KR20010043888A - 구조화된 패킹 및 이를 위한 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구조화된 패킹(2; 촉매를 포함하던 포함하지 않던)은 50㎛ 이하의 기공 개구를 구비한 매시 재료로 형성되고, 상기 패킹(2)은 기공 개구를 통한 유체의 유동을 촉진하는 난류 발생기를 구비하며, 벌크 혼합을 개선시키기 위해 기공 보다 큰 부가적인 개구를 추가로 구비할 수 있다.

Description

구조화된 패킹 및 이를 위한 소자{Structured packing and element therefor}

상업적으로, 증류는 질량 전달(mass transfer) 및 열 전달(heat transfer) 양자 모두를 위해 필요한 가스-액체 접촉을 용이하게 하기 위해, 패킹 디바이스를 포함하는 타워내에서 다단으로 가스와 액체를 역방향으로 유동시킴으로써 실행되어 왔다. 다수의 평형 스테이지(equilibrium stage)가 타워내에 존재하기 때문에, 타워 길이 전체에 걸쳐 증기와 액채의 조성이 변화된다. 타워의 적절한 위치에서 액체나 증기 상태로 원하는 생성물을 추출할 수 있다.

보다 효과적인 질량 전달 디바이스는 동일한 수의 안정 스테이지에 대하여 타워의 길이가 짧은 것이다. 질량 전달 디바이스는 일반적으로 이격된 트래이이며, 상기 트래이는 증기가 작은 높이의 액체, 또는, 가스-액체 접촉을 위한 표면을 포함하는 연속적인 패킹을 통해 상향으로 통과할 수 있게 해준다. 증기-액체 평형을 달성하기 위한 능력은 연속적인 패킹에 대하여 부분 "트래이 효율" 또는 "이론단 해당의 고도(Height Equivalent to a Theoretical Plate; HETP)"로 표현된다. HETP가 낮아질수록 패킹 효율은 높아진다. 구조화된 패킹의 장점은 낮은 증기 압력 강하와 결부된 높은 효율이다. 높은 압력차가 발생할 경우에, 높은 압력차를 극복하기 위해 타워 내에서 가스를 강제로 상승시키기 위한 비용이 상승되기 때문에, 압력 강하가 낮은 것이 바람직하다.

촉매 증류 구조의 예는 스페란디오에게 허여된 미국 특허 제 4,731,229호와, 해른에게 허여된 미국 특허 제 5,523,062호와, 존슨에게 허여된 제 5,189,001호 및 크로슬랜드 등에게 허여된 제 5,431,890호에 개시되어 있다. 예로서, 상기 '229호 특허에는 수직 방향에 대해 경사진 홈통을 구비한 비주름부와 주름부를 교대로 포함하는 반응기 패킹 소자가 개시되어 있다. 상기 패킹을 통해 반응물을 유동시키기 위해 일부에 구멍이 제공되어 있다. 상기 홈통은 수직 방향에 대해 경사져 있어서 최상의 유체 접촉을 보증하고, 액체 유지력을 제공하고 있다. 수직 홈통의 경우에는 액체 유지력이 바람직하지 못하다. 즉, 액체 유동이 과도하다.

촉매 증류는 증류 기둥내측에 촉매를 배치함으로써 화학 반응을 동반한 분리(증류) 유니트 작업을 수반한다. 대부분의 반응 속도가 조성에 의존하기 때문에, 촉매를 최적의 위치에 위치시키는 것이 가능하다. 또한, 평형 제한 화학 반응(equilibrium limited chemical reaction)에서, 생성물(증류에 의한)을 추출하고, 반응을 전진 방향으로 작동시키는 것이 가능하다. 가장 중요하게, 촉매 증류의 사용은 더 작은 수의 설비를 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 두 개의 용기 반응기와 촉매 타워 배열이 단일 구조에 조합될 수 있다. 미국 특허 제 5,321,163호는 촉매 증류 시스템을 개시하고 있다.

본 발명은 증류(distillate) 타워나 단상(single phase) 또는 다상(multiphase) 혼합기 등의 유체 접촉 시스템에 사용되며, 촉매 증류를 위해 촉매로 제조될 수 있는 구조화된 패킹에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패킹 구조를 도시하는 등적도.

도 2a는 도 1의 패킹 소자 중 하나의 상부 평면도.

도 2는 2-2선을 따라 취한 도 2a의 패킹 소자의 정면도.

도 3은 도 1의 구조를 도시하는 상부 평면도.

도 3a는 도 3의 구조의 일부를 보다 상세히 도시하는 도면.

도 4는 도 1의 구조의 패킹 소자를 형성하는 블랭크의 정면도.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 패킹 소자의 등적도.

도 6a는 도 5의 소자의 상부 평면도.

도 6은 6-6선을 따라 취한 도 6a의 소자의 정면도.

도 7은 도 5 및 도 6의 소자를 복수개 사용하는 패킹 구조의 상부 평면도.

도 8은 도 7의 구조의 일부를 보다 세부적으로 도시하는 평면도.

도 9는 도 5의 소자를 형성하는데 사용되는 블랭크의 정면도.

도 10은 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 패킹 구조의 일부를 도시하는 평면도.

도 11은 11-11선을 따라 취한 도 10의 실시예의 부분 측면도.

도 12는 도 11의 실시예의 등적도.

본 발명은 종래의 증류 및 촉매 증류를 포함하는 다양한 목적에 사용될 수 있는 액체-액체 또는 가스-액체 접촉 등의 유체 사이의 접촉을 촉진하는 개선된 패킹에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 액체-액체 접촉 및/또는 가스-액체 접촉을 촉진하는 다공성 구조화된 패킹이 제공되고, 여기서, 상기 패킹을 형성하는 다공성 재료의 평균 기공 개구는 50㎛을 초과하지 않고, 상기 패킹은 배플 또는 탭 등의 난류 발생기를 구비하며, 상기 난류 발생기는 실질적으로 패킹의 전체면에 걸쳐 패킹 내의 기공 개구를 통한 액체의 유동이 발생하도록 구조화된 패킹위에 이격 배치되어 있다.

상기 다공성 패킹은 와이어 매시(mesh) 또는 스크린으로 형성되는 것이 바람직하다.

양호한 실시예에서, 상기 패킹은 벌크(bulk) 혼합을 촉진하는 부가적인 개구를 추가로 구비한다.

특히 바람직한 실시예에서, 미세 메시인 와이어 매시 또는 스크린이 다공성 패킹으로서 사용된다. 비록, 보다 작거나 보다 큰 직경을 가진 것을 사용할 수도 있지만, 일반적으로 최소 1㎛의 직경을 가진 그리고, 25㎛을 초과하지 않는 직경을 가진 화이버나 와이어 등의 금속 화이버 또는 와이어로 형성된 3차원 네트워크 또는 매시가 사용될 수 있다. 상기 네트워크는 미국 특허 제 5,304,330호, 제 5,080,962호, 제 5,102,745호 또는 제 5,096,663호 등에 개시된 형태를 사용할 수 있다. 재료의 3차원 네트워크는 화이버로 구성되는 것일 수 있고, 금속 펠트 등일 수 있으며, 금속 화이버 필터 또는 종이 등일 수 있으며, 또는, 다공성 금속 복합물일 수 있다. 콤팩트화된 와이어 또는 화이버는 두께를 가지는 재료의 3차원 네트워크를 형성한다. 일반적으로, 상기 재료의 삼차원 네트워크의 두께는 최소 5㎛이고, 일반적으로 10mm를 초과하지 않는다. 일반적으로, 네트워크의 두께는 50㎛이상이고, 2mm 이하이다.

