KR960010364B1 - 간막이된 평행류 하강관 분류 트레이 - Google Patents

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Description

간막이된 평행류 하강관 분류 트레이

제 1 도는 하강관(10)의 길이에 따른 액체 출구(9)의 균일한 분포를 도시하는 것으로서, 칼럼의 내부 공간을 2개의 별도의 통로로 분할하는 중앙 액체·증기 배플(7)을 구비하고 있으며 트레이(2)를 가로질러 이격된 3개의 하강관(10)을 나타내고 있는 분류 칼럼을 아래로 내려다본 단면도.

제 2 도는 하강관의 하강관 측벽(4)와 연결 하강관 배플(3)의 구조를 양호하게 도시하기 위한 제 1 도에 도시된 분류 칼럼(1)의 측단면도.

제 3 도는 하강 액체가 이웃하는 하부 하광관으로 유입하는 것을 방지하는 하강관 배풀(3)을 구비하는 3개의 하강관(10)을 각각이 구비하는 3개의 트레이(3)을 도시하는 것으로서 제 2 도에 도시된 칼럼(1)의 부분을 가로질러 도시한 측단면도.

제 4 도는 하강관 측벽(4)의 상부 모서리에서 증기 편향 배플(15)의 배치를 도시하는 것으로서 2개의 하강관을 길이 방향으로 도시한 개략적인 횡단면도.

제 5 도는 2개의 다른 하강관의 경사 하강관 배플(3, 3')에 의해 액체가 트레이(2)의 동일 부분으로 향하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 측단면도.

제 6 도는 트레이 표면상의 의도된 액체 유동 경로를 도시하는 것으로서 제 5 도의 트레이의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외벽,2 : 트레이,

3, 16 : 배플,4 : 측벽,

6 : 단부벽, 7 : 중앙 배플,

8 : 지지링,10 : 하강관,

11 : 데크.

본 발명은 분류 증류 칼럼내에서 휘발성 화합물의 분리를 수행하는 분류 트레이로 사용되는 증기·액체 접촉 장치의 설계 및 제작에 관한 것이다.

분류 증류 트레이는 탄화수소 제조 공정, 화학 산업, 및 석유 화학 산업에 널리 이용되고 있다. 이에 따라 개선된 분류 증류 트레이를 제공하기 위하여 많은 연구와 개발과 창조적 사고가 이루어지고 있다. 따라서 분류 트레이의 개발은 접촉 면적의 구조와 하강관 형상과 트레이 전체 구조의 많은 변경을 제공했다.

미합중국 특허 제3,410,540호는 본 발명의 트레이에 사용된 것과 유사한 아주 특이한 하강관 형상을 채택하는 종래 기술의 다중 하강관 형태의 트레이의 구조를 나타내고 있다.

미합중국 특허 제4,582,569호는 상향 증기 유동이 분류 칼럼의 중앙부를 관통하여 연장되는 중앙 배플(baffle)에 의하여 2개의 별도의 평행류로 분할되는 분류 칼럼을 개시하고 있다.

1983년 10월 19일자 케미컬 위크(Chemical Week)지의 30페이지에 수록된 기사는 중앙 배플이 분류 칼럼을 2개의 별도의 증기 통로 구역으로 분할하며, 이들 2개의 구역 사이에서 액체가 나란히 하향으로 유동하는 또 다른 분류 트레이 유동을 나타내고 있다.

본 발명을 분류 증류에 사용하기 위한 향상된 증기·액체 접촉 장치에 관한 것이다. 본 발명은 보다 널리 사용되는 대향류 트레이와는 반대되는 것으로서 다중 하강관형의 트레이에 사용되는 하강관의 형태 및 배치와, 또한 고용량 및 고효율의 접촉 장치를 마련하기 위한 독특한 증기 및 액체 유동 배향 배플 시스템을 채택한다. 본 발명의 양호한 실시예도 또한 트레이를 가로지르는 액체 평행류를 제공하며, 상향 증기 유동을 다중의 별개의 스트림으로 분할하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 여러가지 실시예는 서로 포개져서 평행하게 정렬된 하강관을 구비하고 있으며 상기 하강관의 입구를 덮는 경사 하강관 배플을 구비하고 있는 특징을 공통으로 갖고 있다. 상기 경사 하강관 배플의 정렬은 다른 액체 유동 경로를 제공하도록 변경될 수 있으며 그에 따라 본 발명의 다른 실시예가 제공된다. 양호한 실시예에서 중앙 액체·증기 배플은 트레이 표면으로부터 상향으로 연장되어 액체 및 거품 유동을 트레이 표면을 가로질러 유도하고 서로 다른 방향으로 이동하도록 되어 있는 액체와 거품의 혼합을 방지한다.

