KR900007320B1

KR900007320B1 - 기액 접촉 장치

Info

Publication number: KR900007320B1
Application number: KR1019830002823A
Authority: KR
Inventors: 시이 쉬프트너 케네스
Original assignee: 켐-프로 코오포레이션; 헬멋트 엠 쉘링
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1990-10-08
Also published as: DE3380620D1; KR840004872A; EP0099656B1; EP0099656A3; US4432914A; EP0099656A2; CA1207225A

Abstract

내용 없음.

Description

기액 접촉 장치

제1도 본 발명의 원리를 이용한 기액 접촉 장치, 즉 기체 세정 장치를 나타내는 부분적으로 절개된 정면도.

제2도 유동 기체의 속도분포와 격자 구조사이의 관계를 나타내는 도식도.

제3도 각종 기체속도에서 장치에 유동화 상태를 형성하는데 요구되는 액체 대 기체의 비를 반영한 실험자료에 근거한 도표.

제4도 각종 기체속에서의 압력강하(물의 인치수) 대 기액비를 나타내는 실험자료에 근거한 도표.

제5도 본 발명의 원리에 따라 설계되고 배치된 격자쌍 주의에서의 기액 활성도를 나타낸 도식도.

제6도 본 발명의 격자 모듈(module)의 일부분의 평면도.

제7도 제6도에 도시된 모듈의 사시도.

제8도 제6도의 선 8-8을 따라 취한 단면도.

제9도 격자 구조물 위에 액체를 분배시키기 위한 다른 방법을 포함한 다른 실시예를 나타내는 격자 모듈의 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 하우징 14 : 입구

16 : 출구 18 : 세정 용기

26,28,30,32,34,36 : 격자 40,42,44 : 헤더

52,54,56 : 노즐 62 : 격자

64 : 속도압 분포 66 : 난류 지역

68 : 기액 접촉면 70 : 유동층

본 발명은 기체 흐름에 부유된 고체 혹은 액체 입자의 제거와 기체 흐름의 가용성 기체 성분들의 제거를 위한 기체 또는 액체 세정기를 포함하는 기액 접촉 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 기체와 액체의 밀접한 접촉을 기본적으로 요하는 어떤 유사한 기체 처리조작등에도 일반적으로 적용될수 있다. 이러한 조작들로는, 대개 기체와 액체 사이의 열교환, 물질이동(mass transfer), 냉각액과의 접촉에 의한 액체포화 또는 부분포화 기체 흐름의 건조, 스트립핑(stripping), 증류등이 있다.

화학 공학 기술에 있어서, 기체 세정 공정외에도, 물질 이동 반응, 에너지 이동 반응, 화학 반응 혹은 이들의 조합이 대개 용기내에서 기체 혹은 증기와 액체를 서로 밀접히 접촉시키므로 수행되는 많은 예들이 있다. 연속적 공정에서는 액체 및 기체 공급물 흐름이 기액 접촉 용기로 연속적으로 들어가고 기체 및 액체 생성물 흐름들이 연속적으로 배출된다. 용기를 통한 두가지 흐름의 유동경로는 대부분의 예에서는 역류(countercurrent)형인데, 이런 형에서는 액체가 용기의 정상부 또는 그 부근에서 들어와 밑으로 나가고 기체는 용기 밑 또는 그 부근에서 들어와 위로 나간다. 몇몇 예에서는 두가지 흐름이 같은 방향으로 용기를 통과하여 이동하는 병류(concurrent flow)가 이용된다.

계획된 반응이 설계 속도로 일어나도록 기체와 액체가 소망의 정도로 서로 접촉하게 하기위한 수동적 장치 혹은 구조물을 기액 접촉 용기내에 설치하는 것이 실제적이다. 내부 구조물은 그가 동력으로 구동되지 않고 움직이는 부분들이 거의 또는 전혀 없다는 점에서 수동적이다(움직이는 부분들은 용기를 통과하여 이동하는 기체 혹은 액체의 영향으로서만 웅직인다). 기포 트레이(bubble tray), 충전탑(packed column) 및 격자를 포함하는 여러 종류의 구조물들이 이용되었다. 이상적으로는, 용기의 설계는 과정, 조작 및 구조적인 사항들을 고려해야 한다. 접촉 반응은 질(순도)과 양(수율)의 관점에서 효과적이고 효율적이어야 한다. 또한, 용기는 반응을 압력 강하가 최소인 상태에서 성취해야 할 뿐만아니라 공급된 에너지를 효과적으로 사용하여야 한다. 또한, 장치는 설치가 간단하고 경제적이어야하며 청소 및 유지보수가 쉬워야 한다. 더우기, 용기의 크기가 중요하다. 바람직하게는 용기는 가능한한 작고 짧아야 한다.

