KR20240053623A - 동심원 재가열기의 증기 분배 시스템 - Google Patents
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Abstract
증류 컬럼의 하부 섬프 내에 적합한 열 교환기(본 명세서에서 교환기라고도 지칭됨)가 제공된다. 이러한 열 교환기는 열 교환기의 외부 표면이 열 교환기의 전체 면적에 기여할 수 있도록 증류 컬럼의 하부 유체에 적어도 부분적으로 침지될 수 있다. 교환기의 내부 구성은 고온 유체(응축 증기 스트림)의 환형 동축 유동을 허용하며, 상부 및 하부 채널 헤드가 필요하지 않다.
Description
우선권 진술
본 출원은 2021년 9월 7일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제63/241,283호의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있다.
열 교환기는 한 공정 유체에서 사용 가능한 열을 다른 유체로 효율적으로 전달하기 위해 정제, 석유화학 및 다른 산업 분야에 널리 보급되어 있어 전반적인 설계 요건을 감소시킨다. 예를 들어, 열교환기를 사용하여 열의 회수를 최적화하고 이를 통해 냉각/냉동 매체(예를 들어, 냉각수) 및/또는 가열 매체(예를 들어, 연료 가스)의 외부 공급원과 관련된 비용을 최소화할 수 있는 이점이 잘 인식되어 있다.
예를 들어, 상대적으로 뜨거운 반응기 유출액과 상대적으로 차가운 반응기 공급액 사이에서 열교환이 일반적으로 수행된다. 열 교환기에 대한 특정 응용은 증기-액체 접촉 장치 및 짝수 반응기와 같은 다른 처리 장비 내(외부보다는)에서의 사용을 수반한다.
내부 열 교환기, 특히 응축기를 이용하는 것으로 알려진 증기-액체 접촉 장치로는 증류 컬럼이 포함된다. 내부 열 교환기를 사용한 증류 컬럼의 구체적인 작동 조건은 증류의 대상이 될 수 있는 매우 다른 유형의 혼합물로부터 광범위한 성분 분리를 달성하기 위해 상당히 달라질 수 있다. 증류 컬럼의 예로는 스트리핑 및 정류와 같은 컬럼 분리에 많이 사용되는 것뿐만 아니라 분별 증류, 증기 증류, 반응성 증류 및 분리벽형 컬럼에서 증류와 같은 다양한 형태의 증류에 사용되는 것이 포함된다. 이러한 분리 공정은 증류 컬럼을 사용하여 배치(batch) 또는 연속 모드 중 어느 하나로 작동될 수 있으며, 공통적인 설계 목표는 설치 및 작동 비용을 절감하는 것이다.
원통형 컬럼 쉘의 외부보다는 증류 컬럼 또는 다른 장치 내부에 열 교환기를 설치함으로써 다양한 이점을 얻을 수 있다. 이러한 이점은 컬럼으로부터 스트림을 제거하고, 이를 외부 교환기에 통과시켜 열을 공급하거나 제거하고, 가열되거나 냉각된 스트림의 적어도 일부를 다시 컬럼으로 복귀시켜야 하는 종래의 외부 열 교환기의 작동을 참조하면 이해될 수 있다.
증류 컬럼과 같은 증기-액체 접촉 장치 내에 열 교환기를 위치시킴으로써, 일부 장비(예를 들어, 오버헤드 환류 펌프) 및 관련 지지 구조를 제거할 수 있으므로 장비 비용과 공간을 모두를 절약할 수 있다.
내부에서 사용될 수 있는 (또는 일반적으로 상업상에 사용되는) 열 교환기의 특정 유형은 튜브 번들을 포함하는 관형 교환기이며, 이에 의해 열이 튜브 외부의 유체와 튜브를 통과하는 유체 사이에 전달된다. 소위 "스탭-인(stabbed-in)" 튜브 번들은 내부 용접 플레이트 번들에 비해 유지 보수 또는 교체 시 제거가 용이하다는 측면에서 장점이 있다. 튜브가 증류 컬럼의 상부 섹션에서 수평 또는 수직으로 배향되어 있는 스탭-인 관형 응축기의 경우, 컬럼의 오버헤드 증기가 튜브의 외부 또는 외부 표면 상에 응축된다. 따라서, 본 분야에서는 관형 응축기, 특히 증류 컬럼과 같은 증기-액체 접촉 장치 내에 배치된 관형 응축기의 열 전달 계수(및 필요한 응축기 튜브 표면적의 상응한 감소) 및/또는 전반적인 성능의 개선이 지속적으로 필요하다.