상기 트레이는 하나 이상의 하강관을 사용한다. 단일의 하강관을 구비하는 트레이를 사용하는 본 발명의 일실시예는 휘발성 화합물의 분리에 유용한 간막이된 분류 칼럼으로서의 특징을 이루며, 폐쇄된 상부 제 1 단부 및 폐쇄된 하부 제 2 단부와 원통형 내부 공간을 구비한 원통형 외부 용기와 ; 각각의 트레이가 대체로 원형인 둘레를 가지며, 각각의 하강관이 2개의 대향 측벽과 이 대향 측벽 보다 2개의 단부벽으로 형성되며 상기 측벽과 단부벽은 트레이의 평면에 대해 수직으로 배향되며 또한 각가의 하강관이 개방 입구와 액체 밀봉 출구 수단을 가지고 있으며 수직 인접한 트레이의 하강관 수단은 서로 포개져서 수직으로 정렬되어 있는 적어도 하나의 중앙 위치된 소폭의 홈통형 하강관과, 트레이가 하강된 수단 보다는 적어도 하나 이상의 증기·액체 접촉 데크를 갖도록 각가의 하강관 측벽에 인접하게 위치하는 적어도 2개의 긴 증기·액체 접촉 데크를 포함하는 외부 용기의 중앙 축을 따라서 수직으로 이격된 복수개의 다중 하강관 형태의 증기·액체 접촉 트레이와 ; 각각의 트레이상에 위치되고, 외부 용기의 중앙 축을 따라 각각의 하강관의 길이를 2등분하여 각각의 증기·액체 접촉 데크를 각각이 90°부채꼴 모양을 하고 있는 2개의 대칭 영역으로 분할하는 중앙 위치 평면 증기·액체 배플과 ; 각가이 각각의 하강관의 측벽으로부터 수직으로 인접한 트레이의 정렬된 하강관의 양 측벽까지 연장되며 각각의 하강관의 다른 부분 위에 배치되며, 하강관의 개방 입구 위를 가로지르고 액체를 다른 접촉 데크에 이송하도록 경사져 있는 복수개의 경사 하강관 배플을 포함하는 인접 트레이들 사이의 수직 액체 유동 경로를 한정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

증기·액체 접촉 장치는 전체 장치내에서 대체적으로 하향으로 유동하는 액체와 상승하는 증기 스트림을 접촉하게 하기 위한 적용예에 널리 다양하게 사용된다. 일예로 상기 증기·액체 접촉 장치는 제품 화합물 또는 불순물을 가스 스트림으로부터 선택적으로 제거하는 처리제와 가스를 접촉시키는데 널리 사용된다. 따라서 본 발명의 장치는 산성 가스 흡수 장치 또는 스트리퍼에 사용되거나 또는 산화 에틸렌 흡수 장치에 사용된다. 또한 증기·액체 접촉 장치는 분류 증류를 거친 화합물의 분리에도 적용된다. 따라서 본 발명의 장치는 다양한 증기·액체 접촉 역할을 하는데 사용된다. 이하에서는 주로 분류 증류에 의한 분리 공정에서 사용되는 것에 관하여 설명하지만 그 설명은 본 발명의 이용을 상기 작동 모드에 대해 제한하기 위한 것은 아니다.

본 발명의 장치는 분류 증류에 의해 분리 또는 정화가 되는 실질적으로 임의의 화합물을 분리하는데 사용된다. 분류 트레이는 프로판 및 프로필렌 또는 벤젠 및 톨루엔과 같은 특정 탄화수소의 분리 또는 LPG(액체 석유 가스), 나프타 또는 등유와 같은 여러가지 탄화수소 분류물의 분리에 널리 사용된다. 본 발명의 장치로 분리되는 화합물은 탄화수소에만 제한되지 않으며 분류 증류에 의해 분리되기에 충분한 휘발성과 온도안정성을 가지는 어떤 화합물도 포함할 수 있다. 상기 물질의 일예로는 아세트산, 물, 아세톤, 아세틸렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 부타디엔, 크레졸, 크실렌, 클로로벤젠, 에틸렌, 에탄, 프로판, 프로필렌, 크실레놀, 비닐 아세트산, 페놀, 이소 및 노말 부탄, 부틸렌, 펜탄, 헵탄, 헥산, 할로겐화 탄화수소, 알데히드, MTBE 및 TAME 같은 에테르, 3차 부틸 알콜 및 이소프로필 알콜을 포함하는 알콜이 있다.

접촉 트레이의 질을 결정하는 2가지 요인은 분리 수행 효율과 액체 또는 증기 교통 능력이다. 본 발명의 목적은 다중 하강관 트레이의 효율을 증가시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 루이스 케이스 2 증기·액체 접촉 배열을 갖는 증기·액체 접촉 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 대해 더 설명하기에 앞서 이하에서는 트레이의 형태를 다중 하강관형 트레이라고 한정 및 특정지우는 것이 유용하다.

다중 하강관 트레이는 종래의 대향류 트레이(미합중국 특허 제3,419,540호 참조)와는 여러가지 구조적 특징이 다르다. 우선, 다중 하강관 트레이는 수용 팬을 구비하지 않는다. 이것은 유입 하강관 개구부 아래에 위치된 통상적으로 천공되지 않은 부분이다. 수용 팬은 하강관을 통과하여 하강하는 액체가 트레이의 데크부상으로 통과하기 전에 충돌하는 천공되지 않은 영역이다. 상기 수용 팬은 대체적으로 입구 웨어(weir)에 의하여 데크 영역 또는 활성 영역으로 분리된다. 따라서 수용 팬은 일반적으로 위에 이웃하는 종래 기술의 분류 트레이로부터 나오는 하강관 바로 아래에 위치된다.

다중 하강관 분류 트레이의 수평면 영역은 기본적으로 하강관 수단과 일반적으로 데크라고 하는 증기·액체 접촉 영역으로 분할된다. 상기 영역들에는 바로 위에 위치된 트레이로부터 하강 액체 수용부에 배치된 천공 영역이 없다.

