KR100905460B1 - 칼럼 내 열교환기의 차폐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 증기상을 칼럼 내 열교환기(4)에 통과시켜 제1 스트림과 열을 교환하고, 칼럼 내 제2 증기상을 생성하여 칼럼 내의 열을 교환하는 방법 및 장치를 개시한다. 상기 제2 증기상은 열교환기(4) 위에 위치하는 차폐 장치(12)를 통과하고, 상기 차폐 장치(12)는 하강 액체가 열교환기(12)와 접촉하는 것을 방지한다. 상기 차폐 장치(12)는 칼럼 내 2개의 열교환기(12, 22) 사이에 개재할 수 있다.

Description

칼럼 내 열교환기의 차폐{SHIELDING OF HEAT EXCHANGERS IN COLUMNS}

본 발명은 칼럼 내 열전달을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 칼럼 내 열교환기를 액체로부터 차폐하는 것에 관한 것이다.

석유화학, 화학 및 석유 정제와 같은 많은 산업에서 혼합물을 분리하기 위한 칼럼이 사용된다. 이러한 칼럼은 전형적으로 원통형의 수직 방향 용기이며, 여기서 세정 증기 및 하강 액체가 접촉하고, 성분을 전달하며, 분리하고, 각각 칼럼의 정상부 및 바닥부를 향해 이송된다. 빈번히, 칼럼은 증기-액체 접촉 장치를 보유하여 증기상 및 액체상의 접촉 및 분리를 강화시킨다. 증기-액체 접촉 장치의 예로는 트레이 및 팩킹이 있다. 다수의 이들 증기/액체 접촉 장치는 디자인이 광범위하다. 예를 들어, 증기/액체 접촉 장치 중 트레이 유형은 버블 캡(bubble cap), 체, 밸브, 및 전형적으로 트레이를 통해 액체가 하강하고 증기가 상승하도록 하는 다중 하향유로 트레이(multiple downcomer tray)를 포함한다. 팩킹은, 예를 들어 라시히 링(Raschig ring) 또는 벌 새들(Berl saddle)로 채워지는 랜덤 팩킹 및 구조 팩킹을 포함한다. 개개 칼럼의 특정 작동 조건은 가공되는 매우 상이한 혼합물에 대한 무수한 분리를 달성하기 위해 상당히 변할 수 있다. 상기 칼럼을 사용하는 방법의 예로는 스트리핑, 정류 및 다양한 형태의 증류, 예컨대 분별 증류, 증기 증류, 반 응 증류 및 분할벽 칼럼 내 증류를 들 수 있다. 이러한 방법들은 회분식 또는 연속 방식으로 수행될 수 있다. 칼럼의 설치 및 작동 비용을 감소시키는 것은 디자인 및 작동의 일반적인 목표이다. 많은 경우에서, 이러한 노력들은 칼럼의 열 공급 및 제거에 필요한 장치 및 설비에 중점을 두고 있다.

통상적으로, 칼럼으로부터 스트림을 제거하고, 상기 스트림을 열교환기를 통해 칼럼 쉘 외부로 통과시키며, 상기 스트림의 적어도 일부를 칼럼으로 회송시켜 냉각 또는 가열시킴으로써, 칼럼으로부터 열을 공급하거나 제거한다. 예를 들어, 칼럼의 정상부로부터 회수된 오버헤드 증기를, 오버헤드 증기로부터의 액체를 응축시켜 응축된 액체의 적어도 일부를 칼럼에 회송시켜 환류를 제공하는, 칼럼 쉘 외부의 오버헤드 시스템 내 열교환기로 이송시킬 수 있다. 유사한 방식으로, 열교환기는 일반적으로 칼럼 바닥부로부터 제거된 액체 스트림을 가열하여 칼럼에 증기를 제공한다. 증기 및 액체 스트림은 칼럼의 정상부 및 바닥부 사이의 중심부로부터 회수되고, 가열 또는 냉각되며 상기 칼럼으로 회송될 수 있다.

US 2,044,372; US 4,218,289; 및 US 5,507,356; 및 DE 198 30 163 A1 모두는 칼럼 정상부 내 증기를 적어도 부분적으로 응축시키는 칼럼 내부의 다양한 열교환기의 용도를 기술한다.

