KR20220078667A

KR20220078667A - 재료 요구 사항이 감소된 구조화된 패킹 요소

Info

Publication number: KR20220078667A
Application number: KR1020227015407A
Authority: KR
Inventors: 마크 웨흘리; 일자 아우스너; 플로리안 케러; 마르쿠스 두스
Original assignee: 술저 매니지멘트 에이지
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-06-10
Also published as: EP4021633A1; AU2020368580A1; TW202114766A; CN114761121B; EP3808445A1; JP2022552661A; CN114761121A; TWI829971B; CA3153871A1; BR112022007116A2; MX2022004459A; WO2021073860A1; US20240116022A1

Abstract

본 발명은 무거운 및 가벼운 유동상 사이의 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 컬럼에 대한 구조화된 패킹 요소에 관한 것으로, 여기서 상기 구조적 패킹 요소는 분리 요소에 의해 서로 둘러싸이고 분리되는, 개구부를 포함하는 격자의 적어도 두 층을 포함하고, 여기서 적어도 두 층 중 적어도 2개는 길이 방향으로 평행하고 서로 접촉하여 상기 무거운 및 상기 가벼운 유동상 중 적어도 하나가 이를 통해 흐를 수 있도록 상기 적어도 두 층 중 일 단에서 반대 단까지 연장되는 열린 공간(30)이 그들 사이에 제공되도록 배열되며, 여기서 인접한 개구부 사이의 분리 요소의 적어도 50%의 평균 너비는 상기 층 재료 두께의 적어도 15배이고 상기 인접한 개구부의 평균 수력학적 지름의 70%와 125% 사이고, 그리고 여기서 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층의 적어도 2개의 사이의 최대 거리가 상기 분리 요소의 평균 너비보다 적어도 4배 더 크다.

Description

재료 요구 사항이 감소된 구조화된 패킹 요소

본 발명은 무거운 유동상(heavy fluid phase)과 가벼운 유동상(light fluid phase) 사이의 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 구조화된 패킹 요소(structured packing element)에 관한 것이다.

구조화된 패킹 요소들은 예를 들어 분별 컬럼, 증류 컬럼, 흡수 컬럼, 추출 컬럼 또는 배연 기체 세정기(flue gas scrubber)와 같은, 물질 전달 컬럼(mass transfer column)에 사용된다. 상기 구조화된 패킹 요소들은 다른 밀도의 적어도 두 유동상 사이의 물질 전달 및/또는 열 전달의 개선을 위한 역할을 하며, 여기서 상기 구조화된 패킹 요소들은 일반적으로 향류(counter-current flow)로 작동된다. 증류 및 흡수 응용 분야에서, 상기 가벼운 상(light phase)은 기체 또는 증기이고 상기 무거운 상(heavy phase)은 응축물 또는 액체인 반면, 추출 공정에서 상 들 둘 다는 상이한 밀도를 가진 액체이다. 상기 구조화된 패킹 요소들은 다수의 상이한 층(layer)을 포함하며, 각각은 층의 표면을 따라 흘러내려 퍼지는 더 무거운 상에 대한 표면적을 제공한다. 또한, 상기 구조화된 패킹 요소들의 상이한 층 사이에, 압력 경도(pressure gradient)에 의해 구동되는 동안, 가벼운 상(예를 들어, 증류에서 증기 또는 기체)으로 채워지고 상기 가벼운 상이 상승하는 경로를 제공하는 열린 공간이 제공된다. 상기 압력 경도는 상기 흐름 저항을 극복하기 위해 필요하다. 역류(counter-current) 물질 전달의 전형적인 경우, 상기 가벼운 상의 평균 흐름 방향은 상기 구조화된 패킹 요소의 바닥에서 위로 있고 그러므로 상기 무거운 상의 평균 흐름 방향과 반대다. 상기 구조화된 패킹 요소의 표면에 퍼지도록 하기 위해 상가 하나의 무거운 상을 허용함으로써, 계면이 상기 상들 사이의 효율적인 열 및 물질 전달이 계면에 확립되도록 상기 적어도 두 상 사이에 생성된다. 둘 이상의 무거운 상을 갖는 응용 프로그램이 또한 있을 수 있다. 예시는 추출 증류이다.

물질 전달 컬럼은 일반적으로 구조화된 패킹 요소들의 여러 베드(bed)를 포함한다. 일반적으로, 분배기는 상기 가벼운 상이 그것을 통해 상승할 수 있는 충분한 공간을 남겨두는 동안, 상기 베드의 단면(cross-section)에 걸쳐 무거운 상을 고르게 분포시키기 위해 각 베드의 상단에 배치된다. 또한, 종종 격자와 같은(grid-like) 고정 장치와 집전 장치가 각 베드 아래에 배치되며, 상기 가벼운 상이 상승하기 위해 상기 집전 장치에 충분한 열린 공간이 남아 있는 동안, 여기서 상기 격자와 같은 구조는 상기 베드를 그 위치에 유지하고 상기 집전 장치는 상기 베드에서 흘러내리는 상기 무거운 상을 수집한다.

구조화된 패킹 요소들의 일반적인 유형은 평행하게 배열되고 서로 접촉하여 접촉하는, 다수의 주름진 시트(corrugated sheet)로부터 조립되는, 소위 교차-채널 주름진 시트 패킹이다. 일반적으로, 상기 주름진 금속 시트들은 상기 주름진 시트의 길이 방향의 단면(section)에 수직으로 상기 주름진 시트를 관통하는 여러 개의 로드(rod)에 의해 서로 고정되며, 여기서 상기 로드들은 와셔(washer) 및 너트(nut)에 의해 또는 상기 로드를 구부림으로써 첫 번째와 마지막 주름진 시트에 고정된다. 각 주름진 시트는 다수의 교대로 배향된 피크와 골(valley)을 포함하며, 여기서 상기 인접한 주름진 시트들의 주름들은 수직 또는 길이 방향에 대해 비스듬하게 연장되는 상기 주름진 시트의 주름과 십자형 방식으로 교차되도록 인접한 주름진 시트들이 배향되고, 따라서 지속적으로 서로 교차하는 경사진 채널(inclined channel)을 형성하는 것이다. 이러한 채널들은 상기 패킹 내의 기체 상 및 액체 상의 흐름에 긍정적인 영향을 미치고 상기 상들 사이의 물질 전달을 촉진한다. 즉, 상기 기체 상과 액체 상이 상기 구조화된 패킹 요소의 채널들에 접촉되고 따라서 상기 상들 사이의 열 전달 뿐만 아니라 물질 전달도 촉진된다. 보다 구체적으로, 상승하는 기체는 상기 물질 전달 컬럼을 통해 아래쪽으로 흐를 때 채널들을 형성하는 상기 시트의 표면에 존재하는, 액체와 접촉하게 된다. 이 접촉 동안, 상기 기체에서 풍부한 구성 성분은 액체로 또는 그 반대로 전달할 수 있다; 이것은 효율적인 물질 전달이 일어날 수 있음을 의미한다. 이러한 패킹들은 예를 들어 DE 1 253 673, CA 1270751 및 US 6,206,349 B1에서 설명된다.

단위 시간당 물질 전달의 양은 상기 기체와 액체 사이의 계면의 면적에 비례하며, 여기서 상기 계면의 면적은 액체에 의해 젖는 상기 패킹 요소의 층들의 표면의 부분이 증가함에 따라 더 커진다. 금속 거즈로 만든 교차-채널 주름진 시트 패킹들은 상기 금속 거즈의 모세관 힘으로 인해 상기 주름진 시트의 표면에 상기 무거운 상의 좋은 퍼짐 덕분에 우수한 습윤성과 따라서 - 우수한 습윤성으로 인해 - 높은 물질 전달 효율을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 구조화된 패킹 요소들의 예시들은 20세기의 60년대에서 처음 제시되었던, Sulzer 패킹 유형 BX 및 CY가 있다. 이러한 구조화된 패킹 요소의 다른 예시는 EP 1 477 224 A1에서 설명된다. 그러나, 금속 와이어 거즈는 고가의 재료이다. 이런 이유로 인해 거즈 재료를 많은 수의 작은 개구부(opening)들을 갖는 주름진 금속 시트로 대체하려는 시도가 있었다. 예시는 상업적으로 이용 가능한 Montz-Pak Type BSH이다. 상기 물질 전달 컬럼의 작동 동안 이 패킹의 상기 개구부들은 모세관 힘으로 인해 상기 무거운 상으로 채워진다. 이러한 주름진, 비교적 미세하게 구조화된 천공 금속 시트들의 습윤성은 금속 거즈를 기반으로 하는 상기 패킹들의 것보다 나쁘고, 상기 시트의 생산은 부분적으로 상기 미세 구조와 관련된 느린 생산 공정으로 인해, 여전히 상대적으로 비싸다.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 가벼운 상이 상기 패킹의 물리적 면적이 주어질 수 있을 만큼 상기 무거운 상과 접촉하지 않음으로 불이행(failure)은 패킹 재료의 낭비를 초래하기 때문에, 높은 물질 전달 효율을 위해 상기 구조화된 패킹 요소의 표면이 액체로 잘 덮이는 것이 중요하다. 상기 층들의 표면 위에 상기 무거운 상의 퍼짐을 촉진하기 위한 대안적인 제안은 - 금속 거즈 또는 상기 구조화된 패킹 요소를 위한 재료로 주름진, 매우 미세한 연장된 금속 시트를 사용하는 대신 - US 4,296,050, GB 1,569,828, US 4,981,621 및 EP 3 003 550 A1에 설명된 바와 같이, 천공(perforation) 및 또 다른 표면 질감을 갖는 상기 층들을 제공하는 것이다.

상기 구조화된 패킹 요소의 표면의 용도를 추가로 개선하기 위해 높은 공극률(void fraction), 즉, 상기 층에서 상기 개구부들의 전체 면적을 상기 층의 시트 면적으로 나눈 높은 비율을 갖는 천공된 층들로 제조된 교차-채널 주름진 시트 패킹을 제공하기 위한 것은 DE 38 18917 C1 및 CN 882 00252 U에서 이미 제안되었다. 더 구체적으로, DE 38 18917 C1은 분리 요소들에 의해 서로 분리되는, 개구부를 포함하는 시트 층들로 만들어진 구조화된 패킹 요소들을 개시한다. 상기 개구부들의 가장자리들은 돌출된 테두리(protruding rim)들이 제공되며, 여기서 인접한 개구부의 상기 테두리들은 교대로 상기 표면의 상부 측면에서 위쪽으로 그리고 상기 시트 층들의 표면의 하부 측면에서 아래쪽으로 연장된 것이다. 게다가, DE 38 18917 C1은 상기 층들의 개구부들이 상기 인접한 개구부들 사이에 위치한 상기 분리 요소들의 너비보다 3- 내지 7-배 더 커야 한다고 개시한다. 이것은 50% 이상 정도인(in the order 50% or more) 매우 높은 공극률을 갖는 개방형 금속 시트로 만들어진 구조화된 패킹 요소를 야기한다. CN 882 00252 U는 0.1 내지 0.5 mm의 두께를 갖는 천공된 시트들로 만들어진 구조화된 패킹 요소를 개시한다. 상기 개구부는 마름모꼴(rhombic) 형태를 가지며, 여기서 상기 개구부들의 너비는 2와 3mm 사이고 여기서 상기 시트 상의 개방 면적의 백분율, 즉 공극률은 40% 내지 50%이다. 따라서, 두 선행 기술 문서 모두는 40% 이상이고 바람직하게 약 50%의 다소 높은 공극률을 갖는 시트 층들을 포함하는 구조적 패킹 요소들을 제공하도록 개시한다. 이와 대조적으로, 고전적인 구조화된 패킹 요소들은 최대 10%의 현저하게 낮은 공극률을 갖는다.

교차-채널 주름진 시트 패킹들 이외의 다른 원리에 기초한 구조화된 패킹 요소들은 예를 들어 EP 0 069 241 A1, US 4,304,738 및 EP 0 250 061 A1에서 설명된다. 이러한 구조화된 패킹 요소들의 상기 층들은 팽창된 판금(sheet metal)으로 구성되며, 여기서 상기 층들은 팽창 공정으로 인해 특정한 층 너비를 가정한다. 그러나, 교차-채널 주름진 시트 패킹들과 대조적으로 이러한 구조화된 패킹 요소들의 상기 층들은 팽창 공정과 함께 오는 변형을 제외하고 주름지지 않고 변형되지 않는다. 이것은 상승하는 증기를 위한 열린 공간을 제한한다. 따라서, 상기 층들 사이의 열린 공간이 상기 구조화된 패킹 요소의 전체 단면 평면에 걸쳐 균질한 분포를 촉진하는 방식으로 상승하는 증기를 구동하는 잘 정의된 경로를 제공하지 않기 때문에, 물질 전달 효율이 최적이 아니다. 상기 패킹의 형태를 정의할 때 추가적인 자유도(degree of freedom)에 의해 증기에 특정 방향을 부과하는 것이 바람직할 것이다.

높은 물질 전달 효율 외에도, 상기 용량(capacity)은 구조화된 패킹 요소를 위한 중요한 측면이다. 구조화된 패킹 요소에서 상기 가벼운 및 무거운 상들의 유속이 증가함에 따라, 상기 구조화된 패킹 요소에서 압력 강하(drop)는 증가한다. 특정 압력 강하에서, 중력은 두 상들 사이의 마찰을 상쇄할 만큼 충분히 강하지 않고 무거운 상 또는 액체 각각은 상기 가벼운 상 또는 기체 각각에 동반되며, 따라서 상기 구조화된 패킹 요소를 따라 더 이상 하강할 수 없다. 이 시점에서, 상기 물질 전달이 중단되고 이 상황은 범람(flooding)이라 한다. 이 범람 지점은 구조화된 패킹 요소의 용량을 결정하며, 즉, 구조화된 패킹 요소의 상기 용량은 두 가지 유속 중 하나의 증가가 범람으로 이어지는 역류상(counter-current phase)의 최대 유속의 쌍으로 특징지어진다. 상기 범람 지점은 일반적으로 패킹 높이 미터 당 10 mbar 정도인 특징적인 압력 강하와 관계가 있다.

