KR20050030902A - 증기와 액체의 접촉트레이 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

증기와 액체의 접촉트레이 및 이를 사용하는 방법 Download PDF

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랄프에이치. 웨일랜드
찰스에이. 그리셀
마이클에이. 리세타리츠
조니비. 리터
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코크-글리취 엘피
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Abstract

본 발명은 개방된 내부영역을 형성하는 외피를 갖춘 물질전달용 칼럼(20)에 관한 것으로, 이 개방된 내부영역에는 번갈아 수직하게 떨어져 위치된 복귀접촉트레이(28)와 원심접촉트레이(26)가 있는 바, 복귀접촉트레이는 트레이데크의 표면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로(33)를 갖추고 있고, 적어도 하나의 중심다운커머(40)가 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖추고 있고, 회전유도부재가 이 중심다운커머(40)를 나가는 액체에 회전운동을 유도하도록 중심다운커머(40) 안에 위치될 수 있음과 더불어, 적어도 하나의 환상다운커머(36)가 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖추고 있다. 적어도 하나의 원심접촉트레이는 적어도 하나의 복귀접촉트레이가 인접한 원심접촉트레이 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 인접한 복귀접촉트레이 위에 위치되는 한편, 이 물질전달용 칼럼(20)은 추가로 하나의 지지링(64)이나 하나 이상의 배플(68) 또는 그 조합체를 구비하고 있다.

Description

증기와 액체의 접촉트레이 및 이를 사용하는 방법{Vapor-liquid contact trays and method employing same}
본 발명은 물질전달과 열교환용 칼럼(column)에 관한 것으로, 특히 이러한 칼럼에 사용되는 증기와 액체의 접촉트레이(tray)에 관한 것이다.
직립하고 원통형상을 가진 물질전달과 열교환용 칼럼에서 상승하는 증기흐름과 하강하는 액체흐름 사이의 접촉을 용이하게 하는 다양한 유형의 증기와 액체의 접촉트레이가 개발되어온 바, 이러한 트레이들은 통상 칼럼의 개방된 내부영역에 수평하게 뻗고서 수직하게 떨어져 놓여 있으며, 이들 트레이는 트레이데크(tray deck)의 상부면을 가로질러 흐르는 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 위쪽으로 관통하게 하는 개구부를 갖춘 접촉영역 또는 활성영역을 구비하고 있다. 상기 데크의 활성영역 위에서 일어나는 증기와 액체의 상호작용은 바람직한 물질전달 또는 열교환을 용이하게 하는 포말을 형성하고, 대부분의 트레이들은 상승하는 증기와 상호작용한 후의 액체를 트레이데크로부터 제거할 수 있으면서 다운커머(downcomer)로 불리우는 큰 개구부와 관련 구조물을 구비하고 있다. 액체는 다운커머를 통해 통상 아래에 놓인 트레이에 있고서 구멍이 없는 액체수용영역 또는 입구영역쪽 아래로 유도된다.
단일 경로의 교차흐름용 트레이로 알려진 증기와 액체의 접촉트레이에서, 입구영역은 전형적으로 트레이의 한쪽 끝에 위치되고, 이어서 액체가 아래에 놓인 트레이로 통과하기 위해 다운커머로 들어가는 트레이의 반대쪽 끝으로 트레이를 가로질러 흐르게 된다. 다중 경로의 트레이에서는 둘 이상의 다운커머가 적어도 일부 트레이에 구비되어서, 액체흐름이 반대방향으로 트레이를 가로질러 흐르는 둘 이상의 흐름으로 나뉘어진다.
전술된 유형의 교차흐름용 접촉트레이의 문제점은 액체가 트레이를 가로질러 입구영역에서 다운커머로 이동할 때 액체의 균일한 흐름을 확보하기가 어렵다는 것이다. 트레이가 원형으로 되어 있기 때문에, 트레이의 외주를 따라 이동하는 액체는 트레이의 중심을 따라 이동하는 액체보다 긴 거리를 이동한다. 그 결과, 흐름이 정체된 영역이 생기고, 증기와 액체의 상호작용과 효율이 감소되게 된다.
키텔(Kittel)의 미국 특허 제3,045,989호에 게재된 증기와 액체의 접촉트레이들은 번갈아 중심의 다운커머와 환상의 외부 다운커머를 사용하는 바, 이러한 다운커머의 배치에 따라 액체는 방사상으로 또는 중심에서 다른 트레이의 외주로 흐르는 나선형 흐름경로를 따라 흐르고, 다음으로 외주에서 나머지 트레이의 중심으로 흐르게 됨으로써, 액체의 흐름이 더욱 균일하게 되고 효율과 용량이 증대되게 된다. 키텔의 특허에 게재된 트레이는 다른 유형의 증기와 액체의 접촉트레이에 대해 상당한 진보성이 있지만, 추가적으로 향상되어야 할 점이 요구되었다.