상기한 고려 사항들은 다음과 같이 요약될수 있다. 즉, 기액 접촉 장치가 양호한 에너지 효율과 낮은 압력 강하에서 양호한 순도와 수율을 제공하고, 제작 및 유지하기가 실용적이고 간단해야 하며, 생산 능력이 최대가 되는 반면에 그 장치의 크기와 탑의 크기가 최소가 되는것이 바람직하다.

따라서, 낮은 설치 및 작동 비용으로 높은 효율을 얻고 상기한 고려 사항들을 만족시키는 기액 접촉 장치를 제공하는데 본 발명의 주목적이 있다.

이 목적과 명세서 및 도면에 알수 있는 다른 목적을 달성하기 위해, 장치의 기체 흐름내에 설치된 특별한 형태의 격자(들)을 가지는 개선된 기액 접촉 장치가 본 발명에 따라 제공된다. 이상적으로는, 격자는 개방된 용기내에서 흐르는 기체의 이론적인 속도압 분포(velocity pressure prafile)와 접촉액의 정수두(statichead) 및 동적수두(dynamic head)와의 대수적 합과 같은 단면 헝태를 가진다. 이러한 형태는 실제로는 자유롭게 걸려있는 쇠사슬(catenary) 모양의 격자에 가깝다. 도입된 액체에 대한 에너지 불균형을 일으켜 그 액체가 배출되도록 추가 깊이가 대략 5-40% 이상 격자에 추가된다. 그 격자는 단단한 물질이나 가요성의 물질로 만들어질수 있는데, 후자의 경우는 청소를 용이하게 해준다. 그 격자들은 단독으로 배치되거나 혹은 미리 결정된 거리만큼 떨어진 쌍으로 배치될수 있다. 후자의 구조에서는 입자 제거가 더 향상된다. 그 장치는 기체 흐름에 반대방향으로 액체가 주입되는 역류형과 같은 방향으로 주입되는 병류형 모두에 사용될수 있다. 격자들은 격자 개방 면적이 75% 이상일때 효과적이다.

쇠사슬 모양의 격자가 기체 흐름의 속도압 분포의 포물선 형태에 접근하는데 있어서 최소한의 구조적 복잡성을 제공할지라도, 요구되는 격자 형태는 여러가지 효율을 가지고 예를들어 하나의 얕은 원추(cone) 또는 일련의 원추들의 사용에 의해, 혹은 어떤 성형된 형태에 의해 접근될수 있다. 또한, 종래 장치를 본 발명의 장치로 대치하는 것이 바람직하고, 기존 구조물이 하나의 격자를 이용하는 것을 불가능하게 하는 기존 용기에서는 다수의 격자 모듈(module)이 이용될 수도 있다. 각각의 이러한 모듈은 순효과가 단일격자 도는 격자쌍이 용기안에 매달려 있는 경우 달성되는 것에 사실상 접근하도록 각 모듈내 기체 흐름의 속도압 분포에 근접하는 모양을 갖춘 단일격자 또는 격자쌍을 포함하도록 설계된다.

본 발명의 원리는 많은 형태의 기액 접촉 장치에 널리 적용된다. 그러나, 예를들기 위하여 하기 설명은 기체 세정 장치에 대하여 설명한다.

제1도에서, 이 장치(10)은 오염 기체를 통과시키는 입구(14)와 출구(16)을 가지는 하우징(12)를 포함한다. 그 입구와 출구 사이에 세정 용기(18) 혹은 덕트가 배치되어 있다.

본 발명에 관련되지 않는 요소들은 배수구(20), 재순환을 위한 액체 연결부(22), 세브론(chevron) 혹은 연무(mist) 분리기(24)이다.

다수의 격자들(26-36)이 그 용기내에 매달려 있다. 그 격자들은 원형 테와 같은 적당한 수단에 의하여 용기 옆면에 걸려있다. 그 격자들은 기체 흐름 방향에 수직하게 배향된다.

이 도면에서, 격자들이 여러쌍으로 나타내어져 있으나, 발명의 원리는 단일 격자에도 적용된다.

제1도에서, 격자들(26-36)이 외견상 얕은 포물선 형태를 가지는 윤곽을 이루고 있음을 볼수 있다. 설계의 세목들과 그것에 도달하는 방법은 아래에서 설명될 것이다.