이것은 주어진 용량에서 상기 물질 전달 컬럼의 지름 및/또는 높이를 감소시키고 상기 물질 전달 컬럼에 대한 투자 비용을 최소화할 수 있기 때문에, 구조화된 패킹 요소는 우수한 용량 뿐만 아니라 우수한 물질 전달 효율을 갖는 것이 최적이다. 그러나, 이러한 두 가지 특성은 특정한 면적과 기타 기하학적인 매개변수와 관련하여 반대 경향(trend)에 의존한다. 보다 구체적으로, 높은 특정한 영역, 즉, 상기 구조화된 패킹 요소의 기하학적인 면적을 그것이 차지하는 부피로 나눈 높은 몫은 상기 가벼운 상과 무거운 상 사이의 집중적인 접촉(intensive contact)으로 이어지며, 각각의 구조화된 패킹 요소가 일반적으로 패킹 높이 미터 당 이론적 단계의 수NTSM에 관하여 표현되는, 높은 물질 전달 효율을 갖는 이유이다. 그러나, 높은 특정한 영역을 갖는 구조화된 패킹 요소는 상기 가벼운 상에 대한 높은 흐름 저항을 특징으로 하고, 각각의 구조화된 패킹 요소가 - 상기 가벼운 상의 주어진 유량에서 - 패킹 높이 당 더 높은 압력 강하와 따라서 더 낮은 특정한 영역을 갖는 패킹보다 더 낮은 용량을 가지는 이유이다.

상기의 관점에서, 본 발명에 근본적인 목적은 주어진 용량에서 더 높은 물질 전달 효율 또는 주어진 물질 전달 효율에서 더 높은 용량 또는 주어진 물질 전달 효율에서 더 낮은 중량을 각각 갖는 비용 효율적인 다-목적(cost efficient multi-purpose) 구조화된 패킹 요소를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 무거운 및 가벼운 유동상 사이의 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 컬럼에 대한 구조화된 패킹 요소를 제공함으로써 충족되며, 여기서 상기 구조화된 패킹 요소는 분리된 요소들에 의해 서로 둘러싸이고 분리되는, 개구부를 포함하는 적어도 두 층의 격자를 포함하며, 여기서 상기 적어도 두 층의 적어도 2개는 길이 방향으로 평행하고 서로 접촉하여 상기 무거운 및 가벼운 유동상의 적어도 하나가 그것을 통해 흐를 수 있도록 적어도 두 층의 일 단에서 반대단까지 연장되는 열린 공간이 그들 사이에 제공되도록 배열되고, 여기서 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소의 적어도 하나 및 바람직하게 50%의 상기 시트 재료 두께는 상기 층 재료 두께의 적어도 15배이고 상기 인접한 개구부들의 평균 수력학적 지름의 70%와 125% 사이고, 그리고 여기서 상기 길이 방향의 수직에 있는 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층 중 적어도 2개 사이의 최대 거리는 상기 분리 요소들의 평균 너비보다 적어도 4배 더 큰 것이며, 여기서 분리 요소의 평균 너비는 분리 요소를 단면 길이 di를 갖는 개별 단면 i=1, 2, 3 ... n으로 각각 나누어 결정되고, 여기서 각각의 단면들에 대한 상기 단면 내의 인접한 가장자리들 사이의 최단 거리 bi가 측정되고 상기 분리 요소의 평균 너비 b을 산출하기 위해 곱 di.bi의 합은 di의 합으로 나뉘고 그리고 여기서 상기 층 재료 두께는 상기 층의 재료의 두께이고, 여기서 상기 층 재료 두께는 마이크로미터 나사에 의해 상기 층의 외부 가장자리 중 하나에서 측정된다.

이 해결책은 인접한 개구부 사이의 상기 분리 요소의 평균 너비가 상기 개구부에 비해 상대적으로 크고(즉, 상기 인접한 개구부의 수직학력 지름의 70%와 125% 사이) 상기 층 재료 두께보다 상당히 넓은 경우(즉, 15배 이상), 주어진 용량에서 상기 물질 전달 효율이 상당히 향상될 수 있다는 놀라운 발견에 기초한다. 이는 DE 38 18917 C1 및 CN 882 00252 U의 교시(teaching)와 모순되기 때문에, 특히 예상치 못한 일이었다. 두 선행 기술 문서는 상기 분리 요소 사이에 매달린 자유 필름(hanging free film)이 상기 물질 전달 영역에 두 배 기여하고 따라서 상기 분리 요소들의 너비를 더욱 최소화하고 훨씬 더 많은 상기 물리적 면적을 제거하도록 제안함을 시사한다. 이러한 관점에서, 앞서 언급한 선행 기술 문헌에서 교시된 상기 비율과 비교하여 인접한 개구부 사이의 상기 분리 요소들의 평균 폭을 상기 인접한 개구부의 수력학적 지름으로 나눈 비율을 증가시킴으로써, 주어진 용량에서 상기 물질 전달 효율이 상당히 개선된다는 것은 더욱 놀라운 것이었다.

본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소의 또 다른 중요한 이점은 비싼 층 재료의 용도에 전혀 기초하지 않는다는 것이다. 오히려, 상기 층들의 상기 격자는 단순히 연장된 판금으로, 즉 얇은 금속 플레이트를 절단 및 늘리고 다음 두 번째 단계에서 상기 연장된 판금을 예를 들어 주름진 시트로 변형함으로써 생성될 수 있다. 따라서, 비용-효율적인 원료가 사용될 수 있고 필요한 양의 이 비용-효율적인 원료의 재료는 그것을 연신함으로써 더욱 감소된다. 대체로, 본 발명은 주어진 용량에서 더 높은 물질 전달 효율 또는 주어진 물질 전달 효율에서 더 높은 용량을 각각 갖는 비용-효율적인 다-목적 구조화된 패킹 요소를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 구조화된 패킹 요소를 포함하는 물질 전달 컬럼의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조화된 교차-채널 패킹 요소의 시트의 일부의 분해도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 상기 구조화된 패킹 요소의 개략적인 측면도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 상기 구조화된 패킹 요소의 두 층을 보여준다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소의 부분 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소의 일부의 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소의 일부의 개략적인 도면이다.
도 6a-f는 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소의 상기 층의 상기 격자 구조의 다른 실시예의 개략적인 도면이다.
도 7a-b는 분리 요소의 평균 폭과 개구부의 평균 수력학적 지름의 결정을 보여주는 개략적인 도면이다.
도 8은 주름진 층으로 만들어진 구조화된 패킹 요소의 최소 변형 부분의 결정을 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 특정한 예에 대한 상기 매개변수의 결정을 보여주는 실제 축척 평면도이다.
도 10은 A_P(도 10b), A_S(도 10c), A_M, V_M 및 a_M(도 10d) 면적의 정의를 설명하기 위한 패킹 층의 단면의 개략적인 도면을 보여준다.
도 11은 960 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 1 및 비교예 1에서 얻어진 효율 곡선을 보여준다.
도 12는 100 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 1 및 비교예 1에서 얻어진 효율 곡선을 나타낸다.
도 13은 100 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 1 및 비교예 1에서 얻어진 압력 강하를 나타낸다.
도 14는 960 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 2 및 비교예 2 및 3에서 얻은 효율 곡선을 나타낸다.
도 15는 100 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 2 및 비교예 2 및 3에서 얻은 효율 곡선을 나타낸다.
도 16은 100 mbar의 증류 컬럼의 헤드 압력에 대한 실시예 2 및 비교예 2 및 3에서 얻어진 압력 강하를 나타낸다.

상기 구조화된 패킹 요소의 길이 방향은 물질 전달 및/또는 열 교환 컬럼에 통합될 때, 상기 구조화된 패킹 요소의 상단 영역에서 하단 영역으로의 방향, 즉, 길이 방향은 상기 물질 전달 및/또는 열 교환 컬럼의 상단에서 하단으로의 방향이다. 다시 말해서, 그것은 각각 상기 구조화된 패킹 요소와 물질 전달 및/또는 열 교환 컬럼의 작동 중 더 무거운 상의 의도된 중력-구동 흐름 방향이다. 보다 구체적으로, 상기 구조화된 패킹 요소의 길이 방향은 다음과 같이 결정될 수 있다: 상기 구조화된 패킹 요소는 평행하고 서로 접촉하여 배열되는 상기 구조화된 패킹 요소의 층들은 수직 방향으로 연장되고 상기 층들의 일 단부에서 반대쪽 단부까지 연장되는 열린 공간들(또는 각각, 둘러싸이고 따라서 층들의 주기적인 변형에 의해 정의되는 채널들)은 상기 구조화된 패킹 요소의 상단에서 하단까지 연장되도록 수평 영역에 배치된다. 그때 길이 방향은 그렇게 배열된 구조화된 패킹 요소의 상단에서 하단까지의 방향이고, 또는 - 다시 말해서: 무거운 상, 예를 들어 상기 이렇게 배열된 구조화된 패킹 요소의 상단에 떨어지는 물은 상기 열린 공간을 따라 중력에 의해 아래쪽으로 흐르며, 여기서 길이 방향은 상기 무거운 상의 평균 흐름 방향이다.

상기 최대 거리(그 후에 또한 "D"로 지칭되거나 약칭됨)는 위에서 언급한 평면에서 측정된 하나의 단일 층의 연장인, 상기 층 너비(그 후에 또한 "W"로 지칭되거나 약칭됨)과 밀접하게 관련이 있다. 상기 W의 값은 일반적으로 D의 약 절반이다. 두 층 사이의 상기 열린 공간은 층 너비 W 덕분에 얻어진다. 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 구조화된 패킹 요소의 두 인접한 층 사이의 최대 거리 D는 두 평행한 평판 시트의 경우와 같이, 상기 인접한 층들의 전체 표면에 걸쳐 상기 층들 사이의 거리가 일정한 경우, 본 발명에 따라 상기 층들 사이의 거리를 나타낸다. 상기 층들 사이의 거리가 상기 인접한 층들의 전체 표면에 걸쳐 일정하지 않은 경우, 즉 상기 층들의 서로 다른 표면 부분들 사이의 거리가 다른 경우, 상기 두 인접한 층 사이의 최대 거리 D는 두 층 사이의 길이 방향에 수직인 평면에서 거리가 최대인 두 층 모두의 표면 부분 사이의 거리다. 보다 구체적으로, 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 구조화된 패킹 요소의 두 인접한 층 사이의 최대 거리 D는 본 발명에 따라 두 가장 먼 지점 A 및 B 사이의 거리를 나타내며, 여기서 지점 A는 제1 층에 있고 지점 B는 제2 층에 있다. 두 평행한 평면이 정의되며, 하나는 지점 A로, 다른 하나는 지점 B로 구성된다. 이러한 두 평행한 평면은 본질적으로 상기 두 층의 방향과 평행하게 배향된다. 상기 거리 D는 이러한 두 평행한 평면 사이의 거리로 정의된다.

본 발명에 따르면, 상기 구조화된 패킹 요소는 서로 평행한 길이 방향으로 배열되는 적어도 두 층을 포함한다. 두 층의 평행한 배열은 본 발명에 따라 상기 층들 중 하나가 다른 층에 대해 최대 +/- 20°의, 바람직하게 최대 +/- 10°의, 더 바람직하게 최대 +/- 5°의, 더욱 더 바람직하게 최대 +/- 2°의 각도로 기울어지고 가장 바람직하게 다른 층에 대해 전혀 기울어지지 않는다는 것을 의미한다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소의 적어도 50%의 평균 너비는 상기 층 재료 두께의 적어도 15배이다. 이것은 상기 분리 요소의 적어도 50%에 대해 상기 각각의 분리 요소의 평균 너비와 상기 시트 재료 두께 사이의 비율이 적어도 15인 것을 의미한다. 바람직하게, 적어도 75%의, 보다 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소의 전체(all)의 평균 너비와 상기 시트 재료 두께 사이의 비율은 적어도 15 이다.

층 재료 두께는 각각 층을 구성하거나 형성하는, 재료의 두께에 따른 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 층이 연장된 시트와 같은, 시트로 만들어진 경우, 상기 층 재료 두께는 상기 시트 두께이다. 상기 층 재료 두께 또는 시트 두께 각각이 상기 층의 면적에 따라 변한다면, 상기 층 재료 두께는 예를 들어 마이크로미터 나사에 의해 상기 층의 외부 가장자리 중 하나에서 측정된 상기 층을 형성하는 상기 재료의 두께이다. 예를 들어, 상기 층을 형성하는 재료의 두께는 상기 얻은 수의 값은 합산되고 상기 합계를 측정 횟수로 나누어 평균화하기 전에, 상기 마이크로미터 나사로 외부 가장자리 중 하나 이상에서 적어도 2개, 바람직하게 적어도 3개이고, 더욱 바람직하게 적어도 5개 위치에서 측정된다. 예를 들어, 상기 두께가 상기 마이크로미터 나사로 상기 층의 외부 가장자리 중 하나 이상에서 2 내지 20개, 바람직하게 2 내지 10개, 보다 바람직하게 3 내지 10개이고, 가장 바람직하게 5 내지 10개의 위치에서 측정될 때, 좋은 결과가 얻어지며, 여기서 상기 상이한 위치들은 상기 외부 가장자리를 따라 서로 약 3cm 거리가 있다. 마이크로미터 나사는 하나의 고정되고 하나의 이동 가능한 측정 영역을 포함하는 알려진 측정 장치이며, 여기서 상기 이동 가능한 측정 영역은 가는 실(fine thread)로 조정 가능하다. 상기 이동 가능한 측정 영역이 상기 고정된 측정 영역으로 완전히 이동되면, 두 측정 영역 모두는 각각 서로 접촉(contact)하거나 접촉(touch)할 수 있다. 두 측정 영역 모두는 평평하고 원형이며, 여기서 두 측정 영역 모두의 지름은 바람직하게 5 내지 6mm이다.

분리 요소의 평균 너비(그 후에 또한 "b"로 지칭되거나 약칭됨)은 상기 분리 요소가 균일한 너비를 갖는다면, 상기 분리 요소의 두 평행한 인접한 가장자리 사이의 거리를 측정함으로써 본 발명에 따라 결정된다. 상기 분리 요소가 균일한 너비를 갖지 않는다면, 분리 요소의 평균 너비 b는 상기 분리 요소를 단면 길이 d_i를 갖는 개별 단면 i=1, 2, 3 ... n으로 각각 나누어 결정된다. 상기 단면의 각각에 대해, 상기 단면들 내 인접한 가장자리 사이의 최단 거리 b_i가 측정된다. 곱 d_i.b_i의 합을 d_i의 합으로 나누면 상기 분리 요소의 평균 너비 b를 산출한다. 분리 요소의 불-균일성이 더 높을수록, 더 많고 더 짧은 단면들이 선택되어진다. 바람직하게, 분리 요소 당 측정을 위해 취해진(taken) 개별 단면 i의 수 n는 1 내지 1000, 보다 바람직하게 5 내지 100이고, 가장 바람직하게 5 내지 20, 예를 들어 8 내지 15이다. 예를 들어, 분리 요소의 cm당 5개의 단면이 선택된다.

