게시판 > 질답게시판 > Reboiler Elevation에 관한 질문

스테파노 Stefano

12-04-18 23:43

(0) Column Sump 액면과 Reboiler 상부의 액면이 같은 조건에서 기-액의 순환흐름이 잘되도록 하기 위해 Reboiler가 가급적 낮은 곳에 설치하는 것이 유리하냐 높은곳에 설치하는 것이 유리하는가를 묻는 질문으로 보이는데...

(1) 전자의 경우 (Reboiler를 땅에 가까이 두는 경우)에는 Reboiler 출구에서의 압력이 높아 Vapor가 압축된 상태로 흐르면서 (물속깊은 곳에서 Aeration 해야 하는 양상의 증발이 일어나 압축되어 있던 증기가 상승하면서 팽창하고 그와 더불어 증기부피의 감소에 해당하는 만큼의 액을 더 품어 올려야 하기 때문에) Reboiler 출구의 차압이 많이 걸리기 때문에 Driving Force 손실이 일어나 불리해집니다.

(2) Static Head 길이에 밀도차를 곱한 Driving Force 증가효과보다 배출측 차압증가가 더 크기 때문에 후자의 경우(Reboiler를 높게 설치하는경우)가 발생된 증기가 더 많은 액을 몰고 출구로 달아나야 하는 현상이 나타납니다. 보충설명하자면.. Reboiler에서 증발되는 비율은 전체 순환액의 약 10%정도인데 이 액이 증발하면 수백배(약 500~1500배) 정도의 부피로 늘어나 출구의 액의 부피는 무시할 만하고 사실상 증기가 부피의 대부분을 차지하게 됩니다. 이 상황에서 만일 액이 가로막고 있다고 하면 모두 증기에 의해 Reboiler 출구 Duct를 통해 Column으로 불어내야하는 부담을 갖게 되는데 그리되면 차압증가가 심각해지지요. 따라서 생성된 엄청난 부피의 증기는 쉽게 컬럼으로 빠져나가도록 해야 합니다. Reboiler 출구 Duct가 아주 큰 이유도 증기가 쉽게 배출되도록 하기 위함이지요.

(3) Reboiler의 액면이 깊어져 압력이 높아지면 증발온도도 높아지기 때문에 열에 약한 물질이라면 더욱 불리해 지기도 하고 같은 전열량을 전달하기 위해 Heating Medium의 온도가 높아져야 할 것입니다.

(4) 또한 증기 배출이 잘 되지 않으면 증기가 Tube를 잘 빠져나오지 못하기 때문에 Film Boiling 현상도 두드러집니다. Film Boiling 현상이 나타나면 열전달 계수는 수십분의 1로 줄어들게 됩니다.

여러가지 원인으로 경험많은 우리들의 선배 엔지니어들은 Reboiler 출구 부분에 액을 많이 쌓아두지 않도록 설계했을 것입니다.

(5) Kettle Type의 경우 증발된 액 방울이 비교적 넗은 수직 단면적을 통해 상승하기 때문에 Driving Force가 크게 요구되는 것은 아닙니다. 증발량이 작거나 아주 많은 경우에 두루 쓸 수 있는 편이고 Weir를 통해 Bottom 성분을 직접배출할 수도 있습니다. Thermosiphon의 경우에 이 효과를 갖도록 하자면 Column Sump내에 Compartment를 만들어 주어야 합니다.

(0) Column Sump 액면과 Reboiler 상부의 액면이 같은 조건에서 기-액의 순환흐름이 잘되도록 하기 위해 Reboiler가 가급적 낮은 곳에 설치하는 것이 유리하냐 높은곳에 설치하는 것이 유리하는가를 묻는 질문으로 보이는데...

(1) 전자의 경우 (Reboiler를 땅에 가까이 두는 경우)에는 Reboiler 출구에서의 압력이 높아 Vapor가 압축된 상태로 흐르면서 (물속깊은 곳에서 Aeration 해야 하는 양상의 증발이 일어나 압축되어 있던 증기가 상승하면서 팽창하고 그와 더불어 증기부피의 감소에 해당하는 만큼의 액을 더 품어 올려야 하기 때문에) Reboiler 출구의 차압이 많이 걸리기 때문에 Driving Force 손실이 일어나 불리해집니다.

