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스테파노 Stefano

10-09-03 19:33

(1) 액-액 분리의 원리는 서로 섞이지 않는 액들을 밀도차를 이용해서 각각의 물질로 분리하는 방법인데 상분리기에서는 고밀도 액상과 저밀도 액상만 존재하는 것이 아니고 ①고밀도 연속액상에 저밀도 액적이 분산된 상(Continuous Heavy Liquid Phase with Dispersed Light Liquid Droplets) ②저밀도 연속액상에 고밀도 액적이 분산된 혼합상(Continuous Light Liquid Phase with Dispersed Heavy Liquid Droplets) ③고밀도 액저과 저밀도 액적이 서로 섞여있는 혼합상(Mixed Heavy and Light Liquid Droplet Phase)이 존재하게 됩니다.

이중 상분리가 잘 안되는 부분을 중점적으로 체류시간을 늘여주는 방법과 미세액적들이 서로 쉽게 응집(Coagulation)되도록 하는 방법을 사용해서 상분리가 원할하게 이루어지도록 합니다

(2) 기-액 분리의 경우
액-액의 분리기는 잘 정리되어 있는 것이 없지만 기-액 분리를 위한 Flare System KO Drum의 Sizing 원리는 API RP 에서 찾아볼 수 있습니다. 기본원리는 기상에 포함되어 있는 액의 액적의 크기가 300 micron 정되 된다고 보고 이 액적을 함유한 증기가 KO Drum을 수평으로 흘러지나갈 때 용기유입구의 기상 Top에 들어있던 액적이 기상 출구에서 액상에 도달하도록 하기 위한 수평길이를 결정하는 방법입니다.

드럼의 단면적이 넓으면 기체의 수평선속도가 느려지지만 액적이 바닥으로 떨어지기 위한 거리가 멀어지기 때문에 적당한 단면적과 상분리기 길이를 찾아내는 방법으로 계한하게 됩니다. 액상 액의 체류시간과 기상증기의 체류시간동안 액적이 용기내에서 Settling 되도록 할 필요가 있습니다.

(3) 액-액 분리의 경우 Sizing Cirteria (1=heavy liquid phase, 2=light liquid phase)
Volume Rates, q1, q2
Residence Times, t1, t2
Terminal Velocities, ut1, ut2
Liquid의 수평이동 속도, v1, v2
Holding Volumes, V1, V2
Total Settler Volume, V = V1 + V2 + Vo(=Volume Allowance in 'Disengaging Zone').............(1)
V1= q1*t1, V2=q2*t2......................(2) 각 액상의 Holding Volume의 계산

Settler의 수직단면적 A1, A2, Ao(=Area Allowance)
Settler의 수평길이, L1=L2=L

Settler의 만족조건
V=V1+V2+Vo = (v1*t1)+ (v2*t2)+ Vo .................(1)&(2)
Volumer Rates, q1=A1*u1, q2=A2*u2..................(3)
Residence Times, t1=V1/q1, t2=V2/q2...................(4)
액의 수직단면적, A1=(수평폭 width w1) *(액면깊이, d1), A2=(수평폭 width w2) *(액면깊이, d2)----(5)

Settler의 부피 V1=w1*d1*L, V2=w2*d2*L, Vo=Allowance Volume, .........(6)

Residence Time동안 액이 거리L을 이동하는동안 액적이모두 가라앉아야 하므로
고밀도액 깊이 d1 ≤ ut1*t1 {= ut1*(V1/q1)}, 저밀도액 깊이 d2 ≤ ut2*(V2/q2).....(7a,7b)
수평길이, L>v1*t1 {=v1*V1/q1}, L>v2*V2/q2.................................................(8a,8b)