바람직하게, 분리 요소의 평균 너비 b는 상기 분리 요소에 인접한 개구부 중 하나의 평면도에서 결정된다. 이것은 개구부의 사진 사진(photographic picture)을 찍음으로써 유리하게 달성된다. 개구부의 상기 상면도는 평평한 표면에 연장된 금속 시트를 놓고, 상기 연장된 금속 시트의 상단에 플레이트(plate)를 놓고, 그 다음 주기적 변형을 제거하기 위해 상기 연장된 금속 시트를 단지 평평하게 하기 위해 충분히 낮은 압력으로 플레이트를 아래쪽으로 누름으로써, 그러나 분리 요소와 개구부의 형상과 치수를 변경하지 않고, 즉, 연장된 금속 시트의 격자-구조의 기하학적 구조와 치수를 변경없이, 각각 연장된 금속 시트를 평평하게 한 후 개구부의 사진을 제작함으로써 만든다. 개구부의 상기 평면도는 상기 구조화된 교차-채널 패킹 요소에 사용되는 것으로서 즉, 평평하게 하거나 기계적으로 처리되는 것 없이, 그 형태에서 연장된 금속 시트로 만들어진다. 보다 구체적으로, 개구부의 상기 평면도는 개구부의 인접한 가장자리에 의해 정의된 평면의 법선 축(normal axis)을 따라 취해진다. 어떤 경우에는, 이러한 평면이 잘 정의되지 않는다. 이 경우에, 시행착오를 거쳐 가장 적합한 도면(view)이 얻어진다. 다양한 각도로부터, 적어도 5장의 도면(picture) 또는 바람직하게 적어도 10장의 도면과 같이, 여러 도면들이 촬영된다. 상기 개구부를 가장 크게 만드는(render) 도면은 상기 개구부의 평면도로 간주된다. 하나의 기준 길이 z는 상기 평면도에서 길이와 크기를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이것은 상기 개구부의 부근에서 실제 물체에 특정 거리 z를 식별하거나 표시하고 그것의 길이를 측정함으로써 가장 잘 달성된다. 상기 평면도에서 이 거리의 유효 길이 z'와 상기 실제 물체에서 측정된 거리 z 사이의 비율은 상기 평면도에서 측정된 모든 다른 거리를 축척하는 데 사용된다. 예를 들어, 부분 너비(segment width)의 실제 길이는 b_i=b_i'·(z/z')로 얻어지고, 반면 프라임된 변수(primed variables)는 상기 평면도에서 측정된 길이를 나타내고, 프라임되지 않은 변수(non-primed variables)는 실제 길이를 나타낸다.

본 발명에 따르면, 개구부의 수력학적 지름(hydraulic diameter) d는 공식 4 A/P로 계산되며, 여기서 A는 상기 개구부의 단면적(cross-sectional area)이고 P는 상기 동일한 개구부의 둘레이다. 상기 개구부의 단면적은 예를 들어 평평한 삼각형, 직사각형, 사변형, 사다리꼴 등 상기 개구부의 모양이 간단한 경우, 기본 측정(모양 길이 및 높이와 같은)과 기본 기하학적 공식(유클리드 기하학(Euclidean geometry)에서 알려짐)을 사용하여 결정할 수 있다. 바람직하게, 상기 면적은 상기 개구부의 평면도에서 결정된다. 복잡한 모양들은 면적 A_j를 갖는 단순한 모양의 수 j=1, 2, 3 ... m으로 근사화되고 세분화될 수 있다. 이러한 모양들의 상기 면적은 기본 측정과 기본 기하학적 공식을 사용하여 다시 계산할 수 있다. 상기 개구부의 면적 A는 상기 개구부에서 결정된 모든 면적 A_j을 합산하여 얻어진다. 상기 개구부의 모양이 더 복잡할수록, 더 많은 세분화가 필요하다. 바람직하게, 측정을 위해 취해진 개별적 단순 모양 단면들 j의 수 m는 1 내지 1000, 바람직하게 5 내지 100, 보다 바람직하게 5 내지 20, 예를 들어 8 내지 15이다. 이전과 같이, 상기 실제 길이는 위에서 정의한 비율 z/z'에 기반하여 결정된다.

간단한 모양의 개구부의 상기 둘레는 기본 치수와 기본 기하학적 공식을 사용하여 결정할 수 있다. 가장 일반적인 경우, 상기 개구부의 평면도가 사용된다. 상기 개구부의 둘레는 개구부에 가장 근접하고 이를 닫힌 다각형으로 나타내는 개별 직선 P_k k=1, 2, 3 ... K의 수로 세분화된다. 이러한 직선의 길이를 합하면, 상기 둘레 P가 얻어진다. 다시 말하지만, 상기 길이는 위에서 정의한 상기 비율 z/z'를 사용하여 실제 길이로 변환되어야 한다.

수의 이미지(numeric image) 처리의 방법은 상기 평균 너비 b, 개구부의 면적 A 및 그의 둘레 P를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 기본 단위는 픽셀의 크기에 따라 결정된다. 픽셀을 기반으로 하는 길이와 면적을 변환하기 위해, 상기 z/z' 비율은 예를 들어, 위에서 설명한 적절한 방식으로 정의되어야 한다. 회색 값은 분리 요소에 속하는 픽셀과 상기 개구부에 속하는 다른 것을 식별하는 데 사용할 수 있다. 면적들은 상기 픽셀들을 합산하고 픽셀의 실제 면적(실제 대상과 관련하여)에 상기 합산을 곱하여 직접적인 방식으로 계산할 수 있다. 부분의 상기 너비 b_i 또는 길이 d_i를 결정할 때 상기 너비 방향이 상기 픽셀의 측면과 평행하지 않은 경우, 삼각법 규칙(trigonometric rule)이 적용되어야 한다.

측정 방법 및 예시적인 예에 대한 많은 세부 사항은 도면과 관련하여 하기에 추가로 제공된다.

상기 격자가 판금을 연장하여, 즉 판금 재료를 절단하고 늘림으로써 생성되는 경우, 상기 생성된 개구부들은 일반적으로 4개의 거의 동일한 측면 길이 a₁ 및 짧은 e₂ 및 긴 e₁ 사선(특유의 길이(characteristic length)라고도 함)을 갖는 마름모꼴 모양(rhombic shape)이다. 따라서, 아래에서 더 자세히 설명되어 있는, 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각 마름모꼴 개구부는 각 a 폭 b를 갖는 4개의 분리 요소들로 둘러싸여 있고, 여기서 인접한 개구부들의 상기 분리 요소들은 교차점에서 서로 연결된다. 상기 수력학적 직경 d는 일반적으로 알려져 있지 않지만, 위에서 설명한 대로 결정하거나 아래에 설명된 대로 일반적으로 사용되는 특유의 치수로부터 계산될 수 있다. 연장된 시트들은 일반적으로 그들의 단위 셀의 치수와 상기 분리 요소의 너비 b를 특징으로 한다. 상기 단위 셀은 개구부를 덮는 사변형(또는 마름모꼴)이며, 여기서 상기 사변형은 상기 분리 요소의 4개 교차점의 중간점을 통해 연장된다. 상기 단위 셀은 짧은 단위 높이 u₂와 긴 단위 셀 너비 u₁를 갖는다. 상기 짧은 단위 셀 높이 u₂가 상기 개구부의 상기 짧은 사선 e₂과 정렬되는 동안, 상기 긴 단위 셀 높이 u₁는 상기 개구부의 상기 긴 사선 e₁과 정렬된다. 상기 판금이 가공되는, 즉 절단 및 늘림에 따른 방향인 팽창의 방향은, 일반적으로 상기 더 짧은 단위 셀 높이 u₂와 관련된다. 상기 단위 셀 치수 u₁와 u₂는 추가되어야 하는, 상기 분리 요소의 일부에 의해 상기 개구부 e₁과 e₂의 사선과 다르다. 상기 단위 셀 치수 u₁, u₂ 및 상기 분리 요소의 너비 b가 명시된 경우, 다음 방정식은 상기 각각의 개구부의 수력학적 직경 d를 결정하기 위해 사용된다:

e₁ = u₁ - b √ (1 + u₁ ²/u₂ ²)

e₂ = e₁ ^. u₂/u₁

d = e₁ ^. e₂/√ (e₁ ² + e₂ ²)

상기 e₂/e₁의 비율이 약 0.5 이하인 경우, 연장된 금속 시트에 대해 현실적(realistic)이므로, e₁ 및 e₂에 대한 다음 단순화한 방정식은 상기 각각의 개구부의 수력학적 지름 d을 결정하기 위해 사용될 수 있다:

e₁ = u₁ - b ^. u₁/u₂

e₂ = u₂ - b

또한, 연장된 금속 시트는 u₂/2b로 정의되는, 연신 계수(stretching factor)에 의하여 특징지을 수 있다. 상기 연신의 역(inverse)은 단단한 금속 시트에 비해 실현될 수 있는 재료 절약의 좋은 지표이다. 예시적인 예와 함께 이러한 치수에 대한 많은 세부 사항은 도면과 관련하여 아래에 추가로 제공된다.

본 발명의 아이디어의 추가 발전에서, 적어도 75%의, 더욱 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들 사이의 모든 분리 요소들의 평균 너비 b는 상기 인접한 개구부들의 평균 수력학적 지름 d의 70%와 125% 사이인 것이 제안된다. 보다 바람직하게, 적어도 50%의, 보다 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들 사이의 모든 분리 요소들의 평균 너비 b는 상기 인접한 개구부들의 평균 수력학적 지름 d의 75%와 100% 사이인 것이 제안된다.

상기 층 표면에 무거운 상의 최적 퍼짐을 달성하기 위해, 적어도 50%의, 보다 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들 사이의 모든 분리 요소들의 상기 평균 너비 b는 1.5 내지 4.0mm인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 적어도 50%의, 보다 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 및 가장 바람직하게 인접한 개구부 사이의 모든 분리 요소들의 상기 평균 너비 b는 1.6 내지 3.5mm이고 가장 바람직하게 1.8 내지 3.0mm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소들의 적어도 50%의 평균 너비 b는 상기 층 재료 두께(그 후에 또한 "s"로 지칭되거나 약칭됨)의 적어도 15배이다. 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소들의 적어도 50%의 평균 너비 b가 상기 층 재료 두께 s의 적어도 18배일 때, 특히 좋은 결과가 얻어진다.

본 발명의 아이디어의 추가 발전에서, 적어도 50%의, 보다 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 모든 분리 요소의 평균 너비 b는 상기 층 재료 두께 s의 적어도 15배이고 바람직하게 적어도 18배이다.

본 발명에 따르면, 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층의 적어도 두 인접한 사이의 최대 거리 D는 상기 분리 요소들의 평균 너비 b 보다 적어도 4배 더 크다. 이것은 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 적어도 두 층의 적어도 두 인접한 사이의 최대 거리 D와 적어도 50%의, 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의, 및 가장 바람직하게 분리 요소들의 전체(all)의 평균 너비 b 사이의 비율이 적어도 4인 것을 의미한다. 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 최대 거리가 적어도 50% 사이, 바람직하게 적어도 75% 사이, 보다 바람직하게 적어도 80% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 90% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 사이 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 전체(all) 사이의 상기 분리 요소들의 평균 너비보다 적어도 4배 더 클 때, 특히 좋은 결과가 얻어진다.

또한, 적어도 50% 사이, 바람직하게 적어도 75% 사이, 보다 바람직하게 적어도 80% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 90% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 사이 및 가장 바람직하게 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 적어도 두 층의 전체 사이의 최대 거리 D가 상기 분리 요소들의 평균 너비 b보다 적어도 5배이고 보다 바람직하게 적어도 8배 더 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 아이디어의 추가 발전에서, 적어도 50% 사이, 바람직하게 적어도 75% 사이, 보다 바람직하게 적어도 80% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 90% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 사이 및 가장 바람직하게 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 적어도 두 층의 전체 사이의 최대 거리 D가 상기 분리 요소들의 평균 너비 b보다 4 내지 15배, 바람직하게 5 내지 13배이고 가장 바람직하게 8 내지 12배 더 큰 것이 제안된다.

적어도 50% 사이, 바람직하게 적어도 75% 사이, 보다 바람직하게 적어도 80% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 90% 사이, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 사이 및 가장 바람직하게 상기 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층의 전체 사이의 최대 거리 D가 8 내지 80 mm, 바람직하게 12 내지 51 mm 및 가장 바람직하게 16 내지 30mm인 경우, 특히 좋은 결과가 얻어진다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 적어도 두 층의 적어도 하나에 대해 상기 층에서 상기 개구부의 전체 면적을 상기 층의 시트 면적으로 나눈 비율, 즉, 상기 층의 공극률은 20%와 38% 사이다. 층의 시트 면적 A_S은 본 발명에 따라 한 측면에서만 측정된 모든 분리 요소의 물리적 면적과 상기 분리 요소들로 둘러싸인 상기 개구부의 전체 면적의 합이다. 상기 개구부들의 전체 면적은 단지 상기 개구부들의 (단면의) 면적 A의 합이다. 또한, 구조화된 패킹 요소의 시트 영역 A_S은 상기 구조화된 패킹 요소에 포함된 층들의 시트 영역의 합이다. 위에 설명된 바와 같이, 상기 패킹 층의 공극률은 이 층에서 상기 개구부들의 전체 면적을 이 층의 시트 면적으로 나눈 비율이다.

바람직하게, 적어도 50%에 대해, 바람직하게 적어도 75%에 대해, 보다 바람직하게 적어도 80%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%에 대해 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 전체에 대해 상기 층의 공극률은 20%와 38% 사이이다. 이것은 특히 높은 정도로 본 발명의 이점을 얻을 수 있게 한다.

또한, 적어도 50%에 대해, 보다 바람직하게 적어도 75%에 대해, 보다 바람직하게 적어도 80%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%에 대해 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 전체에 대해 상기 층의 공극률은 25%와 35% 사이고 가장 바람직하게 28%와 32% 사이다. 이것은 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소의 층 들의 특히 우수한 습윤을 유도한다.

