KR20020009969A - 적층된 분류 트레이를 구비하는 분류 칼럼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발성 화합물의 분리용 분류 칼럼에 사용하기 위한 장치에 관한 것으로, 수직방향으로 인접한 분류 트레이의 소그룹을 하나의 트레이는 다른 하나와 적층되며, 각각의 상부 트레이는 후속하는 하부 트레이에 의해 지지되어 있다. 본 발명은 칼럼의 분류 트레이가 2개 또는 그 이상의 트레이로 분리되어 있고, 트레이 그룹중 최하부의 트레이만이 링이나, 또는 칼럼의 벽에 물리적으로 고정된 다른 지지부에 의해 지지되어 있다. 본 발명의 일실시예는 분별 증류를 위한 장치는 상단부 및 하단부와 원통형의 내측면을 구비하는 폐쇄된 원통형의 칼럼과, 유사하게 설계된 상부의 제1 및 하부의 제2 분류 트레이를 포함하며, 상기 분류 트레이는 천공된 덱킹에 의해 형성된 증기-액체 접촉 영역으로부터 멀어지게 연장하는 측벽을 구비하는 하강관을 포함하며, 상기 상부의 제1 트레이는 상기 하부의 제2 트레이에 의해 칼럼 내부의 정위치에 지지되며, 상기 하부의 제2 트레이는 외측 칼럼에 고정된 지지부에 의해 지지되어 있다.

Description

적층된 분류 트레이를 구비하는 분류 칼럼{FRACTIONATION COLUMN CONTAINING STACKED FRACTIONATION TRAYS}

본 발명은 트레이 번들(bundle)을 형성하기 위해 유사한 구조의 2개 또는 그 이상의 분류 트레이를 서로 쌓아올려 이루어지고, 증류 칼럼에 사용되는 구조체에 관한 것이다.

분류 트레이는 분류 칼럼에서 행해지는 여러 단계의 증기-액체 접촉을 향상시키기 위해 석유 화학 및 석유 정유 산업에서 널리 사용되어 왔다. 분류 칼럼의통상적인 구조는 약 10 내지 120 개의 트레이들로 이루어져 있다. 칼럼내의 트레이들의 구조는 통상 동일하다. 트레이는 균일한 수직 거리에서 수평으로 장착되는데, 이를 칼럼의 트레이 공간으로 언급한다. 상기 수직 거리는 칼럼의 상이한 부분에서 변할 수 있지만 통상 일정한 것으로 간주된다. 트레이는 칼럼의 내측면에 용접 혹은 볼트 체결된 링에 의해 지지되어 있다. 때때로, 칼럼내에 설치된 트레이의 수 및 타입을 소망하는대로 또는 필요에 따라 변화시켜 지지링을 상이한 높이로 이동시키는 것이 요구될 경우도 있다.

분류 트레이는 오래전부터 그리고 광범위하게 사용되어 왔기 때문에, 트레이의 디자인과 이것을 칼럼에 지지하는 방법이 다양하게 연구 개발되어 왔다. 증류 트레이의 예로는 더블유 브루케트(W. Bruckert) 명의의 미국 특허 제3,410,540호에 도시된 복합 하강관을 들 수 있다. 이 특허에는 본 발명의 장치에 사용될 수 있도록 양호하게 설계된 박스 모양의 하강관 구조체가 개시되어 있고, 또 하강관의 바닥에 설치된 액체 밀봉 배출구 수단의 여러 변형 가능한 기계적 장치에 대해 설명하고 있다. 에이.티.리(A.T.Lee) 등에게 허여된 미국 특허 제5,547,617호의 도 2, 도 3 및 도 5는 트레이를 가로질러 분포된 평행한 직사각형의 하강관을 구비하는 분류 트레이의 구성 요소의 변형례를 도시하고 있다. 이 특허는, 또한 칼럼의 벽에 각각의 트레이를 고정시키기 위해 사용하는 지지 수단을 상세히 도시하고 있다.

칼럼에 트레이를 설치하기 위한 방법의 일례가 1991년 10월 발간된 하이드로카본 프로세싱(Hydrocarbon Processing) 문헌에 상세히 기재되어 있다. 상기 문헌에서 설명된 구조적 특징은 트레이를 지지하기 위해 칼럼의 측벽에 고정된 장착 링을 사용하는 것을 포함한다. 이 문헌에서는, 하나의 트레이를 고정하기 위한 장착 링이 칼럼의 벽에 고정되기 보다는 다른 링에 의해 어떻게 지지되는가에 대해 설명하고 있다. 이러한 장치는 칼럼의 벽에 새로운 지지링을 고정하지 않고 칼럼내에 트레이의 수를 증가시키고자 할 때 사용할 수 있다.

시판되고 있는 증류 장치의 한 가지 타입은, 비교적 직경이 작고 낮은 유량의 칼럼에 통상 설치되는 "카트리지" 혹은 "패키지" 트레이 시스템이 있다. 이러한 시스템의 일례가 아이.이. 너터(I.E. Nutter)에 허여된 미국 특허 제3,179,389호에 도시되어 있다. 이 트레이들은 확장 로드와 공간 튜브에 의해 서로 유지된 상태로 그룹으로 조립되어 있고, 또 미리 조립된 트레이 그룹은 칼럼의 상부에 설치된다. 첫 번째 그룹은 제1 트레이 아래에 배치된 지지부상에 놓이고, 다른 그룹은 이것의 최저 그룹 위에 놓인다. 트레이들은 서로에 대해 직접 안착되지 않는다. 트레이의 주위는 고무 혹은 중합체 재료로 이루어진 개스킷에 의해 칼럼 벽의 내측면에 대해 밀봉되어 있다. 이러한 시스템의 상세한 구조적 사양은 너터 엔지니어링(Netter Engineering)에서 만든 설명서 PT-1에 기재되어 있다.

알.제이. 밀러(R.J. Miller) 등에 허여된 미국 특허 제5,244,604호에는 수개의 복합 하강관 분류 트레이를 포함하는 분류 칼럼이 개시되어 있다. 상부 트레이의 하강관의 하부 연부는 바로 아래의 하강관의 유입부의 상부 연부에 고정되어 있다. 그러나, 이러한 연결은 액체 유동을 하방으로 안내하고 후속하는 하부 트레이의 하강관으로 액체가 유동하는 것을 방지하기 위해 독립적으로 이루어진다. 이 연결은 각각의 트레이를 위해 마련된 지지링(8)에 의해 도시된 바와 같이 상부 트레이를 지지하지 않는다.

엠.알. 레세타리츠(M.R. Resetarits) 등에 허여된 미국 특허 제5,382,390호에는 하강관 내부에 센터링되어 있고, 또 후속하는 상부 트레이를 향해 상방향으로 연장하는 성모양의 맞물림 해제 플레이트 혹은 "안티점프(antijump)" 배플이 도시되어 있다(도 20 참조). 상기 배플은 이것을 더 경화시키기 위해 하강관에 고정될 수 있는 것으로 설명되어 있지만, 상기 특허는 배플의 상부와 하강관의 바닥 사이의 분리에 관해 개시하고 있다.

엠.알.레세타리츠(M.R. Resetarits) 등에 허여된 미국 특허 제5,407,605호는 평탄한 덱킹 영역에 의해 분리된 V자형 하강관의 사용을 포함하는 복합 하강관 분류 트레이에 사용될 수 있는 평행한 하강관의 변형된 구조를 도시하고 있다.