요약
증류 컬럼의 하부 섬프 내에 적합한 열 교환기(본 명세서에서 교환기라고도 지칭됨)가 제공된다. 이러한 열 교환기는 열 교환기의 외부 표면이 열 교환기의 전체 면적에 기여할 수 있도록 증류 컬럼의 하부 유체에 적어도 부분적으로 침지될 수 있다. 교환기의 내부 구성은 고온 유체(응축 증기 스트림)의 환형 동축 유동을 허용하며, 상부 및 하부 채널 헤드가 필요하지 않다. 균일한 유동 분포를 보장하고 튜브 진동을 방지하기 위한 구조적 지지를 제공하기 위해 열 교환기에 동심 링 배플과 같은 내부 배플이 있을 수 있다. 이러한 유형의 배열은 다양한 응용 분야에서 적용 가능할 수 있다.
도 1은 증류 컬럼에 배플이 배치된 열 교환기를 나타내는 도이다.
도 2a는 열 교환기가 제자리에 설치된 증류 컬럼을 나타내는 평면도이다.
도 2b는 지지체와 연결 파이프가 있는 두 개의 열 교환기가 설치된 증류 컬럼을 나타내는 측면도이다.
도 3은 동심원 열 교환기를 나타내는 평면도이다.
도 4는 동심원 열 교환기의 쉘 내부를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 두 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이고, 도 5b는 세 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이며, 도 5c는 네 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이다.
도 6은 단순화된 튜브측 유동 경로가 있는 침지된 튜브 번들을 나타내는 도이다.
도 7은 열 교환기가 있는 경사진 접근 통로를 가진 증류 컬럼을 나타내는 도이다.
상세한 설명
증류 컬럼의 하부 섬프 내에 적어도 하나의 열 교환기의 하부 부분이 위치하는 증류 컬럼이 제공된다. 적어도 하나의 열 교환기는 응축 증기 스트림의 동축 유동이 가능하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 열 교환기는 내부 동심원 링 배플을 포함한다. 또한, 각 열 교환기에는 중심 증기 입구가 있으며, 중심 증기 입구에는 일련의 개구가 있다. 입구 파이프는 중심 증기 입구 파이프의 일 단부에 부착되고, 액체 출구 파이프는 중심 증기 입구 파이프의 바로 아래, 하부 튜브 시트에 연결된다. 일 특정 실시예에서, 증류 컬럼 내에는 복수의 열 교환기, 예를 들어 네 개의 열 교환기가 배치될 수 있다. 컬럼의 유형은 재가열기 유닛 또는 분할 컬럼을 포함할 수 있다. 효율적으로 열 분배하기 위해, 열 교환기의 직경의 중심점 주위에 배치되는 중심 증기 입구 파이프와 열 교환기의 외부 쉘의 내부 표면 사이의 환형 형상의 공간을 채우는 금속 튜브가 다양하게 있을 수 있다. 동심원 열 교환기의 외부 쉘은 절연되지 않을 수 있다. 열 교환기에서, 금속 튜브 각각은 하부 단부와 상부 단부가 개방되어, 액체가 하부 단부로 유입하고, 액체 및 증기가 상부 단부로부터 유동할 수 있도록 구성된다. 중심 증기 입구 파이프는 입구 파이프에 연결된 열 교환기의 상부 섹션 개구부 및 출구 파이프와 연통되는 열 교환기의 하부 섹션의 개구부로 구성된다. 증류 컬럼은, 증류 컬럼 내에서 가스 유동을 편향 및 방향 재지정하기 위해 컬럼 내에 배치된 일련의 트레이를 추가로 포함할 수 있다. 금속 튜브는 직경(외경)이 0.75 내지 1.25 인치일 수 있고, 탄소강, 스테인리스 강, 구리/니켈, 알루미늄 또는 다른 적합한 야금으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 금속 튜브는 비등을 위한 내부 코팅과 응축 향상을 위한 외부 홈으로 구성된 고선속(High Flux) 알루미늄 튜브로 제조될 수 있다. 알루미늄 튜브는 종래 기술의 탄소강 튜브 중량의 1/3 미만이다. 외부 홈은 홈 팁(tips)에서 액체가 응축된 후 홈 사이의 밸리로 배출되는 데 액체 배출이 향상되도록 50% 이상의 외부 표면적을 제공한다. 설치 및 유지 보수에 관한 고려 사항으로 인해, 증류 컬럼은 하나 이상의 열 교환기를 설치 및 제거할 수 있도록 사용되는 경사진 측면 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 일련의 튜브 지지체/동심원 유동 배플이 제공된다. 이들은 환형 유동 증기 분포를 촉진하기 위해 360도 동심원 링 배플일 수 있다. 링 배플의 모델링에 따라 2-6개의 직경이 상이한 링 배플이 사용될 수 있다. 이상적으로, 배플 지지체의 에지를 따라 튜브를 지지하기 위해 링 배플이 중첩된 열이 존재한다. 배플은 일반적으로 튜브 진동을 방지하고 쉘측 압력 강하를 최소화하는 사이에서 균형을 이루도록 배치된다. 배열은 열 통합에 이상적이다.