상기 구조화된 패킹 요소의 격자가 균일한 경우, 즉, 모든 또는 적어도 대부분의 개구부들 및 분리 요소들이 동일하거나 적어도 서로 매우 유사할 때, 특히 우수한 결과가 얻어진다. 이러한 관점에서, 적어도 50%, 보다 바람직하게 적어도 75%, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%, 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 각각의 모든 개구부는 50과 150% 사이, 바람직하게 70과 130% 사이, 보다 바람직하게 80과 120% 사이 및 가장 바람직하게 모든 개구부의 평균 수력학적 지름 d의 90 및 110% 사이인, 수력학적 지름 d를 갖는 것이 바람직하다.

적어도 50%의, 바람직하게 적어도 75%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 각각의 모든 개구부들의 상기 수력학적 지름 d은 1.25 내지 5.0mm이다. 더욱 더 바람직하게 적어도 50%의, 바람직하게 적어도 75%의, 보다 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층 각각의 모든 개구부들의 수력학적 지름 d은 2.0 내지 4.0mm 가장 바람직하게 2.2 내지 3.5mm이다.

본 발명은 상기 개구부의 기하학적 구조에 관하여 특별히 제한되지 않는다. 따라서 개구부는 원형(circular), 타원체(ellipsoid), 정사각형(squarish), 직사각형(rectangular), 마름모꼴(rhombic), 사변형(quadrilateral), 육각형(hexagonal), 사다리꼴(trapezoidal), 다각형(polygonal) 또는 불규칙한 단면 형태를 가질 수 있다.

적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 더욱 더 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 개구부들의 전체는 정사각형 또는 마름모꼴 단면을 가지며, 여기서 상기 측면 길이 a₁는 1.0 내지 5.0 mm, 바람직하게 1.3 내지 4.0 mm이고 가장 바람직하게 1.6 내지 3.5 mm이다. 이 실시예에서 상기 정사각형 또는 마름모꼴의 상기 특유의 길이(또는 사선, 각각) e₂/e₁가 평균 0.4 내지 0.7, 보다 바람직하게 0.45 내지 0.60이고, 가장 바람직하게 0.49 내지 0.55인 것이 특히 바람직하다. 또한, 이 실시예에서 인접한 개구부들 사이의 상기 분리 요소의 평균 폭 b이 1.5 내지 4.0mm, 바람직하게는 1.6 내지 3.5mm, 가장 바람직하게는 1.8 내지 3.0mm인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 대안적인 구체예에 따르면, 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 개구부들의 전체는 직사각형 또는 사변형 단면을 가지며, 여기서 상기 직사각형 또는 사변형의 더 짧은 특유의 길이 e₂(즉, 짧은 사선)는 1.0 내지 4.0mm이고 바람직하게 2.0 내지 3.0 mm이고, 여기서 상기 직사각형 또는 사변형의 더 긴 특유의 길이 e₁(즉, 긴 사선)는 2.0 내지 8.0 mm, 바람직하게 2.5 내지 7.0 mm이고 가장 바람직하게 3.0 내지 6.0mm이며 그리고 여기서 인접한 직사각형 사이의 상기 분리 요소들의 평균 너비 b가 1.5 내지 4.0 mm, 바람직하게 1.6 내지 3.5 mm이고 가장 바람직하게 1.8 내지 3.0mm이다.

본 발명은 상기 구조화된 패킹 요소의 상기 층의 재료에 관하여 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 층들 또는 격자들은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 티타늄(titanium), 지르코늄(zirconium) 및 합금(alloy)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물로 제조될 수 있다. 본 발명의 상기 구조화된 패킹 요소의 상기 층의 격자를 비용-효율적으로 생산하는 것 뿐만 아니라 재료를 절약하기 위해, 본 발명의 아이디어의 추가 발전에서 적어도 두 층들의 상기 격자들은 스테인레스 스틸 또는 기타 금속 건축 재료와 같은, 연장된 판금으로 만들어지며, 여기서, 각 격자의 상기 층 재료 두께 s는 s = 0.05 내지 0.50 mm, 바람직하게 s = 0.08 내지 0.20 mm이고 가장 바람직하게 s = 0.09 내지 0.15이다.

시트를 확장하여 격자를 생성할 때, 상기 생성된 판금 또는 격자는 더 이상 평평하지 않다. 이것은 개별 분리 요소의 변형(deformation), 왜곡(distortion), 굽힘(bending) 또는 볼팅(vaulting) 및 다른 요소에 비해 분리 요소의 상대적 변형, 예를 들어 틸팅(tilting)의 결과이다. 버(burr)와 같은 다른 기능들은 펀칭 공정에서 발생하고 그러므로 두께에 영향을 줄 수 있다. 상기 연장된 시트의 결과 치수는 격자 두께 g라고 하며 상기 층 재료 두께와 동일하거나(이 경우, 롤링에 의해 평평해지기 때문에, 연장된 시트가 평평한 경우) 상기 층 재료 두께보다 몇 배까지 더 클 수 있다. 상기 격자 두께는 일반적으로 대략 상기 분리 요소의 너비 b의 크기(magnitude)이며 상기 너비 b보다 더 크지 않아야 한다. 따라서, 상기 격자 두께 g가 상기 층 재료 두께 s보다 큰 경우 상기 분리 요소의 평균 너비 b에 대한 상기 격자 두께 g의 비율은 0 초과 내지 대략 1.2, 보다 바람직하게 0.4 내지 1 및 가장 바람직하게 0.5 내지 0.8 범위이다. 상기 격자 두께 g는 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 두 인접한 층 들 사이의 최대 거리 D보다 훨씬 더 작다. 바람직하게, 상기 격자 두께 g에 대한 상기 최대 거리 D의 비율(즉, D/g)은 적어도 3 이다.

길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층의 각 인접한 사이의 최대 거리 D가 상기 개구부의 평균 수력학적 직경 d보다 최대 15배 더 클 때, 특히 좋은 결과가 얻어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 상기 구조화된 패킹 요소에서 양호한 기체 흐름을 보장하기 위해 상기 층의 일 단부에서 반대측 단부로 연장되는 층 사이에 개방 공간이 제공된다. 상기 구조화된 패킹 요소의 적어도 두 층 사이의 개방 공간은 주기적 변형에 의해 정의되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 본 발명의 아이디어의 추가 발전에서 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층의 전체가 주기적 변형을 포함하고, 여기서 상기 적어도 두 층 사이의 상기 개방 공간은 주기적 변형에 의해 정의된다. 본 발명의 상기 구조화된 패킹 요소의 모든 층이 이러한 주기적 변형을 포함하며, 즉 본 발명의 상기 구조화된 패킹 요소는 어떠한 평평한 층들을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다.

예를 들어, 상기 주기적인 변형은 다수의 교대로 배향된 피크와 골을 포함하는 주름일 수 있으며, 여기서 층의 상기 피크들은 인접한 층의 상기 골들과 접촉하고 층의 상기 골들은 인접한 층의 상기 피크들과 접촉하며, 여기서 인접한 층들은 상기 인접한 층들의 피크 및 골은 길이 방향에 대해 비스듬히 연장되는 상기 층의 상기 피크 및 골과 십자형 방식으로 교차하도록 배향된다. 물론, 층의 모든 피크가 인접한 층의 하나 이상의 골과 접촉하는 것이 아니라, 층의 상기 피크의 일부가 인접한 층의 하나 이상의 골과 접촉하거나 그 반대의 경우 또한 가능하다. 그러나, 두 인접한 층 사이에 적어도 세 개의 접촉 지점이 있어야 한다. 바람직하게 30 내지 90%에서 및 보다 바람직하게 인접한 층들의 피크와 골이 서로 반대되는, 상기 위치의 50 내지 80%에서, 접촉 접촉(touching contact)이 없고, 여기서 나머지 위치에서 인접한 층들의 각각의 피크와 골은 서로 접촉한다.

길이 방향에 대한 각각의 피크와 각각의 골 사이의 각도 α가 10° 내지 60°, 바람직하게 20° 내지 50°이고 가장 바람직하게 25° 내지 47°일 때, 특히 이 실시예에서 좋은 결과가 얻어지며, 여기서 인접한 층들의 상기 피크와 골은 바람직하게 반대 방향으로 배향된다. 이것은 상기 구조화된 패킹 요소의 단면의 적어도 한 방향에 걸쳐 상기 가벼운 상의 균일한 분포를 허용한다. 상기 각도는 압력 강하를 최소화하고 용량을 최대화하기에 너무 커서는 안 된다.

상기 구조화된 패킹 요소의 압력 손실을 감소시키기 위해, 본 발명의 아이디어의 추가 발전에서 상기 구조화된 패킹 요소의 말단 구역에서 흐름 저항이 상기 말단 구역 사이에 배열된 상기 구역의 그것에 대해 감소되도록 상기 말단 부분 사이에 배열되어 있는 중심 부분의 피크와 골과 관련하여 상기 층의 말단 부분에서 상기 피크와 골이 구부러지도록 제안된다. 따라서, 이 실시예의 상기 층들의 피크와 골은 선형으로 연장되지 않는다. 바람직하게, 상기 피크와 골은 적어도 본질적으로 수직으로 연장되도록 상기 층의 말단 부분에서 구부러진다. 본질적으로 수직은 상기 피크와 골이 상기 층의 아래쪽과 위쪽 가장자리에서 수직 방향에 대해 10°초과; 바람직하게 5° 이하 및 더욱 바람직하게 2°이하로 기울어지지 않음을 의미한다. 상기 말단 구역은 상기 층의 길이 방향을 따른 방향인 시트 길이를 따라 30%, 바람직하게 25% 및 보다 바람직하게 20% 이하의 상기 층의 상부 및 하부 가장자리로부터 연장되는 상기 층의 최상부 및 최하부 구역이다. 각각의 상기 말단 구역은 상기 두 말단 구역 사이의 상기 층의 구역인, 중심 구역의 그것보다 높이가 다른 피크와 골을 가질 수 있다. 말단 구역 둘 다에서 이러한 굽힘 또는 다른 높이를 제공하는 대신, 그들은 상기 말단 구역 중 하나에만 존재할 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 상기 주기적인 변형들은 피크 및 골을 포함하는 정사각형, 삼각형, 사인파형(sinusoidal) 또는 미앤더형(meander-type) 단면을 갖는 파동이고, 여기서, 층의 상기 피크는 인접한 층의 상기 골과 접촉하고, 층의 상기 골은 다른 인접한 층의 상기 피크와 접촉하며, 여기서 인접한 층은 상기 인접한 층들의 피크 및 골은 길이 방향에 대해 비스듬하게 연장되는 상기 층의 피크 및 골과 십자형 방식으로 교차하도록 배향된다.

상기 길이 방향에 대해 각각의 상기 피크와 각각의 상기 골 사이의 각도 α가 10° 내지 60°, 바람직하게 20° 내지 50° 및 가장 바람직하게 25° 내지 47°일 때, 이 실시예에서 특히 좋은 결과가 얻어지며, 여기서 인접한 층들의 상기 피크와 골은 바람직하게 반대 방향으로 배향된다. 이것은 상기 구조화된 패킹 요소의 단면의 적어도 한 방향에 걸쳐 가벼운 상의 균일한 분포를 허용한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 주기적 변형은 US 5,885,694에 개시된 바와 같이 구조를 가질 수 있으며, 여기서 두 인접한 시트는 위쪽 및 아래쪽으로 곡선을 이루는 줄무늬의 피크와 골에 서로 접촉한다. 각 시트는 선형으로 배열된 일련의 위쪽 및 아래쪽으로 곡선을 이루는 줄무늬를 포함하며, 여기서 두 인접한 시트의 상기 선은 각도로 교차한다.

본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따르면, 상기 주기적 변형은 딤플(옴폭 들어간 곳, dimple)이고, 여기서 각각의 상기 딤플은 딤플 밸리 벽(dimple valley wall)을 포함하고, 여기서 층의 상기 딤플 밸리 벽의 적어도 일부가 인접한 층의 딤플이 되지 않은 표면 부분과 접촉한다. 상기 딤플은 분화구(crater)의 형태, 즉 골프공의 딤플과 같은 형태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 딤플은 고리 모양(annular)의 단면을 갖는, 홈(groove)과 같은, 가늘고 긴 딤플인 것이 바람직하다.

그러나, 상기 열린 공간은 상기 구조화된 패킹 요소 자체의 상기 층의 변형에 의해 정의되지 않지만, 예를 들어 인접한 층 사이에 제공되는, 하나 이상의 스페이서(spacer)에 의해 가능할 수도 있으며, 여기서 상기 적어도 두 층 사이의 상기 열린 공간은 하나 이상의 스페이서에 의해 정의된다.

본 발명은 그 안에 포함되는 층들의 수에 관하여 특별히 제한되지 않는다. 패킹 요소의 층들의 수는 상기 물질 전달 컬럼의 지름과 상기 물질 전달에 필요한 특정 면적 a_M에 기반한다. 더 많은 표면이 필요하며, 즉, 특정 영역이 더 높을수록, 더 많은 층이 존재하게 될 것이며, 따라서 상기 최대 거리 D는 더 작아질 것이다. 비록 상기 구조화된 패킹 요소가 일반적으로 둥근 단면이지만, 다른 모양의 단면, 예를 들어, 열 및/또는 물질 전달 컬럼의 모양에 기반하는, 직사각형도 있을 수 있다. 상기 컬럼이 큰 지름을 가지는 경우, 상기 요소는 일반적으로 무게를 줄이고 조각 단위로 설치할 수 있도록 부분 또는 타일로 세분화된다.

본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소가 60 내지 750m²/m³, 120 내지 500 m²/m³, 및 가장 바람직하게 200 내지 450 m²/m³의 특정 면적 a_M을 가질 때, 특히 물질 전달 효율과 용량의 우수한 조합이 얻어진다.

상기 특정 면적 a_M은 상기 구조화된 패킹 요소의 기하학적 면적 A_M을 상기 구조화된 패킹 요소가 차지하는 부피 V_M로 나눈 것으로 정의된다. 상기 구조화된 패킹 요소의 기하학적 면적 A_M은 상기 성분에 포함된 모든 층의 기하학적 면적의 합이며, 여기서 층의 상기 기하학적 면적은 마치 개구부나 구멍이 없는 것처럼 상기 층의 양 측면을 더한다. 다시 말해서, 상기 층들의 양 측면이 상기 기하학적 면적을 차지하기 때문에 상기 기하학적 면적은 상기 패킹 층들의 시트 면적 A_S에 2를 곱하여 대략적으로 얻는다.