본 발명은 휘발성 화합물의 분리용 분류 칼럼에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 특징은, 수직방향으로 인접한 분류 트레이의 소그룹에서 하나의 트레이를 다른 하나에 적층시키는데 있으며, 각각의 상부 트레이가 후속하는 하부 트레이에 의해 지지되어 있다. 상부 트레이의 하강관은 양호하게는 하부 트레이 상에 놓여 있다. 이로 인해, 제작 및 특별한 칼럼의 개조에 소요되는 시간을 단축할 수 있고, 또 전체의 시스템 및 설비를 위한 비용 감소를 가져올 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 칼럼의 분류 트레이가 2개 또는 그 이상의 트레이로 분리되어 있고, 트레이 그룹중 최하부의 트레이만이 링이나, 또는 칼럼의 벽에 물리적으로 고정된 다른 지지부에 의해 지지되어 있다는 데 특징이 있다. 트레이 그룹의상부 트레이는 최하부의 트레이상에 놓여 있다. 본 발명의 두 번째 특징은 상부 분류 트레이의 상부 연부와 주위 칼럼의 내측면 사이에 작지만 상당히 원반 모양의 간극을 의도적으로 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시예는 분별 증류를 위한 장치에 특징이 있으며, 이 장치는 상단부 및 하단부와 원통형의 내측면을 구비하는 폐쇄된 원통형의 칼럼과, 유사하게 설계된 상부의 제1 분류 트레이 및 하부의 제2 분류 트레이를 포함하며, 상기 분류 트레이는 천공된 덱킹에 의해 형성된 증기-액체 접촉 영역으로부터 멀어지게 연장하는 측벽을 구비하는 하강관을 포함하며, 상기 상부의 제1 트레이는 상기 하부의 제2 트레이에 의해 칼럼 내부의 정위치에 지지되며, 상기 하부의 제2 트레이는 외측 칼럼에 고정된 지지부에 의해 지지되어 있다.

분류 칼럼은 석유 정유, 석유 화학 및 화학 산업에서 다양한 종류의 화합물을 분리하기 위해 사용된다. 이러한 칼럼은, 예컨대 물을 포함하는 오염 물질을 탄화수소로부터 제거하는 부탄 및 펜탄의 분리 등의 각종 파라핀 탄화수소의 분리에 사용되고, 또 크실렌에서 톨루엔을 분리하는 등의 각종 알킬 방향족 탄화수소의 분리에 사용된다. 또한, 분류 트레이는, 에테르 혹은 알콜 등의 산화물을 탄화수소로부터의 분리, 할로겐화 화합물, 플루오르화 탄소 및 기본 가스 등의 무기 화합물의 분리, 그리고 수많은 종류의 분리에 사용된다. 따라서, 분류 칼럼 및 분류 트레이는 각종 산업 분야에서 특히 유용하게 사용된다.

분별 증류 처리 중에, 칼럼의 바닥에서 발생한 증기는 트레이의 덱킹 영역, 즉 소정량의 액체를 지지하는 영역에 걸쳐 분포된 수많은 소형 천공부를 통해 상승한다. 증기가 액체를 통과함으로써 기포 층이 발생되는데, 이를 거품(froth)이라 한다. 거품 표면적의 증가는, 트레이상의 증기상과 액체상 사이의 화합물 조성간의 평형을 신속히 달성하도록 돕는다. 액체내의 낮은 휘발성의 화합물은 각 트레이를 하강시킴에 따라 그 농도가 증가한다. 액체는 거품에서 분리되어 후속하는 하부 트레이를 향해 하방향으로 이동한다. 따라서, 트레이는 상승하는 증기를 액체와 접촉시킨 다음 2상을 분리하여 각기 다른 방향으로의 유동을 허용하는 두 가지 기능을 수행한다. 이들 단계가 적절한 회수 만큼 실행되었을 때, 그 프로세스는 상대적인 휘발성에 기초하여 고효율적인 화합물의 분리를 행할 수 있게 된다.

분류 칼럼은 칼럼의 용량 혹은 분리 효율을 증가시키기 위해 종종 개량된다. 만약, 칼럼이 분류 트레이를 포함하고 있는 경우, 이러한 개량을 위해 통상 분류 트레이 시스템의 변형을 필요로 한다. 이러한 변형은 완전히 상이한 타입의 분류 트레이를 설치하거나 분류 트레이의 수를 달리하거나, 또는 이들의 조합, 즉 분류 트레이의 타입을 달리하고 그 수를 증가시켜 칼럼에 설치함으로써 이루어질 수 있다.

어떤 상황에서는, 이러한 분류 칼럼의 개량은 짧은 소요 시간내에서 그리고 칼럼의 제한적인 공간내에서 이루어져야 하는 노동 집약적인 상황이 될 수 있다. 기존 트레이의 제거 및 새로운 트레이의 설치가 전술한 제한적 공간에서 이루어져야한다는 사실로 인해, 전술한 개량 작업에 요구되는 시간은 증가하게 된다. 이는 칼럼이 더 긴 시간 동안 서비스가 중단되고, 또 상기 칼럼이 설치되어 있는 석유 화학 또는 석유 정제 장치 또한 상기 시간과 동일한 시간 동안 서비스가 중단되는결과를 초래한다. 따라서, 분류 칼럼을 더 신속하고 더 경제적으로 개량하는 시스템을 개발하는 것이 더 바람직하고, 그리고 이러한 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 분류 트레이를 설치하거나 칼럼 내에서 교환하는데 걸리는 시간 동안 분류 칼럼의 내측면에 고정된 지지 부재를 고정 혹은 이동시켜야 하는 작업량을 최소화시키는데 있다. 다른 목적들은 트레이의 구조를 간략화시키고 분류 트레이의 설치비를 줄이는데 있다.

본 발명은 단일의 유닛으로 서로 포개져 있는, 2개 이상의 트레이형 증기-액체 접촉 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 이러한 증기-액체 접촉 트레이들중 최저 트레이만이 분류 칼럼의 외벽의 내측면에 고정된 지지부에 의해 또는 그 지지부의 고정부에 의해 지지된다. 개별적인 증기-액체 접촉 트레이 혹은 부속 유닛 각각은 적어도 하나 이상의 하강관을 포함한다. 양호하게는, 이들은 복수개의 독립적인 하강관을 포함할 수 있다. 가장 양호하게는, 트레이의 레벨을 정하는 단일의 수평의 평탄한 표면을 구비하는 천공된 덱킹의 영역에 의해 분리된 여러 개의 평행한 하강관을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 부속 유닛 혹은 트레이 그룹의 각 트레이는 유사한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 수직방향으로 인접하는 트레이 각각은 동일한 구조를 반드시 구비할 필요는 없다. 이 트레이들은, 트레이상에 마련된 덱킹 대 하강관의 유입 영역의 상대적인 크기, 증기 천공부 혹은 덱킹 영역의 통로 크기 및 분포와 같은 경미한 관점에서 상이할 수도 있으며, 상부 트레이의 필요성으로 인한 덱킹 영역의 구조는 셀프 지지(칼럼으로부터 지지부를 수용하지 않음)되거나 또는각종 기계적 강도, 연결 장치 등의 존재 혹은 부재에 의해 지지된다. 또한, 소정 그룹의 수직방향으로 인접한 트레이들은 매우 상이할 수 있으므로, 최저 트레이는 양호한 직사각형 혹은 홈통 모양의 하강관을 포함할 수 있는 반면에 상부 트레이는 변형된 V자형의 하강관을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 추가의 특징은, 각각의 트레이 그룹의 상부 분류 트레이의 외측 연부와 칼럼 벽의 내측면 사이에는 의도적으로 밀봉하지 않은 간극이 존재한다는 것이다. 종래에는, 칼럼으로 트레이를 용이하게 설치하기 위해 이들 요소들 사이에 약간의 공간을 남겨두었기 때문에, 트레이가 칼럼 벽 내에 끼워지도록 약간의 여유를 허용한다. 그 다음, 이 간극은 오버레이에 의해 밀봉된다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명에 따르면 상당 부분이 밀봉되지 않은채로 남아있다. 더욱이, 이러한 환형의 간극의 특징은, 트레이의 연부와 칼럼 벽에 고정된 소정의 지지 요소 사이에 오버랩을 제공함으로써 상기 간극을 폐쇄하기 위해 어떠한 노력이 필요 없다는 점에 있다. 다시 말해서, 칼럼 내측의 벽 표면은, 이곳에 상부 트레이의 지지를 위해 또는 칼럼의 내측면과 트레이의 연부 사이의 간극을 밀봉하기 위해 어떠한 수단을 고정시키지 않기 때문에 실질적으로 부드럽다.

