동될 수 있다. 본 방법은, 공급스트림을 개방 내부 영역(16) 내로 도입하는 단계, 증기가 제1 및 제2 하위 영역들(22, 24)을 통해 상승하게 하도록 공급스트림을 처리하는 단계, 및 물질 전달 칼럼(10)으로부터 생성물 또는 생성물을 인출하는 단계를 포함한다. 공급스트림은 3가지 이상의 성분을 갖는 것일 수 있으며, 그 처리는 공급스트림의 고순도 성분들로의 분리를 포함할 수 있다. 유사한 방법들이 본 명세서에 개시된 다른 실시예들로 실시될 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)
- 물질 전달 칼럼(mass transfer column) 내의 개방 내부 영역에 사용하기 위한 물질 전달 조립체로서,
분할 벽 - 상기 분할 벽은 상기 분할 벽의 반대편 측부들 상에 제1 하위 영역 및 제2 하위 영역을 형성함 -;
상기 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 상기 하위 영역 내에 위치되는 물질 전달 구조물의 하나 이상의 구역; 및
상기 제1 하위 영역 내에 위치되고, 상기 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 상기 제1 하위 영역 및 상기 제2 하위 영역을 통해 상승할 때 증기의 체적 분할의 조절을 허용하기 위해, 상기 제1 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항을 일으키는 제1 배향과 상기 하위 영역을 통해 상기 제1 증기 유동 저항보다 큰 제2 증기 유동 저항을 일으키는 제2 배향 사이에서 이동가능한 증기 유동 제한기를 포함하는, 물질 전달 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 제1 하위 영역을 통한 상기 제1 증기 유동 저항은 상기 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 상기 제2 하위 영역을 통한 증기 유동 저항보다 작거나 그와 동일하고, 상기 제2 증기 유동 저항은 상기 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 상기 제2 하위 영역을 통한 상기 증기 유동 저항보다 큰, 물질 전달 조립체.
- 제2항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 트레이 데크(tray deck), 상기 트레이 데크 내의 증기 유동 개구부, 및 출구 위어(outlet weir)를 갖는 교차-유동 트레이를 포함하고, 상기 교차-유동 트레이가 상기 제1 배향에 있을 때, 상기 출구 위어는 상기 트레이 데크 위로 제1 높이로 연장되고, 상기 교차-유동 트레이가 상기 제2 배향에 있을 때, 상기 출구 위어는 상기 트레이 데크 위로 상기 제1 높이보다 큰 제2 높이로 연장되는, 물질 전달 조립체.
- 제3항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 상기 출구 위어를 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이에서 이동시키기 위해 상기 출구 위어와 연관되는 액추에이터를 추가로 포함하는, 물질 전달 조립체.
- 제4항에 있어서, 상기 출구 위어는 피벗가능하게 장착되고, 상기 액추에이터는 상기 출구 위어가 상기 트레이 데크 위로의 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이에서 피벗하게 하기 위해 상기 출구 위어와 작동가능하게 결합되는, 물질 전달 조립체.
- 제2항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 트레이 데크 및 상기 트레이 데크 내의 증기 유동 개구부를 갖는 트레이를 포함하고, 상기 트레이가 상기 제1 배향에 있을 때, 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적은 상기 트레이가 상기 제2 배향에 있을 때의 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적보다 작은, 물질 전달 조립체.
- 제6항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적을 변화시키도록 이동가능한 제한기 플레이트 및 상기 제한기 플레이트의 이동을 제어하기 위해 상기 제한기 플레이트와 연관되는 액추에이터를 추가로 포함하는, 물질 전달 조립체.
- 제7항에 있어서, 상기 제한기 플레이트는 상기 트레이의 트레이 데크 아래에 활주가능하게 장착되고, 상기 액추에이터는 상기 제한기 플레이트의 활주 이동을 일으키기 위해 상기 제한기 플레이트와 작동가능하게 결합되는, 물질 전달 조립체.
- 제8항에 있어서, 상기 트레이는 교차-유동 트레이인, 물질 전달 조립체.
- 제8항에 있어서, 상기 트레이는 침니 트레이(chimney tray)이고, 상기 분할 벽의 상기 제1 측부 상에 있는 물질 전달 구조물의 상기 구역들 중 적어도 하나는 패킹을 포함하는, 물질 전달 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 분할 벽들 중 다른 하나의 분할 벽을 포함하고, 상기 분할 벽들은 서로에 대해 수평으로 이격되고 평행한 관계로 위치되는, 물질 전달 조립체.
