KR200257200Y1 - 증류장치용 타워인터널의 구조 패킹 - Google Patents

Abstract

본 고안은 석유정제, 석유화학 및 정밀화학 등에서 증류, 흡수, 냉각을 원리로 하여 물질을 분리하는 증류 탑의 구조패킹(Structured packing)에 관한 것으로, 시트 본체(1)의 상, 하부에 일정한 간격으로 상, 하로 펀칭하여 수개의 수평 절단선(2)을 형성하고, 이 절단선(2) 사이에 있는 성형부(3)를 시트본체(1)에 형성된 골의 방향과 반대 방향으로 절곡 성형되도록 하여서 된 것으로서, 본 고안은 시트본체의 표면적인 손실 및 효율저하 요인이 없으므로 구조패킹의 효율을 극대화 시킬 수가 있으며, 상부 및 하부에 시트본체에 형성된 골과 반대방향으로 성형부를 형성함으로서 액체와 기체의 원활한 흐름을 형성하며, 이에 따라 용량증가가 가능하고, 또한 액체 및 기체의 층간에서도 유니트 중간부분과 동일한 분포를 가지며, 따라서 층간에서 나타낼 수 있는 효율저하 현상을 완전히 없앴으며, 층간에서 상, 하의 혼합 및 균일한 기액 분배 현상이 뛰어나며, 각종 금속류, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 테프론, 세라믹, 카본 등 용도에 따라 다양한 재질로 제작하여 증류 및 기액 접촉 장치에 적용하려 사용할 수가 있는 것이다.

Description

증류장치용 타워인터널의 구조 패킹{Tower internals Structured packing which is using the distillatory apparatus}

본 고안은 석유정제, 석유화학 및 정밀화학 등에서 증류, 흡수, 냉각을 원리로 하여 물질을 분리하는 증류 탑의 구조패킹(Structured packing)에 관한 것으로, 전체면에 특정한 골이진 구조패킹의 상, 하단부에 일정한 간격으로 수개의 펀칭부를 형성한 다음 이 펀칭부를 골과 반대방향으로 절곡시켜 통공이 형성되도록 함으로서 증류, 흡수, 냉각의 효과를 최대로 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

일반적으로 구조 패킹은 유체 혼합물의 정류를 위하여 증류컬럼에 사용되어 왔는 바, 종래에 사용되어온 구조패킹은 스테트만 구조패킹(미국특허 제2,047,444호)이 있으며 최근에는 금속의 시트를 골지게 형성하여서 된 패킹이 개발되어 사용되고 있는 추세이다.

즉 종래에 사용되어온 구조패킹은 금속으로 된 시트에 일정한 간격으로 골을 형성하여 사선방향으로 구성되어 있으며, 이러한 구조패킹의 전체면에는 엠보싱처리되어 크고 작은 홈들이 형성되어 있다.

그러나 상기의 구조패킹은 턴다운(tundown)조건하에서와 같은 일부상황에서는 불량한 성능을 나타내는 문제점이 있었다. 즉 액체는 패킹의 성능에 유해한 골의 모서리에서 흐르는 경향이 있는 것으로 관찰되었으며, 이것은 모서리에서 흐르고 있는 축적된 액체의 제거 또는 분리를 필요로 하며, 또한 성능의 저하를 초래하였던 것이다.

종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 모서리 사이에서의 전개된 시트 두께차의 비율이 0,6을 초과하고, 골의 높이에 대한 모서리 반경의 2배 값의 비가 0,75보가 적은 골의 모서리가 날카로운 특정 결이 있는 골이진 구조 패킹컬럼(특허출원 1992-8979호)이 고안되었다

그러나 상기의 발명은 시트를 이루고 있는 골의 두께 차를 조절하여 액상 리퀴드가 용이하게 흘러 증류되면서 분리되도록 하였으나, 단순히 골의 두께 차이로는 증류의 효과를 최대로 할 수가 없는 문제점이 있었다.

즉 각 구조패킹의 여러 유니트의 층간에서 액체 흐름이 바뀜에 따라 액체의 정체로 인하여 기체의 소통에 장애를 초래하게 되는 단점이 있으며, 기체소통 장애로 인한 압력차 상승에 따른 액체 정체 현상이 가중되는 단점이 있고, 기준높이 당 압력차 가중 및 액체 정체로 인한 용량 및 효율을 저하시키게 되는 단점이 있고, 구조패킹 유니트 중간 부분에서 보다 층간의 효율이 저하되는 등의 문제점이 있었다.