그러나, 간극을 위한 전술한 선호도는, 칼럼 내에 전체 그룹 구조를 안정화시키기 위해 간극을 가로질러 연장하는 복수개의 조정 가능한 바아 모양의 연장부를 사용할 가능성을 배제시키지 못한다. 다시 말해서, 3개 혹은 그 이상의 로드 모양의 핑거(finger)가 상이한 지점에서 트레이로부터 돌출하고, 또 트레이가 흔들리거나 또는 측면에서 측면으로 움직이는 것을 방지할 목적으로 칼럼의 벽과 접촉할 수 있다.

본 발명은 적어도 두 가지 이상의 이유에 따라 복합 하강관을 구비하는 타입의 트레이에 특히 유용하다는 것이 밝혀졌다. 첫 번째 이유는, 트레이의 평행한 하강관이 트레이의 표면을 가로질러 분포되어 있는 전술한 타입의 트레이 구조가, 다른 주요한 구조체의 추가 없이 적층된 형상으로 극히 적용성이 있는 결과를 초래한다는 데 있다. 하부의 트레이(들)는 더 높은 부하를 위해 설계될 필요가 있을 수 있지만, 트레이 파편의 수 및 이들의 전체 디자인은 변화없이 그대로 유지될 수 있다. 두 번째 이유로, 입수 가능한 하강관의 유입부의 긴 길이는, 복합 하강관 트레이가 더 낮은 거품 높이로 정상 작동할 수 있게 한다는 데 있다. 이러한 이유와 이에 따른 낮은 압력 강하는 복합 하강관 트레이를 더 좁은 트레이의 공간에 설치할 수 있게 해준다. 이는 적층 형상을 이용하는데 도움이 된다.

본 발명은 완전히 적층 형상으로 된 트레이의 사용을 포함한다. 그러나, 이는 트레이의 공간을 바람직하지 못하게 더 좁게 할 수 있고, 트레이를 다시 설계하여 트레이의 공간을 증대시킬 필요성이 있도록 하는 결과를 초래한다. 예컨대, 하강관의 측벽 높이가 높아질 수 있다. 덱킹 위로 돌출하는 하강관의 벽 일부의 높이는 증가된 높이를 보상하기 위해 상기 벽에 개구를 마련함으로써 더 높아질 수 있다. 성 모양의 맞물림 해제 플레이트의 높이 또한 높아질 수 있다.

도 1은 3개의 분류 트레이 2 그룹과, 4개의 분류 트레이 1 그룹을 포함하는 분류 칼럼(1)을 도시한 부분 단면도로서, 각 그룹에서 최하의 트레이만이 칼럼의 내측면에 고정된 지지링(12)상에 놓여 있는 분류 칼럼의 부분 단면도이며,

도 2는 도 1에 도시된 복합 하강관 분류 트레이 그룹을 보다 상세하게 도시 및 설명을 위한 도면이고,

도 3은 천공된 평탄한 덱킹(14) 섹션들에 의해 분리된 V자형 하강관이 분류 트레이에 구비되어 있는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이며,

도 4는 후속하는 상부 트레이의 터미널 덱킹 섹션을 지지하기 위해 2개의 아치를 구비하는 2개의 하강관 트레이를 도시한 도면이고,

도 5는 2개의 평행한 직사각형 하강관을 구비하는 분류 트레이를 향해 아래로 바라본 평면도이며,

도 6은 적층한 3개의 트레이의 하강관의 단부를 상세히 도시한 도면이고,

도 7은 최상의 트레이의 하강관이 성 모양의 분리 해제 플레이트(27)상에 놓여 있는 실시예의 개략적인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 분류 칼럼

2 : 공급관

7 : 증기 도관

8 : 오버헤드 응축기

9 : 오버헤드 수용기

12 : 지지링

13 : 하강관

14 : 트레이 덱킹

18 : 측벽

26 : 단부 플레이트

27 : 맞물림 해제 플레이트

30 : 덱킹 지지부

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 범주에 속하지 않는 분류 칼럼(1)은 종래의 통상적인 방법으로 조립될 수 있다. 이 칼럼은 폐쇄된 상부 및 하부 단부와이와 관련한 증기 및 액체 이송관을 구비하는 통상의 구조로 된 수직 원통형 프로세스 용기를 포함한다. 상기 이송관은 탄화수소 혹은 다른 화학물의 혼합물을 분류 칼럼으로 공급하여 그곳에서 분리되도록 제공되는 공급관(2)을 포함한다. 비록 도면에는 공급관(2)이 칼럼의 중간 부분에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 칼럼의 상부 혹은 하부에 설치되어도 좋다. 공급관(2)의 공급 스트림은 역류관과 혼합되거나 혹은 칼럼의 오버헤드 수용부로 통과할 수도 있다. 본 발명의 개념은 상기 칼럼에 설치된 증기-액체 접촉 장치의 구성에 있기 때문에, 외부 도관, 외측 용기 및 외부의 장비는 본 발명의 일부 혹은 본 발명의 영역에 속하지 않는다. 이러한 부품들은 단지 본 발명의 구조 및 작동을 이해시키기 위해 도시된 것이다.

공급관(2)내의 화합물은 분류 칼럼으로 유입되자마자 칼럼을 통해 상승하는 증기상으로 유입하는 휘발성이 더 높은 화합물과 함께 분리된다. 가장 휘발성이 높은 화합물은 오버헤드 증기 스트림으로 집중되어 오버헤드 증기 도관(7)을 통해 분류 칼럼(1)의 상단부로 방출한다. 오버헤드 증기 스트림은 오버헤드 응축기(8)를 통과하며, 간접 열교환은 오버헤드 수용기(9)로 오버헤드 스트림이 통과하기 이전에 상기 스트림의 상당히 많은 부분의 응축을 유발하게 한다. 액체는 오버헤드 수용기(9)로부터 인출되고, 도관(10)을 경유하여 칼럼으로부터 제거된 순수한 오버헤드 부산물 스트림과 도관(11)을 통해 칼럼으로 복귀된 역류 스트림으로 분할된다.

역류 액체는 최상부의 분류 트레이로 유동한 다음 트레이를 가로질러 분포된 하강관(13)으로 유입한다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 3개의 분리형 분류 트레이가 칼럼의 상단부 근처에서 단일의 지지링(12)상에 장착되어 있다. 이들 트레이 각각은 2개의 하강관(13)을 구비한다. 각 트레이는 또한 통상의 방법으로 천공된 트레이 덱킹(14)의 5개의 수평 영역을 포함하며, 이 트레이 덱킹은 하강관(13)의 측벽(18)들 사이로 연장하고 터미널 하강관과 경계를 이룬다. 도 1은 3개의 트레이로 된 2개의 번들과 4개의 트레이로 된 1개의 번들을 도시하고 있다.