도시된 구체예에서, 각 격자쌍에서 상부의 격자의 오목한 부분위로 세정액을 분배시키기 위한 분배 수단(38)이 각 격자쌍의 위에 위치된다. 그 분배 수단은 세정액 공급부에 연결된 헤더(header)들 (40, 42, 44)를 포함한다. 내부 파이프(46, 48, 50)이 세정액을 다수의 저압(5-10psig) 노즐(52, 54, 56)에 분배한다. 이 노즐들은 세정액을 용기의 풀을 가로질러 작은 물방울(droplet) 형태로 상부 격자(26, 30, 34)의 상부 표면위에 분배시킨다. 액체 주입 방법은 본 발명의 실행과 거의 관련이 없으므로 다양한 액체 주입 수단들(분무, 자유 흐름, 접선 방향 주입, 둑상자(weirbox)등)이 채용될수 있다. 기체가 덕트 혹은 세정 용기를 통과할때 얕은 포물선에 가까운 것처럼 보이는 속도압 분포(velocity pressure profile)가 얻어진다. 속도압은 용기의 중앙에서 최대이며, 벽에서는 거의 영으로 감소된다.

어떤 주어진 지점에서의 단위 질량 흐름률은 M_X=V_GXI로써 표현된다(균질 혼합물일 경우에). 여기서, M_X는 질량 흐름률(1b/ft²/sec)이며, V_GX는 X지점에서의 기체 속도(ft/sec)이고, I는 기체의 밀도(1b/ft³)이다. 따라서, 단위 질량 흐름률을 용기 중앙에서 가장 크다.

용기에서의 기체 속도가 증가(10-15ft/sec 이상으로)하면 이러한 효과는 더욱 현저해진다. 중앙에서의 질량 흐름률은 벽에서의 값의 수백배가 될수 있다.

세정액이 용기의 직경을 가로질러 균일하게 분무 또는 분포되는 경우, 어떤 지점 X에서의 질량 흐름률에 대한 세정액의 비는 L/M_X이다(여기서, L은 세정액 속도(gps)이고, M_X는 지점 X에서의 질량 흐름률(1b/ft²/sec)이다) .

이것은 일정한 온도에서 작동하는 기체 세정기의 흡수율이 오염된 기체에 노출된 세정액의 비량(specificquantity)과 관련된다는 것을 나타낸다.

그리하여, 흡수율, 충돌률 혹은 차단율은 세정기의 직경을 가로지르는 방향에서 변한다. 그 비율은 기체속도가 중앙에서 더 크기 때문에 벽과 중앙사이 중간지점에서 보다는 중앙에서 실제로 더 낮다(M_X가 크면 클수록, L/M_X는 더 낮다). 그러한 점을 보상하기 위하여 용기 직경을 가로지르는 방향에서 분무를 조절한다면 성능은 감소될수 있다. 이것은 기체 속도가 높을수록 중앙에서 기체와 액체의 접촉시간이 더 낮아진다는데 기인한다. 분무액이 초기 속도와 중력 가속도를 합한것에 기인하여 떨어진다는 사실이 그러한 사항을 더욱 악화시킨다.

혹은, 중앙 부근에서 기체에 대항하여 아래쪽으로 액체를 많이 분무하거나(역류의 경우에), 기체와 같은 방향으로 액체를 적게 분무할때(병류의 경우)는, 분포와 기체 혼합 문제가 일어난다.

그러나, 적당한 형태의 격자가 용기 측벽과 격자의 접촉점 아래에 충분한 깊이에 위치된 근지점을 가지고 있어, 격자의 단면 형상이 용기에서 올라오는 오염 기체의 속도압 분포에 가깝게 되는 경우, 흡수율 등에 대한 속도압의 영향이 대부분 사라질수 있다. 결과적으로, 더 많은 세정액이 이러한 높은 속도 지역에서 공급되고, 또한 기체 흐름에 대한 더 많은 저항을 중앙 지역에 형성시킴으로써 벽에 더 가까운 기체의 흐름이 증가될수 있다. 그리하여, 전체 용기가 더 양호하게 이용된다.

격자는 금속 혹은 비금속의 가용성 물질로 만들어 질수 있다. 그 격자는 속도 분포에 가까운 형태로 프레스 가공되어 예비 성형된 격자일 수도 있다. 혹은, 요구되는 격자형태는 얕은 원추형 메시(mesh)를 사용하거나 혹은 그 형태에 접근하도록 서로 연결된 원추형 메시의 조각들을 사용함으로써 가깝게 될수 있다, 필요한 경우, 단단하지 않은 격자가 청소하기에 편리하도록 기계적으로 구부려질 수도 있다. 어떠한 내부 기둥 또는 다른 구조적 요소들이 사용될 필요가 없다.

