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  증류탑의 압력, 압력강하 설정방법 질문입니다.
  글쓴이 : thermo   고유ID : thermo9798     날짜 : 17-04-25 10:45     조회 : 2434    

증류탑의 압력설정 방법에 대한 스테파노님의 답변을 보다가

이해가 안가는 부분이 있어서 질문 드립니다. 대괄호 부분은 스테파노님이 적어주신 부분입니다.

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[증류탑 상부에서 기-액 평형을 이루는 조건이기 때문에 증기가 응축될 수 있는 온도에서 증류탑 상부성분에 해당하는 평형 압력이 바로 증류탑 상부의 압력이 됩니다.]

 

Q1) partial condenser의 경우, 증기가 응축될 수 있는 온도는

고비점성분의 끓는점과 저비점성분의 끓는점 사이라고 알고 있습니다.

구체적으로는 환류를 해주는 양만큼 응축을 시켜주면 되나요?

그리고 이 때의 온도는 어떻게 알 수 있나요??

이성분이 아니고 다성분이라고 생각하니 너무 어렵네요 ㅠㅠ

 

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[이 압력은 결국 증기를 응축시킬수 있는 냉각매체의 온도에 따라 결정됩니다. 응축기에 공급하는 냉각매체가 냉각수인 경우 이 냉각수로 증기를 응축시킬 수 있는 최저의 온도가 정해지고 이 온도에서의 평형증기의 압력이 바로 증류탑 상부의 압력이 됩니다.]

 

Q2) 냉각수로 증기를 응축시킬 수 있는 최저의 온도가 정해진다고 하셨는데,

냉각수의 양이 많을수록 증기를 계속 응축시킬 수 있는 것 아닌가요?

그러니까 식으로 표현한다면, (탑상제품)mCpT=(냉각수)mCpT에서

냉각수의 Cp, T는 고정이지만 질량m은 고정이 아니기 때문에,

탑상제품의 T를 알 수 없는 것아닌가요?

 

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[흡수탑 혹은 증류탑의 액과 증기/가스의 최대부하에서도 Flooding이 일어나지 않도록 하는 최대의 압력차 이하가 되도록 탑의 압력강하를 정합니다.]

 

Q3) 이게 무슨 말인지 모르겠습니다...

우선 제가 생각한 바로는, flooding이 발생하지 않는 최대액체유량일 때의 압력

blowing이 발생하지 않는 최대 증기유량일 때의 압력

이 두 압력의 차이 이하로, 증류탑의 압력강하를 결정한다는 말씀이신가요...?

그렇게 하는 이유는 무엇인가요?

 

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답변 기다리겠습니다. 감사합니다^^


스테파노 Stefano   17-04-25 12:20
A1)  [  ]내 설명은 Total Condenser에 관한 이야기 이고 질문은 Partial Condenser에 관한 이야기 입니다 .
Partial Condenser의 경우에는  Condenser 냉각수 부하에 따라 응축량이 결정됩니다 .  냉각열량이 결정되면 그에 따라 응축되는 액의 양과 성분의 농도가 결정됩니다.  예제를 찾아서 직접 계산해 보도록 하세요.

A2)  냉각수 온도가 예를 들어 32도로 들어와  40도로 나간다면 냉각수 양이 무한대로 있다고 해도 32도 언저리 이하로 냉각할 수 없는 일이지요.  열량만으로 열전달이 일어나는 것이 아니라 온도차가 있어야 열전달이 일어난다는 것을 설명한 것이고..

[ ] (성분이 고정된 상태에서) 부분에서 응축온도가 정해진다면 그에 따라 압력이 정해지는 것이고 반대로 압력이 정해지면 응축온도도 따라서 결정되는데 이것이 바로 기-액 평형의 원리입니다. 

질문에서 사용하는 탑상제품 탑상제품의 △T는 별로 도움이 되니 않는 정보입니다.  탑상에서는 응축온도는 거의 일정하게 유지되고 거의 대부분 잠열이 제거됩니다 .  현열은 불과 1~2%도 되지 않지요

A3) 필자의 설명에대해 <이게 무슨 말인지 모르겠습니다> 라는 무례함을 보고 설명할 기분이 내키지 않습니다  다른 서적을 참고로 하세요.
     
thermo thermo9798   17-04-25 18:33
아..정말 죄송합니다..ㅠㅠ
그런 의도로 말한 게 아닌데, 무례하게 보일 수도 있겠네요..정말 죄송합니다.

저는.. 제가 기본기가 탄탄하지 않아서,
스테파노님의 말씀을 전적으로 믿고 공부하고 있던 학생입니다.
그리고 먼저 생각을 해본 후에 질문을 올리는 것이 좋다고 생각하여
제 생각을 나열했던 것인데..정말 죄송합니다..