액체상은 증기 및 액체상 교환 성분으로서 배합이 점진적으로 변하면서 칼럼을 통해 하방향으로 유동한다. 도 1에 도시된 트레이의 제3 번들을 통과한 후, 하강하는 액체는 도관(2)을 통해 유입하는 공급 스트림의 액체상 성분과 혼합하게 된다. 완성된 액체상 재료는 칼럼(1)의 하부를 통해 계속 하강한다. 칼럼의 하부에 있는 트레이는 간략화를 위해 도시를 생략하였다. 이들 트레이는 칼럼의 상부에 설치된 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 이들 트레이는 가로 유동식 트레이 등과 같이 완전히 상이한 타입이거나, 또는 동일한 타입, 즉 복합 하강관 트레이일 수 있지만, 각 트레이는 칼럼에 의해 개별적으로 지지된다. 변형례로서, 칼럼의 하부는 트레이 대신에 팩킹 물질을 포함할 수 있다. 분류 칼럼(1)의 하부에 설치된 증기-액체 접촉 장치의 구조와는 무관하게, 하부 액체로 칭하는 액체상 재료 스트림이 도관(4)을 통해 최하단부에 제거되어 있다. 이러한 액체는 공급물의 휘발성 성분을 포함한다. 하부 액체는 도관(5)에 의해 운반되어 순수 하부 스트림으로서 분리 프로세스로부터 제거되는 제1 부분과, 도관(6)을 통해 리보일러(3)로 통과하는 제2 부분으로 분할된다. 리보일러(3)의 상기 스트림에 있어서, 가열 에너지는 추가되어 통상 최소한 부분적인 증발을 야기시키고 그리고 액체의 열 일부는 상기 도관을 통해 유동한다. 따라서, 이렇게 형성된 리보일링 재료는 도관(6)을 통해 분류 칼럼의 바닥을 통과하여 필요한 열 및 증기를 칼럼의 바닥에 추가하여 분별 증류를 행하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 유사하게 3개의 트레이를 포함하는 분류 칼럼의 미소한 부분을 가로질러 수평으로 바라본 단면도이다. 상기 도 2는 3개의 복합 하강관 분류 트레이를 도시한 것으로, 2개의 트레이는 최저 트레이상에 적층되어 있다. 각 트레이의 구조는 실질적으로 동일하다. 다시 말해서, 3개의 트레이 각각은 상승 증기가 통과하는 평탄한 덱킹(14)에 의해 분리된 유사한 설계의 3개의 직사각형 박스 모양의 하강관(13)을 포함한다. 각각의 하강관은 3개의 평행한 평탄한 측벽(18)과, 2개의 평탄한 측벽(20) 및 단일의 하강관 바닥 플레이트(21)에 의해 형성되어 있다. 도시된 실시예에 따르면, 측벽 및 단부벽에는 구멍이 형성되어 있지 않고, 단지 바닥 플레이트만이 칼럼에 스트림이 통과할 때 액체 유동을 위해 마련된 천공부를 구비한다. 바닥 플레이트에 있는 전체 천공부 혹은 하강관 배출부(15)는, 칼럼의 작동시 칼럼을 통해 하방향으로 유동하는 액체 유동의 전부를 충분히 제어할 수 있는 크기로 되어 있다. 따라서, 이들 개구는 더 적고 더 낮은 수의 개구와는 달리 트레이 및 분류 칼럼이 전체적으로 서비스가 중단될 때 트레이의 낮은 지점의 배수를 허용할 목적으로 분류 트레이상에 설치된다. 트레이 덱킹의 더 많은 수의 개구와 마찬가지로 상향의 증기 유동 전체를 운반할 수 있는 크기로 되어 있다. 또한, 이와 다른 하강관 구조를 갖는 변형례에서는 이와 동일한 액체 용량을 가질 수 있다.

본 발명의 주요한 특징은 트레이 그룹의 하부 트레이의 상부 구조에 배치된 트레이 그룹 혹은 번들의 상부 분류 트레이에 있다. 양호하게는, 이러한 상부 구조는 후속하는 하부 트레이의 하강관을 형성하는 측벽의 상부 연장 부분이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중간 분류 트레이를 지지하거나 또는 상부 분류 트레이를 위해 어떠한 지지링 혹은 립(12)이 설치되어 있지 않다. 이러한 트레이는 후속하는 하부 트레이상에 독립적으로 배치되어 있고 분류 칼럼에 고정시키기 위한 고정 수단이 마련되어 있지 않다. 전술한 바와 같이, 칼럼내에서 한 측면에서 다른 측면으로의 이동을 방지하기 위해 그리고/또는 트레이들을 서로 고정시키기 위해 어떠한 수단이 설치될 수 있지만, 트레이는 지지 수단에 장착된 통상의 칼럼에 고정되지 않는다.

양호하게는, 좀 더 큰 환상의 간극(23)이 트레이의 덱킹(14)의 외측 연부와 분류 칼럼의 내측면 사이에 의도적으로 남아 있다. 분류 트레이는 이것의 설치 및 운동을 허용하기 위해 칼럼의 내경 보다 더 작아야 하지만, 본 발명의 상기 간극(23)은 필요한 공간 보다 더 크다. 또한, 전술한 바와 같이, 기초를 이루는 지지링에 의해 어떠한 간극을 완전히 밀봉하는 것은 통상적이다. 본 발명에 따르면, 이러한 간극의 폭은, 덱킹의 단부에서 칼럼의 원통형 외측 벽의 내면까지 측정하였을 때 1.5 내지 5cm, 양호하게는 적어도 2cm이다. 칼럼의 원통형 벽은 가끔 완전한 원통형이 아니기 때문에, 트레이의 외측 연부와 칼럼의 내측면 사이의 간극의 폭은 상당히 가변적일 수 있다. 상기 간극은 칼럼이 둥글게 형성되지 않음에 따라 어느 정도 허용 공차를 초과할 수 있다. 종래의 링 지지식 시스템에 있어서링의 폭은 이러한 변화를 보상할 수 있도록 되어 있다. 이러한 문제는 칼럼 벽을 향해 연장할 수 있는 가동성 덱킹 섹션의 사용에 의해 해결될 수 있다. 상기 간극은 칼럼의 형상 및 트레이의 연부의 변화에 따라 불규칙적으로 될 수 있다. 상기 간극은 액체의 하방향의 누설로 인한 트레이의 작동에 상당한 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 어떠한 바이패스 액체 혹은 증기는 벽 지지형 트레이에 의해 수집된다.

도 2는 또한 하강관의 밀봉 플레이의 바닥에 형성된 개구(15)들을 도시한 것으로, 이 개구는 간격을 두고 떨어져 그룹을 이루고 있어 하강관으로부터 하강하는 액체는 후속하는 하부 트레이의 하강관 내부 보다 덱킹(14)상에 낙하한다.

