게시판 > 질답게시판 > 상압증류탑 질문

모래알

16-03-17 13:35

저도 별로 아는 지식이 없지만, 혹여 작게나마 도움이 될까하여 답변드립니다.

1. Condensor를 통해 Reflux되는 Stream은 보통 Overhead Product 제품과 같습니다.
Condensor를 통해 탑 상부를 나온 기체을 응축하여 다시 타워로 돌려보내 다시 정제과정을 거쳐 제품의 순도를 높이고자 Reflux를 시켜줍니다. 또한 응축되어 타워로 들어가는 Stream을 통해 탑 상부의 기액접촉을 용이하게 하고자 함입니다.

2. Hydrocarbon Gas라면 탑정 제품을 말씀하시는거 같은데요, 탑정제품 Spec에 영향을 미칠만한거라고는 타워 온도와 압력, 그리고 Feed 조건 등이 있겠네요.

3. 이건 예열과정이라는게 공정 설계조건마다 다를 거 같네요. 보통은 히터나 열교환기를 거쳐서 300-500 'C 사이에서 타워로 Feed 됩니다.

4. Side Draw-off 를 통해 나오는 제품들이 Boiling Point가 딱 정확하게 떨어지지는 않습니다. 또한 그 안에 Light 한 성분부터 Heavy 한 성분까지 함께 뭉쳐(표현이 맞나 모르겠네요...?)있습니다. 이 중에서 원하지 않는 (결국 제품 loss가 될 수 있는) 제품을 다시 타워로 돌려보내 분리정제를 시키기 위해 Stripper를 사용합니다.

- 저도 지식이 짧네요... 혹시 스테파노님이 시간이 되신다면 좋은 답변 기대합니다.-

화공인

16-03-23 21:13

정말 정말 감사합니다!!!!

Stefano

16-03-18 13:48

앞선 답글에서 대부분 설명이 되어 있지만 보충설명을 올려봅니다.

(A1) 증류탑의 상부는 항상 ①응축기 ②Reflux Drum ③Reflux Pump가 기본적으로 달려있는데 여기서 Reflux를 하는 목적은 증발해온 증기중에서 고비점 성분은 되돌려 보내고 저비점(제품)성분만을 분리해 내기 위함입니다.

Reflux 드럼에 들어있는 응축액 L을 증류탑에 되돌려 단 아래로 흘러내리도록 하여 각단에서 상부로 증발해서 올라오는 증기V와 접촉하도록 하면 V속의 고비점물질이 L을 만나 먼저 응축되어 증류탑 하부로 하부로 흘러내림과 동시에 L속에 들어있는 저비점물질이 우선적으로 증발하여 (순도가 더 높아지는 상태로) 상부 응축기에 들어와 응축되기 때문에 순도가 더 높아집니다. 각단에서 V와 L은 일종의 거래가 일어나는데 서로 접촉하여 열교환을 하면서 L속의 차거운 고비점 액상 물질은 V속의 고비점 물질을 응축하도록 하고 V속의 고비점 물질 증기는 응축하면서 L속의 저비점 액상 물질을 증발시킵니다. 각단에서 기-액이 접촉할 경우에만 이런 효과가 나타납니다.

Reflux를 하지 않으면 일단 증발했던 증기성분은 모두 Condenser로 들어와 응축하기 때문에 증류탑 Feed 단 상부의 단의 효과는 전혀 나타나지 않고 Feed와 평형에 있던 증기성분 그대로 제품이 생산되기 때문에 1단의 효과밖에 나타나지 않습니다. Reflux를 통해서 기-액이 접촉하여 평형을 유지할 때문 단효율이 나타나게 되지요.

(A2) 기-액 평형을 이루고 있는 온도, 압력에 의해 성분이 정해지지만 저비점 성분의 함량을 더 높이기 위해서는 ①먼저 Reflux Ratio를 늘여야 저비점 성분함량이 높아지고 이로 인해 ②평균비점이 따라서 낮아지게 됩니다.

(A3) 원유 탈염을 거친 후 이리저리 옮겨다니며 고온상태의 공정물질과 열교환하면서 예열되는데 이리저리 옮겨다니며 예열되는 이유는 가열되면서 온도가 상승하면 냉각매체로 쓰이는 곳이 제한되기 때문입니다.