도 1은 칼럼의 개방된 내부영역 안에 위치된 본 발명에 따른 접촉트레이를 수직단면으로 도시한 칼럼의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 2-2선에 따른 수평단면으로 원심접촉트레이를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 3-3선에 따라 원심접촉트레이에 있는 환상다운커머를 도시한 측단면도이다.
도 4는 도 1의 4-4선에 따른 수평단면으로 복귀접촉트레이를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 5-5선에 따라 복귀접촉트레이에 있는 중심다운커머를 도시한 측단면도이다.
도 6은 중심다운커머를 위에서 본 사시도이다.
도 7은 여러 구조물을 나타내기 위해 수직단면으로 도시한 칼럼의 측단면도이다.
한 양상에서, 본 발명은 개방된 내부영역을 형성하는 외피를 갖춘 물질전달용 칼럼에 관한 것으로, 이 개방된 내부영역에는 번갈아 수직하게 떨어져 위치된 복귀접촉트레이와 원심접촉트레이가 있다. 복귀접촉트레이는 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 갖추고 있다. 원심접촉트레이는 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 갖추고 있다. 적어도 하나의 중심다운커머가 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖추고 있다. 적어도 하나의 환상다운커머가 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖추고 있다. 한 실시예에서, 적어도 하나의 원심접촉트레이는 적어도 하나의 복귀접촉트레이가 인접한 원심접촉트레이 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 인접한 복귀접촉트레이 위에 위치된다. 트레이데크에 있는 증기통로는 밸브들, 미늘창, 체구멍들, 경사진 체구멍들, 또는 다른 유형의 증기통로로 이루어진다. 덧붙여, 밸브커버는 액체의 진입을 차단하도록 원심접촉트레이 및 복귀접촉트레이의 트레이데크들 중 하나 또는 모든 트레이데크의 평면에 대해 소정의 각도로 경사져 있다. 다른 실시예에서, 하나의 지지링이 복귀접촉트레이와 원심접촉트레이 모두를 지지하고 있다. 또 다른 실시예에서는, 하나 이상의 배플이 복귀접촉트레이 위에 위치되어 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하도록 되어 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 전술된 증기와 액체의 접촉트레이를 이용하여 물질전달용 칼럼에서 증기흐름과 액체흐름을 혼합하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 증기와 액체의 접촉트레이유니트에 관한 것이다.
본 발명은 명세서의 일부를 형성하는 첨부도면을 참조로 하여 설명되되, 도면들에서 유사한 참조부호는 유사한 부재를 나타낸다.
먼저 보다 상세히 도시된 도 1을 참조하면, 물질전달과 열교환 처리에 사용되기에 적당한 칼럼은 전체적으로 참조부호 20으로 표시되어 있다. 칼럼(20)은, 본 발명의 범주에 속하는 다각형을 포함한 다른 형태로 될 수 있지만, 전체적으로 원통형태의 직립한 외피(22)를 구비하고 있다. 이 외피(22)는 임의의 적당한 직경과 높이를 가지며, 바람직하기로 칼럼(20) 안에 있는 유체와 조건에 반응이 없거나 친화적인 하나 이상의 적당히 견고한 재료로 구성된다.
칼럼(20)은 전형적으로 액체 및 증기흐름인 유체흐름을 처리하는 데에 사용되는 유형으로서, 분류생성물을 얻거나 유체흐름들 사이의 물질전달 또는 열교환을 일으키게 한다. 칼럼(20)의 외피(22)는 유체흐름들 사이의 바람직한 물질전달 또는 열교환이 일어나는 개방된 내부영역(24)을 형성한다. 통상적으로, 상기 유체흐름은 하나 이상의 하강하는 액체흐름과 하나 이상의 상승하는 증기흐름으로 이루어진다, 선택적으로, 유체흐름은 액체흐름이나 가스흐름 및 액체흐름 모두로 될 수 있다.
유체흐름은 칼럼(20)의 높이를 따라 적당한 위치에 위치된 알맞은 수의 공급라인을 통해 칼럼(20)으로 유입될 수 있다. 하나 이상의 증기흐름은 공급라인들 중 하나를 통해 칼럼(20)으로 주입되기보다는 칼럼(20) 안에서 발생될 수 있다. 또한, 칼럼(20)은 전형적으로 증기생성물이나 부산물을 제거하기 위한 오버헤드라인(overhead line)과, 칼럼(20)에서 액체생성물이나 부산물을 제거하기 위한 바닥분지라인도 구비한다. 다양한 공급 및 제거라인 뿐만 아니라 환류라인, 리보일러(reboiler), 응축기, 베이퍼혼(vapor horn) 및, 이와 유사한 것들과 같이 통상 존재하는 다른 칼럼의 구성부품이 도면들에는 도시되어 있지 않은데, 이들은 사실상 종래의 것이고 본 발명을 이해하는데 필요한 것으로 생각되지 않기 때문이다.