본 발명은 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도 1에는 두 개의 열 교환기(32) 및 교환기(34)가 설치된 증류 컬럼(10)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 열 교환기(34)는 내부 부품이 디스플레이되도록 도시되어 있다. 중심 파이프(24)와 배플(26)이 있는 열 교환기의 부분으로 들어가는 것으로 도시된 입구 파이프(28)를 갖는 상부 허브가 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 열 교환기의 하부 및 상부에 있는 입구와 출구를 보면 알 수 있듯이 네 개의 열 교환기를 위한 공간이 있다. 도 2a에는 열 교환기를 제자리에 배치할 수 있도록 도와주는 지지체(33)가 도시되어 있다. 도 2a에는 허브(42)로부터 각 열 교환기(32)의 상부까지 도시된 배관(28)이 있는 중심 허브(42) 주위에 배치된 네 개의 열 교환기(32)가 도시되어 있다. 도 2b 측면도에는, 상부로부터 파이프(40)에 연결된 허브(42)까지 연장된 파이프(28)가 있는 두 개의 열 교환기(32)가 도시되어 있다. 또한, 파이프(20)가 열 교환기(32)의 하부를 빠져나가는 것이 도시되어 있다.
도 3은 증기가 중심 파이프(28)로부터 수직 슬롯(도시되지 않음)을 통해 중심 파이프로부터 반사상 방향으로 통과하는 동심원 열 교환기(34)를 나타내는 평면도이다. 중심 파이프(28)와 열 교환기(34)의 외벽(42) 사이의 환형을 채우는 튜브가 있다. 튜브는 열 교환기의 하부 내로 액체가 유동하고 상부로부터 액체와 증기로 배출되도록 상부와 하부가 개방되어 있다, 열 교환기는 컬럼 섬프에 부분적으로 침지될 수 있다. 외부 쉘(42)은 절연되지 않으며, 이는 전체 유효 열전달 면적의 기여에 도움이 된다.
도 4는 열 교환기(100) 내의 단면을 간단하게 나타내는 도이다. 증기(108)를 도입하기 위한 중심 파이프(102)의 상부 부분이 쉘 내부에 배치되는 배플(104) 및 배플(106)에 따라 유동하도록 도시되어 있다. 응축 증기(110)는 열 교환기의 쉘 하부로 떨어지고, 쉘 외부와 튜브 내부에 비등 온도가 있다(도시되지 않음).
도 5a, 도 5b 및 도 5c에는 열 교환기(200) 내에서 환형 유동 배플의 위치가 도시되어 있다. 도 5a의 좌측에는, 크기가 다른 두 개의 환형 배플 (204) 및 환형 배플(206)이 중심 파이프(202) 주위에 도시되어 있다. 도 5b의 중간에는, 링(210, 212 및 214)이 있는 3링 구성이 도시되어 있다. 우측의 도 5c에는 네 개의 링(220, 222, 224 및 226)으로 도시된 가장 복잡한 구성이 도시되어 있다. 도시되지 않았지만, 여섯 개의 링과 같은 더 복잡한 구성이 실현 가능하다.