고온상태의 생산제품 냉각을 위해, 혹은 Column의 액의 일부를 순환시켜 냉각하는 과정에서 냉각수를 사용한다면 그열들은 버리는 열이되지만 차거운 원유와 열교환시키면서 예열하는데 사용한다면 그만큼 예열을 위해 별도의 연료나 스팀이 절감되기 때문에 장치비가 조금더 들더라도 복잡한 Circulation Loop와 Feed Preheating 과정을 두는 것이지요. 한마디로.. 에너지가 바로 돈이기 때문입니다.

(A4) 증류탑에서 Side Stream으로 배출한 제품은 취출될 때 그 위치에서의 기-액 평형에 놓여있는 액상의 물질을 제품으로 하는 것으로 원하는 규격을 만족하지 못하는 경우가 많습니다. 특히 유분의 Flash Point는 연료규격으로 아주 중요한 요소가 되는데 Flash Point를 낮추기 위해서는 저비접 함량을 낮추어 주어야 합니다.

Side Stripper는 취출되는 Liquid 제품으로부터 저비점 성분을 벗겨내는(Stripping) 역할의 기능이 부여된 Column입니다. Side Stream을 끌어낸 뒤 Stripping Steam을 직접 투입하거나 Side Stripper용 Reboiler를 두는 방법이 고려될 수 있는는데 Steam을 사용하면 아주 효과적입니다.

증발된 저비점 물질은 Main Column으로 기상으로 되돌아와 상부로 회수되고 Steam은 주 응축기를 거쳐 Reflux Drum에서 상분리되어 Sour Water로 배출됩니다.

이곳 게시판에서도 여러번 글을 올린 적이 있어서 반복됩니다만... Stripping Steam(주로 과열스팀사용)은 증기혼합물에다 추가로 Steam을 주입함으로써 증발시키려는 물질의 분압을 낮추어 저비점 성분의 증발을 위한 Driving Force(평형증기압~성분분압간의 차)를 높이는 역할을 합니다.

앞선 답글에서 대부분 설명이 되어 있지만 보충설명을 올려봅니다.

(A1) 증류탑의 상부는 항상  ①응축기 ②Reflux Drum ③Reflux Pump가 기본적으로 달려있는데 여기서 Reflux를 하는 목적은 증발해온 증기중에서 고비점 성분은 되돌려 보내고 저비점(제품)성분만을 분리해 내기 위함입니다.

Reflux 드럼에 들어있는 응축액 L을 증류탑에 되돌려 단 아래로 흘러내리도록 하여 각단에서 상부로 증발해서 올라오는 증기V와 접촉하도록 하면 V속의 고비점물질이 L을 만나 먼저 응축되어 증류탑 하부로 하부로 흘러내림과 동시에 L속에 들어있는 저비점물질이 우선적으로 증발하여 (순도가 더 높아지는 상태로) 상부 응축기에 들어와 응축되기 때문에 순도가 더 높아집니다.   각단에서 V와 L은 일종의 거래가 일어나는데 서로 접촉하여 열교환을 하면서 L속의 차거운 고비점 액상 물질은 V속의 고비점 물질을 응축하도록 하고 V속의 고비점 물질 증기는 응축하면서 L속의 저비점 액상 물질을 증발시킵니다.  각단에서 기-액이 접촉할 경우에만 이런 효과가 나타납니다.

Reflux를 하지 않으면 일단 증발했던 증기성분은 모두 Condenser로 들어와 응축하기 때문에 증류탑 Feed 단 상부의 단의 효과는 전혀 나타나지 않고 Feed와 평형에 있던 증기성분 그대로 제품이 생산되기 때문에 1단의 효과밖에 나타나지 않습니다.  Reflux를 통해서 기-액이 접촉하여 평형을 유지할 때문 단효율이 나타나게 되지요.

(A2) 기-액 평형을 이루고 있는 온도, 압력에 의해 성분이 정해지지만 저비점 성분의 함량을 더 높이기 위해서는 ①먼저 Reflux Ratio를 늘여야 저비점 성분함량이 높아지고 이로 인해 ②평균비점이 따라서 낮아지게 됩니다.

(A3) 원유 탈염을 거친 후 이리저리 옮겨다니며 고온상태의 공정물질과 열교환하면서 예열되는데  이리저리 옮겨다니며 예열되는 이유는 가열되면서 온도가 상승하면 냉각매체로 쓰이는 곳이 제한되기 때문입니다.

고온상태의 생산제품 냉각을 위해, 혹은 Column의 액의 일부를 순환시켜 냉각하는 과정에서 냉각수를 사용한다면 그열들은 버리는 열이되지만 차거운 원유와 열교환시키면서 예열하는데 사용한다면 그만큼 예열을 위해 별도의 연료나 스팀이 절감되기 때문에 장치비가 조금더 들더라도 복잡한 Circulation Loop와 Feed Preheating 과정을 두는 것이지요.  한마디로.. 에너지가 바로 돈이기 때문입니다.