3차원 네트워크는 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있고, 이런 3차원 네트워크는 그에 포함되거나 포획된 입자를 가질 수 있다. 상기 네트워크는 그 두께에 걸쳐 상이한 기공 크기를 가질 수 있으며, 동일 재료로 구성된 및/또는 적층된 구조일 수 있으며, 및/또는 다수의 층을 가질 수 있다.

매시는 일 형태의 화이버로 구성될 수 있거나, 둘 이상의 상이한 화이버로 구성되될수 있고, 또는, 단일 직경을 가지거나 상이한 직경을 가질 수 있다. 상기 매시는 금속으로 구성되는 것이 바람직하지만, 세라믹 등의 다른 재료를 사용할 수도 있다. 이런 금속의 대표적인 예는 니켈과, 304, 310, 316 등의 다양한 스텐레스강과, 헤스틸로이(hestelloy), Fe-Cr 합금 등이다.

매시는 그 틈내에 입자나 화이버를 보유할 수 있고, 상기 입자나 화이버는 촉매 기능을 가질 수 있다.

상기 구조화된 패킹은 촉매를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 촉매를 사용할 경우에, 상기 촉매는 패킹을 형성하는 화이버상에 피복될 수 있고, 및/또는 지지되거나 지지되지 않은 촉매가 매시 개구내에 포획될 수 있다.

미세 매시 구조 등의 다공성 재료로 패킹을 제조하는 것을 제안하고 있지만, 본 출원인은 패킹으로서 이런 다공성 재료를 효율적으로 사용하기 위해, 패킹내의 기공을 통해 액체의 효율적인 유동을 제공하기 위해 패킹 구조에 걸쳐 이격 배치된 난류 발생기를 제공하는 것이 필수적이라는 사실을 발견했다.

양호한 실시예에서, 상기 난류 발생기에 부가하여 상기 패킹은 부가적인 개구를 구비한다.

일반적으로, 부가적인 개구의 크기는 직경이 0.5mm이며, 바람직하게는 최소 1.0mm이다(원형 개구 기준). 구멍 또는 개구가 원형이 아닌 경우에, 이런 구멍들은 개구의 최소 면적이 이런 직경을 구비한 원형 개구의 최소 면적과 실질적으로 동일하도록 크기설정된다.

첨부된 도면을 참조로 설명되는 각 실시예에서, 난류 발생기(예로서, 탭 또는 배플 형태의)와 조합된 패킹 구조내에 형성된 구멍(패킹을 형성하는 매시 재료내에 고유하게 존재하는 구멍이나 기공에 부가하여)은 실질적으로 패킹의 전체 면에 걸친 개선된 벌크 혼합과, 패킹의 기공을 통한 유체의 개선된 유동을 제공하도록 기능한다.

본 출원인은 난류 발생기가 없는 경우에, 패킹의 기공을 통해 유체가 효율적으로 유동하지 못하는, 효율적이지 못한 방식으로 패킹이 기능한다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따라서, 상기 난류 발생기와 패킹 구조내에 형성된 구멍(패킹을 형성하는 매시 재료내에 고유하게 존재하는 구멍이나 기공에 부가하여)은 패킹의 전체 길이에 걸친 개선된 벌크 혼합과 상기 기공을 통한 유동을 최적화하는 기능을 제공하고, 가스/액체 질량 전달 및/또는 촉매 반응을 위한 충분한 표면적을 허용한다.

이런 부가적인 홀샌드(holesand) 난류 발생기는 최적화를 달성하기 위해 패킹에 걸쳐 이격 배치되어 있다. 이는 실험에 의해서 수행되거나, 또는, 보다 바람직하게는 수반되는 반응에 의해 발생되는 소정의 열 효과를 포함하는 구조를 통한 가스 및 액체 유동 패턴과 구조(기하학적 형상, 두께, 공극율 및 화이버 직경을 포함하는)를 설명하는 프로세스 모델에 의해 수행될 수 있다. 이런 모델의 일예는 수치해석 유체 역학으로 공지된 절차를 사용할 수 있다.

다공성 패킹에 부가된 구멍 또는 개구는 패킹면의 약 3%이상, 그리고 바람직하게는 약 10% 이상을 포함한다. 상한에 대해서는, 부가적인 개구는 표면의 20%이하, 바람직하게는 25% 이하이다.

탭 또는 배플은 버블을 파괴하고, 또한, 탭 또는 배플 뒤쪽에 버블을 생성하는 기능을 한다.

부가적으로, 상기 탭 또는 배플은 난류를 유도하고 버블을 생성함으로써 액체 질량 전달을 향상시키는 기능을 한다.

본 발명을 매시 재료로 형성된 패킹 구조의 대표적인 실시예와 관련하여 부가적으로 설명할 것이지만, 이런 구조는 예시일 뿐이며, 본 발명은 다른 구조와 형태에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 부분적으로, 패킹으로써 사용될 때 고 다공성 매시 재료는, 비록 이런 재료가 예로서, 70% 이상, 대부분의 경우에는 90% 이상의 높은 보이드 체적을 갖는다 해도, 유체는 패킹의 기공을 통해 효과적으로 유동하지 않으며, 이런 기공을 통한 유체 유동은 난류 발생기를 제공함으로써 개선될 수 있다는 발명자의 발견에 기초하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따라, 난류 발생기는 매시 구조의 표면에 걸친 매시 구조의 기공을 통한 액체 유동을 향상시키는 그 수, 크기 및 간격을 가지게 된다.

양호한 실시예에서, 상기 패킹은 부가적인 개구를 구비한다. 바람직하게는 난류 발생기와 조합된 부가적인 구멍 또는 개구의 크기 및 간격은 바람직한 수준의 구조화된 패킹의 매시를 통한 압력 강하와 벌크 혼합을 얻도록 선택된다.

하기의 예시적인 실시예에서, 상기 부가적인 개구는 난류 발생기로서 기능하는 탭을 형성함으로써 형성되고, 상기 탭들은 난류를 발생시키기 위해 제공되며, 이들의 부가적인 장점들은 후술된다. 그러나, 개구는 본 발명에 따라 탭을 형성하지 않고도 형성될 수 있다. 부가적으로, 난류 발생기는 개구로부터 이격 및 분리되어 제공될 수 있다. 이런 난류 발생기는 부가적인 개구에 독립적인 배플 또는 탭 형태일 수 있고, 예로서, 패킹상에 주름 또는 딤플이나 돌기부를 제공함으로써 형성될 수 있다.

