KR102593510B1 - 탄소 복합재료로 만들어진 스크린을 포함하는 분리 장치용 액체 분배기 - Google Patents

탄소 복합재료로 만들어진 스크린을 포함하는 분리 장치용 액체 분배기 Download PDF

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마틴 쿠셰르
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에스지엘 카본 에스이
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Abstract

물질 전달 칼럼, 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙 또는 증류를 위한 패킹 칼럼(packing column)과 같은 분리 장치용 액체 분배기로서, 상기 액체 분배기는 제트 형태의 액체 유출을 위한 2개 이상의 배출구(outlet openings)(28)를 갖는 하나 이상의 분배기 부재(18)를 포함하고, 상기 액체 분배기는 배출구(28) 앞에 배치되는 하나 이상의 스크린(30)을 추가로 포함하여 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 상기 하나 이상의 스크린의 표면에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되도록 하며, 상기 하나 이상의 스크린 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 탄소 복합재료, 바람직하게는 탄소섬유 강화 탄소로 만들어진다.

Description

탄소 복합재료로 만들어진 스크린을 포함하는 분리 장치용 액체 분배기
본 발명은 물질 전달 칼럼(mass transfer column)용, 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙(scrubbing) 또는 증류를 위한 패킹 칼럼(packing column)용과 같은 분리 장치용 액체 분배기, 이러한 액체 분배기를 포함하는 물질 전달을 위한 각각의 칼럼 및 이러한 분리 장치와 칼럼의 용도에 관한 것이다.
물질 전달 칼럼은 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙, 증류, 추출 등과 같은 다양한 공정에서 집중적인 기체-액체 또는 액체-액체 접촉에 사용된다. 증류 칼럼은, 예를 들어, 선택적 증발 및 응축에 의해 2종 이상의 물질을 포함하는 액체 혼합물로부터 특정 물질을 분리하도록 설계된다. 이를 위해, 증류 칼럼은 바닥에 보일러와 상부에 응축기를 포함하여 작동 중에 증기가 위로 상승하고 액체가 하강하여 기체-액체 접촉이 두 상 사이의 물질 전달에 영향을 줄 수 있도록 한다. 더 높은 비점을 갖는 물질은 액상에 농축될 것이고, 더 낮은 비점을 갖는 물질은 기상에 농축될 것이다. 집중적인 기체-액체 접촉을 달성하기 위해, 이러한 칼럼은 전형적으로 기체-액체 물질 전달을 최적화하기 위해 내부가 채워진다. 이러한 내부의 예는 트레이 및 패킹, 예를 들어, 랜덤 패킹 및 구조화된 패킹, 예컨대 특히 크로스 채널 구조를 갖는 패킹이다. 두 상 사이에서 최적의 물질 전달을 위한 필수 요건은 액체가 트레이 또는 패킹의 단면 각각에 균일하게 분포되어야 한다는 것이다. 더욱이, 패킹 칼럼, 즉 랜덤 또는 구조화된 패킹을 포함하는 칼럼은 접촉 영역 및 액상과 기상 사이의 접촉 시간을 최대화하기 위해 액체가 얇은 막으로서 패킹 표면에 유동하는 것이 특히 추가로 중요하다. 전술한 목적 모두를 위해, 일반적으로 액체 분배기는 패킹의 상부에 또는 각 패킹 층에 각각 제공된다.
이러한 액체 분배기는 여러 가지 주요 건축 설계에 이용할 수 있다. 이들 주요 설계 중 하나는 액체를 수집하기 위한, 예컨대 홈통(trough) 형태의 하나 이상의 분배기 부재를 포함하는 액체 분배기이며, 여기서 각 홈통은 2개 이상의, 즉 일반적으로 복수의 배출구(outlet openings)를 홈통 벽에 포함하고, 상기 배출구가 홈통 벽 내에 위치되어 액체 레벨 아래에 있게 되며, 이는 액체 분배기의 작동 동안 홈통 내부에서 조정된다. 따라서, 작동 동안 홈통에 수집된 액체는 제트 형태로 배출구를 통해 유출된다. 얇은 액체 막을 형성하기 위해, 특별히 형성된 안내 벽 형태의 하나 이상의 스크린이 배출구 앞 (또는 전방 각각)에 배치되고, 상기 스크린상의 부위에 작은 액적(liquid droplet)의 스플래쉬(splash) 형성을 적어도 실질적으로 피하기 위해 상기 스크린에 액체 제트가 특정 충격 각도로 충돌한다. 경향상, 이러한 스플래쉬를 방지하기 위해 액체가 스크린에 충돌하는 각도는 작아야 한다. 스크린 표면에 형성된 액체 막은 스크린 표면 아래로 스크린 하단으로 흘러 드립 에지(drip edge)를 형성하며, 이로부터 액체가 액적 형태로 스크린의 드립 에지 바로 아래에 위치된 패킹 또는 패킹층 표면 각각으로 떨어진다.