격자의 순개방 면적은 여러가지 조건에 적응하도록 선택된다. 예를들어, 그 개방 면적은, 사용될 세정액의 양을 보존하거나, 격자의 마멸을 감소시키거나, 격자의 구조적 강도를 증가시키는것이 필요할때는 작게 된다. 반대로, 에너지 수요가 제한될 필요가 있거나, 많은 양의 세정액이 사용되거나(기체상 오염물 농도가 높을때), 석회석 슬러리와 같은 높은 백분률의 고형분을 함유하는 세정액의 배출을 용이하게 하는것이 필요하거나, 농후한 입상 오염물이 있을때에는 더 큰 개방 면적을 가지는것이 바람직하다. 일반적으로, 85%-90% 정도의 개방 면적이 사용되었더라도 순개방 면적이 정상적으로는 50-75% 사이에서 작동된다. 그러나 이러한 높은 값에서 격자의 성능은 수반된 문제와 더불어 통상의 분무탑의 성능에 접근한다.

격자의 형태를 설정하는데 있어서, 용기를 가로질러서의 어떤 지점에서의 격자의 깊이(dx)는 다음식으로 주어진다.

dx(인치)=P_VX+H_SL+H_DL… (식1)

여기서, P_VX는 지점 X에서의 기체의 속도압이고, H_SL은 세정액의 정수두이며, H_DL은 세정액의 동적수두이다.

이것이 대수적 합이며, 성분의 상대적 부호는 그 식이 역류에 뿐만아니라 병류에 대해서도 적용되도록 고려되어야 만한다. 상방향으로 작용하는 압력이 음으로 취해진다면 하방향으로 작용하는 압력은 양으로 취해진다.

H_SL과 H_DL은 용기를 가로지르는 방향으로는 상대적으로 일정하다.

가요성 격자가 그의 둘레에서 지지되는 경우 실질적으로 포물선 형태의 곡선(쇠사슬 형태, 및 이상적인 격자 단면형태에 근사한 형태)으로 매달리기 때문에, 그 계산은 단지 용기 중앙에서의 격자의 깊이(dc)만이 계산되는 경우 간단해진다.

dc=P_Vc+H_SL+H_DL… (식2)

다음과 같은 통상의 피토관(pitot tube)식을 이용하므로써 물의 인치수로 표현된 속도압이 계산될수 있다.

(식3)

여기서,^VG_AVG는 기체 속도의 평균, Q_AVG는 흐름량(ft³/min), A_O는 용기 단면적(ft²), I는 효과적인 온도와 압력조건에 대한 캐리어 기체 밀도(1b/ft³)이고, 흐름량과 용기 면적을 알때^PV_AVG는 다음과 같이 구한다.

다음, P_AVG에 대한 값은 표준 순서로 1.1을 곱함으로써 중앙에서의 기체 압력 P_VC로 전환되는데, 이는(식3)이 중앙에서의 압력이 아닌 평균 기체 속도압력을 나타내기 때문이다. 따라서, P_VC=1.1PV_AVG이다.

세정액의 정수두(H_SL)은 다음과 같이 결정될수 있다.

여기서, L은 세정액 유량(gal/min), I₁은 세정액의 밀도(gal/ft³), A_OG는 격자의 개방 면적(ft²), R은 실험적으로 결정된 격자에서의 보류시간(분)인데 이것은 전형적으로는 최소 0.1초 혹은 0.0017분이다. 물의 H_SL(피이트)는 그에 12를 곱하므로써 물의 인치수로 전환된다.

물의 동적수두(H_DL)은 작은 인자이며 중대한 실제적인 관심사가 아니다 : 그것은 격자에 아주 접근하여 있는 분무 노즐에 의하여 적용되는 경우 세정액의 속도압이다.

쇠사슬 형태의 격자의 근지점이 정확히 dc에 설정되는 경우 액체와 기체사이에 에너지 평형 상태가 존재한다. 격자의 상부에 도입된 액체는 현탁되어 유동화되지만 배출되지는 않는다.

그러나, 실험결과, 실제적으로 말해서, 세정액을 위한 평형상태 불균형(equilibrium imbalance)을 일으키는 것이 바람직하다는 것이 나타났다. 이것은 모양을 갖춘 격자를 더욱 깊게함에 의해 성취된다. 이러한 깊이 증가(d+)는 하기 사항들을 포함하는 많은 사항들에 따라 변할수 있다.