다중 하강관형 분류 트레이의 또 다른 특징은 트레이를 가로지르는 비교적 많은 홈통 모양 하강관 수단이 마련되어 있는 것이다. 본 발명의 트레이는 하나 내지 7개 이상의 하강관을 사용할 수 있다. 상기 하강관 수단은 트레이의 둘레에 보다는 트레이의 표면을 가로질러 분산되어 있기 때문에 종래의 대향류 분류 트레이에 비하면 서로가 비교적 밀접하게 이격되어 있다. 상기 트레이의 인접 하강관의 (측벽들 또는 웨어들 사이에서 측정된) 거리는 일반적으로 0.3m 및 1.0m이고 양호하기로는 0.5m 미만이다. 그 결과 다중 하강관형 트레이는 상기한 점들에 비추어 볼 때 일예로 제 1 도에 도시된 바와 같이 교대로 배치된 데크 영역과 분류 트레이의 상부면을 가로질러 균등하게 이격된 하강관 수단으로 구성된 특이한 형상을 가진다.

다중 하강관 트레이의 실질적 하강관 수단은 종래의 대향류 분류 트레이에 채택된 하강관에 비해서도 특이하다. 상기 하강관 수단은 인접하는 분류 트레이로 하향 연장되지 않는다. 그 보다는 2개의 트레이 사이에 위치된 중간 위치에서 정지된다. 따라서 상기 트레이로부터 하강하는 하강관은 데크 표면 및 하부 트레이의 하강관으로의 입구 훨씬 상방에서 정지한다. 다중 하강관 트레이의 상부 또는 하강관으로의 입구는 트레이의 출구 웨어의 기능을 하며 따라서 상부 다중 하강관 트레이의 하강관 바닥은 아래에 위치된 트레이의 출구 웨어의 훨씬 상방에 있다.

분류 칼럼에 장착시킬 때 종래 기술의 다중 하강관 트레이상의 하강관은 바로 위와 아래에 위치된 트레이로부터 90°배향 위치된다. 그러나, 본 발명의 각 트레이의 하강관은 어느 한 트레이상의 하강관이 위에 있는 트레이상의 하강관 바로 아래에 위치하도록 분류 칼럼의 다른 트레이상의 하강관과 정렬된다. 어느 한 하강관의 출구는 다른 하강관의 입구 바로 위에 있다. 상기 하강관들은 분류 칼럼의 중앙 수직 축을 따라 연장된 다수의 평면을 따라 배열된다. 상기 평면들의 수는 트레이상의 하강관의 수와 일치한다.

다중 하강관형 분류 트레이의 또 다른 특징은 하강관 수단의 바닥 또는 출구에 액체 밀봉 수단이 마련된 것이다. 따라서 상기 하강관 수단의 바닥은 여러가지 천공부를 갖는 판에 의하여 또는 하강관 수단 밖으로의 액체의 직접 하향 유동을 유지시키는 어떤 다른 수단에 의해 부분적으로 폐쇄된다. 액체 밀봉 출구는 바로 아래에 위치된 트레이의 데크 훨씬 상방에 위치되며 인접하는 하부 트레이와 결합된 하강관의 입구 위의 높이에 있다. 하강하는 액체는 상기 하강관 수단의 하부에서 수집되고 그 개구부를 통해 인접하는 하부 트레이상의 거품을 쏟는다.

본 발명의 다중 하강관형 트레이는 하강관의 바닥에 대향류 트레이에서와 같은 입구 웨어가 없다. 액체 밀봉 출구가 그 기능을 하며 하강관의 바닥은 인접 트레이의 훨씬 상방에 있다.

종래의 다중 하강관 트레이의 특징은 트레이상에 액체가 먼저 떨어지는 위치와 액체가 하강관 수단을 거쳐 트레이를 빠져나가는 위치 사이의 아주 짧은 액체 유동 경로에 있다. 이것은 주로 상기 언급한 바와 같이 밀접한 간격에 기인하는 것이다. 증기가 데크를 상향 통과하는데 따른 교반 부산물과 결합하여 액체가 이동할 거리가 짧으면 다중 하강관 트레이가 액체 입구 지점으로부터 출구 지점까지 실질적으로 아무런 액체 수준 경사도 갖지 않게 된다.

인접 하강관들의 하강관 측벽들 사이의 거리(데크 부분의 폭)가 1m 내지 0.3m이므로 액체 유동 평균 경로는 1m 미만이다.

다중 하강관 트레이의 어떤 부분의 물리적 치수는 모든 양태의 트레이의 작동과 관계된 분야의 숙련된 자들에 의해 선택되어진다. 다음 사항들은 본 발명 장치의 설계 및 사용에 지침을 제공하고 본 발명의 다중하강관형 트레이를 종래의 대향류 분류 트레이와 구분하기 위한 2가지 목적을 제공하는 상업적으로 채택된 종래의 다중 하강관형 트레이의 측정 범위이다. 수직으로 인접하는 트레이들 사이의 간격을 일반적으로 20내지 91cm이고 양호하게는 25 내지 61cm이다. 데크 영역의 총 개구 면적은 일반적으로 5 내지 15%이다. 상기 총 개구 면적은 트레이의 데크 영역에 마련된 원형 개구부와 긴 슬롯에 의해 마련된 개구 면적을 모두 포함한다. 상기 원형 천공부의 통상적인 구멍 직경은 0.3 내지 2.6cm이다. 상기 구멍 크기는 양호하게는 0.47 내지 0.64cm이다. 슬롯에 의해 마련된 개구 면적은 양호하게는 데크 면적의 약 0.25 내지 5%이다. 데크의 대표적인 두께는 0.19 내지 0.34cm이다.