(2) Static Head 길이에 밀도차를 곱한 Driving Force 증가효과보다 배출측 차압증가가 더 크기 때문에 후자의 경우(Reboiler를 높게 설치하는경우)가 발생된 증기가 더 많은 액을 몰고 출구로 달아나야 하는 현상이 나타납니다.   보충설명하자면.. Reboiler에서 증발되는 비율은 전체 순환액의 약 10%정도인데 이 액이 증발하면 수백배(약 500~1500배) 정도의 부피로 늘어나 출구의 액의 부피는 무시할 만하고 사실상 증기가 부피의 대부분을 차지하게 됩니다.  이 상황에서 만일 액이 가로막고 있다고 하면 모두 증기에 의해 Reboiler 출구 Duct를 통해 Column으로 불어내야하는 부담을 갖게 되는데 그리되면 차압증가가 심각해지지요.  따라서 생성된 엄청난 부피의 증기는 쉽게 컬럼으로 빠져나가도록 해야 합니다.   Reboiler 출구 Duct가 아주 큰 이유도 증기가 쉽게 배출되도록 하기 위함이지요.

(3) Reboiler의 액면이 깊어져 압력이 높아지면 증발온도도 높아지기 때문에 열에 약한 물질이라면 더욱 불리해 지기도 하고 같은 전열량을 전달하기 위해 Heating Medium의 온도가 높아져야 할 것입니다.

(4) 또한 증기 배출이 잘 되지 않으면 증기가 Tube를 잘 빠져나오지 못하기 때문에 Film Boiling 현상도 두드러집니다.  Film Boiling 현상이 나타나면 열전달 계수는 수십분의 1로 줄어들게  됩니다.

여러가지 원인으로 경험많은 우리들의 선배 엔지니어들은 Reboiler 출구 부분에 액을 많이 쌓아두지 않도록 설계했을 것입니다.

(5) Kettle Type의 경우 증발된 액 방울이 비교적 넗은 수직 단면적을 통해 상승하기 때문에 Driving Force가 크게 요구되는 것은 아닙니다.   증발량이 작거나 아주 많은 경우에 두루 쓸 수 있는 편이고 Weir를 통해 Bottom 성분을 직접배출할 수도 있습니다.   Thermosiphon의 경우에 이 효과를 갖도록 하자면 Column Sump내에 Compartment를 만들어 주어야 합니다.

량호 sangho61

12-04-19 13:57

답변 정말 감사드립니다. 그런데 약간 이해가 안가는 부분이 있는데,

(1) Reboiler의 출구 압력이 높아져서 vapor가 압축이 된만큼 액체를 더 품어 올려야된다는 말씀인신가요?

그리고 (2)에서
" 후자의 경우(Reboiler를 높게 설치하는경우)가 발생된 증기가 더 많은 액을 몰고 출구로 달아나야 하는 현상이 나타납니다. "
라고 하셨는데, reboiler를 높게 설치한 경우의 액체 안에 발생된 증기가 더 많아서 증기비가 더 높다라는 뜻인지, 발생된 증기가 더 많은 액체를 품어서 증기비가 더 적다라는 것인지 조금 헷갈리는데,
제가 해석하기론 액체 안에 발생된 증기가 더 많아서 reboiler를 높게 설치하는게 유리하다인거 같은데 맞게 이해한건가요?

(3) "Reboiler의 액면이 깊어져" -> 이 뜻은 reboiler를 땅에 가까이 두는 경우라고 이해하고 있는데, 맞는지 궁금합니다.

Stefano님께서 얘기한 내용을 정리하면 ,
Reboiler를 땅에 내리면 static head는 길어지지만 reboiler 배출측 차압 증가가 더 커져서 증기가 줄어든만큼 액이 더 생기고, 증발온도가 높아져서 불리하다. 라고 이해되는데, 제가 잘못이해하고 있는게 있으면 feed back 주시면 감사하겠습니다.

스테파노 Stefano

12-04-19 15:59

(1)우선 마지막 질문의 답부터 정리하면...
"Reboiler를 땅에 내리면 static head는 길어지지만 reboiler 배출측 차압 증가가 더 커져서.." 여기까지는 맞는 말입니다.
그러나 "... 증기가 줄어든만큼 액이 더 생기고...."이부분은 잘못이해하고 있는 부분입니다. 열량이 같으면 같은 양의 증기가 생기게 됩니다. 다만 "증기의 유량이 같더라도 부피유량은 정압에 따라 달라진다."라고 설명되어야 합니다. 또 그 다음.."..증발온도가 높아져서 불리하다. .." 이 부분은 또 맞는 말입니다. 보충설명하지요. 발생된 증기량은 같은 상태에서만 비교하면 됩니다.