도 2는 덱킹 재료(14)를 지지하기 위해 사용할 수 있는 다른 적절한 기계적 장치 2개를 도시한 것으로, 이 덱킹 재료는 트레이의 2개의 보름달, 혹은 초승달 모양의 터미널 섹션, 다시 말해 최외측 하강관과 칼럼의 벽 사이에 위치한 트레이의 섹션에 배치된다. 이러한 덱킹 섹션의 일측면만이 하강관의 측벽에 의해 지지될 때 추가의 지지부를 필요로 한다. 종래에는 덱킹 재료의 잔여부는 링(12)을 통해 칼럼에 의해 지지되었다. 이러한 링이 본 발명에는 설치되지 않기 때문에 전술한 지지와 관련된 구성을 생략할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 아암 모양의 지지 브레이스(16) 혹은 나사가 형성된 지지 로드(17) 등의 각종 브레이스 구조체는 덱킹 재료를 지지하고 그 움직임을 방지하기 위해 설치될 수 있다. 또한, 지지 로드(17)는 관련된 트레이의 위 아래로 연장하여 3개의 트레이를 고정하여 이들의 움직임을 방지할 수 있다. 하강관 측벽의 단부 근처에 고정된 2개의 레그와 덱킹에 고정된 피이크를 구비하는 단일의 아치 모양의 지지부의 사용은 2개의 덱킹 섹션을 지지하기 위해 바람직하다.

도 3은 다른 타입의 분류 트레이를 사용한 것만 제외하고 도 2의 것과 유사하다. 도 3에 도시된 트레이는 도 2의 도시된 트레이의 직사각형 하강관 구조체를 구비하지 않는다. 그 대신, 이들 트레이는 최저 연부에서 서로 연결되어 있는 2개의 평탄한 측벽(18)에 의해 형성된 V자형의 구조체를 구비한다. 하강관의 액체 밀봉 가능한 배출부는 하강관의 최하부에 배치되지 않고 대신 하강관의 측벽에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 몇몇 경우에 유리한 효과, 예컨대 후속하는 하부 트레이의 덱킹 재료(14)를 가로질러 더 양호한 분포를 위해 액체를 하강관으로부터 외측으로 분사 혹은 분출시키는 능력을 증대시키는 것을 포함하는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 액체는 덱킹(14)상에 낙하하며, 덱킹의 천공부(22)를 통해 상방향으로 상승하는 증기에 의해 접촉하여 거품을 형성한다.

도 2에 도시된 것과 유사한 방법으로, 트레이의 덱킹(14)의 터미널 부분은 나사가 형성된 로드(17) 혹은 수직한 지지 브레이스(19) 등의 하나 또는 그 이상의 지지부에 의해 정위치에 고정될 수 있다. 나사가 형성된 로드는 2개의 분류 트레이를 서로 연결시키거나 혹은 3개 혹은 그 이상의 분류 트레이를 서로 연결시킬 수 있다. 예컨대, 도 3은 3개의 분류 트레이의 상부 번들과 2개의 분류 트레이의 하부 번들을 도시한 것으로, 이들 번들 모두에는 좌측에 나사가 형성된 로드(17)가, 우측에 수직 지지부(19)가 설치되어 있다. 아치 모양의 지지부가 또한 바람직하다. 이러한 양호한 지지부는 하강관의 측벽에 고정된 수평의 브레이스를 포함할수 있고, 또 레그는 칼럼 벽에 더 가까이 장착될 수 있도록 하강관의 단부를 지나 외측으로 연장하는 단부 지지 플레이트에 고정될 수 있다. 이들은 트레이 자체를 지지하지 않는다. 하부 번들은 칼럼의 내측면을 에워싸는 L자형의 립(12)에 의해 지지된다. 상부 번들은 칼럼의 내측면에 고정된 단일의 직사각형 바아(12')에 의해 지지되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이 도면은 상부 트레이상의 2개의 좁은 센터링 바아(25)를 도시한다. 바아는 트레이 번들의 이동을 방지하기 위해 간극(23)을 가로질러 연장한다. 이들 바아는 번들이 설치된 후 트레이에 고정될 수 있고, 또 이들의 길이 조절하도록 나사가 형성된 부분을 구비할 수 있다.

종래에는, 터미널 하강관과 칼럼 벽 사이에 배치된 트레이 덱킹의 연부 혹은 초승달 모양의 섹션은 지지링에 의해 고정된 것과 같이 부분적으로 고정부에 의해 칼럼의 벽에 지지되어 있다. 상부 트레이를 위한 지지링이 없기 때문에 지지 시스템의 대체가 요구된다. 많은 변형례에서는, 하부 트레이에 정착된 아치의 사용이 바람직하다. 도 4는 아치형의 트레이 지지부(31)를 위해 각기 다른 2개의 구조를 도시하고 있다. 도시된 트레이의 좌측에는 포물선 모양의 아치(31)가 트레이의 2개의 하강관(13)의 2개의 배출부 둑(32)의 상부에 고정된 것으로 도시되어 있다. 배출부 둑은 실제로 하강관(13)의 측벽의 상방향 연장부이다. 트레이의 우측은 일직선의 지지 섹션을 구비하는 사다리꼴 아치(31)가 도시되어 있다. 트레이는 3개의 덱킹(14) 섹션을 포함하며, 이들 중 2개는 트레이의 2측면에서 초승달 모양의 터미널 조각으로 되어 있다. 트레이상의 하강관의 수와 무관하게, 칼럼에 설치될 때 이들 3개의 터미널 덱킹 조각은 칼럼의 원통형 벽의 내측면과 단부 하강관 사이에서 트레이의 반대측에 배치된다. 상기 아치는 하강관에 인접한 덱킹과 같이 다른 지점에 고정될 수도 있다. 단부 지지 플레이트(25)의 직립한 부분에 고정하는 것이 바람직하며, 이 고정 방법은 아치의 레그가 연결부를 중심으로 선회할 수 없도록 되어 있다.

도 4는 아치(31)의 상부 혹은 피이크가 상당한 거리 만큼 수평으로 연장하여 복수 개의 연결 장치(33)에 의해 덱킹의 지지된 초승달 모양의 섹션에 고정될 수 있다는 것을 도시하고 있다. 상기 아치의 경사 혹은 기울어진 섹션(크라운의 수평 섹션에 대비하여)은, 완전히 단부 지지 플레이트(26) 위로 배치되거나 혹은 레그 사이의 수평 섹션의 길이가 2개의 인접한 하강관 사이의 거리와 동일할 수 있도록 하강관을 향하는 유입부 위로 배치될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 지지부(31)의 상부의 연장된 수평의 스팬은 아치 보다 브리지에 유사하도록 되어 있다. 수평의 지지 빔 혹은 브레이스(34)는 지지부(31)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다. 이 요소는 아치(31)에 수직방향으로 연장하여 트레이의 다음 하강관의 측벽 위로 연장하는 것이 바람직하다. 브레이스(34)의 상부 표면은 지지된 초승달 모양의 섹션의 덱킹의 배면에 반하여 배치될 수 있다. 그러나, 브레이스는 수평면으로부터 8-20도의 각도에서 하강관을 향해 하방향으로 기울어지도록 경사지는 것이 바람직하다. 양호하게는, 상기 아치는 하강관의 측벽을 제조하는데 사용한 금속과 유사한 금속의 단일편으로 구성되는 것이 좋다.

도 6은 분류 트레이가 2개의 평행한 하강관(13)과 천공된 덱킹 플레이트(14)를 포함하는 3개의 조정 가능한 덱킹 영역으로 구성되어 있는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이는 칼럼 벽이 완전한 실린더가 아닐 경우 유용하며, 새로운 트레이를 설치하였을 때, 트레이의 연부와 칼럼 벽 사이의 간격을 조정할 수 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 트레이의 둘레는 필요에 따라 조정될 수 있다. 상기 도면은 활주 가능한 덱킹 플레이트를 정위치에 유지하기 위해 사용할 수 있는 많은 구속용 기구들 중 하나와 관련한 기계적 수단을 상세히 도시하고 있다. 이 도면에 도시된 트레이의 구성 요소들의 일반적인 형상 및 레이아웃은 다른 도면과 같이 변할 수 있다. 다른 요인으로는 트레이 구성 요소의 수, 크기 및 형상을 규정할 수 있다. 예컨대, 계획된 유동은 어느 정도 칼럼의 직경, 하강관의 크기 및 트레이에 사용된 하강관의 공간 및 수에 의해 설정될 것이다.