하기의 실시예에서, 구조화된 패킹의 매시 구조는 탭을 형성함으로써 생성된 것들에 부가된 개구를 포함한다. 이런 부가적인 개구는 패킹의 형상 및 패킹 구조의 완성 조건에 따라 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다.

도 1에서, 구조화된 패킹(2)은 동일한 패킹 소자(4, 6, 8, 10)의 어래이를 포함하고 있으며, 상기 패킹 소자 어래이는 도 3에 도시된 보다 큰 어래이(3)의 일부를 이루고 있다. 도 3에 9개의 소자가 도시되어 있지만, 이는 예시를 위한 것이며, 실제로는 주어진 조건에 따라 더 많거나 적은 수의 소자가 사용될 수 있다. 또한, 상기 소자는 정사각형 어래이로 도시되어 있다. 이 구성도 예시를 위한 것일 뿐이다. 실제로, 상기 어래이는 평면도에서 볼 때 도 3에 도시된 형상이 아닌 직사각형, 원형 또는 소정의 다른 바람직한 형상이 사용될 수 있다.

상기 어래이가 횡단면이 원형인 경우에, 소자는 필수적으로 도 3의 좌측으로부터 우측으로의 전체 횡단폭이 동일하지 않다. 상기 소자는 외부 타워 하우징(12; 가상선으로 도시됨)내에 수납되고, 상기 하우징은 본 경우에 그 횡단면이 정 사각형이다. 다른 하우징(도시되지 않음)은 횡단면이 원형 또는 직사각형일 수 있다. 상기 소자는 내부 체적을 채우도록 하우징(12)내부 형상에 부합된다.

각 소자(4, 6, 8, 10)는 도입부에서 설명한 바와 같이 복합 다공성 금속 화이버로 바람직하게 제조되는 동일한 기판 블랭크(14, 도 4 참조)로 형성된다. 상기 재료는 본 명세서에서 참조하고 있는 도입부에서 언급한 미국 특허에 개시된 바와 동일한 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 소자의 재료는 본 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 중실형 시트 금속 또는 다른 재료일 수도 있다. 상기 블랭크(14)는 도 3의 소자 각각을 형성하는 보다 큰 완전한 블랭크의 일부 및 그 조각이다. 상기 완전한 블랭크(도시되지 않음)는 도시된 부분적인 블랭크(14)에서 도면의 우측으로 연장되는 도시된 패턴의 동일하게 반복되어 있는 상태이다(그리고, 주어진 조건에 따라, 도면의 상부로부터 저부로 수직방향으로 부가적으로 연장될 수 있다).

도 4에서, 기판 블랭크(14)는 실선으로 도시된 복수개의 관통 절단부를 포함한다. 접힘선은 파선(16, 18, 20, 60) 등으로 도시되어 있다. 동일한 탭(24) 및 동일한 관통 구멍(26)의 제 1 열(22)은 선(16, 18, 20, 21) 등의 교대로 배치된 인접한 접힘선쌍 사이에 탭(24)과 구멍(26)을 구비하는 상태로 형성된다. 탭(24)은 결과적으로 볼텍스 발생기를 형성하고, 이에 관련하여서는 후술하도록 한다. 구멍(26)은 탭(24)의 팁 영역에 인접하고, 접힘선을 형성하는 채널상에 위치되며, 상기 접힘선에서 경사 에지(30)가 출발된다. 도면에서 프라임 및 복수의 프라임 부호가 붙은 참조 부호는 동일한 부분을 나타낸다.

각 탭(24)은 선(18) 등의 접힘선을 형성하는 채널과 동일 공간에 걸쳐져 있는 제 1 에지(28)를 갖는다. 상기 탭(24)은 말단 구획 팁(32)에서 종결되는 접힘선(16, 18)에 대해 경사져 있는, 접힘선(16) 등의 제 2 채널 접힘선을 출발시키는 제 2 에지(30)를 구비한다. 상기 에지(28, 30)는 평면(33)을 따라 탭 접힘선(60)에서 일 단부가 종결된다. 상기 팁(32)은 양 에지가 직선이면서 선(18) 등의 채널 접힘선상에 놓여진 에지(28)와 동일 공간에 위치된 에지를 구비한다.

상기 에지(28, 30) 양자 모두는 열(22)의 탭(24)의 모든 에지가 그런 것처럼 공통 횡단 평면(33)으로부터 시작된다. 선택적인 상기 팁(32)은 후술될 목적을 위해 직사각형 또는 정사각형인 것이 바람직하지만, 주어진 조건에 따라 다른 형상을 가질 수도 있다. 구멍(26)은 탭(24)의 팁(32)이 후술될 방식으로 그를 통과할 수 있도록 팁(32)보다 다소 크다. 열(22)의 모든 탭(24) 및 구멍은 평면(33)에 평행하게 정렬된다.

부가적인 탭(24) 및 구멍(26)의 열(27, 29)이 선(16, 18) 등의 주어진 접힘선 세트 사이에서 행(34) 등의 동일한 행 내에 정렬된다. 접힘선(16, 18) 사이의 상기 탭(24) 및 구멍(26)은 행(34)내에 정렬된다. 도시된 바와 같은 블랭크(14)는 각 열(27, 29)내에 정렬된 탭(24) 및 구멍(26)의 행(34)에 대응하는 교대로 배치된 행(36, 38) 등을 갖는다. 보다 많거나 작은 수의 이런 열 및 행이 주어진 조건에 따라 제공될 수 있다.

상기 열(22, 27, 29)은 탭(24) 및 구멍(26)의 열(40, 42, 44)과 교대로 배치된다. 상기 열(40, 42, 44)의 탭(24) 및 구멍(26)은 교대로 배치된 행(46, 48, 50 등) 내에 위치된다. 결론적으로, 상기 블랭크(14)는 탭(24) 및 구멍(26)의 행 및 열을 복수개 구비하고, 상기 주어진 행 및 열 세트의 탭은 도시된 나머지 행 및 열의 탭 및 구멍과 수직 및 수평 위치로 교대로 배치되어 있다.

도 2 및 도 2a에서, 모든 소자들이 그런 것처럼 소자(4)는 접힘선(16, 20, 21 등)을 따라 상기 블랭크 기판을 교대로 반대 방향으로 굽힘으로써 형성된다. 이는 블랭크(14) 준 주름 구조로 형성한다. 이 구조는 평면도 채널(54, 56, 58 등)에서 동일한 정사각형을 갖는 것이 바람직하다. 이들 채널은 교대로 반대 방향(59)을 향한다. 결과적인 채널(54, 58 등)은 방향 59인 도면의 저면을 향하게 되고, 채널(56, 61, 63 등)은 대향 방향인 도면의 상단부를 향하게 된다.