칼럼 내부의 열교환기를 사용함으로써 칼럼 쉘 외부에 열교환기를 위치시키는 것에 비해 다양한 이점을 얻게 된다. 예를 들어, 일부 오버헤드 시스템 장비 및 관련 지지 구조물을 제거하여 비용 및 공간 둘 모두의 관점에서 절감하게 된다. 또한, 내부 열교환기는 대기압 이하에서 칼럼을 작동시키는 경우 특히 중요한 것으로 증명된 압력 강하가, 동등한 외부 오버헤드 시스템과 비교하여 보다 낮을 수 있다. 칼럼 내 증기를 냉각시키는 2개의 열교환기를 사용하는 많은 적용예에서, 칼럼 외부에 제2 열교환기를 위치시킴으로써, 칼럼 내에 제1 열교환기를 위치시켜 얻게 되는 이점 중 많은 것을 잃게 된다.

발명의 개요

칼럼 내 증기를 냉각시키기 위해 칼럼 내에 2개의 열교환기를 설치하는 경우의 한 문제점은 최상부 열교환기 내에 형성된 액체가 하부 열교환기와 접촉하여 이의 작동에 영향을 준다는 점이다. 예를 들어, 하강 액체는 의도한 열교환기를 변화시켜 다른 곳에 사용하기 위한 열의 회수가 불충분하게 한다. 추가로, 하강 액체는 열교환기 내의 증기 유로 일부 또는 전부를 범람시키거나 가로막아 압력 강하의 증가 및/또는 작동의 불안정을 유발시킬 수 있다. 본 발명은 상기 문제점들에 대한 신규하고 비용 효율적인 해결책을 제공한다. 본 발명은 또한 하강 액체가 있는 임의의 위치, 예컨대 2개의 증기/액체 접촉 장치 사이에서 증기상과 열을 교환하는 칼럼 내 열교환기를 차폐시키는 데 이용될 수 있다.

본 발명의 한 실시양태는 칼럼 내 제1 증기상을 칼럼 내 열교환기에 통과시켜 상기 칼럼 내에서 제1 스트림과 열을 교환하고 제2 증기상을 생성시켜 칼럼 내에서 열을 교환하는 방법이다. 제2 증기상은 상기 열교환기 위에 위치하는 차폐 장치를 통과한다. 상기 차폐 장치는 하강 액체가 열교환기와 접촉하는 것을 방지한다.

본 발명의 확장된 실시양태는 상기 차폐 장치 위에 제2 열교환기를 추가한 다. 차폐 장치 위의 제2 증기상의 적어도 일부는 칼럼 내부의 제2 열교환기를 통과하여 제2 스트림과 열을 교환한다.

본 발명의 장치 실시양태는 칼럼 내부에 위치하는 열교환기와 열을 교환하기 위한 장치를 제공한다. 상기 열교환기는 칼럼 내 증기상 및 제1 스트림과의 유체 연통(fluid communication)을 제공한다. 배리어를 포함하는 차폐 장치는 열교환기 위에 위치하고 액체 출구 및 증기 통로를 보유한다. 증기 통로는 차폐 장치 아래에서 칼럼과 유체 연통하는 증기 입구, 및 차폐 장치 위에서 칼럼과 유체 연통하는 증기 출구를 보유한다. 상기 차폐 장치를 배열하여 하강 액체와의 접촉으로부터 열교환기를 차폐한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 실시양태를 도시하는 칼럼의 단면도이다.

도 2는 도 1에서 원으로 표시된 영역 'B'의 확대도이다.

도 3은 도 1에서 표시된 선분 3-3을 따라 얻게 되는 오버헤드 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시양태를 도시하는 칼럼의 단면도이다.

도 5은 도 4에서 표시된 선분 5-5을 따라 얻게 되는 오버헤드 단면도이다.

도 6A 및 6B는 각각 본 발명 실시양태의 단면도 및 상면도를 예시한다.

도 7A 및 7B는 각각 본 발명 실시양태의 단면도 및 상면도를 예시한다.

도 8은 본 발명 실시양태의 단면도를 예시한다.

도 9A는 본 발명 실시양태의 상면도이고, 도 9B 및 9C는 본 발명 실시양태의 측면도이다.

본 발명에 따른 칼럼은 원하는 바와 같이 디자인될 수 있고, 통상적으로 칼럼이 사용되는 임의의 적용, 예컨대 반응에 부합될 수 있으나, 전형적으로 다양한 유형의 증류 칼럼에서와 같은 혼합물 분리에 대한 적용에 부합될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 기술된다. 상기 도면은 본 발명을 이해하는 데 필요한 칼럼 성분만을 나타내어, 실척이 아닌, 단순화된 개략도이다.