이들 스크린은 작동 동안 액체와 영구 접촉하기 때문에, 내화학성이 높고 부식성 매질과 함께 사용될 경우 특히 내식성이 높으며 충분히 높은 강성과 같은 높은 기계적 안정성을 갖는 재료로 만들어야 한다. 이러한 이유 때문에, 이러한 스크린은 일반적으로 금속, 특히 티타늄, 탄탈륨 또는 지르코니아로 만들어진다. 그러나 이들은 밀도가 높고 가격이 비싸기 때문에 이러한 재료로 만든 스크린은 비교할만하게 무겁고 비싸다. 또한, 이들 재료의 습윤성은 우수하지 않기 때문에, 그러한 재료로 만들어진 스크린상에 넓고 매끄러운 액체 막을 형성하는 것은 불가능하지는 않지만 어렵다. 균일하고 얇은 액체 막의 형성은 칼럼 내 낮은 액체 로딩, 예를 들어 5㎥/㎡·h 미만의 경우에 특히 어렵다. 그러나 스크린이 액체에 의해 더 잘 덮일수록 액체 분배기 아래에 배치된 패킹 상으로의 액체 분배는 더 좋기 때문에, 넓고 매끄러운 액체 막의 형성이 유리할 것이다. 금속 스크린을 메쉬(mesh)로 덮음으로써 이러한 스크린의 습윤성이 개선될 수 있음이 공지되어 있더라도, 이러한 메쉬는 사용할 경우 일반적으로 매우 비싸기 때문에 비용 증가로 이어진다. 또한, 금속으로 만들어진 스크린은, 예를 들어, 금속을 구부리거나 접거나 금속 조각을 함께 조립 및 결합함으로써 복잡한 형상으로 쉽고 저렴하게 성형될 수 없다. 그러나 최적화된 형태/형상을 위해 스크린 구성을 최적화하고 이에 따라 원하는 기능을 최적화하려면 복잡한 형태가 필요하다.
이를 고려하여, 본 발명의 근본적인 목적은 물질 전달 칼럼용, 특히 복수의 배출구를 각각 포함하는 하나 이상의 분배기 부재를 포함하고 상기 배출구 앞에 배치되는 하나 이상의 스크린을 추가로 포함하는 유형의 패킹 칼럼용 액체 분배기를 제공하는 것이고, 여기서 상기 액체 분배기 및 특히 스크린은 우수한 내화학성, 특히 우수한 내식성, 특히 우수한 강성과 같은 우수한 기계적 안정성 및 개선된 습윤성을 갖고, 상기 스크린은 비교할만하게 가볍고 비용 효율적이다. 또한, 상기 스크린은 상기 스크린을 복잡한 형상으로 쉽고 저렴하게 성형할 수 있는 재료로 만들어질 것이다.
상기 목적은 물질 전달 칼럼용, 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙 또는 증류를 위한 패킹 칼럼용과 같은 분리 장치용 액체 분배기를 제공함으로써 본 특허 출원에 따라 충족되며, 여기서 상기 액체 분배기는 다공 형태의 액체 유출을 위한 2개 이상의 배출구를 갖는 하나 이상의 분배기 부재를 포함하고, 상기 액체 분배기는 배출구 앞에 배치되는 하나 이상의 스크린을 추가로 포함하여 상기 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되도록 하며, 상기 하나 이상의 스크린 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 탄소 복합재료(carbon composite material)로 만들어진다.
탄소 복합재료는 본 발명의 의미에서 2종 이상의 구성 재료로 만들어진 재료를 나타내며, 여기서 상기 구성 재료 중 하나는 각각 플라스틱 또는 탄소의 매트릭스이고, 여기에 잔류 구성 재료(들)가 분산된다. 따라서 중요한 예는 각각 탄소 또는 플라스틱 매트릭스에 봉입된 섬유를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 및 섬유 강화 탄소, 예컨대 각각 탄소 또는 플라스틱 매트릭스에 봉입된 탄소섬유를 포함하는 탄소섬유 강화 플라스틱 및 탄소섬유 강화 탄소이다.
또한, 스크린은 본 발명의 의미에서, 예를 들어 물질 전달 칼럼의 액체 분배기에서 그 표면상에 충돌하는 액체 제트를 얇은 하향 유동성 액체 막으로 변형시키고 액체 막의 액체를 액체 분배기 아래에 위치한 물질 전달 부재, 예컨대 패킹으로 분배하는 기능을 수행하기에 적합한 임의의 부재를 나타낸다. 이러한 스크린은 때때로 기술 분야에서 스커트(skirt), 드레인 부재(drain element), 메쉬 또는 웨빙(webbing)으로 지칭된다.