트레이의 주변을 조정하는데 있어서 소망하는 정도는 슬라이딩 덱크 섹션의 크기 및 수의 변화를 초래할 것이다. 만약, 미세한 조정만이 요구될 경우 가동 덱킹 섹션의 수는 줄어들 수 있다. 도면에는, 하강관 사이의 2개의 덱킹 섹션 각각은 트레이의 연부를 향해 이동할 수 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 단일의 가동 덱크 섹션은 또한 고정되어 있는 연접한 섹션과 함께 사용할 수 있다. 변형례로서, 가동 섹션들 사이에 혹은 가동 섹션과 동일한 하강관 사이에 배치된 어떤 통상적인 "고정식" 섹션들 사이에 조인트를 배치할 수 있다. 상기 도시된 구조는 직경이 작은 트레이에 더욱 적합하지만, 직경이 큰 트레이의 경우 여러 덱킹 섹션들은 하강관들 사이에 배치될 수 있고, 이들 중 일부는 고정되고 2개의 터미널 섹션만이 이동할 수 있게 되어 있다.

각각의 하강관(13)은 2개의 단부 벽(20)과 2개의 평행한 측벽(18)을 포함한다. 이들 벽들은 덱킹(14)에 의해 형성된 트레이의 레벨의 상부 및 하부 전체를 연장하는 것이 바람직하다. 각각의 덱킹 영역은 덱킹 지지부상에서 활주 가능하게 각도 30으로 맞물려 하강관 측벽(18)의 외측면을 따라 연장하는 덱킹 재료의 복합 시트로 구성되어 있다. 덱킹 섹션의 크기는 이러한 주변의 분류 칼럼의 벽에 형성되고 그것을 통해 부품들이 통과하게 되는 개구의 크기에 따라 실질적으로 결정된다. 이는, 통상 분류 칼럼을 현장에 설치한 후 트레이가 칼럼 내에 조립되기 때문에 필수적이다. 천공된 단부 플레이트(26) 이외에, 이러한 특성을 갖는 트레이는 통상 하강관(13)의 단부 벽(20)과 트레이의 다른 연부 사이로 연장한 천공되지 않은 단부 플레이트(26)를 포함한다.

도 6의 트레이의 중앙 섹션에 있는 덱킹은 2개의 덱킹 시트로 이루어져 있는 반면, 트레이 주변에서 터미널 섹션 혹은 초승달 모양의 섹션 각각에 배치된 덱킹은 3개의 부분으로 된 덱킹으로 이루어져 있다. 종래에는, 이와 대응하는 고정편의 덱킹은 이용 가능한 부동의 지지부상에 배치된 다음 볼트 혹은 다른 적절한 파스너를 사용하여 정위치에 체결된다. 본 발명에 따르면, 가동성 덱킹 부품은 양호하게는 덱킹이 칼럼의 내측 직경과 일치하는 방식으로 이동 및 위치 설정될 수 있도록 이들의 연접하는 연부에 배치된 맞물림 슬롯(25)을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 방식에 있어서, 분류 트레이의 조정, 통상 직경의 증가를 허용하는 방식으로 덱킹 섹션(플레이트)들은 덱킹 섹션상에 배치된 화살표 헤드의 방향으로 외측으로 이동한다. 따라서, 트레이의 양측에 있는 2개의 터미널 덱킹 섹션 상의 가동 덱킹 섹션은 하강관에 수직하게 이동한다. 따라서, 칼럼의 내측면과 분류 트레이의 외측 연부 사이의 간극(23)은 조정될 수 있다.

덱킹 섹션들은 덱킹 지지부(30)와 가동 섹션을 지지하기 위해 설치된 다른 구조적 수단상에 배치되며, 필요에 따라 이동하게 된다. 이러한 지지부는 트레이의 주변에는 설치되지 않는다. 그 다음, 이들 지지부는 파스너(6)와 함께 정위치에 고정된다. 상기 파스너(6)는, 덱킹과 맞물려 이것이 너트를 죔으로써 정위치에 고정되도록 하기 위해 적절한 와셔 혹은 오버레이 플랜지를 구비하고 통상 너트 및 볼트 타입의 조립체일 수 있다. 덱킹 섹션들 사이의 조인트는 덱킹 아래에 배치된 스플라이스(splice) 플레이트(28)를 오브랩시키는 것이 바람직하다. 덱킹의 지지를 위해 목판의 사용과 관련된 상세 내용은 본 명세서에서 참조한 미국 특허 제5,573,714호에 개시되어 있으며, 이 특허는 분류 트레이 덱킹의 구조와 분류 트레이의 일반에 관해 기술하고 있다. 스플라이스 플레이트 혹은 다른 구조적 부재는 인접하는 하강관 사이의 여러 지점을 연장할 수 있다. 트레이의 중앙 영역에 배치된 덱킹 섹션들은 통상의 덱킹 고정 수단으로 정위치에 고정될 수 있다.

상부 트레이의 주변을 조정하기 위한 슬라이딩 덱킹 섹션의 제공은 상부 트레이의 독특한 지지 방법과 조합되어 소망의 설치 방법을 달성하게 되는데, 이 설치 방법은, 제1 트레이를 최소한 부분적으로 칼럼의 내측면에 고정된 링에 의해 지지시킴으로써 제1 트레이를 칼럼에 설치하는 단계와, 제2 트레이 전체를 제1 트레이에 의해서만 지지시키고 또 복수개의 평행한 하강관들 사이에서 이들과 인접하게 배치된 활주 가능한 수평의 덱킹을 구비하는 제1 트레이를 사용하여 상기 제2 트레이를 칼럼 내에서 조립하여 설치하는 단계와, 덱킹을 칼럼 벽을 향해 또는 멀어지게 활주시킴으로써 칼럼의 형상과 일치하도록 제2 트레이 주변의 형상을 조정하는 단계와, 그리고 덱킹을 정위치에 고정시키는 단계를 포함한다.

도 6은 3개의 적층된 트레이상의 하강관(13)의 단부 섹션을 상세히 도시하고 있다. 트레이의 2개의 터미널 덱킹 섹션들 중 하나에 덱킹(14)의 일부가 또한 도시되어 있다. 이 도면을 통해 하강관의 단부 벽으로부터 트레이의 연부로 연장하고, 또 트레이를 칼럼 내에 지지시키기 위해 제공된 소정의 지지링(도시 생략)에 놓인 단부 지지 플레이트(26)상의 양호한 구조를 명백히 알 수 있다. 상기 지지 플레이트는, 측벽(18)이 덱킹(14) 위로 연장하는 거리와 동일한 높이를 갖는 측면 위로 절곡되어 있다. 칼럼에 고정된 링에 의해 지지되지 않는 하강관을 포함하여 모든 하강관의 단부에 지지 플레이트를 고정시키는 것이 바람직하다.