(4) Settler의 크기 결정 방법
①유량 q1, q2를 기준이 정해지면
②액적의 크기를 각각 가정하고 Terminal Velocity ut1, ut2를 각각 구한다.
(ut1은 고밀도액 속에서 저밀도 액적이 떠오를 때의 Terminal Velocity, ut2는 저밀도 액 속에서 고밀도 액적이 가라앉을 때의 Terminal Velocity가 된다.)
③Settler 크기를 대략 가정해본다. V1=w1*d1*L, V2 = w2*d2*L .......가정한 dimensions
④체류시간을 계산해 본다. t1 = V1/q1, t2=V2/q2
⑤위에서 계산한 체류시간동안 액들이 L이라는 길이를 흘러가고, 액적은 액의 깊이를 이동해야 한다
따라서 두가지를 점검해 본다. L>v1*t1 L>v2*t2...........(8a,b) L이 부족하면 다시 3으로 돌아간다.
d1 ≤ ut1*t1, d2≤ ut2*t2.............................................(7a,b) d1, d2가 너무 크면 다시 3으로 돌아간다.
⑥위의 과정에서 (7a,b)와 (8a,b)를 만족하면서 Vo의 여유부피를 가지는 V값이 최소가 되면
만족스러운 Settler의 크기가 된다. V=V1+V2+Vo
⑦위의 V1,V2,Vo로부터 적절한 Settler의 모양과 크기를 정한다.

(5) 간단한 방법
위의 (4)의 방법은Terminal Velocity를 구하기 위해 Particle Size를 가정해야 하고 그리고 나서도 시행오차의 방법이 사용되어야 하므로 좀 복잡한 편이지요. 어차피 Particle Size를 가정할 바에야 Terminal Velocity를 먼저 가정해서 푼다. 그러나 이방법은 경험적 데이터를 가지고 있어야 신뢰성을 가집니다.

①Terminal Velocity ut1, ut2 를 미리 가정 (과거 운전 경험치, 실험치로부터 채택)
②액면 단면적A와 깊이D를 미리 잠정 결정하고
③체류시간 계산 t1=V1/q1, t2=V2/q2
④Settling 깊이 D1<ut1*t1, D2<ut2*t2 액의 깊이가 너누 깊으면 다시②의 과정으로 반복
⑤위의④를 만족하면 가정했던 ②의 크기로부터 Settler의 규격을 결정한다.

(6)Liquid-Liquid Settler의 Sizing에 관해서는 Coagulation Mesh Maker의 자료외에 자세히 소개된 자료가 드뭅니다. API RP 자료, Stoenner & Woehler, Barnea & Misrahi (1975), Jeelani(1985), Berger(1987)등의 자료가 있는데 오래된 자료라서 구하기는 어려워 보입니다.

이중 상분리가 잘 안되는 부분을 중점적으로 체류시간을 늘여주는 방법과 미세액적들이 서로 쉽게 응집(Coagulation)되도록 하는 방법을 사용해서 상분리가 원할하게 이루어지도록 합니다

(2) 기-액 분리의 경우
액-액의 분리기는 잘 정리되어 있는 것이 없지만 기-액 분리를 위한 Flare System KO Drum의 Sizing 원리는 API RP 에서 찾아볼 수 있습니다.  기본원리는 기상에 포함되어 있는 액의 액적의 크기가 300 micron 정되 된다고 보고 이 액적을 함유한 증기가 KO Drum을 수평으로 흘러지나갈 때 용기유입구의 기상 Top에 들어있던 액적이 기상 출구에서 액상에 도달하도록 하기 위한 수평길이를 결정하는 방법입니다.

드럼의 단면적이 넓으면 기체의 수평선속도가 느려지지만 액적이 바닥으로 떨어지기 위한 거리가 멀어지기 때문에 적당한 단면적과 상분리기 길이를 찾아내는 방법으로 계한하게 됩니다.   액상 액의 체류시간과 기상증기의 체류시간동안 액적이 용기내에서 Settling 되도록 할 필요가 있습니다.