이 해법은 특히 탄소섬유 강화 탄소와 같은 탄소 복합재료의 액체 분배기의 스크린을 생성함으로써 스크린 표면의 습윤성이 상당히 증가한다는 놀라운 발견에 기초한다. 이론에 구애됨이 없이, 이는 탄소 복합재료의 탄소 표면의 다공성과 조합된 탄소 표면의 화학적 성질 때문인 것으로 여겨진다. 스크린 표면의 이러한 우수한 습윤성은 스크린 표면상에 충돌하는 액체가 스크린 표면상에 넓고 매끄러운 액체 막을 형성함으로써 액체 분배기 아래의 물질 전달 칼럼에 배치된 패킹 상으로 액체의 균일한 액체 분배를 가능하게 한다. 또한, 이러한 재료로 만들어진 스크린은 우수한 내화학성 및 우수한 기계적 안정성, 특히 우수한 내식성 및 우수한 강성을 갖는다. 또한, 탄소 복합재료는 밀도가 현저히 낮고 티타늄, 탄탈륨 또는 지르코니아와 같은 금속보다 저렴하여, 본 발명에 따른 액체 분배기는 또한 가볍고 비용 효율적이다. 이것의 또 다른 장점은 금속을 구부리거나 접거나 금속 조각을 함께 조립하고 결합하는 것과 비교하여 탄소 복합재료를 금속에 비해 복잡한 형상으로 쉽고 저렴하게 성형할 수 있다는 것이다. 또한 복잡한 형상으로 최적화된 형태/형상을 위한 스크린 구성을 최적화하고 이에 따라 원하는 기능을 최적화할 수 있다. 이러한 모든 특성으로 인해, 본 발명에 따른 액체 분배기는 물질 전달 칼럼, 특히 복수의 배출구 각각을 포함하는 하나 이상의 분배기 부재를 포함하고 상기 배출구 앞에 배치된 하나 이상의 스크린을 추가로 포함하는 유형의 패킹 칼럼에 사용하기에 매우 적합하다.
본 발명에 따른 액체 분배기의 하나 이상의 스크린을 적어도 부분적으로 만드는 탄소 복합재료는 섬유 강화 플라스틱일 수 있다. 섬유 강화 플라스틱은 본 특허 출원의 의미에서 섬유가 플라스틱의 매트릭스, 예컨대 이 경우 바람직하게는 페놀 수지계 플라스틱에 봉입된 임의의 복합재료를 의미한다.
본 발명에 따른 액체 분배기의 하나 이상의 스크린을 적어도 부분적으로 만드는 탄소 복합재료가 섬유 강화 탄소인 경우, 기계적 특성, 특히 강성에 관한 특히 우수한 결과가 얻어진다. 특히 습윤성과 관련하여, 섬유 강화 탄소는 섬유 강화 플라스틱보다 현저히 더 우수한 결과를 나타낸다. 섬유 강화 탄소는 본 특허 출원의 의미에서 섬유가 각각 탄소 또는 흑연의 매트릭스에 봉입된 임의의 복합재료를 의미한다.
일반적으로, 본 발명은 섬유 강화 탄소 또는 섬유 강화 플라스틱의 섬유의 화학적 성질과 관련하여 제한되지 않는다. 예로서, 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 유기 섬유, 세라믹 섬유, 금속 코팅 섬유, 금속 섬유 및 이들의 조합이 있다. 상기 섬유는 직물과 같은 텍스타일 형태로, 특히 바람직하게는 여러 탄소 섬유 로빙(roving)으로 만들어진 단방향 직물 형태로 섬유 강화 탄소 또는 섬유 강화 플라스틱에 포함될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 액체 분배기의 하나 이상의 스크린을 적어도 부분적으로 만드는 탄소 복합재료가 탄소섬유 강화 탄소인 경우, 기계적 특성뿐만 아니라 습윤성과 관련하여 특히 우수한 결과가 얻어진다.
본 발명의 특정 바람직한 실시양태에 따르면, 액체 분배기의 하나 이상의 스크린은 탄소 복합재료, 더욱 바람직하게는 탄소섬유 강화 탄소로 구성되며, 즉 완전히 만들어진다. 이에 의해, 본 발명의 유리한 효과, 즉 특히 스크린 표면의 습윤성 개선, 스크린의 기계적 특성 뿐만 아니라 내화학성 및 내식성의 개선이 크게 달성된다.
동일한 이유 때문에, 액체 분배기가 하나 이상의 스크린을 포함하는 경우, 액체 분배기의 각각의 스크린은 적어도 부분적으로, 더욱 바람직하게는 완전히 탄소 복합재료로 만들어진 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 액체 분배기의 각각의 스크린은 탄소섬유 강화 탄소로 구성된다.