구조화된 패킹 층의 상기 시트 면적 A_S은 상기 층에서 개구부의 면적과 상기 층의 물리적 면적 A_P을 모두 더함으로써 얻어진다. A_P는 물리적으로 존재하는 표면만 계산한다. 구멍들은 값에 기여하지 않는다. 상기 구조화된 패킹 요소의 시트 면적 A_S은 그 안에 포함된 모든 층의 시트 면적을 합산하여 얻어진다.

구조화된 패킹 층의 상기 물리적 면적 A_P은 상기 구조화된 패킹 층에 포함된 모든 분리 요소들의 선택된 한 측면에서 측정된 표면의 합이다. 상기 층 재료 두께 s의 가장자리는 이 면적에 기여하지 않는다. 상기 패킹의 물리적 면적 A_P은 그 안에 포함된 모든 층의 물리적 면적의 합이다.

면적에 대한 a_M, A_M, A_S 및 A_P 규정과 별도로, "표면(surface)" 및 "표면적(surface area)" 표현은 본 발명의 설명에서 보다 정성적이거나 직관적인 방식으로 사용된다.

바람직하게, 상기 구조화된 패킹 요소는 100 내지 300mm 및 바람직하게 150 내지 250mm의 높이를 갖는다.

추가 양태에 따르면, 본 발명은 전술한 바와 같은 적어도 하나의 구조화된 패킹 요소를 포함하는 물질 전달 컬럼에 관한 것이다.

바람직하게, 상기 물질 전달 컬럼은 1 내지 10, 보다 바람직하게 2 내지 8 및 가장 바람직하게 2 내지 4의 베드를 포함하고, 여기서 각 베드는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 구조화된 패킹 요소를 포함한다. 바람직하게, 하나의 베드는 2 내지 20, 보다 바람직하게 4 내지 15 및 가장 바람직하게 6 내지 10의 구조화된 패킹 요소를 포함한다. 베드에서 매우 우수한 기체 분포를 달성하기 위해, 두 인접한 구조화된 패킹 요소들은 일반적으로 길이 방향에 평행한 컬럼의 축을 따라 회전한다. 상기 회전의 각도는 약 50 내지 120°, 보다 바람직하게 70° 내지 110° 및 가장 바람직하게 80° 내지 100°이다.

또한, 상기 물질 전달 컬럼은 상기 구조화된 패킹 요소 베드의 단면에 걸쳐 상기 물질 전달 컬럼의 작동 동안 상기 무거운 상을 적어도 본질적으로 균질하게 분배하도록 허용할 수 있도록 구조화된 패킹 요소들의 각각의 베드 위에 분배기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 물질 전달 컬럼은 상기 물질 전달 컬럼의 작동동안 상기 구조화된 패킹 요소들의 층의 표면 아래로 흘러내리는 상기 무거운 상을 수집할 수 있는, 집전 장치를 구조화된 패킹 요소의 각 베드의 바닥 아래에 포함하는 것을 제안된다.

본 발명에 따른 특정 실시예는 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 예시하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 물질 전달 컬럼 10 및 보다 구체적으로 증류 컬럼 10의 개략적인 측면도를 보여준다(도면의 투명한 내부는 단지 예시를 위한 것이다). 또한 목적을 설명하기 위해, 도 1에 나타내지 않은 상기 층들의 격자 구조는 도 6에만 나타낸다. 상기 증류 컬럼 10은 두 베드 14, 14'의 형태로 배열된, 다수의 구조화된 패킹 요소 12를 포함한다. 상기 두 베드 14, 14'의 각각 위에 분배기 16, 16'는 증기가 이를 통해 상승할 충분한 공간을 남기는 동안, 상기 베드의 단면에 걸쳐 액체를 고르게 분배하도록 배열된다. 각 베드 14, 14' 아래에 격자와 같은 고정 장치 18와 집전 장치 20가 배열되며, 여기서 증기가 상승할 수 있도록 상기 집전 장치에 충분한 열린 공간이 남아 있는 동안, 상기 격자와 같은 고정 장치 18는 상기 베드 14를 그 위치에 유지하고 상기 집전 장치 20는 상기 베드 14에서 흘러내리는 액체를 수집한다.

증류 컬럼 10의 작동 동안, 기체는 가벼운 상으로써 하부에서 상부로 상승하고, 반면 무거운 상으로써 액체는 상기 증류 컬럼 10의 상부에서 하부로 역류로 하강한다. 더 구체적으로, 상기 액체는 상기 베드 14의 단면에 걸쳐 상기 분배기 16에 의해 본질적으로 균질하게 분포되고 상기 구조화된 패킹 요소 12의 층의 표면을 따라 아래로 흘러내린다. 압력 구배에 의해 구동되는 동안, 기체로 채워지고 기체가 상승하는 경로를 제공하는, 상기 구조화된 패킹 요소 12의 다른 층들 사이에 개방 공간이 제공된다. 상기 액체가 상기 구조화된 패킹 요소 12의 층의 표면에 퍼지도록 함으로써, 상기 계면에서 액체와 기체 사이의 효율적인 열 및 물질 전달이 이루어지도록 상기 두 상들 사이에 큰 계면이 생성된다. 상기 베드 14의 바닥에서, 상기 액체는 집전 장치 20에 수집되고 상기 파이프 22를 통해 제2 베드 14' 위의 분배기 16' 아래로 안내된다.

도 2a 내지 2c는 소위 교차-채널 주름진 시트 패킹 유형의 구조화된 패킹 요소 12를 보여준다. 목적 설명을 위해, 상기 층들의 격자 구조는 도 2에는 나타내지 않고, 도 6에만 나타낸다. 상기 구조화된 패킹 요소 12는 평행하고 서로 접촉하는, 다수의 주름진 시트 24, 24'로부터 조립된다. 각각의 상기 주름진 시트 24, 24'는 위에서 설명된 바와 같이 그리고 도 6에 따라 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 격자이다. 도 2c의 우측 하단에서 상기 주름진 시트 24의 일부의 격자-구조가 개략적으로 표시된다. 위의 명세서로부터 이해되는 바와 같이, 실제로 상기 주름진 시트 24, 24'의 적어도 2개 및 바람직하게 모두는 이러한 격자로 구성되며, 이는 단지 예시적인 이유로 도 2a 내지 2c에 나타내지 않는다. 본 실시예에서, 상기 주름진 시트 24, 24'는 연장된 시트 재료로 만들어지며, 즉 그들은 얇은 금속 플레이트를 절단 및 연신한 다음 상기 연장된 판금을 주름진 시트 24, 24'로 변형함으로써 제조된다.

상기 주름진 금속 시트 24, 24'는 상기 주름진 시트 24, 24'의 길이방향 단면에 수직으로 상기 주름진 시트 24, 24'를 관통하는 다수의 로드(도시되지 않음)에 의해 서로 고정되고, 여기서 상기 로드는 와셔 및 너트에 의해 또는 상기 로드를 구부리거나 임의의 다른 수단(도시되지 않음)에 의해 첫 번째 및 마지막 주름진 시트와 고정된다. 각 주름진 시트 24, 24'는 교대로 배향된 다수의 피크 26와 골 28을 포함하고, 여기서 인접한 주름진 시트 24, 24'는 상기 인접한 주름진 시트 24, 24'의 상기 주름 26, 28이 길이 방향에 대해 비스듬하게 연장되는 상기 주름진 시트 24, 24'의 주름 26, 28과 십자형 방식으로 교차하도록 배향되며, 따라서 연속적으로 서로 교차하는 경사진 채널 30을 형성하는 것이다. 보다 구체적으로, 길이 방향 V에 대해 각각의 피크 26와 각각의 골 28 사이의 각도 α는 10° 내지 60°, 바람직하게 20° 내지 50° 및 가장 바람직하게 25° 내지 47°이고, 여기서 인접한 층 32, 32' 또는 24, 24'의 상기 피크 26와 골 28은 각각 반대 방향으로 배향된다. 상기 채널 30은 예를 들어 20mm와 같이, 인접한 주름진 시트 24, 24' 사이의 최대 거리 D를 규정한다. 이러한 채널 30은 상기 구조화된 패킹 성분 12 내의 기체상 및 액체상의 유동에 긍정적인 영향을 미치고 상기 상들 사이의 물질 전달을 용이하게 한다. 즉, 상기 기체상과 액체상은 상기 구조화된 패킹 요소 12의 채널 30에 접촉되고 상기 상들 사이의 열 전달뿐만 아니라 물질 전달도 촉진된다. 보다 구체적으로, 상승하는 기체가 상기 물질 전달 컬럼을 통해 아래쪽으로 흐를 때, 상기 채널 30을 정의하는 상기 주름진 시트 24, 24'의 표면에 존재하는 액체와 접촉하게 된다. 전체적으로, 상기 가벼운 상은 상기 구조화된 패킹 요소 12의 층 32, 32'의 격자 38의 개구부 40를 통한 우회 흐름 없이, 개방 공간 또는 채널 30을 통해 각각 흐른다. 이것은 상기 가벼운 및 무거운 상 사이의 특정한 효율적인 질량과 에너지 전달을 유도한다. 게다가, 상기 채널 30의 십자형 방향은 왼쪽에서 오른쪽으로 상기 상들의 최적 분포로 이어진다.

도 3은 대안적인 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소의 부분도를 보여준다. 도 3의 상기 구조화된 패킹 요소는 상기 주름진 시트 24, 24'가 선형으로 연장된 피크와 골을 포함하지 않는 것을 제외하고 도 2a 내지 2c에 나타낸 것과 유사하나, 상기 주름진 시트 24, 24'의 말단 부분 33, 33'에서 본질적으로 수직 방향으로 연장되도록 상기 주름진 시트 24, 24'의 피크 26, 26'와 골은 각각 상기 말단 구역 또는 부분 33, 33'에서 구부러져 있다. 상기 말단 구역은 상기 주름진 시트 24, 24'의 상부 및 하부 가장자리로부터 연장되는 상기 주름진 시트 24, 24'의 최상부 및 최하부 구역 33, 33'이며, 상기 주름진 시트 24, 24'의 길이 방향을 따른 방향인 상기 주름진 시트 24, 24'의 길이를 따라 30%, 바람직하게 25% 및 보다 바람직하게 20% 이하이다. 상기 말단 구역 33, 33'의 각각은 상기 두 말단 구역 33, 33' 사이의 층의 구역인, 중심 구역과 다른 높이를 갖는 피크 26, 26'와 골을 가질 수 있다. 상기 다른 높이 또는 굽힘과 같은 이러한 특징들은 상기 주름진 시트 24, 24'의 양쪽 말단 구역 33, 33'에만 존재할 수 있다.

도 3에서, 상기 실선(solid line)은 관찰자에게 보여지는 상기 주름진 시트 24의 표면에서 상기 주름의 피크 26를 묘사하는 반면, 상기 파선(broken line) 26'은 시야에 있는 것 바로 뒤에 있는 상기 주름진 시트 24'의 대응하는 표면에서 상기 주름의 피크를 묘사한다. 상기 골판지 시트 24, 24'의 말단 부분 33, 33'에서 본질적으로 수직 방향으로 연장되도록, 상기 말단 부분 33, 33'을 각각 구부림으로써, 상기 주름진 시트 24, 24’의 말단 부분 33, 33의 흐름 저항은 상기 주름진 시트 24, 24'의 말단 부분 33, 33' 사이에 위치하고 있는 상기 부분의 유동 저항에 비해 감소된다. 이것은 상기 구조화된 패킹 요소의 압력 손실을 감소시킨다.

도 4는 대안적인 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소 12의 두 층을 보여준다. 목적을 설명하기 위해, 상기 층들의 상기 격자 구조는 도 4에 나타내지 않고, 도 6에만 나타낸다. 상기 구조화된 패킹 요소 12는 여러 층 32, 32'을 포함하고, 여기서 각 층은 여러 개의 딤플 34을 제공하도록 변형되고, 여기서 각각의 상기 딤플 34은 딤플 밸리 벽 36을 포함한다. 인접한 층 32, 32'은 서로 접촉하여 서로 평행하게 배열된다. 다시 말해서, 인접한 층 32, 32'은 층 32의 상기 딤플 밸리 벽 36의 적어도 일부가 인접한 층 32'의 상기 딤플이 되지 않은 표면 부분과 접촉하도록 서로 접촉한다. 따라서, 상기 딤플 34은 가벼운 상 또는 가스, 각각을 상기 채널 30을 통해 상승하도록 허용하기 위해 상기 단일 층 32,32' 사이의 최대 거리 D를 정의하는 상기 층 32,32' 사이의 채널 30 또는 열린 공간 각각을 정의하기 위해 사실상 스페이서로서 작용한다.

도 5는 대안적인 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소 12를 보여준다. 목적을 설명하기 위해, 상기 층의 상기 격자 구조는 도 5에는 나타내지 않고 도 6에만 나타낸다. 상기 구조화된 패킹 요소 12는 여러 층 32, 32'을 포함하고, 여기서 각 층은 서로 접촉하는 두 인접한 층 32, 32'이 상기 가벼운 상 또는 가스, 각각을 상기 채널 30을 통해 상승하도록 허용하기 위해 상기 단일 층 32,32' 사이의 최대 거리 D를 정의하는 상기 층 32,32' 사이의 육각형(hexagonal) 단면을 갖는, 채널 30 또는 열린 공간을 각각 정의하도록, 변형된다. 상기 층 32, 32'은 상기 층 32, 32'의 상기 채널 30이 서로 교차하도록 길이 방향에 대해 교차하는 각도 α로 경사진 배향으로 배열될 수 있다. 오른쪽 또는 왼쪽 방향으로 교대로 이러한 채널 30을 따르는 바람직한 가스 흐름에도 불구하고, 평균 가스 흐름은 길이 방향 V을 따를 것이다.