도 6은 열 교환기 내에 침지된 튜브 번들의 구성을 도시한다. 증류 컬럼의 외벽(400)은 열 교환기(460)의 하부 부분이 부분적으로 액체(450)에 침지되어 있는 것으로 도시되어 있다. 튜브(410)로 구성된 튜브 번들은 각 두 튜브 사이에 공간(430)이 있는 것으로 도시되어 있다. 차가운 액체(405)는 튜브(410)를 통해 위쪽으로 통과하여 (440)에서 2상 액체/증기로 빠져나간다. 중심 증기 파이프의 벽(420)이 도시되어 있다.
도 7은 3개의 열 교환기가 제자리에 배치되어 있고 제4 열 교환기가 필요에 따라 설치되거나 교체될 위치에 표시되어 있는, 열 교환기(32)를 설치하거나 서비스할 수 있도록 경사진 접근 통로(85)를 가진 외벽(22)이 있는 증류 컬럼(10)의 구성을 나타내고 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 열 교환기의 하부 부분이 상기 증류 컬럼의 하부 섬프 내에 위치하는 증류 컬럼을 포함한다. 적어도 열 교환기는 응축 증기 스트림의 동축 유동이 가능하도록 구성된다. 열 교환기는 내부 동심원 배플, 방사상 배플 블레이드 또는 나선형 배플과 같은 배플을 포함할 수 있다. 열 교환기는 중심 증기 입구 파이프를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 중심 증기 입구 파이프에는 일련의 개구가 있다. 중심 증기 입구 파이프의 일 단부에 부착되는 입구 파이프가 있을 수 있고, 하부 노즐로부터 액체 응축물을 배출할 수 있도록 출구 파이프가 제공된다. 일부 구성에서, 증류 컬럼 내에 2-6개의 열 교환기가 대칭으로 배치되어 있을 수 있다. 증류 컬럼은 혼합물을 분리하는 데 사용되는 재가열기 유닛, 분할 컬럼 또는 다른 유형의 컬럼일 수 있다. 일부 실시형태에서, 열 교환기의 직경의 중심점 주위에 위치하는 중심 증기 입구 파이프 및 증류 컬럼의 외부 쉘의 내부 표면 사이의 환형 형상 공간을 채우는 다양한 금속 튜브가 있을 수 있다. 외부 쉘은 절연되지 않은 외부 쉘일 수 있다. 증류 컬럼에서, 각 금속 튜브는 하부 단부 및 상부 단부가 개방되어 있어, 액체가 하부 단부 내로 유입할 수 있도록 구성되고, 액체 및 증기가 상부 단부에서 유동할 수 있도록 구성된다. 제4항의 증류 컬럼에 있어서, 상기 중심 증기 입구 파이프는 입구 파이프에 연결되는 증류 컬럼의 상부 섹션에 있는 개구부 및 출구 파이프와 연통되는 증류 컬럼의 하부 섹션에 있는 개구부를 포함한다. 증류 컬럼은, 증류 컬럼 내에서 가스 유동을 편향 및 방향 재지정하기 위해 칼럼 내에 위치된 일련의 트레이를 추가로 포함할 수 있다. 금속 튜브는 탄소 강 또는 알루미늄으로 구성될 수 있다. 열 교환기 또는 다른 부품을 설치하거나 제거하기 위해 증류 컬럼 내의 통로에 접근하는 개구가 있을 수 있다. 열 교환기의 하부 및 상부에 평행하게 배치된 일련의 배플의 크기는 2, 3 또는 4개의 서로 다른 크기일 수 있다. 열 교환기의 중심 증기 입구 파이프에는 증기를 통과시키도록 구성된 수직 슬롯이 포함될 수 있다. 열 교환기는 부분적으로 액체에 침지되는 위치에 있을 수 있다. 증류 컬럼 내의 튜브는 열 교환기의 상부 및 하부에서 개방될 수 있으며, 여기서 하부 섬프는 부분적으로 액체로 채워진다.
도 2a는 열 교환기가 제자리에 설치된 증류 컬럼을 나타내는 평면도이다.
도 2b는 지지체와 연결 파이프가 있는 두 개의 열 교환기가 설치된 증류 컬럼을 나타내는 측면도이다.