도 3a에 있어서, 대표적인 소자(62)는 채널(64, 66, 68, 70)을 가지며, 상기 채널은 각각 법선 방향으로 이격된 도면의 좌측 방향으로부터 우측 방향으로 연장되는 평면내에 위치된 각 중간 접속벽(72, 74, 76, 78 등)을 구비한다. 채널(66)은 측벽(80,82)을 가지고, 채널(68)은 측벽(82, 84)를 가지며, 측벽(82)은 채널(66, 68)에 공통되고 있다. 상기 소자(62)는 도 3에 도시된 바와 같은 부가적인 동일한 채널을 갖는다. 패킹(2)의 모든 소자들은 동일한 채널과 동일하게 구성된다.

채널을 형성하기 이전에, 또는 동시에, 도 4의 탭(24)은 블랭크(14)의 평면으로부터 연장되어 평면(33)상에 위치된 동일선상의 접힘선에서 볼텍스 발생기를 형성하도록 굽혀지게 된다.

열(22)내의 상기 탭(24)은 교대로 배치된 행(34, 36, 38 등)내에서 대향한 방향으로 도면의 평면의 외측으로 굽혀진다. 따라서, 상기 행(34, 38, 45)의 탭은 동일한 방향, 예로서, 도면을 보는 사람을 향한 도면 평면의 외측 방향으로 굽혀지게 된다. 상기 행(36, 41)내의 탭은 대향한 방향, 즉, 도면을 보는 사람의 반대편의 도면 평면 외측으로 굽혀지게 된다. 주어진 행의 탭이 모두 평행한 방향으로 굽혀지도록 열(22)의 탭과 마찬가지로 동일한 행내에 있는 열(27, 29)의 탭들에게도 동일한 굽힘 시퀀스가 제공된다.

인접한 교대로 배치된 행(46, 48, 50 등)내의 다음 열(40)의 탭(24')은 평면(33)에 평행한 대응 동일 직선상의 접힘선(86)에서 동일한 방향으로 모두 평행하게 관측자를 향해 굽혀지게 된다. 이들은 모두 행(34, 38 등)의 탭과 평행하다.

다음 열(27)의 상기 탭(24")은 열내의 탭(24')과 동일한 방향으로, 예로서, 도면의 평면의 관측자를 향한 외측방향으로 그 각 접힘선에서 굽혀진다. 이들 탭은 열(40)의 탭에 평행하다.

상기 열(42)의 탭(24")은 열(27, 40)의 탭의 굽힘에 대향한 방향, 예로서, 도면의 평면의 관측자 반대편 외측 방향으로 그 접힘선(88)에서 굽혀진다. 이들 탭은 행(36, 41)내의 탭과 동일한 방향으로 평행하게 굽혀져 있다. 상기 열(29)의 탭은 동일 행내의 열(22, 27)의 탭과 동일한 방향으로 굽혀지고, 이런 굽힘을 반복하게 된다. 상기 열(44)의 탭은 관측자를 향한 방향으로 열(42, 40)의 탭과 동일한 방향으로 굽혀진다.

도 1 및 도 2에서, 소자(4)는 채널(54)내에 탭(24₁, 24₁', 24₁", 24₁'", 21, 23)의 세트를 갖는다. 상기 탭(24₁, 24₁", 21)은 모두 동일한 방향, 예로서, 벽(90)을 연결하는 채널(54)로부터 채널(54)내로 연장된다. 상기 탭(24₁', 23)은 동일한 측벽으로부터, 즉, 측벽(92)으로부터 연장된다. 그러나, 상기 탭(24₁'")은 대향 측벽(94)으로부터 채널(54)내로 연장된다. 도 1 및 도 2에서 도면의 상단으로부터 저단으로 채널(54) 길이를 따른 평면도에서 탭은 수직 채널을 가로막고 있고, 그래서, 유체를 위한 비틀린 수직 경로를 형성하고 있다. 어떠한 개방 연속 수직방향 선형 유체 경로도 소정의 채널의 채널 길이를 따라 형성되지 않는다.

다음의 반대쪽을 향한 채널(56)내의 탭은 도 2에 도시된 바와 같이 채널(54)의 탭의 지향 방향과 거울면 대칭이다.

탭에 의한 수직 선형 경로의 비틀린 블로킹 간섭은 도 3a에 가장 잘 도시되어 있다. 대표적 소자(62) 채널(66)은 최상부 탭(24₂)과, 인접한 하부탭(24₂')와 그다음 인접한 하부탭(24₂") 등을 갖는다. 도시된 바와 같이, 각 탭의 일부는 채널 내의 다른 탭의 일부위에 놓여진다. 평면도에서, 도면의 평면에 수직한 수직 방향으로 채널(66)은 탭에 의해 완전히 막혀있고, 이는 모든 채널에서 동일하다. 따라서, 상기 채널(66; 또는 도 2에서 채널 54, 56, 58 등)의 길이를 따라 어떠한 선형 유체 유동 경로도 존재하지 않는다. 또한, 주어진 채널 내의 각 탭은 그 일 에지가 측방향 측벽 또는 접속벽에 인접하여 접한다.

상기 구멍(26)은 각각 대응 탭의 팁(32)을 수용한다. 예로서, 도 3a에서, 탭(24₂)의 팁(32₂)은 인접한 소자(102)의 인접한 채널(96)내로 구멍(26)을 통해 연장된다. 탭(24₂')의 팁(32₂')은 소자(62)의 인접한 채널(98)내로 연장된다. 탭(24₂")의 팁(32₂")은 소자(62)의 인접한 채널(100)내로 연장된다. 따라서, 상기 탭 팁은 모든 탭들이 그 채널의 대응 구멍(26)을 통해 인접한 채널로 연장된다.

도 3a의 소자(62)의 벽(74)에 부착된 탭(24₂) 등의 중간 접속벽으로부터 연장되는 탭은 소자(102)의 벽(97) 등의 인접한 패킹 소자의 접속벽의 구멍(26)을 향해 연장되어 그를 통과한다. 그러나, 소자(102)의 탭은 소자(62)의 채널을 향해 또는 그내부로 연장되지 않는다. 따라서, 각 소자의 탭은 바람직한 비틀린 유체 통로를 제공하도록 실질적으로 소자의 채널과만 상호협력하도록 사용된다. 각 소자의 탭은 접속벽 탭이 상술한 바와 같이 인접한 소자의 채널 및 접속벽과 상호협력함에도 불구하고, 실질적으로 인접한 소자의 채널에 대해 독립적이다.

탭(24) 및 팁(32)은 하우징에 바로 인접한 채널의, 하우징에 접한 벽들에 대해 도 4의 블랭크(14)의 평면으로부터 이격되는 방향으로 굽혀지지 않는다. 따라서, 도 3의 구조 어래이(3)의 에지에서 탭은 상기 구조를 초과하여 연장되지 않으며, 그래서, 하우징(12) 내부벽과 간섭하지 않는다. 동일한 방식으로, 구조(3)의 에지면에 있는 탭들은 도 3에 도시된 바와 같이 그 평면의 표면을 초과하여 굴곡되지 않는다. 이들 에지면의 구멍(26)도 필수적인 것은 아니다.