도 1은 쉘(2)을 보유하는 칼럼(1)의 정상부를 나타낸다. 제1 증기상은 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)로부터 상승하고, 제1 열교환기(4)를 통과한다. 또한, 열교환기(4)는 서로 열을 교환하는 유체가 직접 접촉하지 않는 간접 열교환기로서 특징지어질 수 있다. 상기 칼럼 내 증기/액체 접촉 장치의 특정 형태 및 세부물은 본 발명의 목적에 있어 필수적인 것은 아니다. 따라서, 이들은 트레이, 팩킹, 또는 반응 영역과 같이 상승 증기 및 하강 액체가 접촉하고 분리되는 기타의 장치 중 임의의 유형일 수 있다. 도시되지 않은 실시양태에서, 제1 증기상은 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)와 제1 열교환기(4) 사이에 위치하는 흡착제 또는 촉매의 층과 같은 기타의 부재를 통과한다. 증기/액체 접촉 장치를 보유하지 않는 칼럼에서, 액체가 유입되거나 칼럼 내에 액체가 형성되는 최고의 수준은 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)의 수준과 동등하다. 임의의 배플(baffle)(10)은 쉘(2)에서부터 연장하여 제1 열교환기(4)를 통해 실질적으로 모든 제1 증기상을 유도한다. 상기 배플은 칼럼의 운전 조건에 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 상기 배플(10)은 하나 이상의 부품으로 구성되고, 용접, 기밀 용접, 볼트 처리 및 가스켓 처리와 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 쉘(2)에 고정되며 서로 고정될 수 있다. 도시되지 않은 기타 실시양태에서, 배플(10)은 제거되거나, 제1 증기상 일부가 제1 열교환기(4)를 우회하도록 배열될 수 있다.

제1 스트림은 제1 도관(6)을 통해 제1 열교환기(4)의 입구로 이송되고, 플레이트 간의 공간을 통해 상승하는 제1 증기상에 향류방향으로 중공 플레이트 내에서 하향으로 평행하게 흐른다. 제1 스트림은 출구를 통해 제1 열교환기(4)에서 배출되고, 제2 도관(8)을 통과한다. 제1 응축물은 제1 증기상으로부터 침전하고, 제1 열교환기(4)로부터 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)로 하강하여 칼럼으로의 적어도 일부의 환류를 형성한다. 예시되지 않은 실시양태에서, 열교환기(4)에서 형성된 응축물은 수집, 계량 및/또는 증기/액체 접촉 장치(34)에 걸쳐 분산된다. 도시되지 않은 추가 실시양태에서, 수집된 응축물은 적용 특정 요건에 따라 계량되고/되거나, 칼럼 내 기타 위치로 분산되며 칼럼으로부터 회수된다.

제1 열교환기(4)는 제2 증기상을 생성하고, 이는 차폐 장치(12)의 증기 통로(18)에서 차폐 장치(12)를 통과한다. 상기 차폐 장치(12)는 증기 통로(18)를 한정하도록 배열된 2개의 배리어 (14) 및 (16)를 포함한다. 배리어(14)는 칼럼 축에 대략적으로 직각일 수 있는 평면부와, 대략적으로 수직의 원통형 벽 또는 부위(13)와의 조합물일 수 있다. 배리어(14)는 쉘(2)로부터 연장하고, 증기 입구(17)를 포함하는 원형 개구부를 한정한다. 배리어(16)는 배리어(14)의 평면부와 대략 평행할 수 있고, 액체가 배리어(16)의 에지(edge)를 흘러 넘치거나 이의 바닥면을 따라 흘러 증기 통로(18)를 통해 제1 열교환기로 떨어지는 것을 방지하는 임의의 드립 에지(drip edge)(15)를 보유하는 것으로 나타난다. 상기 드립 에지는 배리어(16)의 부분으로 간주될 수 있고, 액체가 배리어(14)의 평면부로 떨어지도록 하는, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 모양 또는 디자인일 수 있다. 증기 통로(18)는 차폐 장치(12) 아래의 칼럼, 원통형 벽 또는 부위(13) 및 증기 출구(19)와의 유체 연통을 제공하는 증기 입구(17)를 포함할 수 있다. 가상의 원통형 증기 출구(19)는 배리어(16)와, 배리어(14) 위의 원통형 벽 또는 부위(13)의 상부 에지 사이로 한정된다. 증기 출구(19)는 차폐 장치(12) 위의 칼럼과의 유체 연통을 제공한다. 따라서, 증기는 화살표 'A'로 나타낸 바와 같은 경로로 차폐 장치(12)를 통과할 수 있다. 증기 통로를 명확하게 하기 위해, 도 1은 원통형 벽 또는 부위(13)의 정상 및 바닥 에지를 생략한다. 도 1은 배리어(14)와 이격되어 있는 배리어(16)를 지탱하고 있는 4개의 지지체(20) 중 하나를 도시한다. 증기 입구(17)는 증기 통로(18)에 해당하고 이에 가장 근접한 원통형 벽(13)의 면으로부터 수직으로 연장하는 가상의 수직 원통 내부에 위치한다. 따라서, 증기 입구, 증기 출구 및 열교환기로 구성된 군 중 단지 하나만이 수직으로 배열되어 액체가 열교환기(4)와 접촉하는 것을 방지하는 것으로 도시된다. 한 실시양태에서, 증기 출구(19)의 원통면은 증기 입구(17)의 원면적보다 1.5 배 이상 크다.

