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  유기용제(Solvent) vapor를 액화시킬 때 열교환기 용량 선정
  글쓴이 : 위드기타   고유ID : withguitar     날짜 : 18-02-16 11:19     조회 : 256    
안녕하세요,

내부 반응기에서 원제를 유기용제로 액화시킨 후 기화되는 유기용제 vapor를 열교환기에서 액화시킨 후 Reflux하여 다시 반응기로 보내는 공정입니다.
여기서 열교환기의 용량을 선정하려고 합니다. 냉매는 CW, Brine을 사용합니다.
기화되는 vapor의 양과 냉매와의 열교환량을 알아야 할꺼 같은데요,
열교환기 용량을 선정을 위한 계산법에 대한 조언 부탁드립니다.

감사합니다.

스테파노 Stefano   18-02-16 23:36
(0) <원제를 유기용제로 "액화"..>라고 했는데 여기서의 "액화"는 "용해(Dissolution)"를 의미하는 것 같고,  이 <"용해">과정에서 배출되는 <증기>의 양과 이 증기를 "액화(Liquifaction)" 혹은 "응축(Coondenstion)"시키는데 필요한 열량을 계산하려는 것 같습니다. 

(1) 우선 용해 단계에서 발생되는 증기량은  1) 용해과정에서 원제와 유기용제가 혼합되면서 방출하는 <발열량>이 2)그 혼합물의 비점에 도달하고 남아 액을 증발시키는 <잠열>에 어느정도 이용되고 있느냐에 달려있습니다. 

이런경우 용해열은 그리크지 않아 액을 끓어오를 정도로 온도가 상승하는 것은 아니기 때문에 용기를 닫아두어도 발생되는 열량이나 증기는 거의 없습니다.

(2) 그러나 만일 원제의 온도가 높아 용액과 혼합하는 과정에서  용제의 일부가 증발되는 경우라면 다음과 같은 수식으로 발행증기량을 추산할 수 있습니다.

원제온도 t1,  원제비열 Cp1,  원제의 양 m1,
용제온도 t2.  용제비열 Cp2,  용제의 양 m2, 용제의 잠열 Λ  kcal/kg_Solvent
혼합물의 비점 t3

원제 1 kg이 (m2/m1)kg/kg의 용제에 용해될 경우 발생되는 용해열 = Hd  kcal/kg_원제

용해후 혼합물 온도  t ={(t1*Cp1*m1 + t2*CP2*m2)+ Hd* m1 } /(Cp1*m1 + Cp2*m2) ....(1)

(2) 증발을 위한 현열 Qv (Vaporizing Duty)

만일 (1)식으로 계산된 혼합물의 온도가 비점 t3를 초과하는 경우라면 혼합물의 온도는  t3에 머물게 됩니다.  그리고 여분의 엔탈피는 용제를 증발하는데 이용됩니다. 

증발에 사용되는 현열열량  Qv = (t-t3)*(Cp1*m1+Cp2*m2).............................................(2) t= (1)식으로 계산한 값

(3) 증발 증기(용제)량 m3

증발을 위해 이용될 수 있는 잠열이(1)식으로 계산되었다면 실지로 증발되는 증기량은 Qs를 증발잠열 Λ로 나누면 됩니다.

증발되는 용제의 양  m3 = Qv /  Λ..........................................(3)

(4) 응축후 Sub-cooling을 위한 추가 냉각용 현열 Qs (Sub-cooling Duty)

응축후 용제가 완전히 액상에 머물수 있도록 유지하기 위한 현열은  응축액(용제) 온도를 얼마만큼 더 떨어뜨리느냐에 달려있습니다.  이를 위한 현열은 다음과 같이 계산됩니다 .

응축용제의 과냉후 온도  t4

Qs = (t3-t4)*m2*CP2 .........................................................(4)

(5) 제거해야할 전체의 냉각부하 Qc

Qc = Qv+Qs .......................................................................(5)

(6) 필요한 냉각매체의 양  m4

냉각매체의 비열 Cp4
냉각매체의 사용온도차 Δt

냉매소요량 m4 = Qc/(Cp4*Δt)...............................................(6)
위드기타 withguitar   18-02-17 14:22
우문현답 이십니다.

스테파노 님의 답변을 이해하기에는 제 지식이 짧아 힘드네요ㅜㅜ
스테파노 Stefano   18-02-17 14:32
근본적으로 1) 증기가 발생되는 원인(원리)를 살펴보고 2) 생성되는 양을 계산한 다음 3)이를 응축시키는데 필요한 냉매의 양을 구하면 되는 것이기 때문에 시스템 계산이 어려운 것은 절대 아닙니다.   

설명이 부족했다거나 이해하기 어려운 부분이 있다면 머뭇거리지 말고 재질문해 주세요.  궁금했던 것은 해소해야 하거든요.
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