팁(32)과 구멍(26)은 패킹 구조 전체에 걸친 유체 접촉을 강화하기 위해서, 각 채널벽의 대향 측면에 대해 액체의 물방울형 유동을 제공하도록 사용된다. 또한, 상기 구멍(26)은 구조 어래이(3)의 수직축에 횡단하는 방향으로 채널들 사이에 유체 소통을 제공한다. 물론, 시트 재료의 평면의 외측으로 탭을 굴곡시켜 형성된 구조화된 시트 재료내의 개구는 횡단 방향으로 채널들 사이의 주된 유체 소통을 제공한다. 이들 개구와 개구(26)는 각 내부 채널의 모든 네 개의 벽들에 형성된다.

소자(4, 6, 8, 10 등의 도 3의 구조 어래이(3)의 소자는 상부 및 하부 어래이(3) 단부에서 채널의 코너를 점 용접함으로써 함께 고정되는 것이 바람직하다. 상기 용접은 소자가 타워 하우징(12; 도 3)내로 밀접하게 끼워져 마찰력 또는 패스너 등의 다른 수단(도시되지 않음)에 의해 유지되도록 치수설정되어 있을 때, 선택적인 사항이 된다. 상기 소자는 소정의 편리한 고정 디바이스 또는 접합 매체에 의해 일차적으로 함께 고정될 수 있다.

채널내의 탭의 수 및 그 각각의 지향 방향은 단지 예로서 주어져 있는 것임을 명심해야 한다. 예로서, 채널(54)내에 탭(24₁'") 등의 단지 하나의 탭이 측방향 측벽(94)으로부터 채널(54)내로 연장될 수 있다. 실제로, 하나 이상의 탭이 각 측벽으로부터 각 채널 내로 연장될 수 있다. 또한, 예로서, 탭이 주어진 벽으로부터 수직 방향 시퀀스로 연장되는 상기 탭의 배향 시퀀스도 예로서 주어져 있으며, 다른 지향 방향이 소정의 필요성에 따라 사용될 수 있다.

부가적으로, 상기 소자 및 실제 어래이(3)의 패킹 어래이 채널의 수직방향 길이는 도시된 바로부터 변화될 수 있다. 상기 채널 길이는 주어진 조건에 수반된 요인에 의해 결정된다. 상기 주어진 조건은, 유체의 형태, 그 체적, 유동 속도, 점성 및 소정 프로세스를 형성하는데 필요한 파라메터와 관련된 다른 것들에 의해 결정된다.

작동시, 도 1의 구조화된 패킹(2)은 촉매를 갖거나 가지지 않은상태 또는 단일 스테이지 또는 두 스테이지 혼합 프로세스 등의 증류 프로세스에 사용될 수 있다. 부가적으로, 상기 패킹은 높은 비 표면적(단위 체적당 면적)을 제공하는 액체-증기 접촉, 기둥 전체에 걸친 증기와 액체의 상대적으로 균일한 분배 및 수반된 표면의 균일한 웨팅(wetting)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 구조를 형성하는 양호한 미세다공성 기판 재료는 촉매 작용을 위한 그 표면 질감을 통한 패킹면의 향상된 웨팅을 제공한다. 선택적으로, 상기 촉매는 구조를 형성하는 중실형 시트 재료에 부착될 수 있다.

패킹 소자의 소결된 화이버 시트 재료에 의해 제공된 양호한 미세 매시 재료는 유체에 의한 촉매로의 최적의 억세스를 가진 비교적 높은 촉매 표면적을 제공한다. 상기 화이버는 촉매로 피복되거나 시트 재료의 다공성 네트워크내에 포획된 촉매 입자를 지지할 수 있다. 상대적으로 신속한 화학 반응이 필요한 경우에, 다공성 재료의 내면의 활용도는 이들 표면에 대한 반응물의 전달 속도에 의존한다. 질량 전달은 단지 농도 구배만을 이용한 방식(확산) 보다 구동된 강제식 유동(환류)의 경우에 더 높다. 따라서, 상기 구조는 압력 강하가 적은 유체의 최적의 교차를 제공한다.

용량을 최대화하기 위하여, 압력 강하는 상대적으로 낮게 유지된다. 이는 상대적으로 높은 단위 기둥 체적 당 보이드 공간과, 낮은 마찰(양호한 공기역학적 특성) 및 바람직하지 못한 정체성 액체 포켓의 방지 등에 의해 제공된다.

촉매 증류 프로세스에서, 촉매는 상술한 바와 같이 소자를 형성하는 시트 재료에 고정된다. 상기 촉매는 소자 시트 재료의 보이드에 스며들거나, 그 외측에 존재할 수 있다. 증류 프로세스에서, 액체와 혼합될 가스가 상승하는 동안 패킹을 통해 액체가 하향으로 스며들게 된다.

상기 상승 가스는 채널들 사이의 개구로인해 그리고, 볼택스 발생기로서 작용하는 탭의 존재로 인해 난류를 나타내게 된다. 상기 가스는 시트 재료 기판의 평면으로부터 탭(24)의 굴곡에 의해 형성된 개구를 경유하여 그리고 구멍(26)을 경유하여 다른 채널로 유동한다. 가스가 상승될 때, 볼택스 발생 탭의 중첩부로 인해 어떠한 직접적인 수직 선형 경로도 존재하지 않기 때문에 각 채널내의 비틀린 수직 경로를 횡단하는 것 만이 가능하게 된다. 이는 가스와 액체(두가지 상) 또는 단일 상의 다양한 가스 또는 액체의 접촉을 강화시킨다.

수직방향 채널 배향은 최적의 액체를 유지하면서 낮은 압력 강하를 달성한다. 볼택스 발생기에 의해 발생된 결과적인 난류는 액체 유지에 기여한다. 수직방향 채널은 낮은 압력 강하에 장점을 가지지만, 일반적으로, 열악한 혼합 및 가스-액체 질량 전달이라는 성향을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 구조의 소자들 사이의 개구 및 볼택스 발생기는 실질적으로 직선의 수직 방향 채널을 사용하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 결과적인 구조화된 패킹은 수직방향 선형 채널의 낮은 압력 강하를 나타내고, 동일 사간에서, 비틀린 유체 경로로 인해 우월한 혼합 및 질량 전달 특성을 나타낸다.

또한, 상기 볼택스 발생기 탭(24)은 채널의 일 측면으로부터 다른 측면으으로 분배되도록 유체를 위한 물방울형 유동 지점으로서 기능한다. 상기 팁(32)은 채널의 대향벽을 따라 그리고, 인접한 채널 벽으로 액체가 물방율형으로 유동하는 것을 강화시키는 역할을 한다. 또한, 상기 팁은 상기 대응 채널 측면에 결합되어 진동에 저항하고, 부가적인 안정성을 제공한다.

액체는 상기 구멍(26)을 통해 인접한 채널로 유동하고, 상기 액체는 채널의 대향 측벽과 접촉하며, 경사탭 아래로 유동할 때와 마찬가지로 이들 벽 아래로 유동한다. 상기 구멍(26)은 유체가 가스이던 액체이던 가스를 위한 비틀린 경로를 형성하고, 일 채널로부터 다른 채널로의 압력 평형 및 압력 소통을 제공한다.

