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  Flash Drum에서의 비말동반 양 계산
  글쓴이 : 다스베이더   고유ID : lottegov3     날짜 : 19-04-08 12:39     조회 : 253    
안녕하십니까? 인터넷화학공학에서 많은 정보를 얻어가고 있어 감사드립니다.
공정에 설치된 Flash 타입의 Liquid-Vapor Seperator 2기에 대해서 공부하던 중 비말동반되는 liquid의 양을 계산해보고자 하였으나 대부분 Flash Drum의 Design에 대한 내용이 주를 이루고, 비말동반되는 liquid의 정량적인 수치를 계산하는 식은 찾을 수 없었습니다.
souders-brown equation을 이용한 내용들을 봐도 vapor의 maximum allowable velocity로 volume을 계산하는 것까지는 알겠는데 maximum allowable velocity와 비교하기 위해 inlet(liquid only or mixture)가 drum에 인입된 이후에 분리되면서 상승하는 vapor의 속도를 계산하는 방법이나 vapor velocity - liquid drop size 간 entrainment와의 관계식을 찾을 수 없었습니다.
문제를 해결할 수 있는 equation 내지 자료를 알려주신다면 대단히 감사하겠습니다.

스테파노 Stefano   19-04-10 10:49
(1) Flash Drum에서 비말동반되는 Liquid Droplet를 계산할 수 있으려면 가장 중요한 요소가 (1)액적의 크기이고 (2)기상의 밀도와  (3) 기상의 유속입니다. 

<액적의 크기>라고 했지만 미세크기 액적로부터 굵은 액적에 이르는 크기의 분포와 수량평균 액적크기 부피평균 액적크기 중량평균 액적크기 등 액적의 크기만 논하고자 하더라도 변수들이 너무도 많지요.  이 액적의 크기를 알아야  종말속도(Terminal Velocity)를 계산할 수 있고 이 종말속도보다 작은 액적은 모두 비말동반한다고 보고 계산해야 하겠지요.

또한 <기상의 유속>이라고 했지만 미세액적이 함께 흘러가는 기상의 유속은 보다 큰 액적의 비말동반을 가속화 시키는 역할을 하게 됩니다.  그러나 이 효과도 정량적으로 예측하기는 무척 복잡해 지겠지요. 

또다른 고려 변수의 하나로 액적의 분리 효율입니다.  이론적으로 예측하는 수치화 실제로 얼마만큼 잘 분리되고 있는 가의 비유를 얼마로 기준해야 하는가의 문제이지요.

이러한 어려움들 때문에 Clear-cut Equation을 제시하기 어려운 일입니다. 

Vapor-Liquid Separator 계산 식의 유도과정을 찾아보면  관련근거나 유도과정에서 가정했었던 내용들을 찾아볼 수 있을 것입니다.

(2) <..Vapor-Liquid Mixture가 Drum에 인입된 후 Vapor 속도..> 계산
이는 Vapor, Liquid 성분 중에서 Vapor 성분유량을 Vapor 밀도로 나눈 부피유량으로 나타내고 이를 용기의 수평단면으로 나눈값으로 계산합니다.  Nozzle위치에서 복잡한 흐름이 형성되겠지만 용기내에 유입된 후 수직으로 Vapor만 상승한다고 보고 계산한 속도에 해당합니다.  Vapor속도계산은 가장 단순한 계산에 해당합니다.

(3)  <..Vapor Velociy - Liquid Drop Size vs. Entrainment..>
이는 액적크기별Terminal Velocity를 계산해서 이를 초과하는 기상유속이면 모두 비말동반한다고 보고 추정하는 방법밖에 없습니다. 

(4) Journal을 통해 소개된 방법은 액적크기 0.3mm의 크기의 액적올 포함하는 기-액 혼합물의 액적질량의 95%정도를 제거하는 기준으로 Vertical Separator Sizing 수식을 제안하는 것으로 필자는 기억하고 있습니다.    이의 근거를 찾아 보는 것이 좋을 것 같습니다.
마고르 33dhkstn   19-04-10 17:10
관련 근거는 여기에 나와 있습니다. :)
KOSHA GUIDE D-60-2017 플레어시스템의 녹아웃드럼 설계 및 설치에 관한 기술지침.
API STD 521_6th ed_2014 5.7.9 Flare Knockout Drum.
GPSA_Engineering Data Book_12th ed 5-16 KNOCKOUT DRUMS.

Vapor-Liquid Separator 관련 추가 질문을 드려도 될까요?
1)Drum에는 일정량의 액체를 채움으로 비상시에 방출하여 이용할 수 있게한다(KOSHA GUIDE D-60-2017, 6.2.2)고 하는데 비상시가 어떠한 경우이며 Drum에는 물뿐만 아니라 독성이 있는 유류도 포함될 수 있는데 어떻게 사용이 되는지 궁금합니다.
2)강하상수C (drag coefficient)를 구하기 위한 C(Re)^2 값이 sec와 m의단위가 붙습니다. 무차원수가 되지 않아도 관계가 없는건가요?
3)설계압력은 가이드를 따라 최소 압력에 맞춰 구하면 된다고 공부하고 있습니다. Operating Pressure는 어떤 근거와 조건을 가지고 구해야 하나요?

감사합니다. 좋은하루 되세요!
Stefano    19-04-10 21:13
A0) 언급한 출처에 액적의 크기와 제거효율이 언급되어 있다면 이를 인용해주세요.

A1) Flare Knockout Drum에 채워진 액은 주로 물 또는 유류(Hydrocarbon)인데 상시 또는 비상시 배출가슬 배출할 때 Sealing 역할과 액적의 Knock-out기능을 가집니다. 일부 Cooling기능도 기대되는 역할을 합니다.  여기서 비상시는 모든 공장의 비상배출 상황을 말합니다.  설계압력을 초과하는 증기(가스)의 안전밸브과 같은 작은 량의 경우도 있지만 공장의 비상정지시 공정에서 배출되는 모든 배출량을 KO Drum에서 처리해야 하는 상황도 포함합니다.

A2) Drag Coefficient는 단위가 없습니다.  무차원수가 되지 않으면 System(입자, 형상등의)의 Size나 단위계가 달라지면 다른 값을 갖게되어 맞지 않습니다.

A3) 운전압력은 공정성능을 나타낼 수 있는 운전조건 중에서 가장 높은 압력의 조건에 맞추어 놓은 값입니다.  이 압력을 기준으로 10~30% 정도의 여유값을 설계압력으로 하는데 경우에 따라서 30% 이상의 여유치를 갖게 하기도 합니다.
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