(2) 일반적으로 증발이 일어나고 있는 용기(열교환기 포함)에서는 같은 열량이 공급되어 같은 양의 증기가 발생되었다고 하더라도 액면 깊이에 따라 증기 방울의 압력이 달라서 부피유량은 달라집니다. 깊은데서 발생된 증기는 어느 정도 일정한 Terminal Velocity로 상승하다가 액면 상부에 가까와 지면서 방울의 크기가 점점 커져 액면에서는 방울이 터지는 현상이 일어납니다.

이 현상에 의해 Reboiler 내부에서의 Heating Zone의 길이와 Evaporation의 길이가 달라지는데 액면깊이가 깊으면 Driving Force는 커지고 액의 흐름량이 많아지지만 Bubble의 압력증가로 Heating Zone이 늘어나고E Evaporation Zone은 줄어들게 됩니다. 결국 같은 증기량으로 액은 더 많이 뿜어 올리지만 그만큼 차압은 늘어나 Driving Force의 손실이 일어납니다.

(3) 결국 Reboiler에서 발생된 "증기의 양이 같을 때" 액면 깊은곳에서 증기가 발생되는 것 보다 액면 깊이가 낮은 곳에서 증기가 발생되는 것이 액/증기의 비율이 낮고 액면 깊은 곳에서 증기가 발생하면 액/증기의 비율이 높습니다.

액/증기비가 높다는 것은 더 많은 양의 액을 순환하게 한다는 이야기는 되지만 그렇다고 열전달이 더 잘된다는 이야기는 아닙니다. 오히려 증기압력이 높아지고 액유량 증가와 함께 차압이 늘어난다는 것을 설명했던 것입니다.

(4) 이 내용들은 Thermosiphon Reboiler설명에서 쉽게 찾아볼 수 있는 것은 아닌데.. 마침 이와 관한 그림과 함께 설명된 곳이 여기에 있습니다.
http://144.206.159.178/ft/11513/867892/15144958.pdf

설명이 부족했다면 추가질문 바랍니다.

(2) 일반적으로 증발이 일어나고 있는 용기(열교환기 포함)에서는 같은 열량이 공급되어 같은 양의 증기가 발생되었다고 하더라도 액면 깊이에 따라 증기 방울의 압력이 달라서 부피유량은 달라집니다.   깊은데서 발생된 증기는 어느 정도 일정한 Terminal Velocity로 상승하다가 액면 상부에 가까와 지면서 방울의 크기가 점점 커져 액면에서는 방울이 터지는 현상이 일어납니다.

이 현상에 의해 Reboiler 내부에서의 Heating Zone의 길이와 Evaporation의 길이가 달라지는데 액면깊이가 깊으면 Driving Force는 커지고 액의 흐름량이 많아지지만 Bubble의 압력증가로 Heating Zone이 늘어나고E Evaporation Zone은 줄어들게 됩니다.   결국  같은 증기량으로 액은 더 많이 뿜어 올리지만 그만큼 차압은 늘어나 Driving Force의 손실이 일어납니다.

(3) 결국 Reboiler에서 발생된 "증기의 양이 같을 때" 액면 깊은곳에서 증기가 발생되는 것 보다 액면 깊이가 낮은 곳에서 증기가 발생되는 것이 액/증기의 비율이 낮고  액면 깊은 곳에서 증기가 발생하면 액/증기의 비율이 높습니다.

액/증기비가 높다는 것은 더 많은 양의 액을 순환하게 한다는 이야기는 되지만 그렇다고 열전달이 더 잘된다는 이야기는 아닙니다. 오히려 증기압력이 높아지고 액유량 증가와 함께 차압이 늘어난다는 것을 설명했던 것입니다.

(4) 이 내용들은 Thermosiphon Reboiler설명에서 쉽게 찾아볼 수 있는 것은 아닌데.. 마침 이와 관한 그림과 함께 설명된 곳이 여기에 있습니다. 
http://144.206.159.178/ft/11513/867892/15144958.pdf

설명이 부족했다면 추가질문 바랍니다.