바람직하게는 정사각형, 또는, 선택적으로 직사각형인 수직방향 배향 채널은 종개기술의 경사진 주름진 삼각형 채널에 비해 보다 많은 표면적을 제공한다. 또한, 상기 채널은 라운드형, 삼각형 또는 다른 다각형 형상의 횡단면 등의 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 예로서, 상기 채널 횡단면은 육각형 또는 다른 정규 또는 불규칙한 형상을 주어진 조건에 따라 구비할 수 있다.

버블 체제에서, 버블 상태로 액체는 채널로부터 채널로 운반되어 향상된 액체 분배를 제공한다. 이 경우에, 링크된 채널은 선택적일 수 있다. 또한, 상대적으로 작은 그리고, 보다 다수의 볼택스 발생기가 사용될 수 있다. 도 1 내지 도 4의 팁도 볼택스 발생기로서 작용할 수 있다.

증기는 채널벽내의 개구를 통해 분배되고, 액체는 탭 위로 유동하여 인접한 채널로 분배된다. 또한, 상기 탭(24)은 액체가 상대적으로 균일한 액체막 재생을 제공하면서 유동하고, 따라서, 액체 상태에 양호한 혼합을 제공하기 때문에 액체를 간섭한다. 상기 탭(24)은 액체의 전환에 의해 채널의 코너에서 액체가 농축되는 것을 방지한다. 즉, 정체 유동을 최소화 한다. 부가적으로, 각진 채널에서 수행되는 90°만큼의 패킹 소자의 재배향은 수직방향 채널에서는 불필요하다.

볼택스 발생기의 수는 구조의 상단으로부터 하단으로 변화될 수 있다. 따라서, 보다 많은 수의 볼택스 발생기가 상기 구조 상부에 근접하게 배치되어 액채 분배를 향상시킬 수 있다. 보다 작은 볼택스 발생기가 구조 하부에 근접하게 배치되어 전체 압력 강하를 감소시킬 수 있다. 샌드위치형 형상도 사용될 수 있다. 이 형상은 상이한 기능을 수행하는 축방향으로 구획화된 패킹 소자를 포함한다. 예로서, 혼합 또는 액체 분배는 하나의 패킹 구획에서 제공될 수 있고, 화학 반응은 다른 축방향으로 배치된 패킹 구획에서 제공될 수 있다.

중요한 특성은 구조내에 사용된 탭이 채널 측벽내의 유체 횡단 소통 개구를 제공하기 때문에, 매우 작은 기판 재료가 손실된다는 것이다. 특히, 상대적으로 큰 기공 기판 재료에서 선택적이고 필수적인 것은 아닌 상기 구멍(26)은 상대적으로 비싼 재료의 손실을 최소화한다.

부가적으로, 상대적으로 많은 량이 드립 지점이 제공되어 액체-가스 질량 전달과 혼합을 최대화한다. 최적의 측벽압력은 탭의 측벽부의 선택에 의해, 즉, 채널 측벽에 인접한 에지를 제공함으로써, 또는 탭을 최적의 수직방향 상대 위치에 위치설정함으로써 달성될 수 있다.

상기 볼택스 발생기는 소정의 형상을 가질 수 있지만, 삼각형인 것이 바람직하다. 이들은 주어진 조건에 따라서 예로서, 직사각형 또는 라운드형, 예로서, 반원형 일수 있다. 이들은 또한 상술한 바와 같이 특정 사다리꼴 구획일 수 있다. 볼택스 발생기는 각각 바람직하게 수직방향으로 연장되는 비틀린 경로를 제공하는 축향 수직방향 으로 유체 유동을 간섭 및 방향 변경시키는 특정 지점을 보유한다.

상기 볼택스 발생기는 난류를 제공하여 두 상의 질량 전달 또는 단일 상의 유체의 혼합을 최대화한다. 액체를 채널의 중앙부로 안내함으로써, 상기 볼택스 발생기는 수직방향 채널내의 두 상 접촉 영역을 최대화한다. 볼택스 발생기에 의해 형성된 채널 사이의 상기 횡단방향 개구는 인접한 채널과 각 채널의 다양한 부분들로의 액체 및 가스 소통을 제공한다.

예로서, 일실시예의 채널은 정사각형 채널에서 횡단 방향 치수가 12mm일 수 있다. 상기 채널과 패킹 수직방향 길이는 채널내에 여덟 개의 볼택스 발생기를 사용하는 실시예에서 210mm일 수 있다. 더작은 또는 더 많은 채널들에서, 볼택스 발생기의 수 및 그 길이는 주어진 조건에 따라 결정된다.

도 5 내지 도 9에서, 패킹 구조의 선택적인 실시예와 그 소자가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에서, 소자(104)는 도입부에서 설명한 바와 같이 도 1의 소자의 재료와 같은 동일한 다공성 금속 화이버 구조의 다공성 기판 재료를 포함한다. 기판의 구멍은 도면에 도시되어 있지 않으며, 예시를 위해 다양한 치수와 관련된 도면을 제공하고 있지는 않다. 시트 재료 두께와 화이버 직경은 상술한 바와 같이 미크론 단위이다.

실제로, 도시된 수평 방향 및 수직 방향 양자 모두를 초과하여 연장되는 도면내의 큰 소자의 일부인 소자(104)는 횡단 단면이 정사각형인 복수개의 채널(106 - 110 등)을 포함하고 있다. 사용시 상기 소자는 처리 타워(도시되지 않음)내에서 채널이 수직방향인 상태로 배향된다. 복수의 볼택스 발생 삼각형 탭(114-126 등)이 시트 재료 기판으로 형성되어, 그들이 배치된 대응 채널을 완전히 가로질러 연장하고 있다. 상기 탭의 팁은 대향 채널 측방향 측벽 또는 중간 접속벽으로부터 근접하게 이격되어 또는 접하여 배치될 수 있다.

접속 중간벽으로부터 상기 탭이 연장되는 경우에, 이들 탭은 후술될 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다음 인접한 패킹 소자의 접속 중간벽에 대해 접하거나 근접하게 이격배치된다. 이는 액체가 대향 채널 측벽상의 탭을 따라, 그후, 상기 벽을 따라 물방울형으로 유동하도록 한다. 상기 탭 팁은 상기 탭 상의 유동 액체가 상기 액체를 상기 벽상으로 물방울형으로 유동시키도록 대향벽에 충분히 근접하게 배치되어야 한다는 필요조건만을 가진다.

상기 소자(104)는 도9의 바람직하게는 다공성 소결 금속 화이버 블랭크(126)로 제조된 기판 시트 재료로 성형된다. 상기 블랭크(126)는 상술한 동일한 다공성 화이버성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 블랭크는 평면형 시트이며, 실선은 관통 절단부를 나타내고, 점선은 접힘선을 나타낸다. 접힘선(128, 130, 132 등)은 기판(134)이 상기 접힘선에서 직각으로 굴곡되었을 때 채널(106-110)을 형성한다. 상기 접힘선(136)은 평면(138) 등의 평행한 평면에서 채널 접힘선(128 등)에 대해 수직인 선형 열내에 정렬된다. 상기 탭은 각각 접힘선(136)에 대응하고, 상기 블랭크의 폄연의 외측으로 접힘선(136)에서 접혀진다.