증기 통로(18)의 수 및 디자인은 차폐 장치(12) 위에 요구되는 증기 분산을 유지하면서 차폐 장치(12)를 통한 압력 강하를 최소화하는 것과 같은 특정 적용의 목적들이 균형을 이루도록 결정하여야 한다. 유사하게는, 배리어의 수 및 배열을 특정 적용, 및 제작 및 설치의 용이성을 기준으로 결정되어야 한다. 배리어는 임의의 적합한 재료 및 두께로 형성될 수 있다. 이들은 단일 부품으로 형성될 수 있거나, 이들은 함께 부착된 다중 부품으로 구성될 수 있다. 또한, 트레이는, 이 트레이가 차폐 장치를 통해 증기를 통과시키고 그 증기가 액체와 접촉하는 한, 배리어 또는 부분 배리어로서 사용될 수 있다. 그러나, 상기 트레이는 개조하거나 또다른 배리어와 접합하여 배열함으로써 액체가 열교환기(4)와 접촉하는 것을 방지하도록 해야 한다. 트레이를 포함하는 이러한 실시양태에서, 차폐 장치는 또다른 증기/액체 접촉 단계를 제공하고, 열 및 물질은 칼럼의 동일한 영역 내에서 증기상 및 액체상 사이로 이동된다. 부품이 서로 고정되거나 쉘(2)에 고정되는 경우, 이들은 차폐 장치를 통하는 제1 열교환기(4)로의 임의의 액체 하강을 실질적으로 방지하는 구조 또는 실링(sealing)을 포함하게 된다. 실링의 예로는 기밀 용접 또는 가스켓 및 볼트 처리를 이용하는 것을 포함한다. 칼럼 내부의 배리어, 쉘 또는 기타 부재에 고정되는 다양한 지지체, 예컨대 바(bar), 탭(tab) 또는 케이블은, 필요한 경우, 서로에 대하여 다중 배리어를 고정할 수 있다.

상기 차폐 장치(12) 위에서, 제2 증기상으로부터 제2 응축물이 침전되는 제2 열교환기(22)를 통해 제2 증기상이 통과한다. 배플(10)과 유사한 임의의 제2 배플(49)은 쉘(2)에서부터 연장하여 제2 열교환기(22)를 통해 실질적으로 모든 제2 증기상을 유도한다. 제2 스트림은 제3 도관(24)을 통해 제2 열교환기(22)의 입구로 통과하고, 플레이트 사이에서 상승하는 증기 방향에 횡단하는 제2 열교환기에 걸쳐 직렬로 있는 중공 플레이트 내를 흐르며, 출구를 통해 제2 열교환기(22)에서 배출되고, 제4 도관(26)을 통과한다. 제2 열교환기로부터의 잔류하는 임의의 미응축 증기는 오버헤드 증기 생성물(28)로서 칼럼에서 배출된다.

제2 응축물은 제2 열교환기로부터 떨어지고, 차폐 장치(12)의 배리어 (14) 및 (16)에 의해 차단된다. 차폐 장치(12)의 액체 출구(21)는 쉘(2)에 위치하고, 차폐 장치(12)로부터의 액체 제거를 위한 액체 도관(30)과의 연통을 제공한다. 도 2의 영역 'B'의 확대도에서 도시된 바와 같이, 오버랩(overlap)(38)에서 배리어(14)의 최저부는 액체 도관(30)의 최저부 위에 위치하여 차폐 장치(12)로부터의 액체를 자유롭게 배수시킨다. 도시되지 않은 실시양태에서, 차폐 장치는 예를 들어 운전정지 중 배수를 보장하는 작은 드립 홀을 포함할 수 있다. 그러나, 드립 홀을 통한 어떠한 누출액도 열교환기(4)의 작동에 실질적으로 영향을 주지 않게 된다. 바람직하게는, 드립 홀은 열교환기(4)와 수직으로 배열되지 않아 누출액이 열교환기(4)와 접촉하는 것을 방지하게 된다. 밸브(도시되지 않음)는 액체 도관(30)에 포함되어, 차단된 액체가 칼럼 내 다른 위치, 예를 들어 도시된 바와 같은 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)로 유도되거나, 액체 생성물(32)로서 칼럼으로부터 제거하거나, 소정의 이들 목적 위치 사이에서 분할될 수 있다. 파이프의 'J' 영역을 포함하는 액밀 레그(leg)(33)는 증기가 액체 도관 위로 흐르는 것을 방지한다. 이를 수행하는 기타의 수단, 예컨대 액체 트랩은 당업자에게 공지되어 있다. 임의로, 액체 생성물(36)은 최상부 증기/액체 접촉 장치(34)에서 칼럼으로부터 회수될 수 있다.