수평으로 뻗은 다수의 제1 또는 원심접촉트레이(26)와 제2 또는 복귀접촉트레이(28)가 칼럼(20)의 개방된 내부영역(24)에서 번갈아 수직하게 떨어져 위치되어 있으며, 각각의 트레이(26,28)는 적당한 방식으로 함께 결합되는 다수의 개별적인 패널(32)로 구성되고서 수평하게 뻗은 트레이데크(30)를 구비한다. 바람직하기로, 원심접촉트레이(26)용 트레이데크(30)는 전체적으로 원형이거나, 도 2에 도시된 8각형과 같은 다각형상으로 될 수 있다. 또한, 복귀접촉트레이(28)용 트레이데크(30)는 전체적으로 원형으로 되어 도 4에 도시된 바와 같이 칼럼의 외피(22)의 형상과 밀접하게 일치될 수 있다. 각 트레이데크(30)는 이 트레이데크(30)의 상부면을 가로질러 흐르는 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크(30)를 통해 위로 통과하게 하는 다수의 증기통로(33)를 구비한다. 아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 이들 증기통로(33)는 나가는 증기가 미리 정해진 방향으로 흐르게 하여서, 트레이데크(30)를 가로질러 원하는 방향으로 액체를 밀어부치도록 구성되어 있다. 원심접촉트레이(26)인 경우에는 바람직하기로 증기가 접선방향의 흐름성분을 따라 나가게 되어서, 액체를 중심에서 바깥으로 트레이데크(30)의 외주쪽으로 소용돌이치게 한다. 복귀접촉트레이(28)에서는 바람직하기로 증기가 액체를 외주에서 방사상 안쪽으로 트레이데크(30)의 중심으로 밀어부친다.
도 2와 도 3 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 각 원심접촉트레이(26)는 중심에 원형 또는 다각형인 입구영역(34)과, 트레이데크(30)의 외주를 따라 형성된 환상다운커머(36)를 갖추고 있다. 도 4와 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 각 복귀접촉트레이(28)는 위에 놓인 원심접촉트레이(26)에서 뻗은 환상다운커머(36)의 아래에 놓이고서 통상 링형상으로 된 외부의 입구영역(38)과, 아래에 놓인 원심접촉트레이(26)의 입구영역(34) 위에 놓이는 중심다운커머(40)를 갖추고 있다. 이러한 구조로 인해, 액체는 최상단 원심접촉트레이(26)의 중심에 있는 입구영역(34)에서 바깥으로 흘러, 방사상 또는 나선형 흐름경로를 따라 트레이데크(30)를 가로질러서 환상다운커머(36)로 들어간다. 그 후에, 액체는 환상다운커머(36)를 통해 아래로 이동하여서, 아래에 놓인 복귀접촉트레이(28)의 링형상으로 된 입구영역(38)으로 방출되고, 방사상 안쪽으로 트레이데크(30)를 따라 중심다운커머(40)로 흐르게 된다. 이 중심다운커머(40)로 들어간 액체는 아래로 이동하여 아래에 놓인 원심접촉트레이(26)의 중심에 있는 입구영역(34)으로 방출되고, 계속해서 액체는 각각의 연속된 쌍으로 된 접촉트레이(26,28)에 대해 전술된 흐름경로를 따라 흐르게 된다.
접촉트레이(26,28)상에 있는 입구영역(34,38)은 바람직하기로 구멍이 없어서, 액체의 하향모멘텀으로 인하여 액체가 입구영역(34,38)을 통해 떨어지지 않게 된다. 액체가 떨어지는 것을 방지하는 다른 수단이 구멍이 없는 입구영역(34,38) 대신에 또는 이들과 조합되어 사용될 수 있다. 예컨대, 입구영역(34,38) 중 하나 또는 모두가 트레이데크(30)의 평면보다 높게 되어서, 증기가 높게 된 입구영역(34,38)의 아래에 놓인 트레이데크(30)의 영역을 통해 위로 흐르게 할 수 있다. 선택적으로, 입구영역(34,38) 중 하나 또는 모두가 트레이데크(30)의 평면보다 낮게 되어서, 웅덩이와 같은 오목부를 형성할 수 있다.
각각의 환상다운커머(36)는 트레이데크(30)의 외주로부터 아래로 수직하게 뻗은 입구벽(42)을 갖추고, 이 입구벽(42)은 단일한 원형벽으로 되거나, 다각형상 또는 다수의 평탄부나 만곡부로 형성된 다중분할된 형상으로 될 수 있다. 어떤 경우에는, 바람직하기로 입구벽(42)이 트레이데크(30)의 외부형상과 일치되면서, 칼럼의 외피(22)로부터 미리 정해진 거리만큼 안쪽으로 떨어져 있을 수 있다. 칼럼의 외피(22)와 입구벽(42) 사이의 수평한 공간부는 환상다운커머(36)에 대해 링형상으로 되거나 다중분할된 입구(44)를 형성한다.