각 탭, 예로서, 탭(114)은 수직방향 접힘선, 예로서, 선(128) 및, 수평방향 접힘선, 예로서, 선(136)으로부터 시작되어 그에 대해 경사져있는 제 1 에지(131)를 구비하고, 상기 제 1 에지는 행의 다음 인접한 접힘선, 예로서, 선(130)에서 종결되는 팁을 구비한다. 각 탭, 예로서, 탭(114)은 수평방향 접힘선, 예로서, 선(136)에서 시작되고, 상기 팽의 다음 인접한 접힘선, 예로서, 접힘선(130)과 수직방향으로 동일 공간상에 배치된 제 2 에지를 구비한다.

상기 탭들은 수직방향 행(142, 144, 146, 147, 148, 150, 152, 154 등)과, 수평방향 열(140, 141, 143, 145, 146, 149 등)에 정렬된다. 열(140, 145 ) 같은 인접한 열내의 탭은 고대로 배치된 행내에 존재한다. 열(140)내의 탭은 각 행(142m 148)내에 있고, 열(145)내의 탭은 행(144, 146)내에 있다. 상부열(140)내의 교대로 배치된 탭은 동일 방향으로 굴곡된다. 예로서, 열(140) 내에 위치되어 있고 행(142, 150, 154)내에 위치되어 있는 탭(114, 114', 114") 등의 탭은 도면의 평면의 관측자를 향한 외측 방향으로 동일한 방향으로 굴곡된다. 행(142, 150, 154)은 도 5의 각 접속벽(142', 150', 154')을 형성하고, 행(148, 145)은 각 접속벽(148', 145')을 형성한다.

도 5에서, 탭(114, 114', 114")은 각각 그 대응 채널 접속벽으로부터 각각 대응 채널(106, 108, 110)내로 평행하게 연장된다.

도 9의 열(140)내에서 다른 교대로 배치된 탭, 예로서, 각 행(148, 152)내에 위치된 탭(121, 121')은 도면 평면의 관측자 반대편 외측으로 굴곡된다. 이들은 도 5의 접속벽(148', 152')에 접속된다. 이들 탭은 탭(114, 114', 114")이 연장되는 채널(106, 108, 110)과 대향한 방향을 향하는 대응 채널(107, 109)내로 굴곡된다.

각 행내의 교대로 배치된 열, 예로서, 열(141, 143)은 동일한 방향으로 굴곡되고, 열(140)의 탭에 평행하다. 즉, 탭(116)은 탭(114)에 평행하게 굴곡되고, 다음 교대로 배치된 행(148)내의 탭(122)은 탭(121)에 평행하게 굴곡되고, 행(142, 150, 154)내의 탭은 행(148, 145 등)내의 탭과 대향한 방향으로 굴곡된다. 이 굴곡 패턴은 나머지 행에 대해서도 열(140, 141, 143)내의 탭에 대해 반복된다.

탭(115, 127) 등의 열(145)의 탭과, 탭(118, 117, 124) 등의 열(147)의 탭은 모두 기판 재료의 평면으로부터 동일한 방향으로 굴곡된다. 즉, 도 9의 도면 평면의 관측자를 향한 외측방향으로 굴곡된다.

예로서, 탭(118, 117, 124) 등의 열(147)의 탭은 행(152)의 탭 및 행(148)의 탭(121, 122, 123)과 동일한 방향으로 굴곡된다. 이들은 도면 평면의 관측자 반대쪽 외측 방향으로 굴곡된다. 단지 하나의 탭의 열, 즉, 열(149)은 대응 행내에서 대향 방향으로 굴곡되고, 이런 탭들은 각 채널 내의 다른 탭들의 탭 지향 방향을 재배열하거나 상기 소자(126)을 더 길게 형성함으로써 양호하게 제공된다.

도 5에서, 탭(114, 115, 116, 117, 120)은 모두 채널(142')내에 위치된다. 탭(118)은 채널(150')내에 위치된다. 탭(115, 117, 120)은 동일 채널 측방향 측벽(156)으로부터 시작된다. 탭(117)은 대향 측벽(158)으로부터 시작된다. 채널(106)의 나머지 탭들은 접속벽(160)으로부터 시작된다. 상술한 탭의 패턴은 나머지 채널 각각에 대하여서도 반복되고, 상기 탭(121, 122, 123)은 반대쪽을 향한 채널(107)의 접속벽(162)으로부터 시작된다.

도 7 및 도 8에서, 패킹 구조(164)는 정사각형 어래이 내에 배열된 소자(104)와 동일한 복수개의 소자(166, 168, 170 등)를 포함한다. 상기 어래이는 조어진 조건에 따라 직사각형이나 원형 등의 다른 형상을 가질 수도 있다. 도 8에서, 소자(168)의 접속벽(172)은 소자(170)의 채널(174, 175 등)을 수납하고, 소자(171)의 벽(173)은 채널(176, 177)을 수납한다. 이 방시긍로, 모든 내부 채널들은 다음 인접한 소자의 접속벽에 의해 수납된다. 상기 구조(164)의 소자들은 도 1의 예에서 상술한 바와 같이 서로에 부착된다.

도 8에서, 채널(174)내의 소자(170)의 최상부 탭(178; 예로서 도 6 및 도 6a의 탭(121)에 대응)은 접속벽(180)에 매달려있다. 탭 에지(131)는 코너로부터 코너로 채널(174)을 대각선 방향으로 가로질러 연장된다. 탭 에지(132)는 다음 인접한 측방향 측벽(183)에 있다. 탭(178) 팁(182)은 소자(168)의 대향 접속벽(172')에 인접하게 배치되어 있다.

다음 하부 탭(184; 도 6의 탭(127)에 대응)은 측벽(186)에 매달려 있다. 그 경사 에지(131')는 측방향 측벽(186)으로부터 벽(183)으로 연장된다. 그 다른 에지(132')는 접속벽(180)에 인접하게 배치된다. 에지(132, 132')는 탭상을 유동하는 유체가 그 벽상으로 유동하는 것을 허용하기 위해 인접한 대응 벽에 접하거나, 근접하게 이격 배치될 수 있다. 상기 탭(184) 팁(187)은 벽(180, 183)의 코너 접합부에 위치된다. 따라서, 팁으로 유동하는 액체는 벽(186)으로부터 채널의 대향 측면상의 코너로 유동한다. 상기 에지(131, 131')는 다음 인접한 탭 본체에 서로 겹쳐지거나 다소 중첩될 수 있다.

탭(188)인 다음 하부 탭은 벽(183)에 달려 있으며, 탭(184)아래에 위치된다. 탭(188)은 겹쳐진 에지(131')를 연장하는 경사 에지(131")를 갖는다. 탭(188)은 소자(168)의 접속벽(172')에 접하거나 근접하게 이격된 대향 에지(132")를 갖는다.