다중 하강관형 트레이의 하강관의 직사각형 입구 개구의 폭은 일반적으로 6 내지 25cm이다. 측벽의 수평상부 가장자리로부터 측벽의 하부가장자리까지 측정한 하강관의 높이는 일반적으로 15.2 내지 45.7cm이다. 상기 높이는 데크 위 및 데크 아래로 연장하는 하강관의 높이로 포함한다. 중앙 액체·증기 배플은 일반적으로 결합된 하강관 수단의 측벽의 높이와 거의 같다. 액체 유동 유도 배플(7,16)의 높이는 트레이 데크로부터 배플의 수평 상부 표면까지 측정했을 때 10 내지 30cm이다.

본 발명의 목적은 루이스 케이스 유동의 장점을 달성함으로써 그리고/또는 트레이 데크를 가로지르는 보다 큰 평균 액체 유동 경로를 마련함으로써 고 트레이 효율을 제공하는데 있다.

분류 트레이상에서의 평행 유동의 이점은 1936년의 더블유. 케이. 루이스에 의한 주지의 고전적인 연구에서 설명되었다. 상기 연구에서 검토된 세가지 증기·액체 접촉 개요에 있어서, 사례 2는 액체가 동일 방향으로 각각의 연속적인 트레이를 가로질러 흐름에 따라 증기가 자주 상방으로 진행되는 것으로 한정된 반면에, 사례 3은 액체가 교반하는 방향으로 각각의 연속적인 트레이를 가로질러 흐름에 따라 증기가 지주 상방으로 진행되는 것으로 한정되었다. 사례 2는 평행 유동으로서 언급된다. 사례 3은 종래의 유동 경로이다. 루이스의 사례 2는 소정의 트레이상에서의 질량 전달을 위한 구동력은 질량 전달이 트레이상의 어디에서 일어나는가에 무관하게 거의 동일하다는 것을 확인시켜 준다. 이때문에, 루이스의 사례 2에 따라 작동되는 트레이를 사용하면 효율의 실질적인 증가를 얻을 수 있다. 따라서, 루이스 사례 2의 평행 유동 양식을 제공하는 다중 하강관형 트레이(multiple downcomer type tray)를 마련하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 명세서에서 사용된 평행류이란 용어는 2개의 액체가 단일 트레이상에서 흐르는 것이 아니라 유체가 수직으로 인접하거나 연속적인 복수의 트레이상에서 흐르는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다.

종래의 다중 하강관형 트레이들은 짧은 액체 유동 경로를 가진다. 더 긴 액체 유동 경로를 제공하면 다중하강관식 트레이의 효율을 증가시킬 것이다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예(제 5 도 및 제 6 도 참조)에서는 더 긴 유동 경로가 제공된다. 상기 실시예는 하강관 입구들을 덮는 소정의 하강관 배플들중 일부의 경사의 방위 또는 방향을 변경함으로써 여전히 평행 유동을 유지하면서 더 긴 유동 경로를 성취한다.

본 발명의 트레이의 2개의 기본적인 구조적 특징은 상기한 바와 같이 서로 포개진 하강관을 갖는 다중 하강관형 트레이라는 것과, 적어도 2갱의 교대로 경사진 하강관 배플이 각 하강관의 한쪽 측벽으로부터 상방으로 연장되어 하강관 입구를 덮는다는 것이다. 하강관 배플은 위쪽의 트레이로부터의 액체가 각가의 하강관에 들어가는 것을 방지하고 트레이 데크상으로의 액체 유동 방향을 한정한다.

이러한 2개의 기본적인 구조적 특징을 합체한 본 발명의 일실시예는 다음과 같이 특징지어질 수 있다. 주위 형상이 원형인 증기·액체 접촉 트레이는 가) 각각이 두개의 대향 측벽과 이 대향 측벽보다 짧으며 트레이 평면에 수직으로 배치된 두 단부벽으로 형성되고 개방된 입구와 액체 밀폐 가능한 출구 수단을 가진 적어도 하나의 중앙배치된 좁은 홈통형 하강관과 나) 하나는 트레이(2)가 하강관보다 적어도 한개 이상 많은 증기·액체 접촉 데크를 갖도록 각 하강관 측벽에 인접하여 배치되어 있는 적어도 두갱의 긴 증기·액체 접촉 데크와, 다) 측벽 상단부와 교차하며 관련 하강관의 절반 길이와 같고 각 하강관의 개방 입구를 가로지르며, 각 하강관에 있어서 두개의 서로 다른 접촉 데크로 액체를 분배하도록 경사져 있는 두개의 경사진 하강관 배플을 구비한 수직 주 하강관으로부터 트레이상으로 액체를 유동하도록 수직 액체 유동 통로를 형성하는 수단을 포함한다.