다음부터는 꼭 이런일 없도록 하겠습니다.
답변해주신 부분 모두 감사합니다.
스테파노 Stefano   17-04-27 19:44
압력 blowing이라는 용어를 들어본 일이 없는데 질문에서 사용하고 있습니다.  일반적인 용어가 아닌 용어를 사용하는 경우 이를 먼저 설명해 주어야 합니다. 

혼자만이 알 수 있는 용어를 사용해가면서 필자가 공들여 설명한 내용에 대해.. <이게 무슨 말인지 모르겠습니다> 라고 하는 것은 필자의 설명에 귀를 기울이지 않았다는 뜻이고 답변자의 성의를 완전히 무시하는 태도입니다.  이미 설명했던 내용에서 이해되지 않는 부분을 다시 질문해 주세요.
증류탑엔지… sophistu88   18-01-19 06:40
안녕하세요. 초보 엔지니어가 (3)에 대한 대답을 짤막하게 하겠습니다. 제 답변이 정확하지도 않을 수 있기에 참고만 해주시고 혹시나 주위에서 제 이야기가 틀린것이 있다면 지적 부탁드립니다. 감사하게 받겠습니다!

추가적으로 제 3자 입장에서 말씀 드리자면 누가봐도 스테파노님께서 최대한 간결하고 성의있게 적어주셨는데 바로 그렇게 말씀하시면 누구나 다 서운하실 것 같아요.... 모를수도 있지만 한번 곰곰히 생각해 보고 모르는 것을 간결하게 물어보는 것이 맞다고 봅니다. ㅎㅎ 그냥 모른다고 하면 뭐부터 답변해야될지도 어렵고, 시간적 여유도 되지 않을테니깐요.

아무튼 답변을 말씀 드리자면
Fractionation Column의 기본적인 운전과 Flooding의 의미를 정확히 아셔야 하마 Stefano님의 답변을 이해하실 수 있으실거라 보고요.

Fractionation Column의 역할은 Feed를 받아 증발과 응축 조작을 동시에 가하여 가벼운물질은 탑상으로 무거운물질은 탑하로 보내어 분리하는 것입니다.
보통 탑하로 가는 물질들은 B.P가 높기 때문에 liquid 상으로 존재하려고 하겠죠?
Stripping section기준으로 설명 드리자면 탑하 제품중에 Reboiler의 스팀열교환으로 인해 가벼운 물질이 증발하게 됩니다.
이 물질들은 vapor상으로 올라오면서 각 tray에서 흐르고 있는 liquid 와 Mass-transfer 접촉하면서 평형상태를 이루려 할 것입니다.

바로 이 때 V-L이 접촉하면서 서로간의 상반된 momentum(Vapor는 위로 liquid는 아래로) 에 따라 pressure drop이 필연적으로 발생하게 됩니다. 또한 Tray의 상세 design이나 기타 조건에 따라 Vapor pressure drop이 과도하게 걸리기도 합니다. 이 때문에 flooding이 발생합니다. 직역하면 홍수죠? Liquid가 탑하로 순탄하게 내려가야 하는데 중간에 Vapor의 과도한 Pressure로 인해 체류하게 되는 지점을 말하죠. 그 point가 발생하지 않게끔 pressure drop을 설정해줘야 한다는 말입니다. Flooding(Jet flooding 혹은 Entrainment flooding 이라고도 합니다. 추가로 Flooding의 다른 형태도 있는데 더 복잡해질 것 같으니 개인적으로 물어보세요. )이 한번 발생하기 시작하면 Tray에 있던 Liquid들이 일부분 Vapor에 의해 Droplet 상태의 입자로 발전하게 되고 이 입자들은 상단의 Tray로 Vapor와 같이 이동하면서 liquid가 축적되는 현상으로 발전합니다. entrainment(흔히 아는 비말동만이라고도 부릅니다.) 라고도 하며 이는 Bottom product의 순도를 악화시키는 요인입니다. Column의 많은 이슈들 중 기본적인 것이지요. Google에 치면 자세하게 잘 나올 것입니다.

최대 부하라는 말은 Max capacity로 볼수있고요.(공장의 생산계획이라던지 기타 수급 방향으로 인해 Feed 양 혹은 Feed 조성이 바뀌겠죠? 이에 따라 Column내에 체류하는 Vapor / liquid flow rate가 변동이 오며 이 것들이 max일 때를 말씀하시는 것 같습니다. 당연히 mass rate가 많으면 많을수록 Column 내부에 걸리는 pressure drop은 커질테고 상끼리는 더욱더 혼잡해지니 Flooding 일어날 확률이 커집니다.)

최대의 압력차는 제 설명을 참고하시면 됩니다.

결론은 악조건상황(최대부하)을 감안하여 Flooding이 일어나지 않게끔 Pressure drop을 설정해줘야 합니다. 보통 0.1 psi/tray로 시뮬레이션상 정하며 이는 Tray design Vendor에게 상세하게 검토받아야합니다.
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