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  Distillation Column에서 Flash Zone의 중요성에 대해 질문 드립니다.
  글쓴이 : 바이오강   고유ID : namhoon80     날짜 : 19-09-05 09:51     조회 : 78    
안녕하십니까? 선배님들,
항상 많은 정보를 얻어가는 화공인입니다.
이번에 공장의 증류타워에서 약간의 문제가 발생되어 이렇게 문의 드립니다.
공장의 증류타워는 상압 증류로 O/H에서는 99.9%의 메탄올을 , BTM'에서는 1%미만의 메탄올이 분리되도록
Design 되어 있습니다.
Feed의 조성은 물 45~50%, 글리세린 25%, 메탄올 25 ~30% 정도이며 증류타워는 정류부 Tray,
하단 스트리핑부 Packing으로 구성되어 있습니다.
BTM'의 메탄올 함량 상승의 문제가 계속 발생되어 Q&A 게시판을 통해 어느 정도의 답변을 찾았고
최근 들어 Feed Pre- Heater의 개선을 통해 열교환 효율 상승으로 정상 운전 상태를 찾았다고 생각했었습니다.
하지만 최근에 다시 BTM'의 메탄올 함량이 상승되고 있으며 BTM' 온도인 105'C 정상 운전을 하고 있으나
BTM'의 메탄올 함량이 높은 상태라서 어쩔 수 없이 Reboiler의 Load를 높여서 운전하고 있습니다.
* 이 때 Reflux의 양이나 증류타워의 각 포인트의 온도 및 압력은 정상 운전 값으로 지시 중입니다.
현장에서 문제를 찾고 있던 중 Feed가 투입되는 Sight Glass를 살펴 보니 정상 상태와 다른 것을 확인하였고
추정 원인으로 판단되며 내용은 아래와 같습니다.
Feed가 투입되는 곳은 상부 정류부의 최말단 Tray의 Downcomer에서 떨어지는 Liquid와 Feed가 만나는
FlashBox가 있으며 FlashBox에서 Feed단 바로 아래의 Distributor를 거쳐 스트리핑부로 떨어지게 되는데  
현재 내부 상태를 Sight Glass를 통해 살펴보면 Feed가 FlashBox로 투입되는 Nozzle 또는 단관에서
Pinhole 또는 Damage에 의한 손상 등으로 인해 Feed가 FlashBox에 들어가기 전에 위쪽으로 뿜어져
나오면서 흘러 내리는 것이 보입니다.
제가 아는 선에서는 Flash Zone에서 Feed의 일부는 기화되고 일부는 액체 상태로 떨어지는 것으로 알고 있는데
위의 글과 같이 내부 배관의 손상으로 인해 Feed의 일부가 FlashbBox로 투입되지 못하고 바로 Distributor로
떨어지게 된다면 정상 상태로 운전되지 못하고 BTM'의 메탄올 함량이 상승될 수 있을까요?
가동 정지 후 정비를 마친지 얼마되지 않아서 원인을 위의 문제로 추정하고 있으나 추정만으로는 가동 정지 후
재정비를 하자고 주장하기가 힘든 실정이라서 명확한 근거나 자료를 찾고 있으나 아직 찾지를 못해 게시판에
질문을 드립니다.
제가 추정하는 바가 맞는지...이론적으로는 Flash Zone의 중요성이 어떻게 되는 건지 답변을 부탁드리겠습니다.
제가 작성한 글이 잘 전달되었는지 모르겠지만 긴 글 읽어봐 주셔서 감사드리며 고견 기다리도록 하겠습니다.
그럼 좋은 하루 보내시길 기원하며 이만 마치겠습니다.
감사합니다.

스테파노 Stefano   19-09-05 17:39
증류탑의 단수효 (또는  충전탑높이)에 여유가 있다면 약간의 이상 현상이 있다고 해도 Top Bottom 성분에 큰형향을 줄 터이지만  그 여유가 크지 않다면 Feed단 상하 1~2단에서 단효율을 떨어뜨리는 현상(액이나 증기의 분배불량, Feed 온도의 변화, 압력의 변화, 유량의 변화)등에 의해서도 영향을 받게 될 것입니다.  따라서 여유가 없는 증류탑을 운전하는 것은 그만큼 운전이 불편해 집니다.

질문에서의 이상에 의해 Bottom 제품으로 Light 성분(Methanol)이 늘어났다면 별수 없이 Reflux를 늘이기 위하여 Reboiler 공급 Steam량을 늘여주어야 합니다. 

원료중에 물이 들어있기 때문에 증류탑 하단에서 Stripping용 과열 Steam을 직접 투입하여 해결하는 방법도 있습니다.  Stripping Steam을 사용하게 되면 Bottom에 그만큼 물 함량은 늘어나겠지만 Methanol 잔량이 줄어들고 Top Methanol Yield가 미량늘어나는 효과도 가질 것으로 봅니다.  시스템 조건에 따라 차이가 있겠지만 단 수효에 여유가 있다면 한번 시도해 보는 것도 좋겠지요.
     
바이오강 namhoon80   19-09-09 14:55
답변 감사드립니다, 선배님

Stripping Steam은 생각하지 못하였는데 근본 문제 해결이 안되고 계속 트러블이 발생한다면 꼭 한번 시도해보겠습니다.

현재는 BTM' Reboiler 온도를 106도 이상 운전 중으로 BTM'에 Light한 MeOH 함량이 많이 낮아진 상태입니다.

약간 의문스러운 점은 Reboiler의 온도를 상승하여도 Reflux의 양이 거의 비슷하다는 점이 이상하긴 합니다.^^

* 참고로 증류탑 단수는 26단이며 이론적 단수는 21단으로 계산되었습니다.

총괄 단효율은 0.81로 일반적인 0.5 ~ 0.8보다는 높은 값인데 이게 여유가 있는건지 없는건지는 학문이 짧아서

잘모르겠습니다. ㅠㅠ
스테파노 Stefano   19-09-15 18:27
1) Reflux Ratio는 Distillate와 Bottoms 성분의 순도와 직접관련이 있기는 하지만 성분에 따라 Ratio를 조절하도록 하지 않는한 불변입니다. 

2) Reboiler 온도를 높이면 Bottoms 성분중 저비점 함량이 줄어듧니다.  이에 따라 Column Temperature Profile이 약간 달라지지만 Reflux가 동일하다면 Distillate 순도가 떨어질 우려가 있습니다.  Column 단수여유가 부족다다면 Reflux를 늘이면 순도는 회복됩니다.

3) 증류탑 효율 81%는 아주 높은 편에 속합니다.  기-액 접촉이 잘되고 Flooding이나 Channelling이 거의 일어나지 않는 이상적인 상태에 해당합니다.  그러나 Load 변동이나  Feed 조건의 변경 시  (성분농도 달라질 경우)최적의 Feed단에서 멀어지고,  (Load 증가 시) Flooding이나 Demister 액적 Carryover 등에 의해 품질저하가 일어나거나,  (Load 감소시) Channelling이 일어나는 등의 요인에 의해 단 효율이 떨어질 경우가 많습니다.
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