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  증류탑의 Top Accumulator Vent
  글쓴이 : 파르데스   고유ID : dynast     날짜 : 18-10-02 00:04     조회 : 201    
안녕하세요.
Kern의 열전달 책을 공부하는 중인데, 그중에 열교환기가 딸린 설비들의 제어에 대해 나옵니다. 증류탑의 Top Condenser의 밑에 Accumulator가 있다고 할 때, 그 Accumulator에 Vent가 달려있는 것이 기재되어 있습니다. Vent야 자주 보니까 쉽게 넘어갈수도 있지만.. Condenser 밑의 Accumulator에 이 Vent가 꼭 달려야만 하는 이유가 있는지요? 제가 생각한 이유는 이렇습니다.

1) Vent가 없으면 증기압 때문에 압력이 상승할 수 있고, 이 때문에 증류탑으로부터 Condenser까지의 흐름이 형성되지 않을 수 있다. Tower의 압력은 Top Condenser의 CCW온도에 의해 정해질 것이므로, 만약 응축된 이후에 Accumulator에서 온도의 상승으로 인해 압력이 더 상승한다면 흐름이 형성되지 않을 것이다.

2) balancing line처럼 condenser로부터 Accumulator로 수두압에 의해서만 떨어지게 하는 용도. Vent가 없더라도 증류탑으로부터 Condenser까지는 흐름은 형성되지만, Condenser부터 Accumulator로 떨어지지 못하고 Condenser에 Condensate Level이 축적된다.

어느 것이 맞는지, 혹은 잘못 생각하고 있는 부분들은 없는지 궁금합니다. 
그리고 추가적으로, Vent를 시킬 때 PCV로 일정압력을 유지하며 Vent하는 것이 있고 압력유지 없이 Vent하는 경우가 있던데 그 차이가 궁금합니다. 위와 같은 이유들이라면 굳이 PCV를 통해 일정압력을 유지시켜줄 필요가 없지 않나요?
공부하다가 헷갈려서 질문드립니다. 

이종석 chemtech   18-10-02 15:48
증류탑은 필요에 따라 상압운전, 감압운전, 가압운전이 있습니다 물질의 특성에 따라 운전압력은 결정이 됩니다
상압증류의 경우 반드시 vent가 필요 한데 이는 breather 역할을 해서 압력이 차는것을 방지해 주며 비상시에는
(화재 등등. .)  SAFETY 역할을 하지요.

그러나 감압증류나 가압증류시에는 VENT를 시키면 당연히 않되는 것이고 PCV로 압력을 조절해야 합니다
이경우에는 PSV는 별도로 설치해서 비상시 VENT 되도록 합니다
스테파노 Stefano   18-10-04 01:33
(0) 앞의 답글에서 설명이 누락되었거나 비약되어 있다고 보는 내용을 보충합니다.

(1) Reflux Drum Vapor Outlet
 
증류탑 Condenser 하부에 설치되는 Accumulator는 Condensate를 받아두는 일종의 Buffer Drum 기능을 가지고 있습니다. 이 Condensate는 일부는 증류탑으로 환류(Reflux)시켜주고 나머지는 Distillate Product로 뽑아냅니다.  Reflux 기능이 최우선적 기능이기 때문에 주로 "Reflux Drum"으로 불려집니다.  Reflux가 없는 증류탑은 없습니다.   

질문에서 언급하고 있었던 <Accumulator Vent>는 말하자면 <Reflux Drum Vapor Outlet Line>에 해당하는데 이 Line이 대기중으로 방출하는 경우에만 <Vent>라는 용어를 사용합니다.

이종석 님의 답글에서 설명한 바와 같이 증류탑이 감압 혹은 가압상태로 운전되는 경우라면 대기중으로 배출하는 형태가 아니고 압력조절밸브(PCV)에 연결됩니다.  이 때 증류탑 압력을 초과하는 증기는 이 PCV 밸브를 거쳐 배출하여야 합니다. 

(2) Reflux Drum Outlet Line의 기능 (이유)
이 Line의 주 기능은 Condenser에서 응축된 액이 Accumulator(Reflux Drum)에 흘러들어올 수 있도록 하기 위함입니다.