하강관들의 수직 정렬은 지주내에서 별개의 증기 유동 경로들을 한정하는데 있어서 조력한다. 별개의 유동 경로들의 한정은 경사진 하강관 배플들에 의해 완성된다. 간극들은 하강관들의 단부에 두어 압력이 균등해지도록 하고 트레이 표면을 가로지르는 일정한 증기 유동을 제공하도록 하는 것이 좋다. 이러한 것은 지주에서 실질의 제한된 기체 유동들을 유지하기 위한 요구에 대한 실제적인 허용이다.

트레이를 가지로지는 평행 액체 유동은 각각의 하강관의 하나의 측벽의 상부 모서리로부터 인접 상방의 하강관의 대향 측벽의 바닥 모서리까지 연장된 이러한 일련의 구멍이 없는 하강관 배플에 의해 유지된다. 이러한 배플 시스템은 상부 하강관으로부터 내려가는 액체를 가로막고 상기 액체가 인접 하방의 하강관의 출구로 들어가는 것을 방지한다. 이렇게 하면 액체가 인접 하방의 트레이의 하강관에 들어감으로써 인접 하방의 트레이를 우회 통과할 가능성을 배제할 수 있다. 또한 배플의 표면을 경사지게 하는 것은 트레이상에 존재하는 액체 및 거품을 트레이의 이러한 부분 또는 구역을 위한 출구 하강관의 입구를 향해 미는 경향이 있는 하강 액체에 대한 수평 운동량을 부여하므로 경사진 배플의 표면은 유익하게 된다.

트레이상에서의 액체 유동 경로들은 트레이상에 그리고 액체가 흐르고 있는 트레이의 구역상에 존재하는 하강관의 갯수등의 요인들과 함께 변동하게 된다. 2개 이상의 하강관이 있다면, 소정의 액체는 2개의 하강관들 사이의 데크 구역상으로 흐를 것이고 따라서 하강관들에 대하여 수직 또는 평행하게 흐를 것이다. 대조적으로, 최외측 하강관으로부터 트레이 데크로 내려가는 또는 단일 하강관 트레이상의 액체는 지주의 외부벽을 향해 흐른다. 이때, 지주의 내부 표면은, 양호하게는 방향성 트레이 슬롯팅(slotting)과 함께, 중앙 배플 주위의 액체를 지주의 다른 증기 통로로 유도한다. 이러한 것은 용기 벽과 수직 중앙 배플에 의해 형성되는 사실상 말굽형 트레이와 유사한 반원형 유동 경로이다.

본 발명의 소정의 실시예들은 하강관의 중간 지점에서 트레이 표면에 부착되고, 트레이 사이의 내부 체적으로 상향 연장되어 이 내부체적을 다수의 증기 통로들로 나누는 부가적인 구멍 없는 수직 배플들을 포함한다. 이러한 수직 배플들은 트레이들의 양 측면들상에서의 대향 방향으로 흐르는 액체 및 거품이 혼합되는 것을 방지한다. 이에 따라서, 배플은 액체가 데크를 가로질러 지름길로 유동하는 것을 방지하고 소정 경로를 회피하게 한다.

본 발명의 트레이는 분류 트레이들의 데크 구역에서 다수의 증기 안내 슬롯들을 포함하는 것이 좋다. 슬롯들은 이러한 슬롯들을 통해 데크를 지나 상방으로 상승한 기체가 트레이상의 액체 또는 거품에 대하여 최근접 하강관 수단의 방향으로 수평 추력 또는 모멘트를 부여하도록 위치한다. 이는 트레이들의 각 측면의 단부에서 액체가 중앙 배플 주위에서 반원을 그리면서 흘러야만 하는 경우에 특히 양호하게 된다. 상기 슬롯 및 이들의 기능은 미합중국 특허 제4,499,035호 및 제3,417,975호에 기재된 것과 유사할 수 있다.

슬롯을 통해 상방으로 상승한 증기는 뚜렷한 수평 성분을 갖는 트레이 표면에 대해 비스듬히 슬롯들을 떠나며, 데크 표면상의 액상 또는 부유 액적들에 대하여 증기의 소정의 수평 모멘트를 부여한다. 이렇게 하면 결과적으로 출구 하강관을 향해 거품을 미는 알짜 힘이 된다. 따라서, 거품의 하강관 수단으로의 더 빠른 통과 및 트레이상의 거품 높이의 감소가 성취된다. 더욱 중요하게는 적합한 슬롯의 배열에 의해서, 출구를 향해 흐르지 않는 액체를 갖는 트레이상의 구역이 있지 않게 되어야 한다.

본 발명의 더 완전한 이해는 첨부 도면을 참조함으로써 얻어질 수 있다. 제 1 도는 외부 용기의 원형 외부벽(1) 내부의 위치된 다수의 하강관 트레이(2)의 상부 표면을 향해 하방으로 바라본 것을 도시한다. 상기 도면에 도시된 특정 트레이는 3개의 하강관들을 가지고, 상기 트레이는 벽의 내부 표면에 용접된 앵글-철링(8)에 의해 지지된다. 각각의 하강관(10)은 2개의 하강관 단부벽(6)가 2개의 평형 하강관 측벽(4)로 구성된다. 하강관들은 트레이를 가로질러 일정하게 이격된다. 트레이의 천공된 데크(11)은 하강관들의 사이에 위치된다. 또한 천공된 데크(11)은 최말단 하강관 수단과 트레이의 외부 주연부 사이에 있게 된다. 즉, 말단 하강관들과 트레이의 주연부 사이에 둘러싸인 트레이 부분은 천공된 데크로 또한 채워지고 트레이의 실제적 증기·액체 접촉 구역이 된다. 액체 수용 팬으로서 작용하는 트레이의 임의의 데크 부분들에 있는 중대하게 크기가 결정된 구멍이 없는 구역이 존재하지 않게 된다.