도 7은 상부 트레이가 성 모양의 맞물림 해제 플레이트(엔티점프 배플; 27)에 의해 지지되어 있는 본 발명의 실시예의 간략한 측면도이다. 양호하게는, 플레이트의 수는 트레이상의 하강관의 수와 동일하다. 이들 플레이트들은 하강관에서 센터링 되어 있고 직사각형의 하강관(13)의 측벽(18)에 양호하게 평행한 수직면에서 하강관을 벗어나 상방향으로 연장한다. 트레이 하강관의 바닥 플레이트(21)는 각각의 맞물림 해제 플레이트에 절단된 노치의 상부 연부상에 안착된다. 도면에 도시된 평탄한 맞물림 해제 플레이트(27)는 하강관(13)의 폭을 따라 연장하며, 맞물림 해제 플레이트에 수직한 하강관의 입구를 가로질러 연장하는 4개의 센터링 브래킷(35)에 의해 정위치에 유지된다.

도 7의 실시예는 적층된 트레이의 형상에서 트레이 공간을 제공하기 위해 하강관의 깊이를 연장시킬 필요 없이 더 큰 트레이의 공간을 제공하는 것이 바람직할 때 유용하다. 저비용으로 하강관의 깊이를 증가시키기 위해 많은 시도가 이루어져 왔다. 수직 플레이트(27)는 하강관의 단부벽에 고정될 수 있다. 따라서, 이 플레이트는 하강관속으로 상당한 거리 만큼 하방향으로 연장한다. 측벽(18)에 수직하고 또 하강관으로 양호하게 연장하는 센터링 브래킷(35)과 조합될 때, 상기 플레이트들은 하강관의 강성을 크게 증대시켜 횡단 칼럼의 지지 부재로서의 기능을 향상시킨다. 더욱이, 플레이트(27)의 구조에 대한 상세한 설명은 앞서 인용한 미국 특허 제5,382,390호에 기재되어 있다.

본 발명은 전술한 미국 특허 출원번호 제3,410,540호에 개시된 것과 같은 복합 하강관 트레이에 쉽게 적용된다. 복합 하강관 트레이는 여러 가지의 독특한 물리적 특성을 갖는다. 예컨대, 복합 하강관 트레이는 "수용 팬(receiving pan)"을 구비하지 않는다. 이는 배출 하강관의 개구 아래에 배치된 통상의 구멍이 형성되지 않은 섹션이다. 즉, 하강관을 통해 하강하는 액체가 트레이의 덱킹상에 수평으로 통과하기 전에 영향을 끼치게 되는 트레이의 천공부가 없는 영역이다. 복합 하강관 분류 트레이의 양호한 실시예의 수평 덱킹의 표면 영역은 하강관의 기능을 하는 저하된 영역과 통상 덱킹이라고 언급되는 증기-액체 접촉 영역으로 분할된다. 이곳 바로 위에 배치된 트레이로부터 하강하는 액체를 수용하기 위해 제공되는 천공부가 없는 영역은 존재하지 않는다.

통상의 복합 하강관 타입의 분류 트레이의 또 다른 특징은 트레이를 가로질러 균일하게 이격된 비교적 많은 수의 평행한 하강관을 제공하는데 있다. 각 트레이는 하나에서 15개 이상의 하강관을 설치할 수 있다. 이들 하강관들은 가로 유동식 분류 트레이의 하강관에 비해 상대적으로 서로 더 밀접하게 이격되어 있으며, 다시 말해서 이들은 트레이의 주변에서 설치되지 않고 트레이의 표면을 가로질러 분포되어 있다. 복합 하강관 트레이의 인접한 하강관 사이의 거리(이들의 측벽 사이를 측정)는 0.2 내지 2.0 미터이며, 0.5 미터 미만이 바람직하다. 그러나, 대부분의 경우 단일의 하강관만이 요구될 수 있다. 따라서, 본 발명의 트레이는 단일의 하강관만을 구비할 수 있다.

또한, 복합 하강관 트레이의 하강관은 가로 유동식 분류 트레이에 설치된 하강관과 비교하면 매우 독특하다. 하강관은 통상 도중 내내 후속하는 분류 트레이를 향해 하방향으로 연장하지 않는다. 그 대신, 하강관은 2개의 트레이 사이의 빈 공간에 위치한 중간 레벨 보다 더 높은 곳에서 정지한다. 따라서, 트레이로부터 위에서 하강하는 하강관은 하부 트레이의 덱킹 표면 위로 그리고 트레이의 하강관의 유입부 아래에서 통상적으로 정지한다. 따라서, 가로 유동식 트레이의 경우와는 달리 트레이의 하강관의 바닥에는 유입 둑이 존재하지 않는다.

복합 하강관 분류 트레이의 또 다른 특징은, 액체를 밀봉 가능한 배출부 수단이 하강관의 바닥 근처에 제공되는데 있다. 하강관의 바닥은 부분적으로 모든 하강관을 벗어나 액체의 직접 하방향 유동을 지연시키기 위해 부분적으로 폐쇄되어 있다. 이는 충분한 거품의 의도된 축적 및 지연을 유발하여 이 거품이 깨끗한 액체와 증기로 분리되도록 한다. 이것은 하강관의 상방향 증기 유동을 밀봉시킨다. 이러한 액체 밀봉성 배출부는 바로 아래에 배치된 트레이의 덱크 위에 양호하게 배치되며, 그리고 이것 후속하는 하부 트레이와 관련한 하강관의 유입부 위의 레벨에 배치되는 것이 바람직하다. 하강관의 하부에 수집된 깨끗한 액체는 하강관의 바닥에 있는 개구를 통해 후속하는 하부 트레이상에 거품을 분출한다. 원할 경우, 또한 액체는 하강관의 측벽에 있는 개구를 통해 배출할 수 있다. 직사각형 하강관의 액체 밀봉 배출부 수단의 다양한 구조는, 직사각형 하강관의 구조, 덱킹 재료 및 하강관의 액체 밀봉 배출부와 관련하여 교시하고 본 명세서에서 참조한 미국 특허 제4,159,291호에 상세히 설명되어 있다.

V자형 하강관을 이용하는 실시예에 따르면, 하강관의 측벽에 있는 천공부(15)는 하강관의 주축을 따라 연장하는 하나 혹은 그 이상의 열을 지어 양호하게 배열되어 있다. 구멍은 V자형 하강관의 바닥을 따라 배치되어 있지 않고 측벽에 배치되는 것이 바람직하다. 직사각형 하강관의 경우와 마찬가지로, 구멍은 트레이의 하강관 바로 위에 배치되어서는 안되며, 트레이의 하강관 아래로 개방되어 있다. 약 0.5-2.5 센티미터 직경이 원형 개구가 적당하다. 이는 일반적으로 양호한 트레이의 효율 및 성능에 있어서 중요하다. 또한, 이러한 거리는 하강관의 천공부를 통해 증기의 상방향 통과하는 것을 방지하기 위해 충분한 액체의 수두를 제공하여야 한다. 하강관 천공부는 하강관의 아래에서 세 번째에 배치되는 것이 양호하다.

트레이상의 어떤 하강관들 사이의 덱크 부분은 실질적으로 평탄하고 수평면으로 배향되는 것이 바람직하다. 이러한 덱킹 부분은, 트레이를 통해 상방향으로 적당한 속도로 통과하도록 전체의 단면 방향의 적절한 개구를 균일하게 분포시킴으로써 제공하는 것이 바람직하다. 표준 체형(sieve) 트레이의 균일한 원형 개구가 더 양호하지만 증기 유동 방향 결정 슬롯에 의해 보충될 수 있다. 덱크의 천공부에 제공된 개구 영역은 트레이 덱크 영역의 5%에서 높게는 30-45%까지 변할 수 있다. 원형 천공부는 항시 약 0.3 내지 약 0.6cm 이지만 직경이 1.87cm 이내일 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 새로운 장치이거나 기존의 장치를 변형시킨 형태일 수 있다. 즉, 기존의 트레이형 칼럼을 개조하여 본 발명에 적용할 수 있다.