이 Line이 없으면 Condenser로부터 액이 흘러들어올 수 없습니다.  증류탑이 감압 혹은 가압상대로 운전된다고 해도 이 Line이 없으면 액이 흘러들어올수 없습니다.  물론 액이 흘러들어오는 Line으로 액이 흘러들어오고 동시에 증기가 빠져 나갈 수는 있지만 원할한 흐름이 방해받게 됩니다.  이 현상은 감압타워나 가압타워나 마찬가지로 적용됩니다.

이러한 면에서 원래의 질문에서 언급한 <..압력이 상승할 수 있고, 이 때문에 증류탑으로부터 Condenser까지의 흐름이 형성되지 않을 수 있다. >는 부분은 맞는 이야기 입니다.

(3) 원래의 질문으로 돌아가서
1) <..증기압 때문에 (Drum)압력이 상승..> <..Tower의 압력은 Top Condenser의 CCW온도에 의해 정해질 것..>이부분은 맞지 않습니다.
2) <balancing line처럼 condenser로부터 Accumulator로 수두압에 의해서만 떨어지게 하는 용도의  Vent가 없더라도 증류탑으로부터 Condenser까지는 흐름은 형성..> 도 맞지 않습니다.  Vent 나  Balancing Line (Equalizing Line)이 없을 경우 액이 흘러들어와 Drum 압력이 Condenser  흘러들어오지 못합니다

(4) 증류탑의 압력
대기압이 아닌 감압 혹은 감압 증류탑의 압력은 (냉각수의 온도가 아니고) 증류탑 상부 Condensate의 응축 온도에서의 증기압에 의해 결정됩니다.  한편  Condensate의 응축온도는 증류탑 압력에 의해 결정되기 때문에 실제의 운전조작은 PCV에 의한 압력조절에 의해 이루어 집니다. 

(참고로.. 증류탑의 압력은 Feed Pump 배출구에서부터 증류탑, Reboiler, Condenser, Reflux Drum을 하나의 시스템으로 묶여져 압력을 나타내는데 그 System 내부에서도 액상에서는 Feed Pupmp 배출구에서 가장 높고 기상에서는 Reboiler 출구부분에서 가장 높고 Reflux Drum 상부가 가장 낮습니다. )
파르데스    18-10-30 12:00
상세한 설명 감사합니다. 확인이 늦어 죄송합니다. 
궁금한 점이 있어 추가로 질문드립니다.

1) Reflux Drum의 Vapor Outlet Line이 없어도 Drum BTM에서 Liquid가
지속적으로 빠지기 때문에 Drum의 압력이 Condenser보다 낮게 유지될 수 있지 않을까요?
아니면 Liquid가 BTM으로 빠지는 것은 Drum 압력과 전혀 상관이 없는 것인지 다소 혼란스럽습니다.

2) 예를 들면 정상적으로 가동하던 Tower에서 Reflux Drum Vapor Outlet Line을 갑자기 잠근다면
Drum의 압력이 Condenser압력과 동압이 되나요? 아니면 그 이상으로 상승하는지요.
저의 예상은 동압이 되지만 Condenser는 응축기에 의해 온도가 낮지만, Reflux Drum은 그보다는 온도가
약간 높을 것이므로 압력이 약간 더 높을 것이라는 것이었습니다만 잘못된 부분이 있다면 알려주시면
감사하겠습니다.
스테파노 Stefano   18-10-31 14:00
(1) Condenser와 Reflux Drum의 압력은 시스템 구성방법에 따라 같을 수도 있고 다를 수도 있습니다.  같은 경우에는 Equalizing Line으로 일부러 압력을 맞추어 준 경우이고 다를 경우는 Condenser가 Flooding 상태로 운전되도록 설계해둔 경우입니다. 

전자의 경우 Liquid가 Drum으로 흘러나오는 것은 중력에 의해 흘러내리는 것이고 후자의 경우에는 Condenser의 Top(Vapor Phase 상부) 압력과 Drum간의 압력차 및 Condensate Line 의 액주 높이에 의한 Driving Force에 의한 것입니다.

(2) Reflux Drum Vapor Outlet Line이 Equalizing Line이든 독립 Vent Line이든 모두 Condenser~Drum간 압력차가 늘어날 수 있습니다.   

Condenser와 Reflux Drum간 온도차이에 의한 압력차는 발생하지 않습니다.

**상세한 내용은 Distillation Column Control 이란 주제로 찾아보면 도움이 많이 될 것입니다.
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