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  Column Operation 압력 하향하여 에너지비용 절감 문제 의견 요청
  글쓴이 : Raarra   고유ID : socoso12     날짜 : 19-08-01 00:35     조회 : 103    
안녕하세요.  먼저 이러한 공간이 있다는데 감사의 말씀을 전합니다.
요즘 Distillation Column operation 최적화 및 에너지 사용량 절감을 분석해야 하는 신입 Engineer입니다. 그래서 그런지...아직 부족한 점이 너무나도 많습니다. 
따라서 이 글을 올리는 취지는 전문가분들의 고견을 들어 tower operation에 대한 제 생각의 오류를 잡아 내어 더욱 개념에 대해 명확하게 하는 것입니다. 오류가 있거나 반대의 의견이 있으시면 편하게 글을 남겨주시기를 부탁드립니다.
(Q&A라기 보다는 제 개념 및 논리의 check를 부탁드린다고 하는 것이 더 정확할 것 같아요)
또한, tower에 대한 이해을 넓히기 위한 참고 문헌이 있다면 추천도 부탁드립니다.

    목적 - Feed flow 고정 , reflux ratio 일정하게 하면서 운전 압력을 낮춰 에너지비용 최적화

   1) overhead 압력이 낮아짐(운전 압력 감소) -> 2) 탑정물질이 기액 평형을 이루며 온도 감소 -> 3) condenser duty 감소 및 후단의 낮아진 온도로 인하여 reflux 온도 또한 감소 -> 4) 낮아진 온도로 인하여 타워 기액평형을 이루며 탑저 압력 및 온도 낮아짐 ->5) base와 달라진 평형상태에 맞추어 reboiling duty감소하여 에너지사용량 감소
.
단, 위와 같이 운전하면 압력 감소로 인하여 vapor의 actual Volume 및 선속도가 증가하여 flooding 문제 발생가능성 존재. 증류물질의 순도 저하 우려됨(고비점 물질이 column top부분으로 더 끓어 오를수 있음)

   2) 압력을 낮추는 과정에서 condenser 운전 압력도 낮아지므로 Condensate Drum에서 vent되는 gas 양이 증가하여 reflux 액위가 감소가 예상됨. 이와 동시에 탑정 쪽의 제품 순도 문제 발생 가능성 있음. 따라서 Condenser Duty를 증가시켜 Reflux을 더욱 subcooling 시키면서 운전 시키면 OVHD 순도 문제 해결될 수 있다고 판단됨.

    3) 앞의 1), 2)를 종합하여 보면 base model보다 압력을 낮춰 운전함과 동시에 condenser duty를 증가시켜 운전하면 base model의 증류물질의 순도 유지하며 steam사용량 절감가능 할 것으로 예상합니다.
  - base model보다 온도 압력의 감소로 인한 기액평형상태에서 Cooling duty 증가분보다  고비점물질을 끓이는데 필요한 열량 감소분이 더 클 것으로 예상되어 steam 사용량 절감 가능
(물론 simulator 도움이 필요하겠지만요...ㅎ)

부족한 제 글을 읽어주셔서 감사합니다

스테파노 Stefano   19-08-02 18:11
(1) (이미 일반적 Column 속성에 대해서는 거론할 필요가 없겠으나) 새로 증류탑을 설계하려고 하는 Column의 경우 Column Operation Pressure가 낮아지면.....((여기서는 그럴 정도는 아니라고 봅니다.)) 

 i)  Relative Volatility가 커져서 증류단 수효가 줄어들어 Column의 높이가 낮아집니다. 
 ii) Column Overhead Condenser에서 Condensate의 Bubble Point가 낮아져 응축온도가 낮아집니다.
iii) Cooling Medium과의 온도차가 줄어들어 전열면적이 늘어나거나  때에따라서는 Coolant 를 바꿔야 할 경우가 나타납니다. 
iv) 증기 부피가 늘어나 증류탑 직경이 커집니다.
v) Bottom성분 비점과 Steam의 응축온도가 낮아지면서 각각의 증발잠열이 늘어나게 됩니다.
vi)  열에 약한 물질을 증류하는 경우 고비점으로 변질되는 현상이 줄어듧니다.

(2) 이미 가동해오고 있는 증류탑에서 운전압력을 낮추는 경우에도 (1)의 경우와 유사한 효과가 나타나지만
i) Column 연속 운전상 무리가 없고 Reflux Ratio가 유지되고 있다면 저비점 순도는 개선되는 효과를 보일 수 있습니다.
ii) 압력이 낮아지면 응축온도가 낮아져 LMTD 감소로 Condenser 용량이 부족해 Reflux가 부족될 수 있습니다. 
    (Reflux 액위은 액면조절계에 의해 조절되므로 액위와는 관련이 없습니다.)
iii) 이로 인해 순도 감소 예상
iv) 부피유량이 늘어나  Flooding 방지 목적으로 Load를 감소해야 할 상황이 나타날 수도 있습니다.
v)  압력감소시 공정물질과 Steam의 증발잠열이 함께 늘어나기 때문에 동일 순도, 동일 생산량에서 Steam량이 늘어날수도 줄어들 수도 있습니다. 
vi) Seam 압력이 낮아지면 단가가 낮은 Steam량을 사용하게 됨에 사용량에 관련없이 Utility 비용이 절감될 수 있습니다 .
    (생산량, 제품순도, 사용Utility(냉각수, 스팀)량, Utility 단가를 종합적으로 검토 필요합니다.)
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