데크는 데크면을 가로질러 균일하게 분배된 표준 대칭(원형) 천공부와 상술한 증기 유도 슬롯을 포함하는 것이 좋다. 원형 천공부의 정밀한 배열 및 간격은 본 발명에서 제어가능한 변수는 아닌 것으로 생각되다. 그러나, 트레이를 가로질러 균일한 증기 대 액체 유량비를 유지하기 위해 하나 이상의 하강관으로부터 유체를 수용하는 트레이 데크 부분상에 단위 면적당 다수의 천공부를 갖는 것은 중요하다.

임의의 두 흐름 유도 슬롯간의 대표적인 최대 적정 간격은 5 내지 17.8센티미터 정도이다. 천공부는 전체 데크 면적을 가로질러 비교적 균일한 분포로 퍼져 배치되는 것이 좋다. 제조 비용을 저감시키기 위해, 데크 재료는 우선 소정 갯수의 원형 개구를 제공하도록 데크 재료를 천공함으로써 제조하는 것이 보통이다. 그후 흐름 유도 슬롯을 만들기 위해 다음 천공 단계를 수행하는 것이다. 제 1 도를 다시 참조하면, 직사각형 홈통형 하강관은 각가 두개의 평행 단부벽(6)에 두개의 평행 측벽을 결합함으로써 형성된다. 각 하강관의 중간지점에서 중앙 배플(7)은 전체 트레이면의 각 데크 영역으로부터 상향 상승된다. 이들 배플은 배플의 양측에 있는 액체와 거품이 뒤섞이지 않게 해준다. 배플은 인접 상부 트레이 하방에 근접하는 거리까지 연장되어 압력 및 증기 유량의 평행을 이용하는 작은 간극을 제공한다. 배플(7)의 단부는 용기 내면으로부터 불연속적 거리만큼 떠어져서 트레이 한쪽에서 다른쪽으로 액체의 흐름을 허용한다. 이 거리는 하강관 측벽과 용기벽 사이의 최대 거리의 절반보다는 커야 한다. 제 1 도는 상당수의 하강관 저부의 동적 밀폐 가능한 액체 출구를 표시하고 있다. 이들 출구의 배열은 하강관 길이를 따라 균일하게 이격된 종래의 다중 하강관형 트레이와는 다른 것이다.

제 2 도는 제 1 도에 표시한 2-2선에 따른 단면도이다. 이 도면에 도시한 근본적 구조는 하강관 측벽의 평면 표면이 크고 하강관 배플(3)이 경사진 것이다. 하강관 배플은 액체든 증기든 한쪽 데크면에서 다른쪽 데크면으로 하강관으로 가로질러 수평으로 이동할 수 없도록 하강관 사이에서 연장된다. 중앙 배플(7)의 단부도에는 하강관에 수직인 평면 구조가 도시되어 있다. 각 트레이(2)는 지지링(8)을 거쳐 용기벽에 지지된다. 보통, 앵글 스톡의 하부 부재는 하강관 벽에 용접되어 데크를 지지한다. 앵글 스톡의 제 2 부재는 트레이를 보유하는 홈을 형성하도록 데크 상방의 벽에 볼트 체결되어 있다.

하강관 바닥은 측벽(4) 사이에서 연장되는 편평 저부판으로 이루어지는 것이 보통이다. 비교적 큰 개구나 천공부 몇개가 하강관내에 축적되는 액체를 신속히 방류시킬 수 있게 할 목적으로 저부판내에 제공된다. 저부판의 목적은 하강관 수단의 저부가 증기 상향 통로에 대해 액체로 동적 밀봉되기에 충분히 액체 흐름을 지연시키는 것이다. 그 트레이에서 개구(9)는 하강관의 각 단부 길이를 따라 균일하게 분포한다. 개구는 원형, 정사각형 또는 각 방향으로 하강관 수단의 폭 및 길이를 따라 연장된 형태로 할 수도 있다. 측벽(4) 사이에 연장되는 원형 개구와 긴 홈은 이하의 루버라고 칭하기도 한다.

제 3 도는 제 1 도에 도시한 단면 칼럼의 일부를 통한 수평 방향으로 본 제 1 도의 3-3선 단면도이다. 제 3 도는 중앙 증기 배플(7)의 한족의 각 하강관 부분을 도시한 것이다. 칼럼의 이 부분의 3개의 다중 하강관 분류 트레이(2)와 각 트레이의 3개의 하강관(10)의 적층 수직 배열은 이 도면에 도시된 장치에서 확인할 수 있다. 각 트레이의 데크(11)의 저부와 중앙 배플(7)의 상단부간의 간격도 이 도면에서 확인할 수 있다. 이 도면은 환형링(8)이 트레이를 지지하는 방법과 하강관 배플(3)이 하강관 입구로부터 그 인접 상방에 배치된 하강관 출구까지 연장되는 형태를 이해하기 쉽게 해준다. 이 실시예에서 두개의 경사진 하강관 배프은 각 하강관 입구를 덮는다. 하강관들은 하강관의 양측에서 액체를 데크부상에 분배하는 상대적 경사를 갖는다.