도 3은 동심원 열 교환기를 나타내는 평면도이다.
도 4는 동심원 열 교환기의 쉘 내부를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 두 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이고, 도 5b는 세 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이며, 도 5c는 네 개의 고리 배플의 예를 나타내는 도이다.
도 6은 단순화된 튜브측 유동 경로가 있는 침지된 튜브 번들을 나타내는 도이다.
도 7은 열 교환기가 있는 경사진 접근 통로를 가진 증류 컬럼을 나타내는 도이다.
상세한 설명
증류 컬럼의 하부 섬프 내에 적어도 하나의 열 교환기의 하부 부분이 위치하는 증류 컬럼이 제공된다. 적어도 하나의 열 교환기는 응축 증기 스트림의 동축 유동이 가능하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 열 교환기는 내부 동심원 링 배플을 포함한다. 또한, 각 열 교환기에는 중심 증기 입구가 있으며, 중심 증기 입구에는 일련의 개구가 있다. 입구 파이프는 중심 증기 입구 파이프의 일 단부에 부착되고, 액체 출구 파이프는 중심 증기 입구 파이프의 바로 아래, 하부 튜브 시트에 연결된다. 일 특정 실시예에서, 증류 컬럼 내에는 복수의 열 교환기, 예를 들어 네 개의 열 교환기가 배치될 수 있다. 컬럼의 유형은 재가열기 유닛 또는 분할 컬럼을 포함할 수 있다. 효율적으로 열 분배하기 위해, 열 교환기의 직경의 중심점 주위에 배치되는 중심 증기 입구 파이프와 열 교환기의 외부 쉘의 내부 표면 사이의 환형 형상의 공간을 채우는 금속 튜브가 다양하게 있을 수 있다. 동심원 열 교환기의 외부 쉘은 절연되지 않을 수 있다. 열 교환기에서, 금속 튜브 각각은 하부 단부와 상부 단부가 개방되어, 액체가 하부 단부로 유입하고, 액체 및 증기가 상부 단부로부터 유동할 수 있도록 구성된다. 중심 증기 입구 파이프는 입구 파이프에 연결된 열 교환기의 상부 섹션 개구부 및 출구 파이프와 연통되는 열 교환기의 하부 섹션의 개구부로 구성된다. 증류 컬럼은, 증류 컬럼 내에서 가스 유동을 편향 및 방향 재지정하기 위해 컬럼 내에 배치된 일련의 트레이를 추가로 포함할 수 있다. 금속 튜브는 직경(외경)이 0.75 내지 1.25 인치일 수 있고, 탄소강, 스테인리스 강, 구리/니켈, 알루미늄 또는 다른 적합한 야금으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 금속 튜브는 비등을 위한 내부 코팅과 응축 향상을 위한 외부 홈으로 구성된 고선속(High Flux) 알루미늄 튜브로 제조될 수 있다. 알루미늄 튜브는 종래 기술의 탄소강 튜브 중량의 1/3 미만이다. 외부 홈은 홈 팁(tips)에서 액체가 응축된 후 홈 사이의 밸리로 배출되는 데 액체 배출이 향상되도록 50% 이상의 외부 표면적을 제공한다. 설치 및 유지 보수에 관한 고려 사항으로 인해, 증류 컬럼은 하나 이상의 열 교환기를 설치 및 제거할 수 있도록 사용되는 경사진 측면 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 일련의 튜브 지지체/동심원 유동 배플이 제공된다. 이들은 환형 유동 증기 분포를 촉진하기 위해 360도 동심원 링 배플일 수 있다. 링 배플의 모델링에 따라 2-6개의 직경이 상이한 링 배플이 사용될 수 있다. 이상적으로, 배플 지지체의 에지를 따라 튜브를 지지하기 위해 링 배플이 중첩된 열이 존재한다. 배플은 일반적으로 튜브 진동을 방지하고 쉘측 압력 강하를 최소화하는 사이에서 균형을 이루도록 배치된다. 배열은 열 통합에 이상적이다.