상기 하나 이상의 스크린 중 임의의 것은 밀폐형 또는 적어도 부분적으로 다공성인 고체일 수 있다. 선택적으로, 상기 하나 이상의 스크린 중 임의의 것은 채널 등과 같은 하나 이상의 표면 구조를 가질 수 있다.
스크린 표면의 습윤성을 원하는 범위로 조정하기 위해, 액체 분배기의 스크린(들)의 탄소 복합재료가 5 내지 30%의 다공률(porosity)을 갖는 것이 본 발명의 아이디어의 추가 개발에서 추가로 제안된다.
원칙적으로, 본 발명에 따른 액체 분배기는 제트 형태의 액체 유출을 위한 2개 이상의 배출구를 갖는 하나 이상의 분배기 부재를 포함하는 한 임의로 설계될 수 있고, 여기서 상기 액체 분배기는 배출구 앞에 배치되는 전술한 복합재료로 만들어진 하나 이상의 스크린을 추가로 포함하여 상기 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 상기 하나 이상의 스크린의 표면에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되도록 한다. 특히, 본 발명에 따른 액체 분배기는 패킹 칼럼, 즉 구조화된 패킹 또는 랜덤 패킹과 같은 하나 이상의 패킹을 포함하는 칼럼을 위해 설계될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 분배기 부재는 적어도 실질적으로 관형이거나 적어도 실질적으로 홈통형이고, 하나 이상의 스크린은 칼럼에서 상향으로 유동하는 가스 스트림에 대해 배출구를 차폐하도록 배치된다.
경향상, 본 발명은 액체 분배기의 작동 중에 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되는 것이 보장되는 한 상기 스크린의 배출구의 배향에 대해 제한되지 않는다. 최대 유출의 경우, 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면에 60° 미만, 바람직하게는 30° 미만, 더욱 바람직하게는 10° 미만의 각도로 충돌하도록 배출구 앞에 하나 이상의 스크린 배치되는 설계가 특히 적합하며, 여기서 상기 각도는 배출구를 통해 유출되는 액체 제트 방향과, 액체 제트가 충돌하는, 스크린 표면 지점에서의 접선 사이의 각도이다. 이는 스크린 상의 충격 부위에서 작은 액적의 스플래쉬 형성이 전혀 없는 또는 적어도 근본적으로 없는 균일하고 얇은 액체 막이 스크린 표면상에 형성되도록 보장한다.
액체 분배기의 스크린(들)상에 형성된 액체 막이 아래로 통과하여 액체 분배기 아래 부분의 단면에 걸쳐 균일하게 분포되도록 하기 위해 - 이는 패킹된 칼럼 내로의 조립 후일 것이다 - 본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에 따르면, 액체 분배기의 스크린(들)의 하단이 드립 에지로서 형성되는 것이 또한 제안된다. 이를 위해, 바람직하게는 하나 이상의 스크린 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 스크린 각각이 제트 평행 섹션(jet-parallel section)에서뿐만 아니라 수직 방향에서 S자형 곡선 형상을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 더 바람직하게는, S자형 곡선은 아래쪽으로 만곡되어 드립 에지가 스크린의 가장 낮은 지점에 형성된다. 선택적으로, 하부 드립 에지는 들쭉날쭉하거나(jagged) 또는 파형일 수 있어 물과 같이 응집력이 강한 액체가 드립 에지의 파형 또는 들쭉날쭉한 에지 팁에 모여서 떨어질 수 있다.
그러나 본 발명은 하나 이상의 스크린이 그 하단이 드립 에지로 형성될 것을 요구하지 않는다는 점을 주목해야 한다. 이는 본 발명에 사용된 스크린(들)이 습윤성이 우수한 탄소 복합재료로 만들어졌기 때문에 그 위에 충돌하는 액체 제트가 퍼지고 포물선 형태로 유지되어 액체가 넓은 막으로서 스크린 표면 아래로 흘러 넓은 액체 막이 액체 분배기 아래에 위치하는 트레이 또는 패킹의 단면 각각에 걸쳐 균일하게 분포된다는 사실에 기인한다. 이와 대조적으로, 금속으로 만들어진 종래의 스크린에 충돌하는 액체 제트는 확산된 후 재응집 또는 재결합하여 좁은 액체 스트림을 제공하는 경향이 있다.
또한, 상기 스크린은 스크린 표면상에 특정한 균일한 얇은 액체 막이 형성되도록 하기 위해 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면에 충돌하는 영역에서 대체로 일정한 곡률을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 특정한 균일한 얇은 액체 막이 스크린 표면상에 형성되는 것을 보장하기 위해, 하나 이상의 스크린이 배출구 앞에 배치되어 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면 상으로 본질적으로 접선 방향으로 충돌하는 것이 바람직하다.