이 실시예에서 트레이의 한쪽 배플(3)은 모두 같은 방향의 경사를 갖고 있으며, 칼럼의 다른쪽(다른 반쪽)의 배플은 반대방향으로 마주본다. 따라서, 액체는 어느 한 트레이의 양쪽에서 반대 방향으로 흐르지만, 각 트레이 한쪽에서 모든 데크 부위에서 동일 방향으로 흐른다. 즉, 제 3 도에서 액체는 3개의 트레이 각각의 노출측 또는 전면측에서 우측으로부터 좌측으로 흐르며 중앙 배플(7) 후방에 가려진 트레이부분의 측방에서는 좌측에서 우측으로 흐른다. 이 도면에서는 또, 중앙 배플(7) 또는 동등한 구멍없는 구조가 한쪽 하강관 배플로부터 다른쪽 하강관 배플로 액체가 흐르는 것을 방지하는 수직벽을 제공하도록 하강관 입구에 걸쳐 연장된다. 이 도면은 또, 한쪽 하강관 배플로부터 다른쪽 하강관 배플로 액체 유동을 방지하는 수직벽을 제공하기 위해 하강관 입구에 걸쳐 연장되는 중앙 배플(7)이나 동등한 구멍 없는 구조 또한 도시하고 있다. 따라서 두개의 하강 유체 흐름이 격리된다. 또, 이 도면에서는 하강관의 총 높이의 적어도 1/5 내지 1/4이 트레이 데크 상방에 배치되어 트레이를 위한 출구 웨어를 제공하고 하강관 수단의 나머지는 데크 하방으로 연장된다. 증기 배플(7)은 인접 상부 트레이의 하방에서 그 바닥에 평행하게 배치된 상단부(13)을 갖는다.

각 하강관은 전체 트레이를 가로질러 연장하는 것으로 이해해야 한다. 이는 하강관으로 하향 연장하는 어떤 판이나 배플에 의해 또는 기타 어느 수단에 의해서도 둘로 분리되지는 않는다. 따라서 하강관내의 액체는 트레이 양측 사이에서 자유로이 이동하고 자유롭게 섞인다. 하강관내의 액체의 유동 및 혼합은 원래 트레이에 걸쳐 균일한 유체 분포를 보장한다. 액체는 하강관의 양측 사이에서 자유로이 이동할 수 있다. 이런 하강관을 경유하여 액체를 전달하는 능력은 트레이 데크의 다른 부분에 분배된 액체량을 제어하기 위해 하강관 저부의 액체 밀폐식 출구의 크기의 변화와 관련시킬 수 있다. 이는 데크를 가로지르는 균일한 증기 대액체 유량비를 유지하는데 유용하다. 강도를 위해, 그리고 하강관내의 액체 유동을 안정화시키기 위해 다수의 브레이스가 하강관 입구를 가로질러 연장한다.

하강관을 연결하는 경사진 배플(3)은 구멍이 없게 하는 것이 좋다. 그러나, 필요하다면, 흐름 유도 슬롯같은 폐쇄된 작은 개구를 증기 통과 허용 및 증기·액체 접촉 면적 증가 수단으로서 제공할 수도 있다.

제 4 도는 관련 트레이상에 채택할 수 있는 선택적 구조를 도시하고 있다. 이 구조는 하강관 배플(3) 혹은 하강관 측벽(4)에 체결된 증기 편향 배플이라 불리우는 구멍없는 수평판(15)를 포함한다. 적절한 위치는 편평 하강관 배플(3)과 하강관 측벽이 교차하여 증기 및 액체 유동을 제한 또는 방지하는 밀폐 부재를 형성하도록 하는 지점이다. 증기 편향 배플은 이 지점에서 하강관에 체결된 별도의 판으로 하거나 하강관 배플의 단순 연장으로서 형성된 립으로 할 수 있다. 증기 편향 배플은 하강관 출구를 향해 증기의 상승 흐름을 제한하고 액체가 트레이 데크상에 충돌할 때 수평으로 흐르는 것을 보장한다. 이 배플은 또 트레이에 들어가는 액체에 수평 모멘트를 주도록 포획된 증기 흐름을 이용하려는 것이다.

제 5 도는 전체적 트레이 배열의 다른 예를 도시한다. 이 트레이 형상은 제 1 도 내지 제 3 도에 도시한 것과 매우 흡사하다. 그러나, 하강관 배플(3)은 제 3 도와 같이 각 트레이상에서 모두 같은 방향으로 배치된 것이 아니다. 이런 특수한 3개의 하강관 트레이 시스템에서 중간 하강관 배플(3')는 다른 두개의 하강관 배플에 반대방향으로 경사 배향되어 있다. 중간 하강관의 전방에 있는 하강관 배플의 경사는 두개의 인접하강관의 후단상의 하강관 배플과 같다. 이 하강관 배플의 배치는 칼럼의 각 트레이상에서 균일하다.