본 발명은 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도 1에는 두 개의 열 교환기(32) 및 교환기(34)가 설치된 증류 컬럼(10)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 열 교환기(34)는 내부 부품이 디스플레이되도록 도시되어 있다. 중심 파이프(24)와 배플(26)이 있는 열 교환기의 부분으로 들어가는 것으로 도시된 입구 파이프(28)를 갖는 상부 허브가 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 열 교환기의 하부 및 상부에 있는 입구와 출구를 보면 알 수 있듯이 네 개의 열 교환기를 위한 공간이 있다. 도 2a에는 열 교환기를 제자리에 배치할 수 있도록 도와주는 지지체(33)가 도시되어 있다. 도 2a에는 허브(42)로부터 각 열 교환기(32)의 상부까지 도시된 배관(28)이 있는 중심 허브(42) 주위에 배치된 네 개의 열 교환기(32)가 도시되어 있다. 도 2b 측면도에는, 상부로부터 파이프(40)에 연결된 허브(42)까지 연장된 파이프(28)가 있는 두 개의 열 교환기(32)가 도시되어 있다. 또한, 파이프(20)가 열 교환기(32)의 하부를 빠져나가는 것이 도시되어 있다.
도 3은 증기가 중심 파이프(28)로부터 수직 슬롯(도시되지 않음)을 통해 중심 파이프로부터 반사상 방향으로 통과하는 동심원 열 교환기(34)를 나타내는 평면도이다. 중심 파이프(28)와 열 교환기(34)의 외벽(42) 사이의 환형을 채우는 튜브가 있다. 튜브는 열 교환기의 하부 내로 액체가 유동하고 상부로부터 액체와 증기로 배출되도록 상부와 하부가 개방되어 있다, 열 교환기는 컬럼 섬프에 부분적으로 침지될 수 있다. 외부 쉘(42)은 절연되지 않으며, 이는 전체 유효 열전달 면적의 기여에 도움이 된다.
도 4는 열 교환기(100) 내의 단면을 간단하게 나타내는 도이다. 증기(108)를 도입하기 위한 중심 파이프(102)의 상부 부분이 쉘 내부에 배치되는 배플(104) 및 배플(106)에 따라 유동하도록 도시되어 있다. 응축 증기(110)는 열 교환기의 쉘 하부로 떨어지고, 쉘 외부와 튜브 내부에 비등 온도가 있다(도시되지 않음).
도 5a, 도 5b 및 도 5c에는 열 교환기(200) 내에서 환형 유동 배플의 위치가 도시되어 있다. 도 5a의 좌측에는, 크기가 다른 두 개의 환형 배플 (204) 및 환형 배플(206)이 중심 파이프(202) 주위에 도시되어 있다. 도 5b의 중간에는, 링(210, 212 및 214)이 있는 3링 구성이 도시되어 있다. 우측의 도 5c에는 네 개의 링(220, 222, 224 및 226)으로 도시된 가장 복잡한 구성이 도시되어 있다. 도시되지 않았지만, 여섯 개의 링과 같은 더 복잡한 구성이 실현 가능하다.
도 6은 열 교환기 내에 침지된 튜브 번들의 구성을 도시한다. 증류 컬럼의 외벽(400)은 열 교환기(460)의 하부 부분이 부분적으로 액체(450)에 침지되어 있는 것으로 도시되어 있다. 튜브(410)로 구성된 튜브 번들은 각 두 튜브 사이에 공간(430)이 있는 것으로 도시되어 있다. 차가운 액체(405)는 튜브(410)를 통해 위쪽으로 통과하여 (440)에서 2상 액체/증기로 빠져나간다. 중심 증기 파이프의 벽(420)이 도시되어 있다.