도 1에 도시된 실시양태에서, 열교환기 (4) 및 (22) 둘 모두는, 증기상이, 실질적으로 수직 방향인 플레이트를 지나 상승하여 통과하는 플레이트 유형의 응축기 및/또는 부분 응축기이다. 플레이트 열교환기를 바람직하게 사용하는 경우, 일반적으로 다른 유형의 교환기보다 열전달 계수가 높아지고, 단위 부피당 표면적이 커지며, 열교환기에 걸쳐 압력 강하를 낮추는, 교환기 플레이트의 노출 면적 상의 증기상을 위한 상대적으로 직접적인 상승 경로를 제공한다.

상기 두개의 열교환기의 특정 디자인 세부물은 본 발명에 있어 필수적인 것은 아니며, 상당히 변경시켜 특정 적용 요건을 만족시킬 수 있다. 추가의 적합한 교환기의 기하학적 구조는 관형 또는 원통다관형(shell and tube)을 포함하며; 이는 열교환기를 통해 증기상이 하강 또는 평형 통과하게 하고; 병류, 향류 또는 직교류 배열이다. 마찬가지로, 열교환기 기능을 변경시켜 특정 적용 요건을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 열교환기(4)는 제1 증기상을 가열시키도록 디자인할 수 있으나, 더욱 전형적으로는, 상기 열교환기는 필요한 환류를 생성시키는 응축기 또는 부분 응축기이게 하거나, 예를 들어 다른 곳에서의 사용 또는 공정 스트림에 의한 열 통합의 제공을 위해 제1 스트림 내에 스팀을 발생시켜 전체적인 효율을 감소시키도록 디자인할 수 있다. 제2 열교환기(22)는 생성물 회수를 증가시키거나, 오버헤드 증기 생성물의 다양한 생성물 사양, 예컨대 저장에 요구되는 온도, 또는 순도 사양을 만족시키도록 디자인할 수 있다.

도 3은 제1 열교환기(4) 위의 차폐 장치(12)의 배열을 나타낸다. 상기 도는 배리어 (14) 및 (16) 아래의 윤곽으로 제1 열교환기(4)를 나타낸다. 상기 도는 칼럼 내 하강 액체를 차단하고, 이 액체를 액체 출구를 통해 액체 도관(30)으로 유도함으로써 열교환기(4)로의 수직 통로를 상기 배리어들이 오버랩하여 차단할 수 있는 방법을 나타낸다. 기술한 바와 같이, 지지체(20)는 수직 원통형 부위(13)의 정상으로부터 배리어(16)를 이격시킨다. 지지체(20)는 배리어(16)의 바닥면으로 배리어(14)의 평면부를 고정시킨다. 임의의 드립 에지는 15와 같이 도시된다. 도시되지 않은 기타의 실시양태에서, 배리어(16)를 위한 지지체는 배리어(16)의 정상면 및/또는 에지에서 쉘(2) 및/또는 칼럼 내부 부품으로 연장할 수 있다.

도시되지 않은 추가 실시양태에서, 배리어(16)는, 오버랩하여 증기 통로(18)를 실질적으로 덮어, 하강 액체를 차단하고, 이 액체를 쉘(2)을 향해 비스듬히 유도하여 배리어(14)의 평면부에 떨어지게 하는 대략 평행하고 이격된 몇몇 'V' 채널을 포함하는 동시에, 이는 'v' 채널 사이의 증기에 대해 더욱 직접적인 상승 통로를 제공할 수 있다. 상기 배열은 낮은 압력 강하 적용에 적합할 수 있다.

도 4 및 5는 쉘(2)을 보유하는 칼럼(1) 내 2개의 증기/액체 접촉 장치 사이에 위치하는 본 발명의 실시양태를 도시한다. 도 1에서 상응하는 부재와 배치상 다른 도 4의 부재는 참조 번호에 프라임(prime) 부호 ' ' '를 붙여 명시하게 된다. 제1 증기상은 하부 증기/액체 접촉 장치(50)로부터 상승하고 열교환기(4')를 통과한다. 이전에서와 같이, 증기/액체 접촉 장치 및 열교환기의 특정 형태 및 세부물은 본 발명에서 필수적인 것은 아니다.