하부스커트(46)가 입구벽(42)의 하부선단으로부터 아래로 뻗어 있고서 칼럼의 외피(22)쪽으로 경사져 있는데, 스커트(46)의 하부선단은 아래에 놓인 트레이데크(30)의 평면 위로 미리 정해진 수직방향 거리로 떨어져 있어 다운커머의 출구(48)를 형성한다. 이 스커트(46)는 하나의 평탄한 링으로 되거나, 연속 또는 불연속인 다수의 분할부로 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스커트(46)는 개별적인 분할부들로 형성되는데, 각각은 칼럼의 외피(22)쪽 바깥으로 구부려져 있어서, 각 분할부는 그 대향하는 끝부보다 그 중심부에서 외피(22)에 더 가깝게 된다. 칼럼의 외피(22)와 대부분 또는 모든 스커트(46)의 하부선단 사이의 수평한 공간부가 칼럼의 외피(22)와 입구벽(42) 사이의 수평한 공간부보다 작게 되는 한, 다른 형태로도 될 수 있다. 이러한 방식으로 스커트(46)를 구성하면, 작은 환형상의 영역이 환상다운커머(36)의 상부에서보다 하부에서 액체흐름을 위해 이용될 수 있게 된다. 환상다운커머(36)의 이 압축된 부분은 다운커머의 출구(48)에서 동적인 액체밀봉부를 용이하게 형성시켜, 증기가 환상다운커머(36)로 들어가는 것을 방지한다. 또한, 비교적 넓은 입구(44)로 인해 환상다운커머(36)로 들어가는 액체에서 이탈된 증기가 액체흐름과 간섭될 수 있는 환상다운커머(36)를 통해 이송되기보다는 위쪽으로 탈출할 수 있게 된다. 또, 환상다운커머(36)의 경사진 스커트(46)는 증기통로(33)의 배치에 대해 아래에 놓인 복귀접촉트레이상에 유용한 영역을 증대시키도록 작용하여서, 바람직한 증기와 액체의 상호작용과 포말의 형성이 일어나는 트레이데크(30)의 "활성영역"을 증대시키게 된다.
유사한 방식으로, 각 복귀접촉트레이(28)의 중심다운커머(40)는 트레이데크(30)의 평면에 입구(52)를 형성하고, 칼럼(20)의 중심축을 향해 안쪽으로 경사져 있어 아래쪽으로 좁아지는 액체통로를 형성하는 입구벽(50)을 갖추고 있다. 제조 또는 설치효율을 향상시키기 위해, 입구벽(50)은 바람직하기로 끝들이 서로 결합되고 이음매를 따라 연결된 평탄한 다중 패널로 형성되고서 거꾸로 된 원뿔대 형상을 갖고 있는데, 출구(54)는 아래에 놓인 트레이데크(30)와 입구벽(50)의 하부선단 사이에 있는 미리 정해진 수직한 공간부로 형성된다. 선택적으로, 원통형 또는 다른 구조의 수직한 스커트가 입구벽(50)의 하부선단으로부터 아래로 뻗어 출구(54)를 형성하거나, 입구(52)가 중심다운커머(40)의 하부 또는 중간부를 형성하는 경사진 벽을 갖춘 수직한 벽으로 형성될 수 있다. 환상다운커머(36)와 같이, 중심다운커머(40)의 구조는 증기의 이탈과 동적인 액체밀봉부의 형성을 용이하게 하면서, 아래에 놓인 원심접촉트레이(26)에 활성영역을 위한 유용한 공간을 증대시키게 된다. 이러한 목적을 성취하는 다른 다운커머의 형태도 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 범주내에 있게 된다.
각 원심접촉트레이(26)는 칼럼(20)의 중심축을 따라 위로 뻗은 중앙의 지지관(62)에 고정된 지지링(60)에 의해 지지되고, 비임 또는 다른 수단에 의해 그 하부끝이 지지된다. 각 환상다운커머(36)의 입구벽(42)과 스커트(46)는 바람직하기로 그 주위로 이격되고서 칼럼의 외피(22)에 용접되거나 다르게 고정된 고정용 바아(56)에 나사고정된다. 이 다운커머의 스커트(46)는 추가적으로 아래에 놓인 트레이데크(30)에 고정되고서 주위로 떨어져 있는 다수의 브래킷(58)으로 지지된다. 이들의 지지작용과 더불어, 브래킷(58)은 스커트(46)의 하부선단을 칼럼의 외피(22)와 트레이데크(30)로부터 소정의 간격을 두고 위치시키는 작용을 한다.