제 5 도에 도시한 바와 같이, 두 하강관 배플은 트레이 데크의 동일 부분으로 유체를 유도하며, 데크 부분의 형상과 하강관 출구 부분의 형상은 트레이상의 다른 부분상에서 동일한 증기 대 액체 유량비를 제공하도록 선택해야 한다.

제 6 도는 제 5 도의 트레이 실시예의 평면도이다. 이 도면은 이 트레이 실시예의 표면을 가로지르른 액체/거품 흐름을 도시하도록 제공된다. 이 도면에서는 이 액체가 트레이를 가로질러 하강관에 수직 방향으로 흐르는 트레이보다 긴 액체 저류 및 액체 유동 통로를 트레이 배치가 제공할 수 있음을 보여준다. 또, 본 발명의 이 실시예는 액체가 뒤섞이는 것을 방지하기 위해 트레이 데크의 표면으로부터 상방으로 연장되는 수직 중앙 배플(제 1 도의 배플(7))을 구비하고 있지 않음을 알 수 있다.

제 5 도 및 제 6 도는 또 두 하강관 사이의 중간 지점의 트레이 데크 상면에서 선택적인 액체 유동 유도 배플(16)이 제공되어 있음을 도시한다. 배플(16)은 두 하강관 배플(3, 3')으로부터 액체를 수용하는 트레이 데크의 부분상에 제공하는 것이 좋다. 배플은 그 주요 기능이 액체와 거품의 흐름을 트레이 데크를 가로질러 하강관의 타단쪽으로 변경시키는데 도움을 주도록 되어 있기 때문에 천공할 수도 있다. 배플(16)은 하강관(10)의 전체 길이에 걸쳐 연장되지만 관련 하강관의 길이의 절반과 같은 길이만큼만 하는 것이 좋다. 다시 말하지만, 이들 배플은 선택적인 것이다.

본 발명의 한 실시예는 단편적 추출 칼럼의 내부 용적에 존재하는 증기 액체 접촉 수단으로서 사용하는 장치에 있어서, 서로 격리된 복수개의 유사한 구조로 이루어지고 서로 상하 적층 배열되어 각 인접 트레이쌍 사이에 배치된 내부 트레이 용적을 제한하도록 한 단편 트레이와 지주의 제1 및 제 2 단부 사이의 트레이 내부 용적으로 축선방향으로 연장되는 편평 중앙 배플을 구비한 칼럼 내부 용적을 칼럼 하단부로부터 칼럼 상단부까지 연장되는 적어도 4개의 대칭이고 분리된 증기 유동 통로로 분리하는 수단을 포함하며, 각 트레이는 두 측벽과 두 단부벽을 갖고 트레이 양측에 상기 트레이 내부 용적으로 연장되는 적어도 두개의 홈통형 하강관 수단을 포함하고, 모든 트레이의 하강관 수단은 동일한 방향으로 서로 적층 배치되어 있고, 경사진 액체 편향 배플은 각 트레이의 하강관 출구 단부로부터 인접 하방 트레이의 정렬된 하강관 입구단까지 내부 트레이 용적에서 연장되며, 증기 편향 배플은 입구 상방 공간을 지나 인접 하방 트레이로 건너가고 인접 상방 하강관 출구로부터 하강하는 액체에 대해 입구를 밀폐하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 복수개의 본 발명의 트레이와 그 내부에 설치된 중앙 배플 및 하강관 배플을 갖는 밀폐된 원통 외부 용기를 구비한다. 전체 장치는 액체와 증기 기류가 접촉하도록 이송하는 통상의 부품과, 재열 보일러와 역류 시스템등의 다른 통상적 장비들을 구비한다.

본 발명의 트레는 메탄올 물 혼합물을 사용하여 검사하였다. 검사는 61cm 직경의 지주를 사용하여 수행하였다. 검사 목적은 각종 부하에서의 트레이 효율을 결정하는 것이었다. 결과를 이하의 표 1에 표시하였다. 이 표는 본 발명의 트레이가 종래의 다중 하강관 트레이나 종래의 다중 하강관 트레이의 변경에 보다 효율이 높음을 도시한다.

[표 1]

Claims (1)

1. 주위 형상이 원형이 증기·액체 접촉 트레이(2)에 있어서, 가) 각각이 두개의 대향 측벽(4)와 이 대향 측벽(4)보다 짧으며 트레이(2)의 평면에 수직으로 배치된 두 단부벽(6)으로 형성되고 개방된 입구와 액체 밀폐 가능한 출구 수단(19)를 가진 적어도 하나의 중앙 배치된 좁은 홈통형 하강관(10)과, 나) 하나는 트레이(2)가 하강관(10)보다 적어도 한개 이상 많은 증기·액체 접촉 데크(11)을 갖도록 각 하강관 측벽(4)에 인접하여 배치되어 있는 적어도 두개의 긴 증기·액체 접촉 데크(11)과, 다) 측벽(4)의 상단부(5)와 교차하며 관련 하강관(10)의 절반 길이와 같고 각 하강관(10)의 개방 입구를 가로지르며, 각 하강관(10)에 있어서 두개는 서로 다른 접촉 데크로 액체를 분배하도록 경사져 있는 두개의 경사진 하강관 배플을 구비한 수직주 하강관으로부터 트레이(2)상으로 액체를 유도하도록 수직 액체 유동 통로를 형성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기·액체 접촉 트레이.