(1) 오염 기체가 입상 물질을 포함하는지의 여부, (2) 오염 기체의 밀도, (3) 세정액의 점도, (4) 용기내 기체 속도, (5) 받아들일수 있을 정도의 격자의 마멸 및 부식 등등. 예를들어, 시험결과, 증가된 깊이는 위에서 계산된 dc에 대하여 5%(입자가 없는 기체)에서 40%(입자가 함유된 기체)까지 변할수 있다는 것을 보여주었다.

제2도에, 단일 격자 주위에서의 기체와 액체의 접촉영역을 나타내는 도면이 도시되어 있다. 세정액(58)은 위에서 접촉영역을 향하여 분산되어지는 것으로 나타내어져 있다. 앞에서 언급한 것처럼, 세정액은 여러방식으로 격자(62)의 상부 표면(60)으로 도입될수 있다. 이것은 아래에 설명되는 유동화 지역의 작동에 중요한 것이 아니다.

흐르는 기체는 속도압 분포(64)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 기체가 쇠사슬 형태의 격자(62)에 도달할때 높은 난류 지역(66)이 격자위, 아래에 생긴다. 더우기, 기액 접촉면(68)이 격자의 상부 표면위에 그리고 그 표면을 가로질러서 균일하게 분포되도록 형성된다.

이러한 기액 접촉면(68)위에는 유동층(70)이 형성되고, 그 유동층에서 세정액의 작은 물방울들과 무질서하게 분산된 오염 기체들이 효과적으로 상호 작용한다. 그결과, 본 발명의 개선된 흡수 특성이 얻어진다. 유동층의 높이는 작은 물방울의 크기 및 기체의 속도와 함수 관계가 있다. 유동층이 높으면 높을수륵 기체 흡수와 입자의 제거가 더 증대된다. 적당하게 접시 모양을 한 격자에 대해서는, 그 유동층의 상부 표면(72)는 도시된 바와같이 사실상 평편하다. 더 얕은 접시 형태인때 그 상부표면의 중앙 지역은 용기 측면 근처의 지역보다 더 높이 상승하여 측벽을 향하여 기체가 덜 분산되고 덜 효과적으로 세정된다. 실제로, 너무 얕은 접시모양의 격자에서는 기체의 직통흐름이 일어날수 있다.

세정액을 의한 에너지 뷸균형 때문에, 유동층에 있는 세정액의 작은 물방울들은 그 유동층에서의 소정 작용 시간후에 결국에는 수집되어 배출될 것이다. 배출은 주로 격자의 중앙근처에서 일어난다. 배출된 액체는 추출, 재처리, 및 재사용을 위하여 아래의 통에 모아진다. 유동층에서의 세정액 물방울들의 작용 시간은 많은 요소에 따라 변하며 3-4초 정도임이 실험적으로 측정되었다.

상기한 효과들은 사진, 실험실 검사, 현지 시험 검사(field pilot test) 및 분석에 의하여 증명되었다.

격자가 그러한 형태를 가지기 때문에, 유동 기체의 속도압 분포는 중앙으로 부터의 기체가 용기 벽쪽으로 분배됨과 더불어 더욱 균일하게 된다. 격자위에서의 액체의 흐름은 그러한 기체의 흐름과 반대로 벽으로부터 중앙을 향하여 안으로 경로(74)에서 흐른다.

주요 오염 물질이 본래 기체상태인 상황에서는, 단일 격자를 가지는 쇠사슬 모양의 격자 세정기가 효과적이라는 것이 밝혀졌다.

오염 물질로 SO₂를 사용하고 세정액으로는 석회석 슬러리를 사용한 시험 검사 결과, 동등한 액체 대 기체비에 대하여 벤츄리 세정기보다 좋은 SO₂제거 효율의 상당한 개선이 나타났다. 소정형태를 가진 격자에서의 SO₂제거율은 15 내지 25의 L/G 값을 사용한때 85%-92% 이었다(G는 기체 흐름률(cfm)로 정의됨). 벤츄리 세정기는 10 내지 30의 L/G 값에서 30-55%의 SO₂제거율을 얻었다. 유사한 효율이 탑 세정기에서도 얻어지지만, 그것은 L/G 비가 50 내지 100정도의 상당히 높은 값에서 얻어진다.