복귀접촉트레이(28)는 칼럼의 외피(22)의 내부면에 용접되거나 다르게 고정된 지지링(64)으로 각각 지지된다. 또한, 아래에 놓인 원심접촉트레이(26)의 트레이데크(30)상에 중심다운커머(40)를 지지하면서, 아래에 놓인 트레이데크(30)의 입구영역(34) 위로 소정의 간격을 두고 다운커머의 출구(54)를 위치시키는 데에 버팀쇠(66)가 이용된다. 추가로, 트레이데크의 패널(32)과 일체로 형성되거나 별도의 구조물로 된 지지비임(도시되지 않음)으로 접촉트레이(26,28)를 지지할 수 있다. 다양한 고정용 바아(56)와 브래킷(58) 및 버팀쇠(66)와 조합하여 지지관(62)에 지지링(60)을 사용함으로써, 각 쌍의 접촉트레이(26,28)를 지지하는 데에 칼럼의 외피(22)에 용접된 하나의 지지링(64)만 사용할 수 있게 되는 것이다. 지지관(62)의 지지링(60)이 칼럼(22)에 대한 지지링(64)의 용접부보다 훨씬 작은 둘레의 용접부를 갖기 때문에, 각 쌍의 접촉트레이(26,28)를 지지하는 데에 칼럼의 외피(22)에 부착된 하나의 지지링(64)만 사용함으로써 실질적으로 설치시간과 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1에서 잘 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 한 실시예에서 원심접촉트레이(26)는, 복귀접촉트레이(28)가 원심접촉트레이(26) 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 복귀접촉트레이(28) 위에 위치된다. 접촉트레이(26,28)의 이러한 배치는 원심접촉트레이(26) 위에서보다 큰 개방된 체적을 복귀접촉트레이(28) 위에 제공하여서, 복귀접촉트레이(28) 위에 있는 큰 포말높이를 수용하게 된다. 포말은 액체가 트레이의 외주로부터 방사상 안쪽으로 중심다운커머(40)로 흐를 때 좁아지는 흐름경로의 폭 때문에 복귀접촉트레이(28) 위에서 높은 높이로 형성된다. 접촉트레이들(26,28) 사이에 있는 수직한 공간부의 차이점은 특정한 용도에 맞춰 변경될 수 있다. 예컨대, 각 접촉트레이(26,28)의 아래와 위로 18인치 떨어져 있기보다는, 원심접촉트레이(26)가 복귀접촉트레이(28) 위로 22인치 떨어져 있을 수 있고, 차례로 이 복귀접촉트레이(28)는 다른 원심접촉트레이(26) 위로 14인치 떨어져 있을 수 있다. 복귀접촉트레이(28) 위로 더 멀리 떨어져 있게 되면, 칼럼(20) 안에 있는 접촉트레이들(26,28)의 수가 증가되지 않으며 칼럼 안에서 트레이들에 의해 점유되는 전체 면적이 증대되지 않고서, 효율과 용량의 증대가 이루어질 수 있다.
칼럼(20)의 효율과 용량은 원심접촉트레이(26) 또는 복귀접촉트레이(28) 위에서 여러 구조물을 이용함으로써 증대될 수도 있어, 액체에서 증기를 용이하게 분리하고 액체가 다운커머(36,40) 안으로 들어가는 것을 돕게 된다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이 하나 이상의 배플(68)이 하나 이상의 복귀접촉트레이(28) 위에 위치되어서, 액체가 중심다운커머(40) 위로 튀어오르는 것을 방지하거나 차단하고, 증기와 액체의 분리를 용이하게 하는 충돌면을 제공하게 된다. 이들 배플(68)은 최상단 원심접촉트레이(26)의 아래에서 중앙의 지지관(62)으로부터 방사상으로 뻗어 있는 다수의 수직판(69), 또는 중간의 원심접촉트레이(26)의 아래에서 지지관(62)을 둘러싸는 중앙 개구부를 갖추고서 거꾸로 된 원추형상부(70)와 같은 다양한 형태로 될 수 있다. 이 원추형상부(70)는 평탄하거나 만곡된 전향면(72)을 제공하고, 바람직하기로 둘 이상의 부분으로 조립될 수 있어서 지지관(62) 주위로 용이하게 설치된다. 도 7의 최하단 원심접촉트레이(26)의 아래에 도시된 다른 실시예에서는, 액체흐름의 방향으로 아래로 경사져 있어 액체를 상향흐름에서 하향흐름으로 방향을 바꾸게 하는 개별적인 포말수집판(74)의 형태로 배플(68)이 이루어진다. 이러한 포말수집판(74)은 증기만 또는 액체와 증기 모두에 삼투될 수 있거나, 액체나 증기로 삼투될 수 없다.