한편 최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 섹션높이를 규정하는 다수의 수직으로 배향된 구조 패킹 시트를 포함하고 섹션 높이의 하부 50%이하를 포함하는 기부영역 및 섹션높이의 나머지 부분의 일부 이상을 포함하는 벌크영역을 갖는 구조 패킹 섹션으로서, 기부영역중의 구조패킹 시트가 기부영역중의 시트 사이의 기체 흐름에 대한 저항성이 벌크 영역중의 시트 사이의 기체흐름에 대한 저항성보다 작게 되도록 배열되어 있는 구조패킹섹션,

기부영역중의 수압 반경이 벌크 영역중의 변경보다 큰 구조패킹섹션.

기부영역 내에서 제1의 다수의 구조패킹시트가 교호적 순서로 제2의 다수의 구조패킹 시트의 가장자리를 지나 연장되는 구조 패킹 섹션.

기부영역중의 구조패킹시트의 클램프 높이가 벌크영역중의 구조패킹시트 클램프 높이 보다 낮은 구조패킹섹션.

구조 패킹 시트가 기부 영역중의 주름이 벌크 영역중의 주름보다 더 경사진 구조 패킹 섹션.

기부 영역 중의 패킹 섹션의 부분 개방 면적이 벌크영역중의 패킹섹션의 부분 개방면적 보다 큰 구조 팩킹 섹션.

기부영역중의 시트가 천공을 함유하는 구조패킹섹션.

기부영역중의 시트가 톱니모양의 가장자리를 갖는 구조 패킹섹션.

벌크 영역이 섹션 높이의 나머지 부분을 모두 포함하는 구조 패킹 섹션.

기부영역이 섹션 높이의 하부 5%를 포함하는 구조 패킹섹션.

기부영역이 섹션 높이의 하부 2,5%를 포함하는 구조 패킹섹션(특허 등록 제233787호)이 안출되었다.

그러나 상기의 특허는 구조패킹의 일측이 돌출 되게 구성할 경우 층간의 접촉부에 기체 흐름을 용이하게 하는 공간을 확보하기 위하여 기준 높이 당 압력차가 증가하고 액체가 정체되는 현상을 해결하였으나 구조패킹의 효율을 결정하는 표면적이 줄어들게 되므로 처리용량을 증가할 수는 있지만 효율저하에 따른 추가의 구조패킹을 쌓아야 하는 문제점이 있었다.

즉 추가 패킹을 쌓지 않을 경우 증류효율을 높이기 위한 환류량이 증가하여 추가 에너지 사용이 필요하게 되는 단점이 있었고, 또한 구조패킹 자체가 0.1-0.2mm의 박판으로 제작됨으로서 상기 종래의 구조패킹은 연속적이지 못함으로써 설치 작업시 기계적 강도가 부족하여 제품의 변형이 가해지게 되는 문제점이 있었다.

한편 구조패킹을 하단에서 일측만 돌출 되게 구성하여 쌓을 경우 표면적의 손실을 적으나 효율 저하에 따른 문제는 여전히 남아 있게 되는 문제점이 있었다.

또한 구조패킹의 하단부를 골지게 형성하지 않고 평평한 일자로 형성할 경우 층간의 접촉부에 공간확보를 통해 기체 흐름을 용이하게 하여 기준 높이 당 압력차 증가 및 액체 정체 현상을 해결하였으나, 실제 제품으로서의 실현이 불명확하며, 굴곡면이 평면화함에 따른 표면적 저하 및 액체의 효율 향상을 위한 기본적 체류시간이 줄어 기액 접촉기회가 적으므로 효율저하가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

그리고, 골이진 시트의 하단부에 골의 간격을 좁게 구성하여 골을 이중으로 구성하였을 경우 층간의 접촉부에 공간확보를 통해 기체 흐름을 용이하게 하여 기준 높이당 압력차 증가 및 액체 정체 현상을 해결하였으나, 하부 골곡면이 작게 형성됨으로써 이에 따라 구조패킹 표면에서 액체의 두께가 두꺼워 지므로 확산에 의한 기액 평형에 장애를 받게 됨으로 효율이 저하되는 단점이 있으며, 또한 굴곡이 작은 구조패킹의 경우 평면과 동일한 효과를 나타내므로 효율저하가 발생되는 문제점이 있었다.

