Tower의 탑내부구조에 의한 분류

 

석유화학 및 일반화학공업에 있어서 중요한 물진전달조작은 증류, 흡착, 추출등이 있으며 이들 조작을 위한 장치는 다단탑(Tray Tower)와 충진탑(Packed Tower)으로 나뉘어진다.

 

1. 다단탑

일반적으로 장치의 선택은 처리능력(Capacity), 단을통한 압력강하(Pressure Drop), 장치재료의 부식성(Corrosion), 운전의 유연성(Flexibility)에 따라 다르나 보통 탑직경이 3ft이상인 경우 다단탑을 사용한다.

2. 충진탑

 

일반적으로 Packing은 다음과 같은 문제점으로 인하여 Tray를 사용하기 곤란한 경우에 사용된다.

- Atm. or Vacuum Tower와 같이 Tower내에서 Low Pressure Drop을 요한다.
- Tray를 사용하기에는 너무나 Diameter가 작다. ( < 0.6m )
- Tower의 높이가 제한되어 있다.
- Vapor Load가 Tray간에 크게 변한다.
- 처리하는 물질이 부식성이 강하다.
- Heat/Mass Transfer를 동시에 요한다.

 

3. 다단탑과 충진탑의 비교

 

Tower Internal은 Fraction Tower의 Capacity의 큰 감소없이 가능한 상승한 Vapor와 하강하는 Liquid의 많은 접촉을 위하여 사용한다.
또한, 가능한 Pressure Drop을 적게 하여야 한다.
다단탑과 충진탑에서의 가장 큰 차이점은 각 장치의 Precent of Opening이다.
일반적으로 다단탑의 Opening 범위는 Tower Cross Section Area의 5∼15%정도이나, 충진탑은 50%이상이다.

다단탑의 Void Fraction은 Tower Volumn의 90%이상이 된다. 이러한 차이점은 다음과 같은 Process와 Hydraulic측면에서 중요한 차이점을 찾아 볼 수 있다.

 

- Pressure Drop

Tray Tower의 이론단수당 Pressure Drop의 범위는 3∼8 mmHg이며, Packing 은 1∼2 mmHg 정도이다.
이러한 적은 압력강하는 특히 상압 또는 감압 Tower에 유리 하다.

 

- Liquid Hold-up

정상운전상태에서의 Liquid Hold-up은 다단탑의 경우 Tower Volumn의 약 8∼12%, 충진탑은 4∼6%정도이다.
이러한 점은 고온에서 Process Liquid의 Thermal Degradation(열변형)이나 Polymerization(중합)이 일어나거나,
Liquid 의 Residence Time이 적게 요구되는 Tower에서 충진탑이 큰 장점을 갖는다.

 

- Liquid/Vapor Ratios

일반적으로 다단탑은 Low Liquid/Vapor Ratio인 Distillation Column에 사용하며, Absorber와 Scrubber같이 Low Ratio부터 High Ratio까지 처리를 요하는 Tower는 충진탑을 사용한다.

 

- Foaming System

Packing은 효과적인 Mass and Heat Transfer를 위하여 다단탑과 같이 미세한 방울을 형성하는 대신에 얇은 막을 만든다.
그래서 충진탑은 Foaming이 일어 나기 쉬운 Liquid를 처리할 때 다단탑보다 액체의 Entrainment가 적게 일어난다.

 

- Corrosion

부식성이 강한 액체를 처리할 때 부식이 되지 않는 Tray를 만들 수 있는 Material을 사용하는 것 보다 Ceramic 또는 Plastic을 사용할 수 있는 Packing 을 사용하는 것이 유리하다.