칼럼(20)의 성능은 전술된 키텔의 특허에 게재된 유형의 트레이에 사용된 종래의 익스펜디드 메탈(expanded metal)로 형성된 것과 다른 증기통로(33)를 이용함으로써 향상될 수 있다. 예컨대, 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이 증기통로(33)는 고정식 또는 이동식으로 되고서 트레이데크(30)를 가로질러 흐르는 액체를 원하는 방향으로 밀어부치도록 방위를 갖는 밸브(76) 또는 미늘창(도시되지 않음)으로 될 수 있다. 따라서, 원심접촉트레이에 있는 밸브(76) 또는 미늘창은 중심에 있는 입구영역(34)을 나가는 액체의 초기 방사상의 흐름방향에 대해 접선방향이나 소정의 다른 각도로 증기를 방출하도록 방위를 갖고 있다. 이와 같이 액체에 대해 접선방향으로 밀어부치면, 액체가 방사상의 흐름경로에서 나선형 흐름경로로 벗어나게 되는데, 이 나선형 흐름경로는 트레이데크(30)상에서 보다 긴 체류시간과, 더욱 완벽한 증기와의 상호작용을 제공할 뿐만 아니라, 액체에서 증기의 분리를 용이하게 하고 액체가 환상다운커머(36)로 들어가는 것을 용이하게 한다. 액체의 나선형 흐름경로가 바람직하지만, 밸브(76) 또는 미늘창의 특정한 방위가 필요하다면 방사상 또는 다른 흐름경로가 유지되거나 이루어질 수 있다. 원하는 방향으로 증기와 액체의 흐름을 유도하기 위해 경사지고 방사상으로 뻗은 블레이드가 밸브(76) 대신에 또는 이와 조합되어 이용될 수도 있다. 또한, 밸브(76)는 복귀접촉트레이(28)상에 위치될 수 있고, 바람직하기로 액체를 방사상 안쪽으로 밀어부치도록 방위를 가질 수 있다.
트레이데크(30)의 일부에서 밸브(76) 또는 미늘창에 의해 제공된 원하는 방향으로의 밀어부침은 트레이데크(30)의 다른 부분에 위치된 밸브(76) 또는 미늘창에 의한 것과 상이하게 될 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 입구영역(34)에 아주 가까이 놓인 밸브(76)는 방사상으로 흐르는 액체와 만나게 되고, 방사상에 가까운 총 증기흐름 벡터로 방위를 가질 필요가 있어서, 액체는 들어가지 않고 밸브(76)를 통해 아래로 떨어지게 된다. 입구영역(34)으로부터 더 멀리 떨어져 있는 밸브(76)들은 나선형의 액체흐름과 만나게 되고, 접선방향의 총 증기흐름 벡터로 방위를 갖는다. 도 2에는 단지 두 방위가 나타나 있지만, 추가적인 방위들이 이용될 수 있고 어떤 용도에는 바람직할 수 있다.
이용될 수 있는 밸브(76)들의 유형 중에서, 트레이데크(30)에는 VG0 및 VG9 밸브로 통상 알려진 고정식 밸브와 MV1 및 MV9 밸브로 통상 알려진 이동식 밸브가 각각 홀로 또는 조합되어 이용된다. 이들 유형의 밸브(76)는 액체가 밸브 안으로 들어가는 것을 방지하도록 넓은 상류다리를 이용하고 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 밸브커버가 트레이데크(30)의 평면에 대해 소정의 각도로 경사져 있을 수 있어 액체가 들어가는 것을 차단하고 보다 우수하게 액체를 원하는 방향으로 밀어부칠 수 있게 된다. 필요하면, 경사각도는 트레이데크(30)의 다른 영역마다 상이하게 될 수 있다. 입구영역(34)에 아주 가까운 영역에는 미늘창을 구비하고 나머지 영역에는 밸브(76)를 구비하는 것과 같이, 미늘창과 밸브(76)가 조합되어 사용될 수 있다. 체구멍, 바람직하기로는 경사진 체구멍들도 홀로 또는 전술된 미늘창 및 밸브(76)와 조합되어 사용될 수 있다.
다른 변형예에서, 중심다운커머(40) 또는 그 출구(54)에 회전유도부재를 위치시킴으로써 도 4의 중심다운커머(40)를 나오는 액체에 회전운동이 유도될 수 있다. 회전유도부재의 예로는 다운커머의 출구(54)에 있고서 방사상으로 뻗은 다수의 안내날개가 포함된다. 이 안내날개는 평탄하거나 만곡될 수 있는데, 적어도 일부 또는 모든 안내날개는 수직에 대해 소정의 각도로 뻗어 있다.