원칙적으로, 액체 분배기의 분배기 부재는 티타늄, 탄탈륨 또는 지르코니아와 같은 금속 또는 플라스틱과 같은 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 그러나 비용 효율, 중량 감소, 우수한 내화학성과 내식성 및 기계적 안정성의 관점에서, 본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에 따라 액체 분배기의 분배기 부재가 탄소 복합재료, 바람직하게는 섬유 강화 탄소, 가장 바람직하게는 탄소섬유 강화 탄소로 만들어진 것도 제안된다.
본 발명의 추가의 측면은 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙 또는 증류를 위한 물질 전달용 칼럼으로서, 상기 칼럼은 하나 이상의 패킹 및 하나 이상의 전술한 액체 분배기를 포함한다.
이러한 패킹 칼럼에 있어서, 하나 이상의 분배기 부재는 관형 또는 홈통형이고, 하나 이상의 스크린은 상기 칼럼을 통해 상향으로 유동하는 가스 스트림에 대해 배출구를 차폐하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 바람직하게는 S자형 곡선의 스크린으로 달성되며, 여기서 상기 S자형 곡선은 아래쪽으로 만곡되고, 바람직하게는 상기 S자형 곡선은 액체 제트가 하나 이상의 스크린의 표면상에 충돌하는 영역에서 대체로 일정한 곡률을 갖는다.
바람직하게는, 상기 칼럼은 드립 에지를 포함하는 하나 이상의 스크린 각각을 갖는 2개 이상의 평행 분배기 부재를 포함하고, 상기 분배기 부재는 분배기 부재가 상기 칼럼에서 상향으로 유동하는 가스 스트림을 복수의 부분 스트림으로 세분하도록 배치되어 정체 영역이 분배기 부재 아래에 형성되도록 하고, 상기 스크린의 드립 에지가 정체 영역 내부에 배치된다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명은 물질 전달 칼럼용, 특히 흡수, 스트리핑, 스크러빙 또는 증류를 위한 패킹 칼럼용과 같은 분리 장치용 액체 분배기를 위한 스크린에 관한 것으로, 상기 스크린은, 상기 스크린이 제트 형태의 액체 유출을 위한 2개 이상의 배출구를 갖는 하나 이상의 분배기 부재를 추가로 포함하는 액체 분배기 내에 설치되고 상기 스크린이 배출구 앞에 배치되는 경우, 분배기 부재의 배출구를 통해 유출되는 액체 제트가 상기 스크린의 표면상에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되도록 설계되며, 상기 스크린은 적어도 부분적으로 탄소 복합재료로 만들어진다.
추가의 측면에 따르면, 본 발명은 흡수, 스트리핑, 스크러빙 또는 증류와 같은 분리 공정을 수행하기 위한 전술한 액체 분배기 또는 전술한 칼럼의 용도에 관한 것이다.
섬유 강화 플라스틱, 특히 탄소섬유 강화 탄소와 같은 탄소 복합재료의 우수한 내식성으로 인해, 본 발명에 따른 용도는 부식성 성분이 관련된 적용에 특히 적합하다.
또한, 섬유 강화 탄소, 특히 탄소섬유 강화 탄소와 같은 탄소 복합재료로 만들어진 스크린 표면의 우수한 습윤성으로 인해, 본 발명에 따른 용도는 비교할만한 낮은 액체 로딩의 분리 공정, 예컨대 20㎥/㎡·h 미만, 바람직하게는 10㎥/㎡·h 미만, 더욱 바람직하게는 14㎥/㎡·h 미만, 가장 바람직하게는 5㎥/㎡·h 미만의 액체 관개 밀도(liquid irrigation desities)를 이용한 분리 공정을 수행하기에 특히 적합하다. 관개 밀도는 칼럼의 단면에 대한 액체의 부피 유량으로 표현된다.
이어서, 본 특허 출원은 유리한 실시양태 및 첨부된 도면을 참조하여 예를 통해 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 패킹 및 액체 분배기를 포함하는 물질 전달 칼럼의 개략적인 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 물질 전달 칼럼의 스크린을 구비한 액체 분배기의 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 물질 전달 칼럼의 액체 분배기의 세부사항이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시양태에 따른 물질 전달 칼럼의 스크린을 구비한 액체 분배기의 개략적인 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시양태에 따라 탄소섬유 강화 탄소로 만들어진 스크린의 표면상에 워터 제트가 충돌하는 개략도이다.
도 5b는 종래 기술에 따라 금속으로 만들어진 스크린의 표면상에 워터 제트가 충돌하는 개략도이다.