제1 스트림은 제1 도관(6)을 통해 제1 열교환기(4')의 입구로 통과하고, 플레이트 사이의 공간을 통해 상승하는 제1 증기상에 병류하는 중공 플레이트 내부에서 평행하게 위로 흐르고, 출구를 통해 제1 열교환기(4')로 배출되며, 제2 도관(8)을 통과하여, 필요에 따라, 제1 증기상을 가열 또는 냉각시킨다. 열교환기(4')가 제1 증기상으로부터 응축물을 침전시키는 데 사용되는 응축기 또는 부분 응축기인 경우, 응축물은 하부 증기/액체 접촉 장치(50)에 떨어진다.

제1 열교환기(4')는 제2 증기상을 생성하고, 이는 차폐 장치(12')의 증기 통로(18')에서 차폐 장치(12')를 통과한다. 또다른 실시양태(도시되지 않음)에서, 하부 증기/액체 접촉 장치로부터 상승하는 일부 증기는 열교환기(4')를 우회하고, 마찬가지로 차폐 장치(12')를 통과하게 된다. 상기 차폐 장치(12')는 쉘(2)의 내부 표면과 함께 증기 통로(18')를 한정하는 2개의 경사 배리어 (14') 및 (16')를 포함한다. 배리어 (14') 및 (16')는 배수 목적의 수직 성분을 보유하나, 차폐 목적의 수평 성분을 보유할 수 있다. 배리어(14')는 경사 평면부 및 임의의 수직 벽(13')을 포함하고, 상기 수직 벽은 쉘(2)의 내부 표면과 함께 코드(chord)를 한정한다. 증기 통로(18')는 배리어(14')의 경사 평면부의 코드형 상부 에지와 쉘(2)의 내부 곡선형 표면 사이의 증기 입구(17'), 및 배리어(16')와 수직 벽(13')의 상부 에지 사이에서 한정되는 직사각형의 증기 출구(19')를 보유한다. 따라서, 차폐 장치를 통한 증기 유로는 화살표 'A'를 따른다. 배리어 (14') 및 (16')는 앞서 기술한 바와 같이 구성되고 쉘에 고정된다. 배리어 (14') 및 (16')는, 필요에 따라, 기울어지고, 오버랩핑되어 있어 하강 액체로부터 열교환기를 차폐한다. 임의의 수직부(13')는 액체가 증기 통로(18')를 통해 하강하고 열교환기와 접촉하는 것을 추가로 방지한다.

배리어 (14') 및 (16')는 상부 증기/액체 접촉 장치(51)로부터 하강하는 액체를 차단한다. 벽(35)의 정상부는 배리어(14')의 최저 에지 및 쉘(2)의 내부 표면에 고정되어 차폐 장치(12')의 액체 출구(21')를 한정한다. 벽(35)은 배리어(14')로부터 하향 연장하여 쉘(2)과 함께 액체 도관(30')을 한정한다. 따라서, 액체는 차폐 장치로부터 액체 출구(21')를 통해 액체 도관(30')으로 자유롭게 배수된다. 액체 도관(30')은 차단된 액체를 도시되는 바와 같이 하부 증기/액체 접촉 장치(50)로, 또는 도시되지 않은 액체 분산 장치를 통해 칼럼 내 다른 위치로 유도한다. 액체 트랩(40)은 액밀을 제공하여 증기가 액체 도관 위로 흐르는 것을 방지한다. 도시되지 않은 다른 실시양태에서, 액체 출구(21') 및 액체 도관(30')은 분할되고/되거나 칼럼 내부 및/또는 외부의 다중 목적 위치로 차단된 액체를 이송시키도록 창안된 추가 도관일 수 있다.

도 5는 배리어(14') 및 (16') 아래의 윤곽으로 도시된 열교환기(4')와 함께 열교환기(4') 위의 차폐 장치(12')의 배열을 도시한다. 배리어(16')은 배리어(14')를 향해 도면 우측면 상에서 쉘(2)의 내부 곡선형 표면으로부터 하향으로 기울어져 있고 코드형 하부 에지(52)에서 끝나는 평면부이다. 배리어(14')는 배리어(16') 아래에 있는 수직부(13')의 정상부 에지에서 액체 도관(30')의 한 면을 형성하는 벽(35)의 정상부까지의 칼럼의 전체 단면적을 커버하도록 하향으로 기울어져 있는 평면부이다. 액체 도관(30')은 칼럼에서 그 정상부 에지로부터 하향 연장하는 벽(35)과 쉘(2)에 의해 형성되는 것으로 표시된다.