제3도는 쇠사슬 모양의 격자에서의 L/G와 기체 속도의 관계에 대한 실험적으로 얻어진 데이타를 나타낸다. 곡선위의 지역(76)은 유용한 기체 속도에서의 여러가지 L/G의 비를 나타내고, 여기서 유동층(70)이 얻어진다. 곡선 아래의 지역(78)에서는 유동화가 일어나지 않는다. 본 발명에서 얻어질수 있는 오염 물질 제거 효율을 위하여, 주어진 기체 속도에서 지역(76)에서의 시스템의 작동을 위한 L/G의 비가 선택된다.

제4도는 여러가지 기체 속도와 액체 대 기체비에서 사슬모양의 단일 격자 세정기에서의 각종 압력 강하를 나타낸다.

시험 검사 결과, 사슬 모양의 격자 세정기에서의 기체 속도는 전형적인 분무 탑 세정기에서보다 더 높을수 있다는 것을 나타낸다. 20ft/sec 까지의 면속도(face velocity)는 불규칙성을 발생하지 않았다. 상한이 아직 설정되지 않았을지라도, 25ft/sec 이상의 면속도가 단일 격자에서 얻어질수 있다고 믿어진다. 그러므로 기체 속도가 높을수록 더 작고 경제적인 세정기가 얻어져 초지 투자 비용과 작업 공간을 줄일수 있다.

25ft/sec 이상에서는 액체 흐름 패턴을 불연속적이될 것이다. 따라서 몹시 거친 유동층이 붕괴된다. 그런 까닭에, 제4도의 압력 강하 곡선은 점선에 의하여 보여준 것처럼 불연속적이 된다. 사슬 격자에서의 최적기체 속도(가장 낮은 L/G 비에서의 가장 좋은 유동화에 기초를 둔)는 탑 세정기에서의 8-12ft/sec와 비교해서 약 16ft/sec인 것으로 보인다. 양호한 기액 접촉은 이러한 조건하에서 얻어진다.

건식 작동에서 뿐만아니라 습식 작동에서도 압력 강하가 낮으면 비상조건의 용기를 직접 통하는 일시적인 우회(by-pass) 가 허용된다.

건조 손실(dry loss)은 전형적으로 격자당 오직 0.2"-0.4" 물 정도이다.

입자(+1 미크론)를 제거하는 지역에서, 단일 격자는 대략 효율이 65/%인 것으로 알려졌다. 본 발명의 원리에 따라, 최대의 규정된 거리이하 만큼 간격을 두고 첫번째 격자와 두번째 격자를 서로 평행히 설치할 수도 있다. 제5도는 입자 제거율을 증진시키는 격자쌍을 나타낸다.

여기서, 하부 격자(82)와 유사한 모양의 상부 격자(80)는 실험적으로 결정된 거리(84) 이내에서 하부 격자위에 위치된다. 이론적으로는 2개의 격자들 사이에 최소간격이 설정되지 않는데, 이는 하나의 격자위에 다른 격자를 물리적으로 배치한때 시스템의 성능은 단일 격자와 같게 되기 때문이다.

2개의 격자 사이의 최대거리(84)는 기체 속도, 기체 밀도 및 격자 개방 면적을 포함하는 많은 변수와 함수관계가 있다. 예를들어, 30fps의 기체 면속도(격사쌍을 가진 구조에서는 더 높은 속도가 가능하다), 60%의 격자 개방 면적, 그리고 0.075lb/ft³의 기체 밀도에서의 시험 검사 결과, 최대 거리는 대략 6인치이었다. 3-6인치 사이의 간격에서 성능이 향상되었다. 일반적으로, 기체 밀도 또는 속도가 감소하면, 격자들 사이간격도 감소한다. 격자 개방 면적이 감소하면 그 간격이 증가한다.

간격을 조절함에 의한 주요 결과는 격자사이의 지역(86)에 난류 지역이 형성된다는 것이다. 격자가 너무 멀리 떨어져 있으면, 흐르는 기체는 하부 격자에 접근함에 따라 나타나는 속도압 분포를 나타낼수 있다.

하부 격자는 에너지 소모기로써 간주될수 있다. 지역(86)에서 기체가 마음대로 움직이고 에너지 수준이 감소하는 것에 의해 단일 격자 구조에서와 같이 상부 격자 바로위에 난류 지역을 형성할 가능성이 최소화된다. 그결과, 세정액은 경로(88)를 따라서 용기 중앙을 향하여 움직임에 따라 상부 격자의 상부 표면위에 얇은 막을 형성한다.