결과적으로, 탭(178, 184, 188)은 추직 방향으로 채널(174)을 완전히 막으며, 수직방향으로 비틀린 유체 경로를 제공하한다. 채널(174)내에서 수직방향으로 상향 유동하는 가스는 반드시 각 탭의 경사 에지(131. 131', 131") 둘레를 지나쳐서 유동하여야만 한다. 채널내의 나머지 탭들은 수직방향으로 유동하려하는 유체들에 대해 유사한 비틀린 경로를 제공한다. 상기 유체들에 대하여 어떠한 직선형 수직 방향 경로도 제공되지 않는다. 이 탭들은 유동 유체의 접촉 및 혼합을 최대화하는 볼택스 발생기로서 기능한다. 액체는 상기 채널 측면을 따라, 그리고, 탭을 따라 하향 유동하게 되고, 다양한 대향 채널 측벽으로 분배된다.

평면 기판으로부터 굴곡되어 형성된 탭은 기판내에 큰 개구를 형성한다. 이 개구는 인접한 소자의 채널로 유동하도록 유체의 횡단 소통 경로를 형성한다. 이는 채널의 횡단방향 압력강하를 최소화하고, 수직방향 비틀린 경로는 수직방향 압력 강하를 최소화 한다. 난류는 각 채널내에 위치되어, 채널벽내의 개구와 협력하는 탭에 의해 형성된다.

삼각형 탭 대신, 탭은 도 1의 탭과 다소 유사하지만 연장된 팁(32)이 없는 사다리꼴 형상일 수 있다. 이 방식에서, 경사 에지는 수직방향으로 정렬되지 않고, 탭의 팁이 잘려진 양에 따라 횡단방향으로 이격배치된다. 이는 채널내의 수직방향으로 이격된 탭의 부가적인 중첩을 제공하여 채널내의 탭 에지를 지나치는 수직방향 경로의 비틀림 특성을 향상시킴으로써 증가된 난류를 제공한다.

도 11 내지 도 12에 부가적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 패킹 구조(190)는 도 1 및 도 5의 실시예를 위해 상술한 바와 동일한 재료의 시트 기판으로 제조된다. 상기 구조(190)는 복수개의 동일한 패킹 소자(192)를 포함한다. 대표적인 소자(192)는 이전 실시예에서 대향 한 대면 방향으로 정사각형의 교대로 배치된 채널(194, 194')를 포함한다.

볼택스 발생기 탭(196, 198 등)은 각 어래이내에 배치되며, 각 채널 내에 배치된다. 상기 탭(196, 198)은 외주 치수가 동일한 것이 바람직하며, 기판 재료의 평면 블랭크 시트로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 탭은 평면도에서 직사각형이며, 그들이 형성되어 매달리게 되는 벽으로부터 하향으로 경사져 있다. 탭(196)은 측벽(195)로부터 형성되어 그에 달려 있다. 채널(194)내의 탭(198)은 측벽(193)으로부터 형성되어 그로부터 연장된다.

상기 탭은 도 10의 채널 길이를 따른 수직 방향으로 서로 중첩된 부분(204)을 갖도록 채널 깊이(d) 절반 보다 큰 폭(w)을 갖는 것이 바람직하다.

상기 탭(196)은 접속벽(202)에 인접한 에지(200)를 갖는다. 상기 탭(196)은 말단 에지(206)를 갖는다. 탭(198)은 인접한 소자(209)의 접속벽(207)에 인접한 에지(208)를 갖는다. 탭(198)은 말단 에지를 갖는다. 에지(210, 206)는 수직방향으로보았을 때, 부분(204)를 형성하도록 서로로부터 이격되어 배치된다.

상기 탭(196, 198)은 그들이 형성되게 되는 측방향 측벽내에 개구를 형성한다. 개구(211)는 채널 접속벽(210)내에 형성되어 소자(192, 209) 등의 인접한 소자의 체널로의 유체 소통을 제공한다.

상기 소자는 소자의 패킹 어래이의 비교적 작은 부분인 도시된 바 보다 더 많은 수의 채널 및 탭을 가질 수 있다. 상기 탭의 패턴은 도시된 방식 또는 특정 요구사항에 따른 소정의 다른 배열로 반복될 수 있다. 다른 실시예와 마찬가지로, 채널 내에 어떠한 선형 수직방향 유체 경로도 존재하지 않는다. 중첩된 탭은 유체에 대하여 비틀린 수직방향 경로를 제공한다.

본 발명을 특정 구조에 관련하여 설명하였지만, 본 발명이 이런 구조에 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 촉매를 갖는 것이 바람직하지만, 촉매를 갖던지 갖지 않던지에 무관하게 패킹으로서 매시 구조를 사용하는 것에 광범위하게 적용될 수 있으며, 이런 패킹의 작용은 난류 발생기를 구비한 패킹을 제공함으로써 향상되게 된다. 이런 개선은 다공성 패킹의 기공(개구)를 통한 유체 유동을 증가시킴으로써 부분적으로 얻어지고, 양호한 실시예에서, 상기 패킹은 패킹내의 기공에 부가하여 개구를 구비하며, 이런 개구는 기공 보다 크다. 이 방식으로 형성된 패킹은 광범위한 다양한 구성에 조립될 수 있다.

본 발명은 특히, 촉매 증류 반응기에 사용되는 구조화된 패킹에 사용되는 것이 바람직하며, 상기 구조화된 패킹은 예로서 촉매 코팅을 포함하는 매시 구조를 형성하는 화이버 등의 촉매 코팅을 포함한다.

특정 실시예를 설명하였지만, 상술한 실시예는 제한이 아닌 예시의 의미로 주어진 것이다. 본 기술분야의 숙련자들은 변용 형태를 구성할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 정의된다.

Claims (9)

1. 평균 기공 크기가 50㎛ 이하인 다공성 재료를 포함하고,

   상기 다공성 재료는 실질적으로 패킹의 전체면에 걸쳐 패킹을 통한 액체의 유동을 촉진하도록 난류 발생기를 포함하는 유체들 사이의 접촉을 촉진하기 위한 구조화된 패킹.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기공 보다 큰 패킹을 통한 개구를 추가로 포함하는 구조화된 패킹.
3. 제 2 항에 있어서, 1 내지 25㎛의 직경을 가진 복수개의 금속 화이버로 형성된 구조화된 패킹.
4. 제 1 항에 있어서, 촉매 코팅을 포함하는 구조화된 패킹.
5. 제 4 항에 있어서, 1 내지 25㎛의 직경을 가진 복수개의 금속 화이버로 형성된 구조화된 패킹.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 기공 보다 큰 부가적인 개구를 포함하는 구조화된 패킹.
7. 제 6 항에 있어서, 복수개의 유동 채널을 제공하는 구조화된 패킹.
8. 촉매 증류 반응기와, 상기 반응기내에 배치된 제 4 항의 특성을 가지는 구조화된 패킹을 포함하는 장치.
9. 촉매 증류 반응기와, 상기 반응기내에 배치된 제 5 항의 특성을 가지는 구조화된 패킹을 포함하는 장치.