도 5는 대안적인 실시예에 따른 구조화된 패킹 요소 12를 보여준다. 목적을 설명하기 위해, 상기 층의 상기 격자 구조는 도 5에는 나타내지 않고 도 6에만 나타낸다. 상기 구조화된 패킹 요소 12는 여러 층(32, 32')을 포함하며, 여기서 각 층은 서로 접촉하는 두 인접한 층 32, 32'이 상기 가벼운 상 또는 가스, 각각을 상기 채널 30을 통해 상승하도록 허용하기 위해 상기 단일 층 32,32' 사이의 최대 거리 D를 정의하는 상기 층 32,32' 사이의 육각형(hexagonal) 단면을 갖는, 채널 30 또는 열린 공간을 각각 정의하도록, 변형된다. 상기 층 32, 32'은 상기 층 32, 32'의 채널 30이 서로 교차하도록 길이 방향에 대해 교차하는 각도 α로 경사진 배향으로 배열될 수 있다. 오른쪽 또는 왼쪽 방향으로 교대로 이러한 채널 30을 따르는 바람직한 가스 흐름에도 불구하고, 평균 가스 흐름은 길이 방향 V을 따를 것이다.

예를 들어 도 2a 내지 2C, 3, 4 및 5 중 어느 하나에 도시된 구조화된 패킹 요소에 사용하기에 적합한, 도 6a 내지 6f는 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 12의 상기 층 32을 형성하는 상기 격자 38의 다른 실시예의 개략적인 도면이다. 도 6a에 도시된 상기 구조화된 패킹 요소의 상기 층 32의 상기 격자 38는 사변형 단면을 갖는 개구부 40를 포함하고, 여기서 상기 개구부 40는 분리 요소 42에 의해 둘러싸이고 서로 분리된다. 상기 분리 요소 42는 예를 들어 2mm의 평균 너비 b를 갖는 얇은 스트립이며, 여기서 상기 분리 요소 42는 상기 개구부 40를 완전히 둘러싼다. 상기 개구부 40의 두 측면 길이(a₁, a₂)는 예를 들어 3mm의 적절한 수력학적 지름 d을 갖는 개구부 40를 생성하기 위해 선택된다. 당해 분야에 공지된 바와 같이, 수력학적 지름 d은 공식 4 A/P에 따라 계산될 수 있고, 여기서 A는 상기 개구부 40의 단면적이고 P는 상기 개구부 40의 둘레이다.

본 발명에 따르면, 인접한 개구부 40 사이의 상기 분리 요소 42의 평균 너비 b는 상기 인접한 개구부 40, 40'의 평균 수력학적 지름 d의 70%와 125% 사이다. 게다가, 길이 방향(V)에 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층 32, 32' 중 적어도 두 인접한 사이의 최대 거리 D는 상기 분리 요소 42의 평균 너비 b보다 적어도 4배 더 크다. 이들 관계를 조정함으로써, 상기 구조화된 패킹 요소 12의 상기 층 32, 32'의 상기 표면의 습윤성은 더욱 개선될 수 있고 - 그 결과적으로 - 상기 구조화된 패킹 요소 12의 주어진 용량에 기초한 물질 전달 효율은 물리적 영역이 더 적고 재료가 더 적게 존재한다는 사실에도 불구하고 증가된다.

상기 격자 38는 단순히 연장된 시트 재료로, 즉 얇은 금속판을 절단 및 연신한 다음 상기 연장된 판금을 주름진 시트와 같이, 원하는 형태로 변형함으로써 간단하게 제조될 수 있다.

상기 개구부 40의 상이한 기하학적 구조 및 상기 분리 요소 42의 상이한 기하학적 구조를 갖는 격자 38는 도 6b 내지 6f에 나타낸다. 도 6b 및 6c의 상기 격자 38의 상기 개구부 40는 사변형인 반면, 도 6d의 상기 격자 38의 상기 개구부 40는 불규칙하고 도 6e 및 6f의 상기 격자 38의 상기 개구부 40는 타원형이다. 그들은 또한 렌즈형 모양일 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 분리 요소 42의 너비 b와 구조화된 패킹 요소의 상기 격자 38의 개구부 40의 수력학적 지름 d의 측정은 도 7a 및 7b를 참조하여 설명된다. 우선, 상기 구조화된 패킹 요소 12의 상기 개구부 40, 40' 중 하나의 다수의 평면도는 다른 각도에서 상기 개구부 40의 3개의 사진 사진(photographic picture) 44a, 44b, 44c을 촬영함으로써 만들어진다. 상기 개구부 40 사진 44a, 44b, 44c의 평면도는 상기 분리 요소 42의 인접한 가장자리 48, 48'에 의해 정의된 평면의 법선 축을 따라 촬영된다. 상기 개구부 40를 가장 크게 만드는 상기 사진 사진 44b은 상기 개구부 40의 평면도로 촬영된다. 하나의 참조 길이 z는 평면도에서 길이와 크기를 측정하는데 사용된다. 이것은 상기 개구부 40의 근처에 상기 실제 물체에서 특정 거리 z를 식별하거나 표시하고 그것의 길이를 측정함으로써 달성된다. 상기 평면도에 나타나는 이 거리의 상기 유효 길이 z'와 상기 실제 물체에서 측정된 상기 거리 z 사이의 비율은 상기 평면도에서 측정된 모든 다른 거리의 크기를 조정하는 데 사용된다.

분리 요소 42의 상기 너비 b를 측정하기 위해, 상기 평면도의 상기 분리 요소 42는 단면 길이 d_i를 갖는 i=1, 2, 3...n으로 각각 지정된 개별 단면 46으로 분할된다. 각각의 상기 단면에 대해, 상기 단면 46 내에서 상기 인접한 가장자리 48, 48' 사이의 최단 거리 b_i가 측정된다. 곱 d_i.b_i의 합을 d_i의 합으로 나눈 값에 계수 z/z'를 곱하면 상기 분리 요소 42의 평균 너비 b가 산출된다.

상기 개구부 40의 수력학적 지름은 상기 공식 4A/P로 계산되며, 여기서 A는 상기 개구부 40의 단면적이고 P는 상기 동일한 개구부 40의 둘레이다. 상기 개구부 40의 단면적은 단순한 형상을 갖는 단면 50의 수 j=1, 2, 3 ... m으로 각각 세분화된다. 각 단면 50의 상기 면적은 A_j로 지정되며 기본 측정 및 기본 기하학적 공식을 사용하여 계산된다. 상기 개구부 40의 면적 A은 상기 개구부 40에서 측정된 모든 면적들 A_j을 합산하여 얻어진다.

상기 개구부 40'의 둘레 P는 상기 개구부 40'의 둘레 P를 상기 개구부 40'에 가장 잘 비슷(approximate)하고 닫힌 다각형으로 표현되는 개별 직선들 P_kk=1, 2, 3 ... K개의 수로 세분하여 측정된다. 이러한 직선들 P_k의 길이를 합산함으로써, 상기 둘레 P가 얻어진다. 다시 말하지만, 상기 길이는 이전에 정의한 바와 같이 비율 z/z'를 사용하여 실제 길이로 변환되어야 한다.

도 8은 층 32, 32'으로서 주름진 시트 24, 24'로 만들어진 구조화된 패킹 요소의 최소 변형된 부분의 측정을 예시한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 구조화된 패킹 요소 12의 층 32, 32'은 연장된 금속 시트로, 즉 예를 들어 얇은 금속판을 절단 및 연신한 다음 상기 연장된 판금을 주름진 시트 24, 24’로 변형함으로써 제조된다. 이 처리 후, 상기 개구부 및 분리 요소는 상기 주름진 시트 24, 24'의 주름의 상기 피크 26와 상기 골 28 주위에서 왜곡 및/또는 연신될 가능성이 있다.

그러나, 상기 피크 26와 상기 골 28을 연결하는 상기 격자의 대략 직선 부분에 의해 규정되는, 상기 경사진 측면들은, 변형이 거기서 덜 두드러지기 때문에, 거의 수정되지 않은 크기의 개구부 및 분리 요소를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따라 상기 주름진 시트 24, 24'의 "최소 변형된 부분(least deformed portion)"으로 지정된 층의 덜 변형된 부분에서만 치수를 측정하는 것이 바람직하다. 이 "최소 변형된 부분"은 다음과 같이 규정된다: 상기 주름진 시트는 평균 층 너비 W를 갖는다. 이 평균 층 너비는 상기 층 24의 대부분의 상기 피크 26와 상기 골 28의 진폭에 의해 측정된다. 하기 도면에서 두 점선으로 표시된 상부 및 하부 평면은 상기 층의 대부분의 피크 26와 골 28에 접촉되도록 그려진다. 이러한 두 점선 사이의 거리를 평균 층 너비 W라 하며, 일반적으로 최대 거리 D의 절반 정도이다. W 값은 종종 일정한 값이지만, 두 평면이 평행할 필요가 없고 패킹 요소가 다른 너비의 층들을 포함할 수 있기 때문에 가장 일반적인 경우에는 다를 수 있다. 이러한 방식으로 배치되는 제3 중심 평면 52이 규정되며, 이는 이 중심 평면(52)에서 각 지점으로부터 상기 상부 및 하부 평면까지 측정된 거리가 동일하다. 상기 격자의 특유의 치수를 측정할 때 고려되어야 하는, 상기 주름진 층 24의 가장 적게 변형된 부분은 상기 중심 평면 52 주위의 W의 ±20%, 보다 바람직하게 ±30% 및 가장 바람직하게 ±40%에 위치된, 상부 및 하부 제한된 평면 54, 54'에 의해 경계를 이룬다. 이 최소 변형된 부분에서 상기 개구부 및 분리 요소, 즉 이러한 두 제한된 평면 54, 54' 사이에서 발견되는 상기 개구부 및 분리 요소는 상기 구멍의 평균 수력학적 지름과 상기 분리 요소의 평균 너비와 같은, 매개변수를 측정할 때 분석된다. 본 특허 출원의 일 실시예에 따르면 상기 제한된 평면 사이의 구멍들의 적어도 90%에 대해 다음이 유효하다: 분리 요소들의 그것의 주변 시스템이 있는 각 개구부는 동일한 모양과 동일한 수력학적 지름 d을 가져야 한다. 상기 주변의 분리 요소들은 평균적으로 동일한 너비 b를 가져야 한다. 이 기재를 충족하는 구조화된 패킹 요소 층은 균일한 격자로 구성된 층으로 간주된다.

위의 관찰은 또한 임의의 다른 형태의 층들에 유효하다. 주름진 층들에 제한되지 않는다.

도 9는 본 발명에 따른 특정 예에 대한, 즉 마름모꼴의 형상(즉, 등변 사변형(equilateral quadrilateral))을 갖는 개구부 40에 대한 상기 매개변수의 결정을 예시하는 실제 축척 평면도이다. 상기 치수는 오직 예시적인 목적에 대해 선택되며 반드시 본 발명에 전형적인 것은 아니다. 본 발명에 따른 유리한 치수 범위에 그것들을 맞추려는 의도가 없음을 주목해야 한다.

상기 기준 길이 z는 6.25mm로 측정되었다. 인쇄된 그림(평면도)에 나타나는 상기 길이 z를 측정하여, 하나는 z'를 얻는다. 상기 도면에서 측정할 수 있는 다른 모든 길이들은 위에서 설명한 대로 얻은 계수 z/z'가 곱해진다. 따라서, 마름모의 긴 특유의 길이(또는 사선, 각각) e₁는 10mm 길이이고 짧은 특유의 길이(또는 사선, 각각) e₂는 8mm이다. a₁ = ½ ^. √(e₁ ² + e₂ ²)로 계산되는, 상기 마름모의 측면 길이 a₁는 6.4mm이다. 상기 분리 요소 42는 b=1mm의 너비를 갖는다. 상기 개구부 40의 면적과 상기 둘레 P의 길이는 다음 방정식에 의해 얻어진다:

A = e₁ ^. e₂/2

P = 4 ^. a₁ = 2 ^. √(e₁ ² + e₂ ²)

따라서 수치 값은 A = 40mm² 및 P = 25.6mm이다. 상기 결과 수력학적 지름은 d = 4 ^. A/P = e₁ ^. e₂/√(e₁ ²+e₂ ²)이다.

약 d = 6.25mm의 수력학적 지름은 지름 d의 원을 사용하여 도 9에 시각화되어 있다.

상기 구조화된 패킹 요소의 상기 격자 38가 도 9에 도시된 바와 같이 상기 마름모형 개구부 40 및 상기 분리 요소 42로 매우 규칙적으로 구성되는 경우, 모든 그 특징과 치수를 포함하는 상기 격자의 전형적인 반복 요소인 단위 셀 U이 정의될 수 있다. 상기 단위 셀 U은 개구부 40를 덮는 사변형(quadrilateral)(직사각형(rectangle)) U이며, 여기서 상기 사변형 U은 상기 분리 요소 42의 4개의 교차점 56의 중간점 58을 통해 연장된다. 상기 단위 셀 U은 짧은 단위 셀 높이 u₂와 긴 단위 셀 너비 u₁를 갖는다. 상기 짧은 단위 셀 높이 u₂가 상기 개구부 40의 짧은 사선 e₂과 정렬되는 동안, 상기 긴 단위 셀 높이 u₁는 상기 개구부 40의 긴 사선 e₁과 정렬된다. 상기 단위 셀 U에서 면적, 즉 전체 단위 셀 U의 그것, 상기 개구부 40의 그것 및 상기 분리 요소 42의 그것을 결정하는 것이 가능하다. u₁ 및 u₂를 결정하기 위해, 두 분리 요소 42의 교차 지점에서 작은 마름모의 길이 e₃와 e₄는 알아야 한다. 기하학적 고려 사항을 기반으로, 다음 표현식을 얻는다:

e₃ = b ^. √(1+e₁ ²/e₂ ²)

e₄ = e₃ ^. e₂/e₁

u₁ = e₁+e₃

u₂ = e₂+e₄

결과 치수는 e₃ = 1.60mm, e₄ = 1.28mm, u₁ = 11.6mm, u₂ = 9.28mm이다. 비율 e₂/e₁ 및 u₂/u₁은 동일하므로 값은 0.8 이다.

연장된 시트의 치수는 일반적으로 상기 단위 셀 치수 u₁, u₂ 및 상기 분리 요소의 너비 b로 지정된다. 이러한 상황에서, 수력학적 d는 다음과 같이 계산될 수 있다:

e₁ = u₁-b ^. √(1+u₁ ²/u₂ ²)

e₂ = e₁ ^. u₂/u₁

d = e₁ ^. e₂/√(e₁ ² + e₂ ²)

단순화하면, e₂/e₁의 일반적인 비율이 0.5 미만인 연장된 금속 시트를 처리할 때, 다음 근사값은 u₁ 및 u₂를 기반으로 특유의 길이 e₁ 및 e₂를 결정하기에 충분히 정확할 수 있다:

e₁ = u₁ - b ^. u₁/u₂

e₂ = u₂ - b

또한 연장된 금속 시트는 f_s = u₂/2b로 정의되는, 연신 계수에 의해 특징화될 수 있다. 현재 예에서, 그 값은 f_s =4.64이다.