- 물질 전달 칼럼으로서,
쉘(shell);
상기 쉘에 의해 한정되는 개방 내부 영역; 및
상기 개방 내부 영역 내에 위치되는 제1항의 물질 전달 조립체를 포함하는, 물질 전달 칼럼. - 제12항에 있어서, 상기 제1 하위 영역을 통한 상기 제1 증기 유동 저항은 상기 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 상기 제2 하위 영역을 통한 증기 유동 저항보다 작거나 그와 동일하고, 상기 제2 증기 유동 저항은 상기 분할 벽의 반대편 측부 상에 있는 상기 제2 하위 영역을 통한 상기 증기 유동 저항보다 큰, 물질 전달 칼럼.
- 제13항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 트레이 데크, 상기 트레이 데크 내의 증기 유동 개구부, 및 상기 트레이 데크로부터 상향으로 연장되는 출구 위어를 갖는 교차-유동 트레이, 및 상기 출구 위어와 작동가능하게 연관되는 액추에이터를 포함하며, 상기 교차-유동 트레이가 상기 제1 배향에 있을 때, 상기 출구 위어는 상기 트레이 데크 위로 제1 높이로 연장되고, 상기 교차-유동 트레이가 상기 제2 배향에 있을 때, 상기 출구 위어는 상기 트레이 데크 위로 상기 제1 높이보다 큰 제2 높이로 연장되며, 상기 액추에이터는 선형 액추에이터 또는 회전 액추에이터이고, 상기 출구 위어를 상기 제1 높이와 상기 제2 높이 사이에서 이동시키도록 작동가능한, 물질 전달 칼럼.
- 제13항에 있어서, 상기 증기 유동 제한기는 트레이 데크, 상기 트레이 데크 내의 증기 유동 개구부, 및 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적을 변화시키도록 이동가능한 제한기 플레이트를 갖는 트레이, 및 상기 제한기 플레이트의 이동을 제어하기 위해 상기 제한기 플레이트와 연관되는 액추에이터를 포함하고, 상기 트레이가 상기 제1 배향에 있을 때, 상기 액추에이터는 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적이 상기 트레이가 상기 제2 배향에 있고 상기 액추에이터가 상기 제한기 플레이트를 재위치시킬 때의 상기 증기 유동 개구부의 총 개방 면적보다 작도록 상기 제한기 플레이트를 위치시키는, 물질 전달 칼럼.
- 제15항에 있어서, 상기 제한기 플레이트는 상기 트레이의 트레이 데크 아래에 활주가능하게 장착되며, 상기 액추에이터는 선형 액추에이터 또는 회전 액추에이터이고, 상기 제한기 플레이트의 활주 이동을 일으키기 위해 상기 제한기 플레이트와 작동가능하게 결합되는, 물질 전달 칼럼.
- 제16항에 있어서, 상기 트레이는 교차-유동 트레이 또는 침니 트레이인, 물질 전달 칼럼.
- 제16항에 있어서, 상기 트레이가 교차-유동 트레이일 때, 상기 분할 벽의 상기 제1 측부 상에 있는 물질 전달 구조물의 상기 구역들 중 적어도 하나는 교차-유동 트레이를 포함하고, 상기 트레이가 침니 트레이일 때, 상기 분할 벽의 상기 제1 측부 상에 있는 물질 전달 구조물의 상기 구역들 중 적어도 하나는 패킹을 포함하는, 물질 전달 칼럼.
- 제12항에 있어서, 상기 분할 벽들 중 다른 하나의 분할 벽을 포함하고, 상기 분할 벽들은 서로에 대해 수평으로 이격되고 평행한 관계로 위치되는, 물질 전달 칼럼.
- 쉘, 상기 쉘에 의해 한정되는 개방 내부 영역, 및 상기 개방 내부 영역 내에 위치되는 제1항의 물질 전달 조립체를 포함하는 물질 전달 칼럼을 작동시키는 방법으로서,
상기 분할 벽의 반대편 측부들 상에 있는 상기 제1 하위 영역 및 상기 제2 하위 영역을 통해 상승할 때 증기의 체적 분할을 조절하기 위해, 상기 제1 하위 영역 내에 위치된 상기 증기 유동 제한기를, 상기 제1 하위 영역을 통해 제1 증기 유동 저항을 일으키는 제1 배향과 상기 하위 영역을 통해 상기 제1 증기 유동 저항보다 큰 제2 증기 유동 저항을 일으키는 제2 배향 사이에서 이동시키도록 액추에이터를 작동시키는 단계;
공급스트림(feedstream)을 상기 개방 내부 영역 내로 도입하는 단계;
증기가 상기 제1 하위 영역 및 상기 제2 하위 영역을 통해 상승하게 하도록 상기 공급스트림을 처리하는 단계; 및
상기 물질 전달 칼럼으로부터 생성물 또는 생성물을 인출하는 단계를 포함하는, 방법.
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