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  Steam Ejector와 Tower Vacuum 유지 문의
  글쓴이 : 코끼리   고유ID : tnstjssla     날짜 : 18-10-02 14:09     조회 : 119    
안녕하세요
저는 초보 공정 엔지니어 입니다.
 
저희 공정 내 증류탑 중 몇 기는 Steam Ejector를 이용해 Vacuum 운전을 하고 있습니다.
Ejector와 Tower Vacuum과 관련해 몇 가지 질문이 생겨 문의드립니다.
 
1. Steam Ejector 관련
   1.1 Vacuum 형성 원리 질문
        - (질문 1) 베르누이 원리에 의해 유속이 빨라지면 압력이 낮아지는 것을 알고 있습니다.
          위 원리를 통해 유속이 빠른 MP Steam (18.5 KG, 300 'C) 을 좁은 틈으로 흘려보내 Vacuum을
          형성하는 것이 맞는지요?
 
          그렇지 않으면
        - (질문 2) Ejector 후단에는 항상 Cooler가 설치되어 있습니다. Cooler를 통해 Steam과 Tower 탑정 Vapor가
          함께 응축되어 Vacuum이 형성되는 것인지요?
          Ejector Cooler의 정확한 설치 목적이 궁금합니다. 
 
2. Vacuum 유지 관련
    2.1 Tower의 Vacuum은 한번 걸리면 Ejector를 Service하지 않아도 계속 Vacuum 상태가 유지 됩니다.
          탑정으로 Vapor가 계속 생성될텐데 (질문 3) Vacuum이 계속 유지되는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
감사합니다.

이종석 chemtech   18-10-02 16:05
스팀 이젝터는 Motive Fluid Nozzle로 부터 스팀이 분사가 되면 이후 Diffuser Throat을 통해 빠른 유속이 형성
되면서 가스가 흡입이 되게 됩니다. 모기약을 예전에 입으로 노즐을 통해 불면 병에서 액이 딸려 나오는 것과
같은 원리 입니다. 예전에는 모기약을 입으로 이젝터를 불어서 뿌렸습니다.

탑에 진공이 걸린후 이젝터를 가동을 안해도 진공이 유지되는 이유는 진공도가 높지않아 공기가 극 미량이
새어 들어 가기때문에 일시적으로 그렇게 보일뿐이며 시간이 가면 갈수록 아주 느리게 천천히 진공도가 떨어 집니다
또한 vapor가 완전히 응축되어 미응축가스가 없을때도 마찬가지 입니다.

고진공의 경우에는 유지가 불가하며 이젝터를 멈추면 진공이 유지되지 않습니다. 물론 급격하게 떨어지지는 않으며
서서히 떨어 집니다. 떨어지는 속도는 외부에서 새어 들어가는 공기량과 미응축 가스량에 따라 달라 집니다
스테파노 Stefano   18-10-04 01:48
앞선 이종석님의 답글에서 답변되지 않은 부분에 대해 추가답변합니다.

A1.2) <Ejector 후단에는 Cooler가 설치되는 이유>

Ejecteor 출구에서 증기를 응축시키게 되면 부피가 크게 줄어들면서 Ejector 노즐 출구의 배압이 크게 떨어지도록 함으로써 흡입부위치에서 Driving  Steam의 증기속드를 크게 늘일 수 있기 때문입니다.  또한 다단 Ejector인 경우 그 후단에 추가로 Ejector가 있을 경우 배출부하를 크게 줄이는 효과를 갖습니다.
코끼리 tnstjssla   18-10-15 14:25
답변 감사합니다.
며칠 고민해 보아도 아직 궁금한 사항이 있어 질문드립니다.

Q1.
"고진공의 경우에는 유지가 불가하며..."
-> 고진공이라는 기준이 애매합니다만, 현재 저희 Vacuum Tower는 -0.80 KG-g 로서 Ejector Service 없이
수개월째 Vacuum을 유지하고 있습니다.

- 일반 상압 Tower의 경우 Reboiler 열원을 많이 주면 탑 상부 Vapor 양이 많아져 OVHD Condenser Drum 압력이
  올라가곤 합니다.

- 상기와 같은 Vacuum 타워는 Reboiler 열원의 양에 관계없이 Vacuum이 일정하게 유지되고 있습니다.
  만약 "외부에서 새어들어가는 공기가 없다면" 탑 상부 Vapor 량이 많아진다면 Vacuum 또한 깨질 것 같은데
  그대로 유지되는 이유를 잘 모르겠습니다.

감사합니다.
Stefano    18-10-16 18:52
(1) 화학공정에서 사용하는 진공은 대부분 저진공에 해당합니다. 
일반적으로 진공장치에서 고진공이라 함은 10^-3 ~10-9 torr 범위의 진공이라서 대부분의 화학공정과는 관련이 없습니다.

**참고로 진공 Level별로 부르는 구간을 인용해 봅니다.  (Wikipedia 참조)

Pressure ranges of each quality of vacuum in different units
Vacuum quality Torr                                 Pa                           (Atmosphere)
Atmospheric pressure 760 torr                 1.013×10^5 Pa
Low vacuum 760 to 25 torr                 1×10^5 to 3×10^3 Pa  (9.87×10−1 to 3×10−2 atm)
Medium vacuum 25 to 1×10−3 torr         3×10^3 to 1×10−1 Pa  (3×10−2 to 9.87×10−7 atm)
High vacuum 1×10−3 to 1×10−9 torr 1×10−1 to 1×10−7 Pa
Ultra high vacuum 1×10−9 to 1×10−12torr 1×10−7 to 1×10−10 Pa
Extremely high vacuum < 1×10−12 torr         < 1×10−10 Pa             (< 9.87×10−16 atm)
Outer space 1×10−6 to < 1×10−17torr 1×10−4 to < 3×10−15 Pa  (9.87×10−10 to < 2.96×10−20 atm)

(2) -0.8 KG 진공이라면.. 170 torr이라서 Low Vacuum Range에 해당합니다.

(3) 증류탑이나  공정장치에서 증발되는 증기의 양과 응축되는 증기의 양이 같은 경우라면 압력 (즉 진공) 변화는 없습니다.  그러나 운전 중 대기로부터 장치밀봉 부분으로 공기가 새어들어가거나 Feed 에 녹아 있는 공기나 비응축성 기체가 섞여있으면 진공도가 떨어지기 때문에  진공펌프는 계속해서 가동해 주어야 진공이 유지됩니다.

<만약 "외부에서 새어들어가는 공기가 없다면" 탑 상부 Vapor 량이 많아진다면 Vacuum 또한 깨질 것 같은데..> 반복하지만 vapor량이 많아져도 응축기가 제 성능을 발하고 있어 증가된 Vapor가 응축되고 있으면 Vacuum변화가 없다는 것인데..
사실상 진공펌프 없이 진공도가 유지못하는 이유는 앞선 설명처럼 새어들어가는 공기와 Feed중에 포함된 공기등에 의해 압력이 떨어질 수 있기 때문에 이런 가스를 증기와 함께 배출해야 진공이 유지된다는 것이지요. 

<그래도 유지되는 이유>... 진공펌프가 새들어간 공기를 빼주고 있기 때문이지요..  응축기가 있고 성능을 발하는 한 증발 증기와는 무관합니다.
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