탑의 분류

 

 

탑의 분류

 

1. 용도에 의한 분류

 

1) 증류(정류)탑

증류탑은 다성분계의 원료를 가열한 후 탑의 중앙에서 하부의 적당한 위치에 넣고 증류, 정류를 행함을 목적으로 하며 증류탑, 정류탑, 분류탑, 증발탑, 스타빌라이저, 스트리퍼 등으로 불린다.. 증류조건의 온도는 최저 200℃정도에서 플러스 4～500℃까지 광범위하다.

압력은 상압(0～0.1 kg/㎠ G)으로 행하는 상압 증류, 감압(1～500 ㎜Hg Abs.)으로 행하는 감압증류(또한 감압도가 높은 경우에는 고감압법-High Vacuum 법이 있다.), 탑 내에 다량의 수증기를 흡인하여 미가압 또는 미감압으로 행하는 수증기 증류 혹은 상압․감압 증류법과․ 병행해서 수증기 증류법이 쓰인다. 또 비점이 낮은 원료를 취급할 경우에는 수 기압에서 수십 기압의 가압하에서 행하는 고가압증류가 있다.

 

2) 반응탑

증류탑에서는 원료의 물리적 분리 즉, 다성분계에 포함된 각종 비점 성분을 비점 차에 따라 분리하는데 반해 반응탑에서는 화학반응(분해, 중합등)중합 등)이 행하여지며 반응의 종류, 조건에 따라 내부구조는 상이하다. 외관은 증류탑과 마찬가지의 직립 원통형이고 대략 직경에 비해 길이가 길다. 운전조건(온도, 압력, 취급유체)취급 유체)의 종류에 따라 명칭을 붙이는 경우도 있으나 (개질반응탑, 분해반응탑등)분해 반응탑 등) 보통 특별한 구별을 하지 않고 있다. 운전조건은 상압, 가압 또는 감압의 각종 압력이 있으며 온도는 빙점 이하에서 수백 도까지 광범위하다.

 

3) 추출탑

추출탑은 원료에 함유돼 있는 일부 성분을 추출제(액체, 고체)를 써서 추출(흡착) 분리하는(흡착) 목적을 가지고 있다. 보통 액(원료)-액(추출제) 추출이(원료)-액(추출제) 많고, 액-고, 기-고, 기-액일 경우도 있다. 이를 조작 시 전자가 피추출제액(또는 물질-원료), 후자가 추출제이다. 추출제가 고체일 때는 탑 내에 충진하는 고정상식과 유동상모양 추출제가 분체 혹은 입자일 경우가 있다.

 

4) 흡수탑

흡수탑에서는 보통 기체를 액체에 흡수시키는 조작이 행하여지므로 이 기액의 접촉을 양호하게 하기 위한 방향(병류, 향류 장입 위치),), 내부구조(선반단, 충진물)등이 고려되고, 운전조건으로서 온도, 압력, 유속 등도 최고 흡수능력을 발휘하게끔 정해진다.

 

5) 세정탑

일종의 흡착, 흡수 조작을 하지만 피흡수물질의 양이 아주 적을 경우이다. 또한 흡수된 물질이 목적물이 아니며 비흡수물질이 목적물일 경우가 많다. 물, 약품 용액에 의한 기(피 세정 유체)-액(세정 유체),(피세정유체)-액(세정유체), 액-액의 세정이다. 흡수 물질을 함유한 물, 약품 용액은 회수 또는 정제하는 프로세스로 보내지는 경우가 많다. 세정탑은 Washing Tower 혹은 Scrubber라고도 불린다.

 

 

2. 탑 내부구조에 의한 분류

석유화학 및 일반화학공업에 있어서 중요한 물진전달조작은 증류, 흡착, 추출 등이 있으며 이들 조작을 위한 장치는 다단탑(Tray Tower)과 충진탑(Packed Tower)으로 나뉜다..

 

1) 다단탑

일반적으로 장치의 선택은 처리능력(Capacity), 단을 통한 압력강하(Pressure Drop), 장치 재료의 부식성(Corrosion), 운전의 유연성(Flexibility)에 따라 다르나 보통 탑 직경이 3ft 이상인 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 TrayTray 간에 크게 변한다.

- 처리하는 물질이 부식성이 강하다.

- Heat/Mass Transfer를 동시에 요한다.

 

 

3) 다단탑과 충진탑의 비교

Tower Internal은 Fraction Tower의 Capacity의 큰 감소 없이 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 volume의 90% 이상이 된다. 이러한 차이점은 다음과 같은 Process와 Hydraulic측면에서 중요한 차이점을 찾아볼 수 있다.

- Pressure Drop

Tray Tower의 이론 단수당Pressure Drop의 범위는 3～8 ㎜Hg이며, Packing 은 1～2 ㎜Hg 정도이다. 이러한 적은 압력강하는 특히 상압 또는 감압 Tower에 유리하다..

- Liquid Hold-up

정상운전상태에서의 Liquid Hold-up은 다단 탑의 경우 Tower volume의 약 8～12%, 충진탑은 4～6%정도이다. 이러한 점은 고온에서 Process Liquid의 Thermal Degradation(열화)이나 Polymerization(중합)이 일어나거나, Liquid의 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 일어나기 쉬운 Liquid를 처리할 때 다단탑보다 액체의 Entrainment가 적게 일어난다.

- Corrosion

부식성이 강한 액체를 처리할 때 부식이 되지 않는 Tray를 만들 수 있는 Material을 사용하는 것보다Ceramic 또는 Plastic을 사용할 수 있는 Packing을 사용하는 것이 유리하다.