격자의 상부 표면 바로위에 있는 세정액막에 의해 입자의 제거 능력이 증진된다. 시험 작동 결과, 이중격자 구조에서 +1미크론의 입상 물질의 99.7%가 제거되었다. 이것은 격자쌍을 가로질러 대략 1.9인치 W.C.의 전체 압력 강하에 대한 것이다. 이것은 싸이클론식 세정기에서 8-10인치 W.C.의 압력 강하를 요구하는 벤츄리 세정기와 비교된다.

유동층(90)은 상부 격자 바로 위에 생긴다. 모든 똑같은 매개변수, 조건 및 격자 구조에 대하여, 유동층(90)의 상부 표면(92)은 실제로 단일 격자의 경우에서의 동일한 거리만큼 상부 격자 위에 위치한다. 그 유동층은 단위 부피당 조절된 높은 밀도의 세정액을 가지며 액체와 입자의 상호작용을 증진시키고 세정액의 증가된 표면적을 통하여 기체 흡수가 증진된다.

세정액이 용기의 중앙으로 이동할때 기체는 벽을 향하여 재분포되는 경향이 있다. 세정액은 상부 격자를 통과하여 난류지역(86)으로 들어가고, 그 지역에서 기체와 세정액 사이의 반응이 더 일어난다. 마지막으로, 세정액은 하부 격자(82)를 통과하여 용기 밑으로 떨어져서 그로부터 처리 또는 재순환된다.

이러한 구조는 매우 높은 턴다운(turndown)비, 즉 3:1의 최소 기체 흐름에 대한 최대의 허용 가능한 기체 흐름의 비를 제공한다.

본 발명은 소망의 정도의 기체 및 입자 흡수율을 제공하도록 단일 격자, 다수의 단일 격자, 단일쌍의 격자, 다수쌍의 격자, 또는 단일 격자와 격자쌍의 혼합구조로 사용될수 있다.

격자를 설계하는데 있어 세정액의 정수두와 동적수두를 합한 대칭의 기체 속도 분포가 반영될지라도, 이 구조(쇠사슬과 같은)에 근사하고 본 발명의 교시에 따르는 격자 형태들이 흡수와 입자 제거를 향상시키는데 성공적으로 이용될 수 있다.

이 실시예는 본 발명의 원리를 역류 방식에 적용한 것을 나타냈다. 그러나, 이 구조는 병류식 세정기에도 적용된다. 후자에서, 기체와 세정액은 격자의 오목한 면에 부여된다. 이러한 적용예에서는, 격자는 작은 개방 면적을 가진다.

또한, 세정액과 기체가 병류이므로 격자는 더 얕을수 있다.

이러한 구조는 액체 난류에 의한 어느 정도의 자동 세정, 즉 고형분을 생성할수 있는 잇점을 제공한다.

더우기, 기존 시스템들을 대치하는 것에 관하여 많은 경우에 있어서 격자를 설치하기 위하여 특별한 기구, 설치물 등이 요구되지 않으므로 이것은 쉽고 비교적 값싸게 행해질수 있다. 사실, 이러한 구조는 종래의 흡수 장치보다 더 적은 공간을 필요로 한다.

그러나, 다른 기존 시스템에서 대치하기 위하여 위에서 설명한 격자 구조를 그대로 사용하는 것은 실용적이 아니다. 그리하여, 상기한 이론적 원리를 이용하여 모듈 개념이 개발되었다.

제6-9도는 발명의 원리를 이용한 격자 모듈을 나타낸다. 제6도와 7도는 대표적인 설비의 일부분을 나타낸다. 모듈(100)과 같은 다수의 원통형 모듈이 판(102)에 설치된다. 그판은 판을 용기 측벽 혹은 매달려진 판 지지 구조물에 부착하는데 사용되는 플랜지(104)를 가진다.

각 모듈은 적용예에 알맞은 재질로 만들어진 하우징(105)을 가지고 있다. 그 하우징은 전형적으로 2피이트 이내의 길이를 가지는 반면, 직경은 주로 용기에서의 기체 흐름률(cfm) G와 용기 직경에 따라 예를들어 6", 8", 12", 18", 20", 24''로 여러가지 일수 있다. 일반적으로, 어떤 주어진 용기에서의 하우징은 길이와 직경이 균일하다.

각 모듈에서의 기체 흐름의 속도 분포는 개조되지 않은 용기(즉, 모듈판이 없는)에서의 기체 속도를 알고 실험적으로 결정된다. 일반적으로, 각 모듈에서의 기체 흐름률은 개조되지 않은 용기내에서의 기체 흐름률을 사용될 모듈의 수로 나눈 값이다.