도 1에 도시된 물질 전달 칼럼(10)은 패킹(12) 및 액체 분배기(14)를 포함한다. 액체 분배기(14)는 예비 분배기(16) 및 여러 분배기 부재(18)를 포함하고, 이들 각각은 도 2, 3a 및 4에 도시된 제트 형태의 액체 유출을 위한 복수의 배출구를 갖는다. 물질 전달 칼럼(10)의 작동 동안, 가스(20)는 물질 전달 칼럼(10)을 올라가고 분배기 부재(18) 주위를 통과하며 분배기 부재(18)에 의해 복수의 부분 가스 스트림(22', 22)으로 분할된다. 액체(24)가 공급 라인(26)을 통해 액체 분배기(14) 내로 공급되고 예비 분배기(16)를 통해 분배기 부재(18) 내로 안내된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 분배기 부재(18)는 홈통 형태이며, 그 하단에 배출구(28)가 제공되어 있다. 배출구(28) 앞에 스크린(30)이 배치되어 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트가 스크린(30)의 표면상에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막으로 변형되도록 한다. 본 발명에 따르면, 각각의 스크린(30)은 탄소 복합재료, 특히 탄소섬유 강화 탄소로 만들어진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스크린은 S자형 곡선 형태의 단면을 가지며, 상기 S자형 곡선은 아래쪽으로 만곡되고, 상기 S자형 곡선은 액체 제트가 스크린(30)의 표면상에 충돌하는 충돌 영역(32)에서 대체로 일정한 곡률을 갖는다. 스크린(30)은 나사(36)에 의해 상단(34)에서 분배기 부재(18)에 부착되고 하단은 드립 에지(38)로서 설계된다. 물질 전달 칼럼(10)의 작동 동안, 액체는 액체 제트의 형태로 배출구(28)로부터 유출되고, 충돌 영역(32)에서 스크린(30)의 표면상에 본질적으로 접선 방향으로 충돌하여 얇은 유동성 액체 막을 형성하여 스크린 아래로 드립 에지(38)로 유동한다. 드립 에지(38)에서 형성되는 액적 또는 세류(trickle)는 스크린(30)의 드립 에지(38) 바로 아래에 위치된 패킹(12)의 표면으로 떨어진다. 상기 곡률로 인해 액체 막은 상승 가스(20)에 의해 방해받지 않거나 조금만 방해받게 되는데, 그 이유는 가스(20)가 스크린(30)에 의해 스크린의 표면 아래로 유동하는 얇은 액체 막으로부터 멀어지도록 안내되기 때문이다. 그로 인해, 드립 에지(38)에 형성된 액적은 임의의 액적이 상승 가스(20)에 의해 운반되지 않고 또는 적어도 본질적으로 운반되지 않고 하부 패킹(12) 아래로 떨어진다.
도 3a는 분배기 부재(18)의 배출구(28) 주위의 영역을 보다 상세하게 도시한다. 보다 구체적으로, 배출구(28)는 벽(40)에 제공되며, 벽(40)은 수직부(46)에 대해 각도 α로 경사져 있다. 액체(24)는 배출구(28)를 통해 물질 전달 칼럼(10)의 작동 동안 유동하고 액체 제트(46)를 형성하며, 이는 스크린(30)의 표면상의 충돌 영역(32)에 충돌 각도 β로 충돌하여 얇은 유동성 액체 막(48)을 형성한다. 충돌시, 소량의 미세한 액적(50)이 스플래쉬로서 형성된다. 충격 각이 작을수록 형성되는 액적(50)의 양이 적어진다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 형성된 액체 막(48)은 스크린(30)의 표면 아래로 드립 에지(38)로 유동하고, 여기서 액적(52)이 형성되어 스크린(30)의 드립 에지(38) 바로 아래에 위치된 패킹(12)의 표면으로 떨어지게 된다.
도 4에 도시된 스크린(30)을 갖는 액체 분배기(18)는 도 4에 도시된 실시양태의 스크린(30)을 갖는 액체 분배기(18)가 2개의 스커트(54, 54')를 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 것과 유사하다. 제1 스커트(54)는 스크린(30)에 부착되는 반면, 제2 스커트(54')는 액체 분배기(18)에 부착된다. 두 스커트(54, 54')는 유리하게 가스의 스트림(20)에 영향을 줄 수 있는데, 즉 정체 영역(56)이 분배기 부재(18) 아래에 형성되도록 하고, 스크린(30)의 드립 에지(38)가 정체 영역 내부에 배치된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 분배기에 사용되는 탄소 복합재료로 만들어진 스크린은 스크린 표면에 충돌하는 액체 제트가 스크린 표면상에 넓고 매끄러운 액체 막을 형성하도록 하는 우수한 습윤성을 갖는다. 이것은 도 5a에 도시되어 있는데, 여기서 워터 제트(46)가 본 발명의 일 실시양태에 따라 스크린(30)을 모방하는 탄소섬유 강화 탄소로 만들어진 판의 표면상에 충돌한다. 도시된 바와 같이, 스크린상에 충돌하는 워터 제트(46)는 퍼지고 포물선 형태로 유지되어 액체가 넓은 수막(48)으로서 스크린 표면 아래로 유동하도록 한다.
