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  열 교환기 용도 변경 관련 질문
  글쓴이 : comchem   고유ID : comchem     날짜 : 20-01-03 09:30     조회 : 98    
안녕하세요.
공장에 열교환면적이 약 90m2을 가지는 total condenser(Shell & tube, tube pass:4)를 partial condenser 로 변경하기 위하여 vapor가 통과하는 tube 중 상당부분을 plugging 했습니다. Plugging 개수는 HTRI 계산 결과에 의해 정해졌습니다. 아울러, 기존의  vent nozzle을 vapor line을 변경을 하였습니다. 그러나, 시운전 이후 변경 이전과 유사한 total condencing을 보입니다. 간략한 조건 및 수치를 올리겠습니다. 전문가 분들의 조언을 구합니다.
1. 온전 조건: 80mmHg (abs), vapor in (105℃) target temp (75℃)
2. Vapor: aniline(90%wt) + water (10%wt), 냉매 (cooling water, 6 barg, 31℃ -->34℃) 

Stefano    20-01-03 10:02
(0) 응축액의 성분 함량이 운전온도와 압력에 따라 흔들릴 요소가 많을터인데 굳이 Partial Condenser 형태로 운전하려는 의도가 궁금합니다.  시스템의 운전 의도에 대해 대해 보충설명 바랍니다.

(1) 운전조건으로 봐서 부분 진공상태로 운전되고 있는데 압력을 고정해 두고 Condenser를 Bypass 운전으로 하거나 Bypass를 완전히 잠궈두고 압력을 조절하는 방법으로 운전할 수 있을 터인데 시스템 안전성과 작업성은 후자가 편리할 것입니다. 

(2) 열교환기의 경우 충분한 전열면적을 가지고 있다면 이를 굳이 Plugging해서 사용할 이유가 별로 없습니다.  Plugging 대신 위의 (1)의 방법 중 적용 편리성을 고려해서 운전할 수 있을 것으로 봅니다. 

중요한 것은 Partial Condensing으로 얻어진 Condensate의 농도를 일정하게 유지하는 방법이 어려울 터인데 이에대한 대비책이 무엇인지 궁금합니다.
comchem comchem   20-01-03 11:08
추가 설명을 드립니다.

0) process에 재 사용하고자 하는 aniline이 가능한 한 적은 양의 수분을 함유하는 것이 바람직 하기 때문입니다. 상온상압에서 aniline에 대한 물의 용해도는 약 6%wt인 것으로 알려져 있으며, 이를 2%이하로 낮추고자 하는 것이 목적입니다. Condenser가 연결되어있는 증류탑 하부로는 heavy 유기물이 배출되며 기존 공정에서 상부로의 나가는 aniline을 재 사용하다보니 수분제거가 문제가 되어 total에서 partial condenser로 바꾸게 된 것입니다. partial로 보완한 후 상부로 나가는 water rich vapor는 또 하나의 total condenser를 통하여 응축된 후 층분리를 거쳐 소량의 7%wt의 물을 함유한 aniline stream으로 빠져나가게 됩니다.
1) 전체 Column, condenser, reflux drum은 진공pump에 의해 진공으로 운전되고 있습니다. ( 제가 이 항목에 대한 스테파노씨의 comment를 제대로 이해하지 못하고 있는것 같다는 생각이 듭니다.)
2) Plugging 이전의 운전에는 cooling water return쪽에 설치된 v/v 가 1% open상태로 운전해도 거의 완전 응축되며 응축된 온도가 50도를 넘지 않으나, 만일 v/v를 close 하면 vapor양이 급격히 증가하면서 온도가 올라가는 현상을 보입니다. 따라서, tube plugging을 통하여 v/v조작이 보다 쉬워지며 원하는 부분응축이 가능해지지 않을까 하는 생각이었습니다.  이미 plugging이 끝나고 운전 중인데 condensate나 vapor 온도가 예전과 동일 하다는 불평입니다.
어느정도 설명이 되었는지요.
Stefano    20-01-03 15:55
(1) 추가설명 감사합니다. 

증류탑에서 Heavy Organics, Aniline, Water를 분리하기위해 진공을 걸어 증류하고 있는데 Total Condenser에서 응축되는 Aniline과 수분을 이용하면 Aniline 속에 용해되는 수분량이 높아서 수분을 기상으로 배출, 분리하려고 하는 것으로 이해했습니다.

(2) Anilie과 Water 혼합증기중 수분함량이 10 m%이고 응축후 아닐린층에 용해되어 있는 수분량이 6%보다 높기 때문에 그리하려는 목적으로 봅니다만.  증기를 부분 배출하고 환류하는 과정에서 수분농도가 낮아져 결국 Partial Vapor만 별도로 처리해야하는 부하만 늘어날 것으로 보입니다. 

Azetrope의 농도가 변화하지 않으면 운전온도는 동일해 질 것입니다.
(시스템이 상평형에 의해 안정화 된 상태에서 물질수지를 검토해 봐야 할 것입니다. ) 

(3) 단순히 Partial Condenser로 운전하는 것은 Valve를 조작하는것 보다  Pressure(진공도)를 조절하는 방법이 용이할 것이라고 설명하였습니다.    Column의 압력이 높아지면 Column 운전온도가 높아질 것이므로 Column과 Condenser의 운전압력을 (Inlet Valve혹은 Orifice등을 이용해서) 압력을 달리하여 조작해야 할 것입니다.

(4) Partial Condenser 배출증기를 응축시키면 다시 원래의 응축액이 얻어질 터인데 이들 Fraction의 처리문제는 다시 원점으로 돌아갈 것이므로 근본적으로 (Ethylene Glycol가 같은) Entrainer를 사용하여 Aniline의 Dehydration이 필요한 것으로 사료됩니다.
comchem comchem   20-01-06 11:21
Stefano 선생님,
도움 감사 드립니다.
글을 올린 이유가 기존의 열교환기를 total에서 partial로 변경하고자 냉각수가 흐르는 tube개수를 줄여서 효과를 보고자 하였으나, 운전 결과 그 차이가 없어 해결방안을 찾고자 한 것이었습나다. 말씀 주신 내용에 대한 추가 보완을 위하여 작업이 필요할 것으로 판단하고 있으나 현장 엔지니어들과의 논의를 위하여 consulting이 가능하신지요? 가능하시다면 개별적으로 연락을 드리고 싶으나, 만일 어려우시다면 전문가를 추천해 주시기를 간청 드립니다.
스테파노 Stefano   20-01-06 12:09
Top 상부에서의 증기성분을 Partial Vapor로 배출하고 응축되는 액상은 응축후 Aniline층과 수분층으로 분리되는데 응축액에서도 LLE 평형 (액상의 용액 평형)에 의해 6%수분을 포함하는 Aniline을 만들기 위해 (증기로 배출되었던 양 만큼의) 물의 양이 줄어든 상태로 수분층이 배출되는 조건으로 운전이 될 것입니다.  (∵Aniline에 용해되는 물의 용해도는 변함없기 때문에..)

결국 Top Distillate에서 Aniline 상으로 분리된 액은 6%수분으로 변함없고 증기로 배출된 10% 농도의 증기를 처리를 위한 부담만 늘 것이라는 것이지요. 

도움이 필요하하면 010-4586-6332로 전화하세요.  도와드리겠습니다.  ~스테파노
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