상기 단위 셀 U의 면적은 A_u = u₁ ^. u₂ = 107.7 mm²이다. 상기 단위 셀 U에서 상기 개구부의 면적은 A_o = e₁ ^. e₂ = 2 ^. A = 80 mm²이다. 상기 단위 셀 U에서 고체 부분의 면적은 4개의 분리 요소의 면적과 2개의 분리 요소의 교차 지점에서 작은 마름모 면적의 두 배를 더하여 얻는다:

A_b = 2 b √ (e₁ ² + e₂ ²) + e₃ ^. e₄.

결과 면적은 A_b = 27.66 mm²이고 합 Au = Ab + Ao는 유지된다. 상기 단위 셀 U 내에서, 상기 개구부 40의 전체 면적을 상기 층의 총 표면적으로 나눈 비율은 Ao/Au = 74.3%이며, 이를 우리가 상기 층의 공극률이라고 한다. 공극률에 가까운 값은 다음과 같이

1 - (1 / f_s) = 78.5%

상기 시트가 늘어나게 되면 주어진 시트 영역에 대한 원료 절약을 나타내는 상기 신장 계수를 사용하여 얻을 수 있었다.

상기 단위 셀 U의 물리적 영역은 A_P = A_b이다. 상기 단위 셀 U의 시트 면적은 A_S = A_u이다. 상기 단위 셀 U의 기하학적 영역 A_M은 2Au 및 215.4mm²인, 상기 시트 영역의 두 배이다. 상기 특정 영역 a_M은 상기 층의 모양이 특정되지 않았기 때문에 이 맥락(context)에서 정의되지 않는다.

도 10은 표면의 면적에 대한 다양한 표현을 구별하는 방법을 설명하기 위해 패킹 층의 상기 단면의 개략적인 도면을 나타낸다. 도 10a는 상기 구조화된 패킹 요소 12의 전형적인 층의 단면을 보여준다. 상기 분리 요소 42를 형성하는 재료는 흑색 선으로 표시되는 반면, 백색 부분은 상기 층 32, 32'에서 개구부 40, 40'를 나타낸다. 각각의 흑색 부분은 분리 요소 42를 통한 단면이다. 상기 흑색 선의 두께는 상기 층 재료 두께 s를 나타낸다. 도 10b 내지 10d에서 이 층의 면적들은 상기 층 윤곽을 따라가는 가는 선으로만 표시된다. 구조화된 패킹 층 32, 32'의 물리적 면적 A_P은 도 10b에서 보여준다. 그것은 모든 그것의 분리 요소 42의 선택된 한 측면에서 측정된 표면의 합이다. 상기 분리 요소 42의 가장자리 48, 48'는 이 면적에 기여하지 않는다. 오히려, A_P는 물리적으로 존재하는 표면만 계산한다. 따라서 구멍들은 값에 기여하지 않는다. 상기 구조화된 패킹 요소 12의 물리적 면적 A_P은 그 안에 포함된 모든 층 32, 32'의 물리적 면적 Ap의 합이다. 도 10c는 패킹 층의 시트 영역 A_S을 정의한다. 상기 층의 개구부의 면적과 상기 층의 물리적 면적 A_P을 모두 합하여 얻는다. 상기 구조화된 패킹 요소 12의 시트 면적 A_S은 그 안에 포함된 모든 층 32, 32'의 시트 면적 A_S을 합하여 얻어진다. 도 10d에 정의된 바와 같이 상기 층의 기하학적 영역 A_M은 개구부 40, 40' 또는 구멍이 없는 것처럼 상기 층의 양 측면을 합한다. 다시 말해서, 상기 기하학적 면적 A_M은 상기 층의 양 측면이 상기 기하학적 면적 A_M을 설명하기 때문에, 상기 패킹 층의 시트 면적 A_S에 2를 곱하여 대략적으로 얻어진다. 상기 특정한 면적 aM은 상기 구조화된 패킹 요소의 기하학적 면적 A_M을 상기 구조화된 패킹 요소가 차지하는 부피(VM)로 나눈 것으로 정의된다.

실시예들과 비교예들

도 2에 도시된 바와 같이 구조화된 패킹 요소 12는 증류 컬럼에서 실험되었다. 일반적으로 알려진 표준 절차는 전체 환류 조건에서 2원 혼합물을 사용하여 상기 패킹 베드 위의 압력 강하 및 상기 물질 전달 효율을 측정한다. 특허 EP 0 995 958 B1은 22 psia의 압력에서 산소와 아르곤을 이용한 이러한 실험을 설명한다. US 6,874,769 B2는 근접한-끓는(close-boiling) 2원 혼합물 파라- 및 오쏘-자일렌을 사용하여 구조화된 패킹 요소를 실험하는 것을 설명한다. 후자와 같이 유사한 이상적인 특성의 2원 혼합물, 즉 모노클로로벤젠(저-비점과 같은)과 에틸벤젠(고-비점과 같은)이 본 발명에 사용되었다. 증류 장비의 성능을 평가하기 위한 다른 표준 근접한-끓는 이상적인 2원 혼합물은 U. Onken, W. Arlt.에 명시되어 있다: "증류 컬럼에 권장되는 테스트 혼합물(Recommended Test Mixtures for Distillation Columns)", 2nd Ed. 1990, The Institution of Chemical Engineers, Rugby, England. ISBN 0-85295-248-1.

증류 컬럼의 바닥은 컬럼의 작동 동안 적절한 액체 레벨을 유지하기에 충분한 양의 2원 혼합물로 채워졌다. 리보일러가 가동되고, 상기 액체 혼합물의 일부가 지속적으로 기화되고, 상기 증기가 상기 컬럼의 헤드 쪽으로 상승하였다. 상기 증기의 유속은 계수 F로 표현될 수 있으며 일반적으로 상기 컬럼 헤드의 리보일러 또는 응축기에서 에너지 균형을 통해 간접적으로 측정된다. 상기 응축기는 증기를 냉각시켜 다시 액체로 응축하였다. 바람직한 전체 환류 조건에서, 전체 양의 액체가 분배기를 통해 분배되는, 상기 패킹 베드의 상단으로 다시 보냈다. 상기 분배기는 일반적으로 액체를 수용하고 액체가 상기 구조화된 패킹 베드의 상부 패킹으로 흘러내릴 수 있는 균일한 간격의 오리피스(orifice) 세트를 제공하는 채널을 포함하는 장치이다. 상기 구조화된 패킹 베드를 통해 흘러내린 후, 상기 전체 양의 액체는 상기 컬럼의 바닥으로 다시 보내지는 집전 장치를 통해 상기 컬럼의 바닥 또는 상기 베드의 바닥에서 수집하였다. 상기 바닥에서 상기 액체는 다시 기화되는 액체 풀(pool)에 합쳐졌다. 일정한 헤드 압력 p은 잉여 불활성 기체를 제거하기 위해 진공 펌프와 결합하여 응축기의 냉각 듀티(duty)를 제어함으로써 설정되었다.

일정한 리보일러 듀티에서 일정 시간의 작동 후 정상 상태 조건이 달성되었다. 이 시점에서, 상기 패킹 베드의 압력 강하와 상기 컬럼을 따라 해당 지점의 온도를 읽었고, 상기 혼합물의 상단 및 하단 샘플들을 상기 패킹 베드 상단의 분배기 및 상기 패킹 베드의 하단의 집전 장치 또는 섬프(sump)에서 가져왔다. 여러 작동 지점은 계수 F(증기 흐름)와 헤드 압력이 변경되지 않고 유지되는 동안 상기 패킹 베드를 통한 관련된 액체 흐름에 영향을 미친 열 (및 냉각) 듀티를 변경하여 측정하였다. 동일한 실험은 상기 헤드 압력의 여러 설정에 대해 반복되었다.

상기 샘플의 조성들은 보정된 기체 크로마토그래프를 사용하여 분석되었다. 상기 상단 및 하단 샘플들은 그들이 포함된 저-비점의 양에 따라 다양하였다. 더 낮은-비점, 즉, 상기 더 낮은 끓는점을 갖는 화합물은 상기 하단 샘플보다 상부 샘플에서 발견되었다. 일단 상기 2원 조성들이 알려지면, Fenske(M. R. Fenske, Ind. Engng. Chem. 24, p. 482, 1932)에 따른 방정식은 미터 당 이론적인 단계(NTSM, the number of Theoretical Stages per Meter)의 수를 결정하기 위해 적용되었다. 때로는, 이론 단수(Theoretical Plate)에 등가 높이라고 하는, HETP의 역의 값이 사용되었다.

HETP = 1 / NTSM

높은 NTSM(또는 낮은 HETP)은 좋은 물질 전달 효율을 의미한다.

상기 계수 F는 정의된다:

F = v_G ^. √ ρ_G

여기서 v_G는 상기 리보일러에서 에너지 균형을 통해 상기 질량 유량으로부터 결정될 수 있는, 상기 상승하는 증기의 평균 속도이다. 두 번째 변수 ρ_G는 관련된 증기/액체 평형에서 증기 밀도이다. 상기 컬럼을 따라 압력과 온도의 변화로 인해 상기 증기 밀도와 상기 유체의 기타 물리적 특성은 상기 컬럼을 따라 다양하지만, 상기 관련된 정보는 2원 혼합물에 대해 사용할 수 있다. 이러한 변동은 상기 계수 F의 적절한 정의를 선택해야 한다. 그것은 상기 패킹 베드의 상단 또는 하단 조건에서 유효한 특성에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 평균값은 상기 전체의 베드에 대한 변동을 고려하여 계산될 수 있다. 비교 목적을 위해 모든 테스트에 동일한 접근 방식이 사용된다면, 가능한 모든 접근 방식이 작동한다.

높은 계수 F는 상기 컬럼에서 높은 질량 유량을 의미한다. 달성 가능한 F의 값은 일반적으로 패킹의 용량을 결정하는 범람에 의해 제한된다. 때때로 상기 용량 계수 c는 F를 액체와 증기의 밀도 차이의 제곱근으로 나누어 구하는 F 대신 사용된다.

상기 패킹 베드 위의 압력 강하는 상기 실험의 다른 관련된 결과였다. 이것은 상기 베드 높이 H_B로 나눈 후 상기 패킹 베드의 상단과 하단의 압력 판독 값의 차이로 얻었다:

△P / △z = ( p_top - p_bottom ) / H_B

P1-250, R-250, P2-500, P3-500 및 R-500으로 명명된, 5가지 종류의 구조화된 패킹 요소들은 실시예 및 비교예에 사용되었다. 상기 구조화된 패킹 요소 P1-250와 P2-500은 본 발명에 따른 층으로 만들어진 교차-채널 주름진 시트 패킹인 반면, 상기 구조화된 패킹 요소 P3-500, R-250 및 R-500는 본 발명에 따르지 않는 구조화된 패킹 요소였다. 보다 구체적으로, 상기 구조화된 패킹 요소 R-250와 R-500은 천공된 구멍(상기 층들의 약 10% 공극률로 이어짐)과 Mellapak 250.Y 및 Mellapak 500.X라는 이름 하에 상업적으로 유통되는, GB 1,569,828 및 US 4,981,621에 기술된 바와 같은 표면 질감을 갖는 표준 교차-채널 주름진 시트 패킹이 알려졌다. 모든 구조화된 패킹 요소들은 약 200mm의 높이를 가졌다. 앞서 언급한 구조화된 패킹 요소의 관련 매개변수는 표 1에 요약되어 있다.

매개변수(Parameter)	P1-250	P2-500	P3-500	R-250	R-500
주름의 각도(Angle of corrugation) α	45°	30°	30°	45°	30°
특정 면적(Specific area) aM (m2/m3)	250	500	500	250	500
수력학적 지름(Hydraulic diameter) d (mm)	2.46	2.46	1.54
분리 요소의 너비(Width of separating element) b (mm)	2	2	0.7
b/d =	81%	81%	45%
최대 거리(Max. Distance) D (mm)	22.5	13	13	22.5	13
D/b =	11.3	6.5	18.6
측면 길이(Side length) a1 (mm)	3.1	3.1	1.9
더 긴 사선(Longer diagonal) e1 (mm)	5.5	5.5	3.4
사선 비율(Diagonal ratio) e2/e1	0.5	0.5	0.5
격자 두께(Grid thickness) g (mm)	1.2	1.2	0.75
상기 층의 공극률 (Void fraction of the layer)	30%	30%	47%	10%	10%
층 재료 두께(Layer material thickness) s (mm)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
b/s =	20	20	7
	본 발명 (this invention)		선행기술 (prior art)	선행 기술 (prior art)

실시예 1 및 비교예 1

본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 P1-250와 본 발명에 따르지 않는 상기 참조 구조화된 패킹 요소 R-250은 p=960 mbar(대기에 가까운)와 p=100 mbar의 헤드 압력에서 모노클로로벤젠과 에틸벤젠을 사용하여 전체 환류에서 1m 내부 지름을 갖는 증류 컬럼에서 실험되었다. 상기 패킹 베드는 4.3m 높이였다. 상기 얻어진 효율 곡선은 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 두 경우 모두에서, 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 P1-250은 상기 참조 구조화된 패킹 요소 R-250과 비교하여 더 높은 물질 전달 효율(더 높은 NTSM)과 효율이 갑자기 떨어지는 계수 F로 특징지어지는 심지어 약간 연장된 용량을 나타냈다. 상기 참조 구조화된 패킹 요소 R-250보다 30% 적은 재료(및 20% 더 적은 물리적 면적 A_P)을 갖는 상기 구조화된 패킹 요소 P1-250가 더 나은 물질 전달 결과를 달성한다는 것은 주목할 만하고 놀라운 일이다.

두 구조화된 패킹 요소들 모두의 압력 강하는 도 13에 도시되며 매우 유사하였다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 P1-250은 낮은 F-계수에서 더 높은 압력 강하를 가졌지만, 그것의 용량 이점을 갖는 새로운 패킹과 높은 유량에서 더 낮은 압력 강하를 제공하는 기울기는 더 낮았다.