이와 대조적으로, 금속으로 만들어진 종래의 스크린에 충돌하는 액체 제트는 확산된 다음 재응집 또는 재결합하여 좁은 액체 스트림을 제공하는 경향이 있다. 이것은 도 5b에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 워터 제트(46)가 종래 기술에 따라 스크린을 모방하는 금속으로 만들어진 판의 표면상에 충돌한다. 도시된 바와 같이, 스크린상에 충돌하는 워터 제트(46)는 확산된 다음 각각 재응집 또는 재결합하여 좁은 액체 스트림(48)을 제공한다.
참조 번호 목록
10 물질 전달 칼럼
12 패킹
14 액체 분배기
16 예비 분배기
18 분배기 부재
20 가스
22, 22' 가스 부분 스트림
24 액체
26 공급 라인
28 배출구
30 스크린
32 충돌 영역
34 스크린 상단
36 나사
38 드립 에지
40 분배기 부재 벽
42 수직부
46 액체 제트
48 액체 막
50 액적/스플래쉬
52 에지 드립에 형성된 액적
54, 54' 스커트
56 정체 영역
α 벽과 수직부 사이의 각도
β 충돌 각도

Claims (15)

  1. 물질 전달 칼럼(mass transfer column)(10)용 또는 분리 장치용 액체 분배기(14)로서, 상기 액체 분배기(14)는 제트(46) 형태의 액체(24) 유출을 위한 2개 이상의 배출구(outlet openings)(28)를 갖는 하나 이상의 분배기 부재(18)를 포함하고, 상기 액체 분배기(14)는 배출구(28) 앞에 배치되는 하나 이상의 스크린(30)을 추가로 포함하여 분배기 부재(18)의 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트(46)가 하나 이상의 스크린(30)의 표면에 충돌하고 그 위에서 얇은 유동성 액체 막(48)으로 변형되도록 하며, 상기 하나 이상의 스크린(30) 중 하나 이상은 섬유 강화 탄소로 만들어지는 액체 분배기(14).
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유 강화 탄소가 탄소섬유 강화 탄소인 액체 분배기(14).
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크린(30) 중 하나 이상이 섬유 강화 탄소로 구성되는 액체 분배기(14).
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크린(30)은 모두 섬유 강화 탄소로 만들어지는 액체 분배기(14).
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유 강화 탄소가 5 내지 30%의 다공률(porosity)을 갖는 액체 분배기(14).
  6. 제1항에 있어서, 패킹 칼럼(10)용으로 설계되고, 하나 이상의 분배기 부재(18)는 관형 또는 홈통형(trough-like)이며, 하나 이상의 스크린(30)은 상향으로 유동하는 가스 스트림(20)에 대해 배출구를 차폐하도록 배치되는 액체 분배기(14).
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크린(30)은 배출구(28) 앞에 배치되어 액체가 최대로 유출되는 경우에 분배기 부재(18)의 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트(46)가 하나 이상의 스크린(30)의 표면에 60° 미만의 각도로 충돌하도록 하고, 여기서 상기 각도는 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트(46)의 방향과, 액체 제트(46)가 충돌하는, 스크린(30)의 표면 지점에서의 접선 사이의 각도인 액체 분배기(14).
  8. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크린(30) 중 하나 이상은 제트 평행 섹션(jet-parallel section)에서뿐만 아니라 수직 방향에서 S자형 곡선의 형상을 갖고, 여기서 상기 S자형 곡선은 액체 제트(46)가 하나 이상의 스크린(30)의 표면에 충돌하는 영역(32)에서 일정한 곡률을 갖는 액체 분배기(14).
  9. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 스크린(30)은 배출구(28) 앞에 배치되어 분배기 부재(18)의 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트(46)가 상기 하나 이상의 스크린(30)의 표면에 본질적으로 접선 방향으로 충돌하도록 하는 액체 분배기(14).
  10. 제1항에 있어서, 상기 분배기 부재(18)는 금속 또는 플라스틱으로 만들어지거나, 또는 상기 분배기 부재(18)는 섬유 강화 탄소로 만들어지는 액체 분배기(14).
  11. 물질 전달용 칼럼(10)으로서, 상기 칼럼(10)은 하나 이상의 패킹 및 제1항에 따른 하나 이상의 액체 분배기(14)를 포함하고, 하나 이상의 스크린(30)이 칼럼(10)을 통해 상향으로 유동하는 가스 스트림(20)에 대하여 배출구(28)를 차폐하도록 배치되는 칼럼(10).