선택적으로, 위어(weir:78)가 입구(44)의 상류와 환상다운커머(36) 및 중심다운커머(40)에 각각 위치된다. 위어(78)는 다른 높이로 될 수 있는데, 환상다운커머(36)와 관련된 위어는 바람직하기로 중심다운커머(40)와 관련된 위어보다 높게 될 수 있다. 복귀접촉트레이(28)에서 액체흐름과 관련된 음(-)의 수리구배(hydraulic gradient) 때문에, 위어가 중심다운커머(40)와 함께 사용되지 않는 것이 전체적으로 바람직하다.
전술된 것으로부터, 본 발명은 구조물에 본래 있는 다른 장점들과 함께 전술된 모든 목적을 달성하도록 잘 적용된 것임을 알 수 있다.
임의의 형태와 조합이 실시될 수 있으며, 다른 형태와 조합에 관계없이 사용될 수 있는데, 이는 청구범위로 기대될 수 있으며 그 범주내에 있게 된다.
많은 실시예가 그 범주로부터 벗어남 없이 본 발명에 이루어질 수 있기 때문에, 여기에 설명되고 첨부도면에 도시된 모든 것은 제한하기 위한 것이 아니라 예로서 간주되어야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 개방된 내부영역을 형성하는 외피와;
    이 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 다수의 복귀접촉트레이;
    상기 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 다수의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머 및;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머;를 구비하되,
    상기 적어도 하나의 원심접촉트레이는 적어도 하나의 복귀접촉트레이가 인접한 원심접촉트레이 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 인접한 복귀접촉트레이 위에 위치되는 물질전달용 칼럼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증기통로는 밸브인 물질전달용 칼럼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 트레이데크를 가로질러 흐르는 액체를 원하는 방향으로 밀어부치도록 방위를 갖는 물질전달용 칼럼.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증기통로는 미늘창 또는 체구멍 중 하나인 물질전달용 칼럼.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중심다운커머를 나오는 액체에 회전운동을 유도하도록 중심다운커머에 회전유도부재를 추가로 구비하는 물질전달용 칼럼.
  6. 제2항에 있어서, 밸브커버는 액체가 들어가는 것을 차단하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 또는 복귀접촉트레이의 트레이데크 중 하나 또는 모두의 평면에 대해 소정의 각도로 경사져 있는 물질전달용 칼럼.
  7. 제1항에 있어서, 하나의 지지링이 한쌍의 접촉트레이를 지지하는 물질전달용 칼럼.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하도록 복귀접촉트레이 위에 위치된 하나 이상의 배플을 추가로 구비하는 물질전달용 칼럼.
  9. 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 다수의 복귀접촉트레이와;
    번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 다수의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머 및;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머;를 구비하되,
    상기 적어도 하나의 원심접촉트레이는 적어도 하나의 복귀접촉트레이가 인접한 원심접촉트레이 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 인접한 복귀접촉트레이 위에 위치되는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  10. 제9항에 있어서, 하나의 지지링이 한쌍의 접촉트레이를 지지하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하도록 복귀접촉트레이 위에 위치된 하나 이상의 배플을 추가로 구비하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  12. 다수의 증기통로와 함께 트레이데크를 갖춘 다수의 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이와 적어도 하나의 중심다운커머 및 적어도 하나의 환상다운커머를 구비한 물질전달용 칼럼에서,
    다수의 복귀접촉트레이와 원심접촉트레이를 번갈아 수직하게 떨어져 위치시키되, 적어도 하나의 원심접촉트레이는 적어도 하나의 복귀접촉트레이가 인접한 원심접촉트레이 위에 위치된 거리보다 긴 거리로 인접한 복귀접촉트레이 위에 위치되게 하는 단계와; 하나 이상의 중심다운커머의 입구로 액체흐름을 유도하는 단계; 하나 이상의 중심다운커머로부터 아래에 놓인 원심접촉트레이의 트레이데크로 모든 액체흐름을 방출하는 단계; 원심접촉트레이의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 원심접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 단계; 원심접촉트레이의 트레이데크를 가로질러 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계; 원심접촉트레이의 외주에서 하나 이상의 환상다운커머로 적어도 일부의 액체흐름을 유도하는 단계; 하나 이상의 환상다운커머로부터 복귀접촉트레이의 트레이데크로 상기 액체흐름 모두를 방출하는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 복귀접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크를 가로질러 복귀접촉트레이의 트레이데크의 적어도 하나의 개구부쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계 및; 아래에 놓인 원심접촉트레이와 복귀접촉트레이에서 상기 단계들을 되풀이하는 단계;를 포함하는 증기와 액체흐름의 혼합방법.
  13. 개방된 내부영역을 형성하는 외피와;
    이 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 복귀접촉트레이;
    상기 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머 및;
    상기 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하도록 복귀접촉트레이 위에 위치된 하나 이상의 배플;을 구비하는 물질전달용 칼럼.
