자동로그인
컨텐츠 | contents
일반게시판
Q&A게시판
공학 S/W
스터디 | study
단위환산
농도계산
일반화학
화공일반
화공실무

   
  Column Design에 대해 질문 드립니다.
  글쓴이 : 16학번입니…   고유ID : lion146000     날짜 : 22-08-13 16:47     조회 : 147    
안녕하세요.
화학공학과에 재학중인 학생입니다.
Column 내부를 설계하는 데 있어서 질문 드립니다.
1) Column Diameter의 경우 % flooding을 80% 설정하여 Diameter를 결정하였습니다. 이후 Downcomer Width의 Column Area의 12%가 되도록 설정하였습니다. 허나 이는 경험에 의존한 값이라고 생각되어, 실제로 Downcomer Width를 결정할 때 어떤 변수를 고려하는지 궁금합니다.

2) 많은 문헌에서 "backup downcomer is about 50% of the tray spacing"로 선정한다고 적어져 있는데, 이렇게 설계하는 이유가 궁금합니다.

3) Column 내부 설계 시 Weir Loading, Downcomer backup percent tray spacing을 고려하면서 설계하고 있는데 부족한 게 많은 것 같습니다. 혹시 더 고려해야 할 인자가 있을까요?

질문에 충분한 정보가 들어가 있는지 잘 모르겠습니다.
아직 공부하고 있는데 너무 혼란스러운 게 많습니다...
답변해 주신 내용을 바탕으로 더 공부해 보고자 이렇게 질문 드립니다.

Stefano    22-08-13 22:17
A0)  질문 제목에는 Key Word만 사용하면 됩니다.  존대말 또한 전혀 필요하지 않습니다. 

A1) Distillation Column은 기-액의 평형을 이용하여 분리하는 장치입니다.  각 Tray에서 기상은 액상과 접촉한 후 상단으로 올라가고 액상은 반대로 기상과 접촉한 후 중력장의 영향으로 단 하부로 내려가게 됩니다.  무중력 상태에서는 가동이 되지 않지요.

기상의 흐름 통로는 Bubble Cap Tray의 Cap 옆의 톱니 모양 혹은 Slit 모양을 통과하여 액층을 통과하여 지나가고 액상은 Tray의 양끝 혹은 중앙으로 이동하여 Weir라는 댐을 넘쳐흐른 후 Down Comer로 흘러내리도록 고안되어 있습니다. 

Column Diameter는 최저 부하와 최대 부하에서도  성능을 유지할 수 있도록 적당한 크기로 정해야 하는데  Liquid Flow도 영향이 있지만 주로 Vapor Flow에 의해 결정됩니다. 특히 Column Type에 따라 달라지지만 Maximum Load에서 Flooding Velocity의 약 82% 정도를 초과하지 않도록 결정합니다.  기상유속이 너무 크면 Flooding 현상에 의해 분리 효율이 떨어지고 반대로 유속이 너무 낮으면 저부하에서 Channeling 현상에 의해 효율이 떨어집니다. 

A2) Downcomer의 높이는 액이 흘러내려 가면서 거품이 단 위에 남아있지 않고 약간의 여유높이를 갖도록 높이를 정하는데 Weir 밑으로 Downcomer의 하단 끝부분은 아랫단 Weir가 유지하는 액면 높이보다 낮게 내려와 있어야  증기가 Downcomer를 통해 흘러가지 않도록 밀봉(Seal)상태가 유지되지만  하단 Tray 바닥과의 간격이 너무 작으면 액의 흐름 저항이 커져서 Downcomer로 내려오는 액의 흐름이 원할해지지 않습니다. 

Backup Downcomer 높이는 Downcomer내에 쌓이는 액면의 높이인데 이 값이 <약 50% of the tray spacing>이 되도록 한다는 것인데 Foam이 각단 액면 위에 남아있지말고 Downcomer에 흘러내려옴으로 써 Foam이 Flooding 되지 않도록 하고자 함입니다.    액의 표면장력이 작은 물질 (Amine, Organic Ester, Organic Acid Metal Salt등)은 Foam이 잘 생기는 성질을 가지고 있어서 운전중 Column내의 차압이 크게 올라가지 않는지 주의깊게 관찰하면서 운전해야 합니다.

이러한 물질의 분리에 사용되는 Column의 경우 Back-up Downcomer 여유높이가 없다면 항상 조심하여 운전해야 하기때문에 여유값을 많이 가지려하는 것이지만  Tray Spacing이 늘어나면 Column 높이가 늘어나 제작비가 늘어나게 됩니다.

A3) Column Internal 설계에 관해서는  "E. Ludwig"저  Applied Process Design for Chemical & Petrochemical Plants"의 Volume II를 찾아보면 자세히 알아볼 수 있습니다.  Design Parameter는 그 밖에도 아주 많은데  아래의 링크를 참조하세요.

https://www.academia.edu/28874520/Applied_Process_Design_for_Chemical_and_Petrochemical_Plants_Vol_1,2,3_E_Ludwig_E_Ludwig
16학번입니… lion146000   22-08-14 17:50
친절하신 답변 정말 감사드립니다..
A2에 대해 추가적으로 질문 하나만 더 드리겠습니다.

Q) Downcomer의 여유 높이가 중요하다고 말씀해 주셨는데, Tray Spacing이 고정된 상태에서 Downcomer에 여유를 주기 위해서는 변수가 Downcomer Width가 될 수 있을까요?
Stefano    22-08-14 23:11
정해진 Trace Spacing, Downcomer Width가 정해졌다고 해도 Downcomer  출구 Area,  Bottom Outlet Clearance에 의해서도 흐름이 달라질 수 있어서 액면 높이는 달라질 수 있으나  실제 운전중 액면높이가 늘어난다면 Heat차이로 자연히으로 유량이 늘어나기 때문에 액면차는 크게 차이가 나지않는 것으로 간주됩니다.  대신 Foam 생성경향에 의해 Foam Top의 높이가 크게 달라진다고 봅니다.
코멘트입력
   

Copyright 1999.07.10-Now ChemEng.co.kr & 3D System Engineering. (mail : ykjang@naver.com, call 010-4456-8090)