도 6-9는 하강 액체와의 접촉으로부터 제1 열교환기를 차폐하고 상승 증기에 대한 증기 통로를 제공하게 되는 차폐 장치의 배열과 관련하여 실질적으로 무제한 변경의 추가 비한정 예를 도시한다. 열교환기(도시되지 않음)는 상기 차폐 장치 아래의 실질적인 단면적을 커버할 수 있다. 도 6-9에서 도시된 실시양태에서, 증기 입구, 증기 추구 및 열교환기로 구성된 군 중 하나 이상이 수직으로 배열되지 않아 액체가 열교환기와 접촉하는 것이 방지된다. 적용예에서 보다 작은 칼럼 단면적을 커버하는 열교환기를 사용하는 경우, 차폐 장치는, 예를 들어 분할 벽 칼럼에서 또한 이를 차폐하도록 용이하게 배열할 수 있다. 다른 도면의 상응하는 부재와 배치가 다른 도 6, 7, 8 및 9의 부재는 각각 'a', 'b', 'c' 및 'd'로 명시된다.

도 6A 및 6B는 배리어(16a)가 배리어(14a)의 직사각형 증기 입구(17a)를 덮는 직사각형 평면부와 같고, 이의 주변부를 하향으로 기울여 차단된 액체를 배리어(14a)로 편향시키는 것을 도시한다. 배리어(16a)에 대한 지지체(20a)는 배리어(14a)의 수직부(13a)에 고정될 수 있다. 배리어(14a)는 액체 체류 트렌치(trench)(44)를 포함한다. 액체 출구(21a)는 액체 체류 트렌치(44)의 경계를 또한 형성하는 쉘(2)의 부분에 있다. 도시되지 않은 또다른 실시양태에서, 액체 체류 트렌치는 배리어(14a)의 코드형 에지로부터 경사진다.

도 7A 및 7B는 쉘(2)의 내부 표면에 의해 부분적으로 한정되는 배리어(14b) 전체 주변부 둘레에 액체 체류 트렌치(44b)를 보유하는 배리어(14b)를 도시한다. 배리어(14b)는 증기 입구(17b) 및 액체 출구(21b)를 제외한 칼럼의 전체 단면적을 커버한다. 굴곡을 보유하는 튜브 형태의 배리어(16b)는 증기 입구(17b)를 커버하여 하강 액체를 배리어(14b)로 편향시킨다. 증기 출구(19b)에서의 추가 굴곡 또는 돌출부(25)를 이용하여 추가적인 액체 차폐를 제공할 수 있다. 액체 체류 부피(44b)의 바닥부에서의 4개의 액체 출구(21b)는 액체 도관(30b)과의 유체 연통을 제공한다. 액체 도관(30b)은 액체가, 도시되지 않은 열교환기와 접촉하는 것을 방지하는 동시에, 상기 액체를 쉘 내부 및/또는 외부의 다른 위치로 유도한다. 액체 도관이 증기 공간과의 유체 연통하는 경우, 액밀, 예컨대 'J' 부위 또는 액체 트랩을 이용하여 증기가 액체 도관(30b) 위로 흐르는 것을 방지한다.

도 8은 칼럼의 단면적을 완전히 커버하여, 하강 액체를 차단하고 이를 액체 출구(21c)로 유도시킴으로써 아래의 열교환기(도시되지 않음)를 차폐하는 단일 배리어(14c)를 도시한다. 쉘(2)의 증기 입구(17c)는 차폐 장치 아래에서 칼럼과의 유체 연통을 제공하고, 쉘(2)의 증기 출구(19c)는 차폐 장치 위에서 칼럼과의 유체 연통을 제공한다. 따라서, 차폐 장치는 쉘(2) 외부에 있는 증기 통로(18c)를 보유한다. 필요한 경우, 배리어(14c)의 경사 및 배리어(14c) 위의 증기 출구(19c)의 높이는 특정 적용에 필요한 만큼 조절될 수 있다. 액체 출구(21c)의 최저 수준은 증기 출구(19c)의 최저 수준보다 낮아 증기 통로(18c)로의 흐름 없이 차폐 장치로부터 액체를 제거하기 위한 통로를 제공한다. 증기 입구(17c) 및 증기 출구(19c) 사이의 쉘(2) 부위는 제2 배리어(13c)를 제공한다.