실시예 2 및 비교예 2 내지 3

본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 P2-500와 상기 참조 구조화된 패킹 요소 R-500은 p=960mbar와 p=100mbar의 헤드 압력에서 모노클로로벤젠 및 에틸벤젠을 사용하여 전체 환류에서 0.25m 내부 지름을 갖는 컬럼에서 실험되었다. 더불어, 상기 구조화된 패킹 요소 P3-500은 실험되었다. P2-500과의 유사성에도 불구하고, 구조화된 패킹 요소 P3-500은 중요한 기하학적 매개변수가 본 발명에 명시된 바와 같은 수치 범위 밖의 값으로 설정되는 만큼 상당히 달랐다. 보다 구체적으로, 상기 구조화된 패킹 요소 P3-500의 경우 상기 인접한 개구부의 평균 수력학적 직경에 대한 상기 분리 요소의 평균 너비의 비율 b/d은 45%였으며 상기 층 재료 두께에 대한 상기 분리 요소의 평균 너비의 비율 b/s은 7이었고, 즉, 이들 비율 모두는 따라서 본 발명에서 명시된 수치 범위를 벗어났다. P2-500 및 P3-500을 갖는 상기 패킹 베드의 높이는 2.4m였고 상기 참조 R-500을 갖는 상기 패킹 베드는 2.6m의 높이를 가졌다. 이러한 구조화된 패킹 요소들에 대해 얻은 효율성 곡선은 도 14 및 도 15에 도시되어 있고 이러한 구조화된 패킹 요소들에 대해 얻은 압력 강하는 도 16에 있다.

상기 구조화된 패킹 요소 P3-500 및 R-500(본 발명에 따르지 않음)과 비교하여 본 발명에 따른 상기 구조화된 패킹 요소 P2-500의 더 나은 효율은 100 mbar의 헤드 압력 뿐만 아니라 960 mbar의 헤드 압력, 둘 다에 대해 도 14와 15에서 쉽게 도출할 수 있다. 물질 전달 효율에서 퍼짐(spread)은 특히 낮은 헤드 압력에서 두드러진다. 흥미롭게, P3-500은 좋은 용량을 가지고 있지만, 상기 효율은 R-500보다 훨씬 낮다. 구조화된 패킹 요소 P2-500와 P3-500 둘 다는 처음에 R-500보다 더 높은 압력 강하를 갖지만, F가 증가함에 따라, 그들은 이점을 얻고 이 그래프에서 둘 다 더 높은 용량 또한 확인할 수 있다.

참조 번호 및 약어의 목록(List of Reference Numerals and Abbreviations)

10 물질 전달 컬럼(Mass transfer column)/증류 컬럼(distillation column)

12 구조화된 패킹 요소(Structured packing element)

14,14' 구조화된 패킹 요소들의 베드(Beds of structured packing elements)

16,16' 분배기(Distributor)

18 고정 장치(Holding device)

20 집전 장치(collector)

22 파이프(pipe)

24,24' 주름진 시트(corrugated sheets)

26 층의 피크(Peak of a layer)

26’인접한 층의 피크(Peak of an adjacent layer)

28 골(Valley)

30 채널(channel)/열린 공간(open space)

32,32' 층(layers)

33,33' 주름진 시트의 말단 부분(Terminal portions of a corrugated sheet)

34 딤플(Dimple)

36 딤플 골 벽(Dimple valley wall)

38 격자(Grid)

40, 40', 40'', 40''' 격자의 개구부(Opening of the grid)

42 격자의 분리 요소(Separating element of the grid)

44a, 44b, 44c 다른 각도에서 찍은 개구부의 사진 사진(Photographic pictures of an opening taken under different angles)

46 분리 요소의 단면(Section of a separating element)

48,48' 분리 요소의 단면의 가장자리(Edges of a section of a separating element)

50 개구부의 단면(Section of an opening)

52 중심 평면(Center plan)

54,54' 주름진 층으로 만들어진 구조화된 패킹 요소의 최소 변형된 부분을 측정하는 상부 및 하부 제한된 평면(Upper and lower limiting planes determining the least deformed portion of a structured packing element made of corrugated layers)

56 분리 요소들의 교차점(Junction points of separating elements)

58 교차점의 중간점(Midpoint of junction point)

A 개구부의 단면적(Cross-sectional area of an opening)

a₁ 개구부의 측면 길이(Side length of an opening)

a₂ 개구부의 제2 측면 길이(Second side length of an opening)

a_m 패킹 또는 층의 특정 면적(Specific area of a packing or a layer)

A_b 한 측면에 있는 상기 분리 요소들의 결과 면적(Resulting area of the separating elements on one side)

A_i 상기 개구부의 단면의 면적(Area of a section of the opening)

A_m 기하학적 면적(Geometrical area)

Ao 상기 단위 셀의 상기 개구부들의 면적(Area of the openings in the unit cell)

A_p 물리적 면적(Physical area)

A_s 시트 면적(Sheet area)

Au 단위 셀의 면적(Area of a unit cell)

b 상기 분리 요소의 평균 너비(Average width of the separating elements)

b_i 상기 분리 요소의 단면의 인접한 가장자리 사이의 최단 거리(Shortest distance between the adjacent edges of a section of the separating element)

d 상기 개구부의 평균 수력학적 지름(Average hydraulic diameter of the openings)

d_i 상기 분리 요소의 단면의 길이(Length of a section of the separating element)

e₁ 상기 개구부의 더 긴 특유의 길이(Longer characteristic length of the opening)

e₂ 상기 개구부의 더 짧은 특유의 길이(Shorter characteristic length of the opening)

e₃ 두 분리 요소의 교차에서 마름모의 첫번째 길이(First length of a rhombus at the crossing of two separating elements)

e₄ 두 분리 요소의 교차에서 마름모의 두번째 길이 (Second length of a rhombus at the crossing of two separating elements)

g 격자 두께(Grid thickness)

s 층 재료 두께(Layer material thickness)

D 적어도 두 층/주름진 시트 중 적어도 인접한 사이의 최대 거리(Maximum distance between at least adjacent of the at least two layers/corrugated sheets)

P 개구부의 둘레(Perimeter of an opening)

P_k 개구부의 둘레 단면의 직선(Straight lines of perimeter sections of an opening)

U 단위 셀(Unit cell)

u₁ 단위 셀의 너비(Width of a unit cell)

u₂ 단위 셀의 높이(Height of a unit cell)

V 일반적으로 수직 방향인 길이 방향(Longitudinal direction, which is usually the vertical direction)

W 층 또는 주름진 시트의 평균 층 너비(Average layer width of a layer or a corrugated sheet)

z 상기 층의 참조 길이(Reference length of the layer)

z' 사진 사진의 평면도에서 참조 길이(Reference length on plan view of photographic picture)

α 길이 방향에 대한 각각의 상기 피크와 각각의 상기 골 사이의 각도(Angle between each of the peaks and each of the valleys with respect to the longitudinal direction)

Claims

무거운 및 가벼운 유동상 사이의 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 컬럼(10)에 대한 구조화된 패킹 요소(12)로, 여기서 상기 구조화된 패킹 요소(12)는 분리 요소들(42)에 의해 서로 둘러싸이고 분리되는, 개구부들(40)를 포함하는 격자(38)의 적어도 두 층(32, 32')을 포함하고, 여기서 적어도 두 층(32, 32') 중 적어도 2개는 길이 방향으로 평행하고 서로 접촉하여 상기 무거운 및 상기 가벼운 유동상 중 적어도 하나가 이를 통해 흐를 수 있도록 상기 적어도 두 층(32, 32') 중 일 단에서 반대 단까지 연장되는 열린 공간(30)이 그들 사이에 제공되도록 배열되며, 여기서 인접한 개구부(40) 사이의 상기 분리 요소들(42)의 적어도 50%의 평균 너비(b)는 상기 층 재료 두께(들)의 적어도 15배이고 상기 인접한 개구부(40)의 평균 수력학적 지름(d)의 70%와 125% 사이고, 그리고 여기서 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 적어도 두 층(32, 32') 중 적어도 2개 사이의 최대 거리(D)는 상기 분리 요소(42)의 평균 너비(b)보다 적어도 4배 더 크며, 여기서, 분리 요소(42)의 평균 너비(b)는 상기 분리 요소들(42)를 부분 길이 d_i를 갖는 개별 부분 i=1, 2, 3 ... n 각각으로 분할함으로써 결정되고, 여기서 각 부분들에 대해 상기 부분 내 상기 인접한 가장자리 사이의 최단 거리 b_i가 측정되고 상기 분리 요소들(42)의 평균 너비 b를 산출하기 위해 곱 d_i.b_i의 합을 d_i의 합으로 나누며, 그리고 여기서 상기 층 재료 두께(들)은 상기 층(32, 32')의 상기 재료의 두께이고, 여기서 상기 층 재료 두께(들)는 마이크로미터 나사에 의해 상기 층(32, 32')의 바깥쪽 가장자리 중 하나에서 측정되는 구조화된 패킹 요소(12).
제1항에 있어서, 여기서 적어도 75%의, 보다 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들(40) 사이의 모든 분리 요소(42)의 평균 너비(b)는 상기 인접한 개구부(40)의 평균 수력학적 지름(d)의 70%와 125% 사이이고 바람직하게 75%와 100% 사이인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
제1항 또는 제2항에 있어서, 여기서 적어도 50%의, 바람직하게 적어도 75%의, 보다 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 인접한 개구부들(40) 사이의 모든 분리 요소(42)의 상기 평균 너비(b)는 1.5 내지 4mm, 바람직하게 1.6 내지 3.5 mm이고 가장 바람직하게 1.8 내지 3.0mm인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50% 사이의, 바람직하게 적어도 75% 사이의, 보다 바람직하게 적어도 80% 사이의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90% 사이의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 사이의 및 가장 바람직하게 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층(32,32')의 전체 사이의 최대 거리(D)는 상기 분리 요소(42)의 평균 너비(b)보다 4 내지 15배, 바람직하게 5 내지 13배이고 가장 바람직하게 8 내지 12배 더 큰 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%에 대해, 바람직하게 적어도 75%에 대해, 보다 바람직하게 적어도 80%에 대해, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%에 대해 및 더욱 더 바람직하게 상기 적어도 두 층(32,32')의 적어도 95%에 대해 상기 개구부들(40)의 전체 면적을 상기 층(32,32')의 시트 면적(As)으로 나눈 비율이 20%와 38%% 사이, 바람직하게 25%와 35% 사이고 가장 바람직하게 28%와 32%사이인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
제5항에 있어서, 여기서 상기 적어도 두 층(32,32')의 각각에 대해 상기 개구부들(40)의 전체 면적을 상기 층(32)의 시트 면적(As)으로 나눈 비율이 20%와 38% 사이, 바람직하게 25%와 35% 사이고 가장 바람직하게 28%와 32% 사이인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층(32,32')의 각각의 상기 개구부(40)의 전체가, 모든 개구부(40)의 평균 수력학적 지름(d)의 50과 150% 사이, 바람직하게 70과 130% 사이, 보다 바람직하게 80과 120% 사이 및 가장 바람직하게 90과 110% 사이의 수력학적 지름 d를 갖는 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%의, 바람직하게 적어도 75%의, 보다 바람직하게 적어도 80%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%의, 더욱 더 바람직하게 적어도 95%의 및 가장 바람직하게 상기 적어도 두 층(32,32')의 각각의 상기 개구부(40)의 전체의 수력학적 지름(d)은 1.25 내지 5 mm, 바람직하게 2 내지 4 mm 및 보다 바람직하게 2.2 내지 3.5 mm인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 개구부들(40)의 전체가 직사각형 또는 사변형(quadrilateral) 단면을 가지고, 여기서 상기 직사각형 또는 사각형(quadrangle)의 짧은 특유의 길이(e₂)가 1 내지 4mm이고 바람직하게 2 내지 3mm이며, 여기서 상기 직사각형 또는 사각형의 긴 특유의 길이(e₁)는 2 내지 8mm, 바람직하게 2.5 내지 7mm이고 가장 바람직하게 3 내지 6mm이며 그리고 여기서 인접한 직사각형 사이의 상기 분리 요소(42)는 1.5 내지 4mm, 바람직하게 1.6 내지 3.5mm이고 가장 바람직하게 1.8 내지 3.0인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 상기 개구부들(40)의 전체는 직사각형 또는 사각형 단면을 가지고, 여기서 상기 직사각형 또는 사각형(quadrangle)의 짧은 특유의 길이(e₂)를 상기 직사각형 또는 사각형(quadrangle)의 긴 특유의 길이(e₁)로 나눈 비율이 0.4 내지 0.7, 바람직하게 0.45 내지 0.6mm이고 가장 바람직하게 0.49 내지 0.55 mm인 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 길이 방향의 수직인 평면에서 측정된 상기 적어도 두 층(32,32')의 각각의 사시의 최대 거리(D)가 상기 개구부(40)의 평균 수력학적 지름(d)보다 최대 15배 더 큰 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 여기서 적어도 50%, 바람직하게 적어도 75%, 보다 바람직하게 적어도 80%, 더욱 더 바람직하게 적어도 90%, 더욱 더 바람직하게 적어도 95% 및 가장 바람직하게 적어도 두 층(32,32')의 모두는 주기적 변형들(26,28,34)을 포함하고, 여기서 상기 적어도 두 층(32,32') 사이의 상기 열린 공간(30)은 상기 주기적 변형들(26,28,34)에 의해 정의되는 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
제12항에 있어서, 여기서 상기 주기적 변형들(26, 28, 34)은 교대로 배향된 다수의 피크(26)와 골(28)을 포함하는 주름들이고, 여기서 층(32, 32')의 상기 피크들(26)은 인접한 층(32, 32')의 상기 골들과 접촉하고 층(32, 32')의 상기 골ㄷ드들은 인접한 층(32, 32')의 상기 피크들과 접촉하며, 여기서 인접한 층(32, 32')은 상기 인접한 층(32, 32')의 상기 피크들(26) 및 골들(28)이 길이 방향(V)에 대해 비스듬히 연장되는 상기 층(32,32')의 상기 피크들(26) 및 골들(28)과 십자형 방식으로 교차하도록 배향되는 것인, 상기 구조화된 패킹 요소(12).
앞선 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 구조화된 패킹 요소(12)를 포함하는 물질 전달 컬럼.
상기 물질 전달 및/또는 열 교환을 위한 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 구조화된 패킹 요소(12)의 용도.