  14. 제13항에 있어서, 상기 배플은 원추형상부인 물질전달용 칼럼.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배플은 만곡된 전향면을 구비하는 물질전달용 칼럼.
  16. 제13항에 있어서, 상기 배플은 개별적인 포말수집판을 구비하는 물질전달용 칼럼.
  17. 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 복귀접촉트레이와;
    번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머 및;
    상기 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하도록 복귀접촉트레이 위에 위치된 하나 이상의 배플;을 구비하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  18. 제17항에 있어서, 상기 배플은 원추형상부인 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  19. 제17항에 있어서, 상기 배플은 만곡된 전향면을 구비하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  20. 제17항에 있어서, 상기 배플은 개별적인 포말수집판을 구비하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  21. 다수의 증기통로와 함께 트레이데크를 갖춘 적어도 하나의 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이와 적어도 하나의 중심다운커머 및 적어도 하나의 환상다운커머를 구비한 물질전달용 칼럼에서,
    원심접촉트레이를 가로질러 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계와; 원심접촉트레이의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 원심접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 단계; 원심접촉트레이의 외주에서 하나 이상의 환상다운커머의 입구로 적어도 일부의 액체흐름을 유도하는 단계; 하나 이상의 환상다운커머로부터 복귀접촉트레이의 트레이데크로 상기 액체흐름 모두를 방출하는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크를 가로질러 복귀접촉트레이의 트레이데크의 적어도 하나의 개구부쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 복귀접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 한편, 하나 이상의 배플이 복귀접촉트레이 위에 위치되어 액체가 중심다운커머 위로 튀어오르는 것을 방지하는 단계; 하나 이상의 중심다운커머의 입구로 적어도 일부의 액체흐름을 유도하는 단계 및; 하나 이상의 중심다운커머로부터 상기 액체흐름 모두를 방출하는 단계;를 포함하는 증기와 액체흐름의 혼합방법.
  22. 개방된 내부영역을 형성하는 외피와;
    이 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 복귀접촉트레이;
    상기 개방된 내부영역에 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머 및;
    상기 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이 모두를 지지하도록 외피에 부착된 지지링;을 구비하는 물질전달용 칼럼.
  23. 번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 그 상부면으로부터 액체를 제거하는 적어도 하나의 개구부를 갖춘 트레이데크와, 이 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 복귀접촉트레이와;
    번갈아 수직하게 떨어져 위치되되, 상부면을 갖춘 트레이데크와, 외주 및, 상기 트레이데크의 상부면에서 액체와 상호작용하도록 증기가 트레이데크를 통해 위쪽으로 흐르게 하는 다수의 증기통로를 구비하는 적어도 하나의 원심접촉트레이;
    상기 복귀접촉트레이의 트레이데크에 있는 개구부에서 아래로 뻗어 있으며, 원심접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 원심접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 중심다운커머;
    상기 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주에서 아래로 뻗어 있으며, 복귀접촉트레이의 트레이데크로 액체를 공급하도록 복귀접촉트레이의 트레이데크 위로 이격되어 있는 하부출구를 갖춘 적어도 하나의 환상다운커머 및;
    상기 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이 모두를 지지하도록 칼럼의 외피에 부착된 지지링;을 구비하는 증기와 액체의 접촉트레이유니트.
  24. 다수의 증기통로와 함께 트레이데크를 갖춘 적어도 하나의 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이와 적어도 하나의 중심다운커머 및 적어도 하나의 환상다운커머를 구비한 물질전달용 칼럼에서,
    원심접촉트레이를 가로질러 원심접촉트레이의 트레이데크의 외주쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계와; 원심접촉트레이의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 원심접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 단계; 원심접촉트레이의 외주에서 하나 이상의 환상다운커머의 입구로 적어도 일부의 액체흐름을 유도하는 단계; 하나 이상의 환상다운커머로부터 복귀접촉트레이의 트레이데크로 상기 액체흐름 모두를 방출하되, 복귀접촉트레이 및 원심접촉트레이는 칼럼의 외피에 부착된 하나의 지지링으로 지지되는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크를 가로질러 복귀접촉트레이의 트레이데크의 적어도 하나의 개구부쪽으로 액체흐름을 흘려보내는 단계; 복귀접촉트레이의 트레이데크의 증기통로를 통해 증기흐름을 위쪽으로 통과시키되, 증기흐름이 복귀접촉트레이의 트레이데크의 표면에서 액체흐름과 상호작용하는 단계; 하나 이상의 중심다운커머의 입구로 적어도 일부의 액체흐름을 유도하는 단계 및; 하나 이상의 중심다운커머로부터 상기 액체흐름 모두를 방출하는 단계;를 포함하는 증기와 액체흐름의 혼합방법.
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