도 9A, 9B 및 9C는, 배리어의 에지가 단일 실선으로 나타내어진 이전 도면에 비해 각각의 면에 대해 하나의 선으로, 배리어 또는 배리어 부위의 에지를 2개의 선으로 예시하였다. 직사각형 증기 입구(17d)는 4개의 면으로 제한되는 증기 통로(18d)를 부분적으로 한정하는 직사각형 단면적과 함께 수직 도관(13d)을 포함하는 배리어(14d) 내의 개구부를 포함한다. 배리어(16d)는 도관(13d)의 상부 에지를 덮는다. 도관(13d)의 보다 긴 면에 고정되는 2개의 지지체(20d)는 배리어(16d)를 도관(13d)으로부터 이격시킨다. 배리어(16d)는, 도관(13d)의 보다 짧은 면에 고정되는 도관(13d)의 2개의 보다 짧은 말단 플레이트(45)에 의해 또한 지지되고 도관(13d)과 이격된다. 배리어(16d)의 보다 긴 면들은 각각 배리어(16d)의 정상 평면으로부터 상향 연장하는 벽(46)을 보유함으로써 채널을 형성하여 배리어(16d)에 의해 차단된 액체가 배리어(14d)의 평면부로 유도되고 보다 짧은 말단 플레이트(45)에 의해 증기 통로(18d)에 투입되는 것이 방지되게 된다. 증기 출구(19d)는 도관(13d)의 2개의 보다 긴 면에 있는 것으로 나타난다.

Claims (11)

1. 칼럼 내 증기/액체 접촉 장치로부터 상승하는 제1 증기상을 칼럼 내 간접 열교환기에 통과시켜 제1 스트림과 열을 교환하는 단계로서, 상기 간접 열교환기가 칼럼 내에서 제2 증기상을 생성하는 것인 단계;

   상기 제2 증기상을 차폐 장치에 통과시키는 단계로서, 상기 차폐 장치는 간접 열교환기 위에 위치하고, 하강 액체가 간접 열교환기와 접촉하는 것을 방지하는 것인 단계

   를 포함하는 칼럼 내 열교환 방법.
2. 제1항에 있어서, 제2 증기상의 적어도 일부는 칼럼 내부의 제2 열교환기를 통해 차폐 장치 위로 통과하여 제2 스트림과 열을 교환하는 것인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차폐 장치로부터의 하강 액체의 적어도 일부를 칼럼 내 또다른 위치로 이송하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 간접 열교환기는 제1 증기상으로부터 응축물을 생성하는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 응축물의 적어도 일부를 수집하여 상기 응축물을 칼럼 밖으 로 이송하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 증기상이 상승하여 통과하는 간접 열교환기 및 차폐 장치는 2개의 증기/액체 접촉 장치 사이에 위치하는 것인 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 열교환기는 최상부 증기/액체 접촉 장치 위에 위치하는 것인 방법.
8. 칼럼(1) 내부에 위치하고 증기상을 생성하는 증기/액체 접촉 장치(34);

   칼럼(1) 내부에서 증기/액체 접촉 장치(34) 위에 위치하는 간접 열교환기(4)로서, 칼럼(1) 내 증기상 및 제1 스트림과 유체 연통(fluid communication)하는 간접 열교환기(4);

   간접 열교환기 위에 위치하고 액체 출구(21) 및 증기 통로를 보유하며, 배리어(14, 16)를 포함하는 차폐 장치(12)로서, 상기 증기 통로(18)는 차폐 장치(12) 아래에서 칼럼(1)과 유체 연통하는 증기 입구(17), 및 차폐 장치(12) 위에서 칼럼(1)과 유체 연통하는 증기 출구(19)를 보유하는 것인 차폐 장치(12)

   를 포함하는 칼럼 내 열교환 장치로서, 간접 열교환기(4)가 하강 액체와 접촉하는 것을 차폐시키도록 배열되는 장치.
9. 제8항에 있어서, 차폐 장치(12)는 증기 입구(17)를 한정하는 하나 이상의 배 리어(14) 및 증기 출구(19)를 한정하는 하나 이상의 배리어(16)인 둘 이상의 배리어(14, 16)를 포함하고, 상기 차폐 장치(12)는 액체 출구(21)의 최저부가 증기 출구(19)의 최저부 아래에 있도록 배열되는 것인 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 칼럼(1) 내부에서 차폐 장치(12) 위에 위치하며, 칼럼(1) 내 제2 증기상 및 제2 스트림과 유체 연통하는 제2 열교환기(22)를 추가로 포함하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 제2 열교환기(22)는 간접 열교환기인 장치.

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