(3) 액-액 분리의 경우 Sizing Cirteria (1=heavy liquid phase, 2=light liquid phase)
Volume Rates, q1, q2 
Residence Times, t1, t2
Terminal Velocities, ut1, ut2
Liquid의 수평이동 속도, v1, v2
Holding Volumes, V1, V2
Total Settler Volume, V = V1 + V2 + Vo(=Volume Allowance in 'Disengaging Zone').............(1)
V1= q1*t1, V2=q2*t2......................(2) 각 액상의 Holding Volume의 계산

Settler의 수직단면적  A1, A2, Ao(=Area Allowance)
Settler의 수평길이, L1=L2=L

Settler의 만족조건
V=V1+V2+Vo = (v1*t1)+ (v2*t2)+ Vo .................(1)&(2)
Volumer Rates,  q1=A1*u1,  q2=A2*u2..................(3)
Residence Times, t1=V1/q1, t2=V2/q2...................(4) 
액의 수직단면적,  A1=(수평폭 width w1) *(액면깊이, d1),  A2=(수평폭 width w2) *(액면깊이, d2)----(5)

Settler의 부피 V1=w1*d1*L,  V2=w2*d2*L, Vo=Allowance Volume, .........(6)

Residence Time동안 액이 거리L을 이동하는동안 액적이모두 가라앉아야 하므로 
고밀도액 깊이 d1 ≤ ut1*t1 {= ut1*(V1/q1)}, 저밀도액 깊이 d2 ≤ ut2*(V2/q2).....(7a,7b)
수평길이, L>v1*t1 {=v1*V1/q1},  L>v2*V2/q2.................................................(8a,8b)

(4) Settler의 크기 결정 방법
①유량 q1, q2를 기준이 정해지면 
②액적의 크기를 각각 가정하고 Terminal Velocity ut1, ut2를 각각 구한다. 
(ut1은 고밀도액 속에서 저밀도 액적이 떠오를 때의 Terminal Velocity, ut2는 저밀도 액 속에서 고밀도 액적이 가라앉을 때의 Terminal Velocity가 된다.) 
③Settler 크기를 대략 가정해본다.  V1=w1*d1*L, V2 = w2*d2*L .......가정한 dimensions
④체류시간을 계산해 본다. t1 = V1/q1,  t2=V2/q2  
⑤위에서 계산한 체류시간동안 액들이 L이라는 길이를 흘러가고, 액적은 액의 깊이를 이동해야 한다
따라서 두가지를 점검해 본다.   L>v1*t1    L>v2*t2...........(8a,b) L이 부족하면 다시 3으로 돌아간다.
d1 ≤ ut1*t1,  d2≤ ut2*t2.............................................(7a,b) d1, d2가 너무 크면 다시 3으로 돌아간다.
⑥위의 과정에서 (7a,b)와 (8a,b)를 만족하면서 Vo의 여유부피를 가지는 V값이 최소가 되면
만족스러운 Settler의 크기가 된다.    V=V1+V2+Vo
⑦위의 V1,V2,Vo로부터 적절한 Settler의 모양과 크기를 정한다.

(5) 간단한 방법
위의 (4)의 방법은Terminal Velocity를 구하기 위해 Particle Size를 가정해야 하고 그리고 나서도 시행오차의 방법이 사용되어야 하므로  좀 복잡한 편이지요.  어차피 Particle Size를 가정할 바에야 Terminal Velocity를 먼저 가정해서 푼다.  그러나 이방법은 경험적 데이터를 가지고 있어야 신뢰성을 가집니다.

①Terminal Velocity ut1, ut2 를 미리 가정 (과거 운전 경험치, 실험치로부터 채택)  
②액면 단면적A와 깊이D를 미리 잠정 결정하고
③체류시간 계산 t1=V1/q1,  t2=V2/q2
④Settling 깊이 D1<ut1*t1, D2<ut2*t2  액의 깊이가 너누 깊으면 다시②의 과정으로 반복
⑤위의④를 만족하면 가정했던 ②의 크기로부터 Settler의 규격을 결정한다.

(6)Liquid-Liquid Settler의 Sizing에 관해서는 Coagulation Mesh Maker의 자료외에 자세히 소개된 자료가 드뭅니다. API RP 자료,  Stoenner & Woehler, Barnea & Misrahi (1975), Jeelani(1985), Berger(1987)등의 자료가 있는데 오래된 자료라서 구하기는 어려워 보입니다.