한편 골이진 시트의 하단부에 수직으로 골을 형성하였을 경우 액체의 흐름을 원활히 함으로써 액체의 정체 현상 및 기체 흐름의 제한을 없앴으나 액체의 효율 향상을 위한 기본적 체류 시간이 줄어 기액 접촉 기회가 적어짐으로써 효율을 저하시키게 되는 단점이 있으며, 또한 골이진 시트의 하부에 오리피스, 톱니모양, 루퍼를 고려함에 따라 표면적이 감소하여 이 또한 효율을 극도로 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 일정한간격으로 골이 형성된 시트의 상, 하부에 수군데를 펀칭하되 펀칭된 부분을 시트의 골이진 방향과 반대방향으로 절곡되도록 하여서 된 것으로서, 이하 본 고안을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 사시도

도 2 는 본 발명의 측 단면도

도 3 은 본 발명의 사용상태를 보인 사시도

도 4 는 본 발명의 다른 실시예를 보인 사시도

도 5 는 본 발명의 평 단면도

도 6 은 본 발명의 사용상태를 보인 사시도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1. 시트본체 2. 절단선 3. 성형부

일정한 간격으로 골이 형성된 금속시트에 있어서, 시트 본체(1)의 상, 하부에 일정한 간격으로 상, 하로 펀칭하여 수평의 절단부(2)를 형성하고, 이 절단선(2) 사이에 있는 성형부(3)를 시트본체(1)에 형성된 골의 방향과 반대 방향으로 절곡 성형되도록 하여서 된 것이다.

상기와 같이 된 본 고안의 시트를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

전체면에 엠보싱 처리하여 크고 작은 홈들이 형성되게 하고, 또한 일정한 간격으로 골이진 시트의 상, 하단부에 2개 1조로된 절단부(2)를 형성하여 중앙부에 성형부(3)가 형성되게 한 다음 이 성형부(3)를 시트의 골이진 방향과 반대방향으로 절곡하면 되는 것이다.

상기와 같이 된 시트를 골과 골이 맞닿게 하여 겹치게 한 다음 고정하여 구조패킹을 구성하고 이와 같이 된 구조패킹을 타워인터널의 내부에 적재시킨 다음 사용하면 되는 것이다.

즉 타워인터널의 상측에서 액상리퀴드를 투입한 다음 하단에서 스팀을 투입하면 액상리퀴드가 구조패킹을 타고 흐를 때 구조패킹의 상하단부에 형성되어 있는 성형부에 의하여 액상리퀴드가 시트의 골이진 부분에서 퍼지게 됨으로서 증류의 효과를 최대로 얻을 수가 있는 것이다.

본 고안은 시트본체의 표면적인 손실 및 효율저하 요인이 없으므로 구조패킹의 효율을 극대화 시킬 수가 있으며, 상부 및 하부에 시트본체에 형성된 골과 반대방향으로 성형부를 형성함으로서 액체와 기체의 원활한 흐름을 형성하며, 이에 따라 용량증가가 가능하고, 또한 액체 및 기체의 층간에서도 유니트 중간부분과 동일한 분포를 가지며, 따라서 층간에서 나타낼 수 있는 효율저하 현상을 완전히 없앴으며, 층간에서 상, 하의 혼합 및 균일한 기액 분배 현상이 뛰어나며, 각종 금속류, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 테프론, 세라믹, 카본 등 용도에 따라 다양한 재질로 제작하여 증류 및 기액 접촉 장치에 적용하려 사용할 수가 있는 것이다.

이상과 같이 본 고안은 일정한 간격으로 골이 형성된 시트의 상, 하부에 수군데를 펀칭하되 펀칭된 부분을 시트의 골이진 방향과 반대방향으로 절곡되도록 하여서 된 것으로서, 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 시트이 상하부에 형성된 성형부에 의하여 액상리퀴드가 흘러내리다가 성형부에 걸려 퍼지게 됨으로서 증류의 효과를 최대로할 수가 있는 유용한 고안인 것이다.

상기에서는 본 고안을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록청구의 범위에 기재된 본 고안의 구성으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수있다.

Claims (2)

1. 일정한 간격으로 골이 형성된 금속시트에 있어서, 시트 본체(1)의 상, 하부에 일정한 간격으로 상, 하로 펀칭하여 수개의 수평 절단선(2)을 형성하고, 이 절단선(2) 사이에 있는 성형부(3)를 시트본체(1)에 형성된 골의 방향과 반대 방향으로 절곡 성형되도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 증류장치용 타워인터널의 구조 패킹.
2. 제 1 항에 있어서, 시트 본체(1)의 상부에 형성된 성형부(3)보다 하단부에 성형부(3)를 많이 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 증류장치용 타워인터널의 구조 패킹.