기체-액체 접촉기 배플 document_id A220623065447

화학공정탑을 사용하여 수행되는 분리공정 및 이와 유사한 공정의 효율을 향상시키고자 하는 노력이 계속되고 있다. 이를 위해 여러 가지 다른 접근방안이 취해지고 있다. 화학공정탑에서 실시될 수 있는 분리공정들은 증류 및 흡수이다. 트레이를 갖는 탑의 최적 디자인은 최대 처리율(즉 용량) 및 질량전달 효율을 보장한다. 높은 처리율에서는 액체가 빠른 가스 속도에 동반되는 경향이 있다. 이것은 용량 및 효율을 감소시키는데, 용량 및 효율은 둘다 위에 있는 트레이로 흘러가는 액체에 의해 만들어진다. 본 발명의 목적은 동반(entrainment)을 효율적으로 제거하는 것이다. 증류탑 및 흡수탑은 다성분 증기로부터 선택한 성분을 분리하는데 사용된다. 일반적으로 그러한 가스-액체 접촉 탑은 트레이 또는 패킹(packing)을 사용하며, 가끔 이들의 조합을 사용한다. 단탑의 경우에, 젖은 단단한(solid) 표면은 액상과 기상 사이의 친밀한 접촉을 통해 질량전달을 향상시킨다. 단단한 표면이 또한 탈비말(de-entrainment) 장치로서의 역할을 하면 더욱 유리할 것이다. 증류 트레이는 두가지 구성: 즉 교차류(cross-current)(교차 흐름:cross-flow) 및 역류(counter-current)(이중 흐름:dual-flow)으로 되어 있다. 트레이는 대체로 데크(deck)를 관통하는 다수의 어퍼쳐(aperture)를 갖는 단단한 트레이 또는 데크로 이루어지며, 탑 안에 고정된 지지링에 설치된다. 교차류 트레이에서, 가스는 어퍼쳐를 통해 상승하고 "활성" 영역을 통해 트레이를 가로질러 이동하는 액체와 접촉한다. 이 영역에서 액체와 가스의 혼합 및 분류가 일어난다. 액체는 위에 있는 트레이로부터 수직 채널에 의하여 트레이로 향하게 된다. 상기 채널은 대체로 유입 강수관(downcomer)이라고 한다. 액체는 트레이를 가로질러 이동하여 대체로 유출 강수관이라고 하는 유사한 채널을 통해 유출한다. 트레이의 활성영역이 대부분 직접적으로 가스 액체의 접촉과 질량전달 효율에 영향을 미친다. 이중 흐름 트레이의 경우에는, 트레이 데크가 탑의 전체적인 횡단면적을 커버한다. 가스 및 액체가 동일한 어퍼쳐를 통해 흐르고 역류방식으로 접촉한다. 따라서 강수관이 필요없다. 당기술에서의 공통적인 문제는 가스에 스프레이(spray)가 동반되는 것이다. 스프레이가 상승 가스에 동반될 때 가스는 더 높은 트레이로 운반되고 따라서 그 트레이에서 혼합물의 구성에 영향을 미치며, 그 결과 공정 혼합물에서 성분들의 분리의 효율이 악화된다. 가스 유속은 동반 효과를 감소시키기 위해 느리게 할 수 있지만, 결과적으로 트레이 처리율도 감소된다. 다른 해로운 효과는, 동반된 액체가 위의 트레이에 축적되어서 그 트레이에서 액체량을 증가시키며 따라서 용량에서의 때이른 초과달성(premature flooding) 또는 용량의 감소를 일으키는 원인이 된다. 처리율 및 질량전달 효율의 문제를 해결하기 위해서 상술한 방식의 가스-액체 접촉탑의 기술을 개선하려는 노력이 있었다. 이러한 기술의 실례는 몇개의 종래 특허에 나타나 있는데, 즉 글리츠 인코포레이티드(Glitsch, Inc.)에게 양도된 미국 특허 제3,955,419호, 제4,604,247호 및 제4,597,916호, 일본 도쿄에 소재한 미츠비시 주고교 가부시키가이샤의 미국 특허 제4,603,022호가 있다. 다른 성능 양상은 배플, 평판 및 탈비말 장치를 사용하여 종래 기술에서 해결되고 있다. 예를 들어, 메릭스 코포레이션(Merricks Corporation)에게 양도된 미국 특허 제4,105,723호 및 제4,132,761호는 공정탑내에 배치되는 특별한 배플 및 탈비말 구조물을 제시하고 있다. 추앙(Chuang) 등의 미국특허 제5,262,094호는 탈비말을 위한 분류 트레이 아래에 배치된 패킹재료의 베드(bed)에 대한 사용법을 공개하고 있다. 패킹하는 아래 트레이를 사용하여 실시된 탈비말의 다른 실례를 들면, 몬켈반(Monkelbaan) 등의 미국특허 제5,554,329호 및 제5,707,563호, 누터(Nutter) 등의 미국특허 제5,975,504호가 있다. 여러 가지 다른 형식의 탈비말장치는 예를 들어 마하르(Mahar)의 미국특허 제4,274,923호, 벤탐(Bentham)의 미국특허 제4,818,346호, 스토버(Stober) 등의 미국특허 제5,837,105호, 및 제6,059,934호, 로스(Ross) 등의 미국특허 제5,972,171호에 기재되어 있다. 또 하나의 예를 들면 리(Lee) 등의 미국특허 제5,762,668호는 화학공정탑에서 동반을 감소시키고 질량전달 효율을 향상시키기 위해 구조화 패킹 조립체를 사용하고 있다. 그러나, 세브론(chevron) 방식의 서리제거장치 또는 구조화 패킹을 사용하여 탈비말이 실행되면, 이러한 장치들의 젖은 표면은 고속가스의 흐름과 직접 접촉하게 되고 그 결과 액체의 재동반(re-entrainment)을 초래한다. 이것은 상기 탈비말을 위한 장치들의 효과를 감소시킨다.