도 7은 3개의 열 교환기가 제자리에 배치되어 있고 제4 열 교환기가 필요에 따라 설치되거나 교체될 위치에 표시되어 있는, 열 교환기(32)를 설치하거나 서비스할 수 있도록 경사진 접근 통로(85)를 가진 외벽(22)이 있는 증류 컬럼(10)의 구성을 나타내고 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 적어도 하나의 열 교환기의 하부 부분이 상기 증류 컬럼의 하부 섬프 내에 위치하는 증류 컬럼을 포함한다. 적어도 열 교환기는 응축 증기 스트림의 동축 유동이 가능하도록 구성된다. 열 교환기는 내부 동심원 배플, 방사상 배플 블레이드 또는 나선형 배플과 같은 배플을 포함할 수 있다. 열 교환기는 중심 증기 입구 파이프를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 중심 증기 입구 파이프에는 일련의 개구가 있다. 중심 증기 입구 파이프의 일 단부에 부착되는 입구 파이프가 있을 수 있고, 하부 노즐로부터 액체 응축물을 배출할 수 있도록 출구 파이프가 제공된다. 일부 구성에서, 증류 컬럼 내에 2-6개의 열 교환기가 대칭으로 배치되어 있을 수 있다. 증류 컬럼은 혼합물을 분리하는 데 사용되는 재가열기 유닛, 분할 컬럼 또는 다른 유형의 컬럼일 수 있다. 일부 실시형태에서, 열 교환기의 직경의 중심점 주위에 위치하는 중심 증기 입구 파이프 및 증류 컬럼의 외부 쉘의 내부 표면 사이의 환형 형상 공간을 채우는 다양한 금속 튜브가 있을 수 있다. 외부 쉘은 절연되지 않은 외부 쉘일 수 있다. 증류 컬럼에서, 각 금속 튜브는 하부 단부 및 상부 단부가 개방되어 있어, 액체가 하부 단부 내로 유입할 수 있도록 구성되고, 액체 및 증기가 상부 단부에서 유동할 수 있도록 구성된다. 제4항의 증류 컬럼에 있어서, 상기 중심 증기 입구 파이프는 입구 파이프에 연결되는 증류 컬럼의 상부 섹션에 있는 개구부 및 출구 파이프와 연통되는 증류 컬럼의 하부 섹션에 있는 개구부를 포함한다. 증류 컬럼은, 증류 컬럼 내에서 가스 유동을 편향 및 방향 재지정하기 위해 칼럼 내에 위치된 일련의 트레이를 추가로 포함할 수 있다. 금속 튜브는 탄소 강 또는 알루미늄으로 구성될 수 있다. 열 교환기 또는 다른 부품을 설치하거나 제거하기 위해 증류 컬럼 내의 통로에 접근하는 개구가 있을 수 있다. 열 교환기의 하부 및 상부에 평행하게 배치된 일련의 배플의 크기는 2, 3 또는 4개의 서로 다른 크기일 수 있다. 열 교환기의 중심 증기 입구 파이프에는 증기를 통과시키도록 구성된 수직 슬롯이 포함될 수 있다. 열 교환기는 부분적으로 액체에 침지되는 위치에 있을 수 있다. 증류 컬럼 내의 튜브는 열 교환기의 상부 및 하부에서 개방될 수 있으며, 여기서 하부 섬프는 부분적으로 액체로 채워진다.
Claims (10)
- 증류 컬럼으로서, 적어도 하나의 열 교환기의 하부 부분이 상기 증류 컬럼의 하부 섬프 내에 위치하는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 교환기는 응축 증기 스트림의 동축 유동을 가능하도록 구성되는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 교환기는 배플을 포함하는, 증류 컬럼.
- 제3항에 있어서, 상기 배플은 내부 동심 배플, 방사상 배플 블레이드 또는 나선형 배플로부터 선택되는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 교환기는 일련의 개구가 있는 중심 증기 입구 파이프를 추가로 포함하는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 다양한 금속 튜브가 상기 열 교환기의 직경 중심점 주위에 위치하는 중심 증기 입구 파이프와 상기 증류 컬럼의 외부 쉘의 내부 표면 사이의 환형 형상의 공간을 채우는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 튜브 각각은 하부 단부 및 상부 단부가 개방되어 있어 액체가 상기 하부 단부 내로 유입하도록 구성되고, 액체 및 증기가 상기 상부 단부에서 유동하도록 구성되는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 증류 컬럼 내에서 가스 유동을 편향 및 방향 재지정하기 위해 상기 컬럼 내에 위치된 일련의 트레이를 추가로 포함하는, 증류 컬럼.
- 설치 및 제거를 위해 상기 증류 컬럼을 통과하는 접근 입구를 추가로 포함하는, 증류 컬럼.
- 제1항에 있어서, 상기 교환기의 하부 및 상부에 평행하게 배치된 2, 3 또는 4개의 크기가 다른 일련의 배플을 추가로 포함하는, 증류 컬럼.
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