(A4) 증류탑에서 Side Stream으로 배출한 제품은 취출될 때 그 위치에서의 기-액 평형에 놓여있는 액상의 물질을 제품으로 하는 것으로 원하는 규격을 만족하지 못하는 경우가 많습니다.   특히 유분의 Flash Point는 연료규격으로 아주 중요한 요소가 되는데 Flash Point를 낮추기 위해서는 저비접 함량을 낮추어 주어야 합니다.

Side Stripper는 취출되는 Liquid 제품으로부터 저비점 성분을 벗겨내는(Stripping) 역할의 기능이 부여된 Column입니다.   Side Stream을 끌어낸 뒤 Stripping Steam을 직접 투입하거나 Side Stripper용 Reboiler를 두는 방법이 고려될 수 있는는데 Steam을 사용하면 아주 효과적입니다.

증발된 저비점 물질은 Main Column으로 기상으로 되돌아와 상부로 회수되고 Steam은 주 응축기를 거쳐 Reflux Drum에서 상분리되어 Sour Water로 배출됩니다.

이곳 게시판에서도 여러번 글을 올린 적이 있어서 반복됩니다만... Stripping Steam(주로 과열스팀사용)은 증기혼합물에다 추가로 Steam을 주입함으로써 증발시키려는 물질의 분압을 낮추어 저비점 성분의 증발을 위한 Driving Force(평형증기압~성분분압간의 차)를 높이는 역할을 합니다.

곰돌이푸 skku885tt

16-03-22 10:24

스테파노님

마지막 말씀하신 부분 관련해서 Ptotal = Pa + Psteam 인데 Psteam의 압력이 높아져서 상대적으로 Pa/Ptotal의 비율이 낮아져서 saturated Pa/Ptotal로 가기위한 driving force가 있다.
이렇게 이해를 하면 되는지요?

추가로
그럼 Psteam / Ptotal은 saturated보다 높게 들어 갔으니 condensing 되려는 driving force가 있는것인지요?

스테파노 Stefano

16-03-23 16:20

(1) <마지막 말씀하신 부분 관련해서 Ptotal = Pa + Psteam 인데 Psteam의 압력이 높아져서 상대적으로 Pa/Ptotal의 비율이 낮아져서 saturated Pa/Ptotal로 가기위한 driving force가 있다.
이렇게 이해를 하면 되는지요? >

이부분은 많은 엔지니어들이 혼동스러워 하는 부분입니다. 아래의 보충설명으로 완전히 터득하도록 하세요.

(2) 증류탑에 Steam을 불어넣어준다고 해도 증류탑의 압력에는 거의 변함이 없습니다. 왜냐하면 해당 증류탑의 Overhead 부분에 압력조절시스템이 동작하고 있기 때문입니다. 따라서 Steam을 직접 주입해도 "시스템 압력"은 변함이 없습니다.

대신,.... Steam이 Vapor Space에 주입되면 그 부분 공간을 Steam이 차지하게 되므로 Vapor가 차지하는 공간 비율이 줄어들게 됩니다. 공간비율 저하는 부피비율 저하를 의미하고 이 부피비율은 바로 몰분율과 직접관련이 되기 때문에 Steam을 Injection하게 되면 (Steam 주입전) 어떤 성분의 Vapor가 나타내고 있었던 분압보다 크게 낮아지는 효과를 낳게 됩니다.

여기서 "분압이 낮아졌다"는 뜻은 바로 "평형증기압으로부터 더 낮은 쪽으로 멀어졌다"는 것이 되므로 액상의 (특히 저비점) 물질은 증기상으로 이동이 빨라집니다. Driving Force가 커졌다는 뜻이지요.

한마디로 축약하면... Steam을 넣어주면 (전압은 변경없고) "증기상에 있던 성분"들의 "분압"이 낮아져서 증발이 잘된다는 것입니다. <액상성분의 분압이 증기압보다 낮은 상태>라면 액속의 그 성분은 <증기상의 분압이 포화증기압에 다다를 때까지> 증발하게 됩니다.

이제 안개(?)가 걷혔나요?

곰돌이푸 skku885tt

16-03-23 16:30

쉽게 설명해 주셔서 감사합니다. ~~ 먼가 하나씩 알아가는 재미가 요즘 쏠쏠 합니다.