트레이의 공간 즉, 트레이 사이의 수직 거리는 본 발명의 것에 비해 더 낮을 것이다. 복합 하강관 트레이는 보통 약 25 내지 50cm(10-20 인치)의 트레이 공간을 갖도록 설치된다. 25cm(10 인치) 미만의 트레이 공간은 통상적이며, 본 발명의 트레이 공간은 17cm(7인치) 정도로 작을 수 있다. 적층된 트레이 번들 내의 트레이 공간은 트레이 번들 사이의 공간과 다른 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예는, 상부의 제1 단부와 하부의 제2 단부를 구비하는 수직형 분별 증류 칼럼에 설치되어 분별 증류에 의해 휘발성 화합물의 분리를 위해 사용하는 분류 트레이 번들을 제공하는 것을 특징으로 하며, 이 트레이 번들은, 천공된 트레이 덱킹에 의해 형성된 트레이의 상부면 아래로 연장하는 복수개의 평행한 하강관을 구비하는 제1 분류 트레이와, 상기 제1 분류 트레이와 실질적으로 구조가 동일한 제2 분류 트레이를 포함하며, 상기 하강관은 액체 밀봉 배출부를 구비하고 천공된 덱킹 재료에 의해 분리되며, 제1 분류 트레이의 하강관은 하방향으로 연장하고 또 상부의 제1 분류 트레이가 하부의 제2 분류 트레이에 의해 완전히지지되도록 제2 분류 트레이상에 정착되어 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 상부 및 하부 단부와 관련한 리보일링 및 과열 응축 시스템을 구비하는 폐쇄된 원통형 외측 칼럼과, 상기 칼럼 내부에서 균일한 간격을 두고 수직하게 떨어져 배치된 복수개의 트레이 번들을 포함하는 분류 칼럼을 제공하는 것을 특징으로 하며, 각 트레이 번들은 상부의 제1 트레이와 이와 유사한 하부의 제2 트레이를 포함하며, 상부의 제1 트레이는 완전히 하부의 제2 트레이에 의해 완전히 지지되어 있다. 상기 칼럼은 외장형으로, 폐쇄된 프로세스 용기의 원통형 구조체인 것을 알 수 있다. 따라서, 이것은 앞서 언급한 카트리지 트레이 시스템의 일부로서 외부의 원통형 칼럼에 장착된 어떠한 원통형 벽과 다르다. 본 발명의 간극(23)은 트레이 덱킹(14)의 연부와 상기 외장형의 원통 프로세스 용기 사이가 된다.

휘발성 화합물의 분리용 분류 칼럼에 사용하기 위한 본 발명의 장치는 제작 및 특별한 칼럼의 개조에 따른 시간을 단축할 수 있고 또 전체의 시스템 및 설치를 위한 비용 감소를 가져올 수 있는 장점이 있다. 또한, 상부 분류 트레이의 상부 연부와 주위 칼럼의 내측면 사이의 간격을 작게 할 수 있다.

Claims (11)

1. 휘발성 화합물의 분별 증류를 위한 장치로서,

   a) 상단부 및 하단부와 원통형의 내측면을 구비하는 폐쇄된 원통형의 외부 칼럼(1)과,

   b) 유사하게 설계된 상부의 제1 및 하부의 제2 분류 트레이를 포함하며, 상기 분류 트레이는 천공된 덱킹(14)에 의해 형성된 증기-액체 접촉 영역으로부터 멀어지게 연장하는 측벽(18)을 구비하는 하강관(13)을 포함하며, 상기 상부의 제1 트레이는 상기 하부의 제2 트레이에 의해 칼럼(1) 내부의 정위치에 지지되며, 상기 하부의 제2 트레이는 외측 칼럼(1)에 고정된 지지부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부의 제1 트레이의 하강관(13)은 상기 하부의 제2 트레이의 하강관(13)의 상부에 놓이는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 상부의 제1 트레이의 하강관(13)은 상기 제2 트레이의 덱킹(14)에 놓이는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 트레이의 하강관(13)은 상기 하부의 제2 트레이의 하강관(13)을 벗어나게 연장하는 수직한 배플(27)에 놓이는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 하강관의 측벽(18)은 증기-액체 접촉 영역의 위와 아래로 연장하는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 상부의 제1 트레이의 천공된 덱킹은 밀봉되지 않은 환상의 간극(23)에 의해 칼럼의 내측면으로부터 분리되어 있는 전체가 실질적으로 원형의 둘레를 지니며, 상기 간극은 상부의 제1 트레이의 덱킹(14)으로부터 하부의 제2 트레이로 액체의 하방향 유동을 허용하는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 상부의 제1 트레이는 하강관(13)과 외측 칼럼(1) 사이에 배치된 2개의 덱킹(14) 터미널 섹션을 구비하며, 상기 2개의 터미널 섹션은 덱킹(14)에 인접하는 피이크와 하부의 제2 트레이에 고정된 2개의 레그를 구비하는 아치형 구조체(31)에 의해 부분적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 분별 증류 장치.
8. 상부의 제1 단부와 하부의 제2 단부를 구비하는 수직형 분별 증류 칼럼(1)에 설치되어 분별 증류에 의해 휘발성 화합물의 분리를 위해 사용하는 분류 트레이 번들로서,

   a) 천공된 트레이 덱킹(14)에 의해 형성된 트레이의 상부면 아래로 연장하고, 밀봉되지 않은 원형의 외주를 갖는 복수개의 평행한 하강관(13)을 구비하는 제1 분류 트레이로, 상기 하강관(13)이 액체 밀봉 배출부를 구비하고 천공된 덱킹(14)에 의해 분리되어 있는 제1 분류 트레이와,

   b) 상기 제1 분류 트레이와 실질적으로 구조가 동일한 제2 분류 트레이로, 상기 제1 분류 트레이의 하강관(13)은 하방향으로 연장하고 또 상부의 제1 분류 트레이가 하부의 제2 분류 트레이에 의해 완전히 지지되도록 제2 분류 트레이상에 안착되어 있는 제2 분류 트레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이 번들.
9. 제8항에 있어서, 제1 트레이의 하강관(13)은 제2 트레이의 하강관(13)에 놓이는 것을 특징으로 하는 트레이 번들.
10. 제1항에 있어서, 상기 상부의 제1 트레이는 적어도 부분적으로 상기 하부의 제2 트레이의 하강관(13)을 벗어나게 상방향으로 연장하는 수직한 맞물림 해제 배플(27)에 놓이는 것을 특징으로 하는 트레이 번들.
11. 분별 증류 칼럼(1)에 트레이를 설치하는 방법으로,

    a) 제1 트레이를 최소한 부분적으로 칼럼(1)의 내측면에 고정된 링(12)에 의해 지지시킴으로써 제1 트레이를 칼럼(1)에 설치하는 단계와,

    b) 제2 트레이 전체를 제1 트레이에 의해서만 지지시키고 또 복수개의 평행한 하강관들 사이에서 이들과 인접하게 배치된 활주 가능한 수평의 덱킹을 구비하는 제1 트레이를 사용하여 상기 제2 트레이를 칼럼(1) 내에서 조립하여 설치하는 단계와,

    c) 덱킹(14)을 칼럼 벽을 향해 또는 멀어지게 활주시킴으로써 칼럼(1)의 형상과 일치하도록 제2 트레이 주변의 형상을 조정하는 단계와, 그리고

    d) 상기 덱킹을 정위치에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레이의 설치 방법.