각 하우징을 위한 격자 구조의 설계는 용기 격자 구조에 대하여 위에서 설명된 설계 기준에 따라 각 모듈내에서의 액체와 기체의 특성을 기초로 한다.

제8도(모듈이 단일 격자 구조를 양호하게 이용할지라도 모듈당 두개의 격자 구조를 가짐)는 격자의 오목한 면위로 세정액을 들어보내는 한 방법을 나타낸다. 액체(108)는 모듈이 부작된 판(110)위로 분배된다. 그액체는 하우징의 정상(112)에 도달하여, 상부 격자(114)의 오목면을 향하여 모듈을 넘쳐 흐른다. 들어온 기체 흐름(116)은 격자 구조 위에서 그 액체와 상호 작용하고 유동층(117)이 형성되어 액체와 기체 사이의 바람직한 물질전달 반응을 야기시킨다. 격자의 하우징 벽의 높이는 유동층의 높이를 수용하는데 충분하다. 격자위로 폭포가 되어 떨어지는 액체의 유량은 액체가 판(110)위로 분배되는 양과 함수관계가 있으며, 모듈내 기체속도에 대하여 격자의 오목면위에 유동층을 형성시키기에 적어도 충분해야 한다. 이것은 앞에서 설명한 설계 기준과 일치한다. 기체와의 상호 작용 기간후에 유동층내 액체 물방울은 결국 응집되어 격자를 통하여 아래로 용기 바닥으로 배수되며 그곳에서 액체가 회수되고 처리된 다음 재 사용될수 있다.

제9도는 격자 구조위에 액체를 도입시키는 다른 방식을 나타내는 다른 구체예를 보여준다. 여기서, 판(118)상의 액체는 (122)와 (124)와 같은 구멍을 통하여 모듈(120)속으로 들어간다. 판에 있는 액체의 높이는 수압에 의한 시일(seal)을 제공하도록 구멍위에 있다. 이것은 기체가 액체 도입구를 통하여 우회하는 것을 막는다. 그 구멍은 격자위로 충분한 양의 액체가 도입되어 격자쌍위에 조절된 유동층이 생기도륵 설계된다.

설명된 이 격자 모듈은 원통형 하우징내에 하나의 단일 격자 혹은 격사쌍(혹은 여러개의 단일 격자, 격자쌍)을 가지도록 변형될수 있다. 사각형 하우징 혹은 유사한 형태가 이용될 수도 있다.

여기에 설명된 교시의 관점에서, 격자 구조위에 액체를 분배하는 다른 방법들도 역시 자명할 것이다.

Claims

기체 입구(14), 기체 출구(16), 및 상기 입구와 출구사이의 연결 덕트, 즉, 세정 용기(18)를 가진 하우징(12)과, 상기 세정 용기(18)내에 기체의 흐름 방향에 대해 횡으로 연장하도륵 배치되고, 상방으로 향한 오목한 면을 가지는 하나 이상의 격자(26, 28, 30, 32, 34, 36, 62, 82, 114)와, 기체의 흐름에 역류하여 상기 격자의 상기 오목한 면상으로 선택된 유량(L)의 액체를 분배하기 위한 분배 수단(38, 110, 112, 118, 122, 124)을 포함하는 기액 접촉 장치(10)에 있어서, 상기 격자(26, 28, 30, 32, 34, 36, 62, 82, 114)가 그의 가장자리 둘레에선 자유롭게 매달려 있는 가요성의 격자인 것을 특징으로 하는 기액 접촉 장치.
제1항에 있어서, 상기 격자가 한쌍 이상의 쌍들(26, 28, 30, 32, 34, 36, 114)로 상기 세정 용기(18)내에 매달려 있고, 상기 각 쌍의 격자들이 소정의 간격으로 서로 떨어져 설치되는 기액 접촉 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 격자의 개방 면적이 50%-85%인 기액 접촉 장치.
제3항에 있어서, 상기 각 격자의 개방 면적이 50%-75%인 기액 접촉 장치.
제1항에 있어서, 입구와 출구를 가진 자신의 하우징(105)과 그 하우징내에 매달려 있는 하나 이상의 격자(114)로 각각 이루어진 다수의 모듈(100)과, 그 모듈들(100)을 기체 흐름 방향에 수직인 면에서 상기 세정 용기에 설치하기 위한 수단(102, 104)을 포함하는 기액 접촉 장치.