  12. 제11항에 있어서, 드립 에지(drip edge)(38)를 포함하는 하나 이상의 스크린(30) 각각을 갖는 2개 이상의 평행 분배기 부재(18)를 포함하고, 상기 분배기 부재(18)는 분배기 부재(18)가 상기 칼럼에서 상향으로 유동하는 가스 스트림(20)을 복수의 부분 스트림(22, 22')으로 세분하도록 배치되어 정체 영역(56)이 분배기 부재(18) 아래에 형성되도록 하고, 상기 스크린(30)의 드립 에지(38)가 정체 영역(56) 내부에 배치되는 칼럼(10).
  13. 물질 전달 칼럼(10)용 또는 분리 장치용 액체 분배기(14)를 위한 스크린(30)으로서, 상기 스크린(30)은, 상기 스크린이 제트(46) 형태의 액체(24) 유출을 위한 2개 이상의 배출구(28)를 갖는 하나 이상의 분배기 부재(18)를 추가로 포함하는 액체 분배기(14) 내에 설치되고 상기 스크린이 배출구(28) 앞에 배치되는 경우, 분배기 부재(18)의 배출구(28)를 통해 유출되는 액체 제트(46)가 상기 스크린(30)의 표면에 충돌하고 그 위에서 유동성 액체 막(48)으로 변형되도록 설계되며, 상기 스크린(30)은 섬유 강화 탄소로 만들어지는 스크린(30).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114504931B (zh) * 2020-11-16 2023-06-13 中国石油化工股份有限公司 硫化氢吸收装置及吸收方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003313082A (ja) * 2002-02-20 2003-11-06 Honda Motor Co Ltd 打抜き加工用炭素−炭素複合板および湿式多板クラッチ用摩擦板の製造方法
US20070194471A1 (en) * 2003-09-17 2007-08-23 Tadayoshi Nagaoka Reactor with packing mean

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54135665A (en) * 1978-04-12 1979-10-22 Nitsupou Kagaku Kk Rectifier for packing column
DE3346857A1 (de) * 1983-12-23 1985-07-04 Paul Rauschert Gmbh & Co Kg, 8644 Pressig Fluessigkeitsverteiler fuer stoffaustauschkolonnen
EP0328786A1 (en) * 1988-02-15 1989-08-23 Dow Chemical (Nederland) B.V. Splash plate liquid distributor
US4994210A (en) * 1990-03-01 1991-02-19 Koch Engineering Company, Inc. High efficiency distributor for gas-liquid contact column and method of preparation and use
JPH11508817A (ja) * 1995-07-08 1999-08-03 ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト 物質交換塔中で使用するための規則的配列構造を有する圧力損失の少ない織物充填物又は織物類似の充填物及びこの充填物の使用下での精留方法
JP4163270B2 (ja) * 1997-03-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 湿式摩擦クラッチ用ｃ／ｃコンポジット製クラッチディスクおよびその製造方法
ES2237070T3 (es) * 1998-11-30 2005-07-16 Sulzer Chemtech Ag Columna a contracorriente con distribuidor de liquido.
DE59911838D1 (de) * 1998-11-30 2005-05-04 Sulzer Chemtech Ag Winterthur Flüssigkeitsverteiler für Packungskolonnen
EP1005889B1 (de) * 1998-11-30 2005-03-30 Sulzer Chemtech AG Flüssigkeitsverteiler für Packungskolonnen
CA2338215C (en) * 2000-05-08 2004-09-14 Sulzer Chemtech Ag Guide member for a liquid jet to be deflected
EP1464370A1 (de) * 2003-03-17 2004-10-06 Sulzer Chemtech AG Feinverteiler für eine Flüssigkeit
JP2005060497A (ja) * 2003-08-11 2005-03-10 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 滑雪氷性部材及びその製造方法
FR2892644B1 (fr) * 2005-10-28 2008-02-08 Snecma Propulsion Solide Sa Structure de garnissage pour colonne d'echange de fluides
JP4505422B2 (ja) 2006-03-09 2010-07-21 新日本製鐵株式会社 矩形シャフト型熱分解装置
CN101190406A (zh) * 2006-11-29 2008-06-04 Snecma固体燃料推进器公司 用于流体交换柱的填充结构
CN104383789B (zh) 2014-09-26 2017-02-01 大同宇林德石墨设备股份有限公司 碳纤维增强石墨的工业尾气处理成套设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003313082A (ja) * 2002-02-20 2003-11-06 Honda Motor Co Ltd 打抜き加工用炭素−炭素複合板および湿式多板クラッチ用摩擦板の製造方法
US20070194471A1 (en) * 2003-09-17 2007-08-23 Tadayoshi Nagaoka Reactor with packing mean

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Publication number Publication date
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