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  Full vacuum condition 적용 여부
  글쓴이 : chan   고유ID : rndcks     날짜 : 20-09-21 21:12     조회 : 161    
선배님들, 연일 바쁜 업무에 고생 많으십니다.
상기 제목처럼 Full Vacuum condition 적용과 관련하여 질문드리고자 합니다. 현재 상황은 다음과 같습니다.

1. Column에는 Full vacuum 조건이 없습니다.

2. 단, Column과 연결된 Reboiler shell side 에는 fFull vacuum 조건이 있습니다.(at  max operating temperature)
 해당 열교환기는 Thermosiphon rebolier 이며, Heat Media 는 MP Steam입니다. 
Q.  말씀드린 바와 같은 상황에서 Column bottom 에서 나와 Reboiler 로 들어가는 line  과 reboliler 에서 나와 Column으로 다시 들어가는 line 의 Full vacuum 조건을 적용해야 되는가를 놓고 고민 중입니다. 사견으로는, Steam 공급이 끊키는 상황이 발생한다면, 2phase line 인 Robiler >> Column line 은 vapor 의 condensing 으로 인해  Full vacuum을 적용해야 하고, Column >> Rebolier line 은 Full liqui d 이기에 Full vacuum 을 적용하지 않아도 된다고 생각합니다. 저의 생각이 맞는지 아니라면 어떠한 부분이 틀렸는지 답변 부탁드립니다. 감사합니다!  

스테파노 Stefano   20-09-22 00:03
A1) Column의 설계, 조건이 Full Vacuum으로 되어 있다면 별도 언급이 없다하더라도,  부속되는 Condenser, Reboiler도 Full Vacuum 설계조건이 적용되어야 합니다.

A2) Reboiler에 Steam이 사용되는 경우 Steam측의 설계조건은 기본적으로 Full Vacuum을 적용합니다.  Process측은 Colum의 설계조건에 맞추어 줍니다.  Process 측은 Column 맨 상부 압력에 Column의 차압이 더해져서 Reboiler의 Process 측에는 그만큼 더 압력이 더 걸리게 되고 액이 들어있는Column Sump에서는 Liquid Head만큼 압력이 더 걸리게 됩니다.  이들 운전조건을 고려하여 설계압력이 정해져야 합니다.   

A3) Column에 성능을 충족하는 Vacuum Breaker를 달아둘 경우라면 Full Vacuum 대신 Partial Vacuum을 적용하기도 합니다만 직경이 작은 Column인 경우 Ring을 둘러 두고 Full Vacuum에 견디도록 설계하는 것이 일반적 Practice입니다.

A4) Column 하부 Full Liquid는 별도 압력이 높은 조건이 아닙니다.  대신 Vacuum 조건이 더 가혹한 조건이 됩니다.

(맥주 Can은 Full Liquid + 약간의 CO2 압력으로 설계하지만 Vacuum 설계를 하지 않습니다.  이 맥주 Can은 1~1.5 기압 정도에는 잘 견디지만... 약간의 Full Vacuum의 1/10 만 걸려도 완전히 쭈그러 듭니다.  간단히 말해서... 용기는 진공에 더 취약합니다. )
chan rndcks   20-09-22 12:38
스테파노님 언제나 친절한 답변 감사드립니다. 실례지만, 재 질문드리고자 합니다.

1. (A2) 답변 남겨주신 걸 해석해보자면, 현재 제가 담당하고 있는 "Column 은 Full vacuum condition 이 적용이 안되어 있기 때문에, Column bottom 에서 Reboiler inlet 까지의 line 및 Reboiler outlet 에서 Column return line 도 Full vacuum 을 적용하지 않는다"가 스테파노님의 답변으로 해석됩니다. 그렇다면, 제가 고려하고 있는 Steam 공급이 끊키는 상황에서의 vapor condensing 은 무시해도 되는것인가요? 바쁘시겠지만 정확한 이해를 위해 다시 한번 여쭙니다.

2. 아시다싶이 Column overhead 와 bottom 은 pressure 차이가 존재합니다. 저는 이러한 pressure 차이 발생 원인을 말씀주신 Column sump 에 쌓이는 혹은 Column내 liquid가 누르는 static head 로 인해 발생한다고 생각하는데, (A2)답변 달아 주신걸 보면 그 외에도 차압의 원인이 더 있는것으로 해석됩니다. 제가 모르는것이 있다면 말씀부탁드립니다.

바쁘신 와중에도 늘 감사드립니다.
Stefano    20-09-23 05:18
AA1) <.. (A2) 답변 남겨주신 걸 해석해보자면, 현재 제가 담당하고 있는 "Column 은 Full vacuum condition 이 적용이 안되어 있기 때문에, Column bottom 에서 Reboiler inlet 까지의 line 및 Reboiler outlet 에서 Column return line 도 Full vacuum 을 적용하지 않는다"가 스테파노님의 답변으로 해석..>
=>그게 아니고  Full  Vacuum 미적용은  Full Vacuum 방지 대책이 되어 있기 때문에 그리하는 것이고 Reboiler Inlet와 Outlet 도 그 조건에 맞추어 설계압력을 따르는 것이므로  역으로 해석하면 안됩니다. 

따라서 Reboiler Steam 공급차단의 경우 Column Top의  Reflux, Feed Liquid에 의해  흘러내리는 Cold Liquid에 의해 Column 내 Vapor 응축이 일어나 Vacuum이 걸리기 때문에 비정상적 상태인 Vacuum Condition을 고려하기 위함입니다.

AA2)  Column 상하의 압력차이가 생기는 이유는 Column Tray 각 단에 에 Liquid가 채워져 있는 상태에서  Vapoor가  상부로 흘러갈때 나타내는 차압에 의해 나타납니다.  각단에 액이 채워져 있어도 Vapor 흐름이 업으면 Top이나 Bottom간의 압력차는 나타내지 않습니다.   

Tray Colum인 경우 각단에 Liquid가 Loading 되어 있고 Vapor가각 단에서  Bubble Cap을 흘러가기 위한 최소의 압력차는 Cap이 밀복하고 있는 Liquid Head를 견디는 압력이 되지만 이 최소의 차압에다  Vapor 흐름을 유지하기 위한 추가 차압이 더해져서 전체 차압이 됩니다.  전자가 Static Head헤 해당하고 후자가 Dynamic Head에 해당합니다.

Packed Colu에서는 Column Sumb 외에는 Column 중간에서 연속적  Liquid Head를 형성하지 않기 때문에 차압이 크게 줄어듭니다.    대신 Liquid 흐름이 늘면 그만큼 증기 통로가 좁아지고 그에 따라 차압이 늘어납니다.  증기흐름이 없으면 여기서도 상하 차압은 발생하지 않습니다. 

따라서 Column Sump Bottom 하단의 압력은 Column Top압력 + Column 차압 + SumpLLiquid Head에 의한 압력이 됩니다.
일반적으로 Column 설계압력은  이 압력을 기준으로 하여 설계압력을 정하지만  상 하부의 설계압력을 달리 하는 경우는 드믈지만 장치재질이 고급화 되거나 Column 직경이 커지는 경우 상하 설계압력을 달리하는 경우도 있습니다.
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