Distillation Column 구조

 

 

Distillation Column(증류탑) 구조

 

증류탑 구성 요소

증류탑(Distillation columns or distillation towers)은 여러 구성요소로 구성되며, 각 구성요소는 열 에너지를 전달하거나 물질 전달을 향상시키는 데 사용된다. 일반적인 증류탑은 다음 그림과 같이 몇 가지 주요 부분으로 구성된다.

 

Source : https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/distillation-column

<그림 1> Individual Parts of an Atmospheric Distillation Column.

 

• Vertical shell : 화학 물질을 성분별로 분리하는 곳
• Column internals : 화학 물질 분리를 향상시키는 데 사용되는 trays, plates, packings 등으로 구성된 것
• Reboiler : 증류 공정에 필요한 기화를 제공하는 곳
• Condenser : column의 상단을 떠나는 증기를 냉각 및 응축시키는 곳
• Reflux drum : 액체(reflux, 환류)가 column으로 다시 재활용될 수 있도록 column 상단에서 응축된 증기를 저장하는 곳.

 

Tray의 Layout

 

<그림 2> Tray의 Layout

 

• INLET WEIR & HEIGHT

Downcomer로부터 Tray Deck의 Active Area로 유입되는 와류 상태의 Liquid를 Steady Flow로 바꾼다. 또한 Vapor의 양이 Liquid의 양보다 클 때 Liquid의 Sealing을 위함.

• OUTLET WEIR & HEIGHT

Tray deck에서 downcomer로 떨어지는 liquid를 정체시켜 접촉시간을 늘리는 역할을 하며 tray의 pressure drop에 큰 영향을 준다.

- In most services : 2 inch. (tray spacing의 15%)

- Vaccum column : 1/2 ～ 3/4 inch

- 화학반응이 수반되는 계 : max. 6 inch.

• DOWNCOMER TOP AREA

Downcomer의 상부에서 최대면적

• DOWNCOMER BOTTOM AREA

Downcomer의 하부에서 최소면적

• PERFORATED AREA

Vapor flow에 대하여 열려있는 모든 Hole Area

• FREE AREA

Vapor flow가 가능한 최소한의 면적

• TOWER AREA

Bubble area와 Downcomer Seal area 그리고 Downcomer top area 의 합

• BUBBLING AREA (ACTIVE AREA)

Tower의 벽과 Outlet weir그리고 Perforated Field로부터 수직으로 4inch.를 제외한 Inlet edge 사이의 면적을 말하는 것으로 일반적으로 Inlet edge와 Outlet weir사이와의 면적과 같고 타워 면적에서 Downcomer 면적과 Seal Area를 제외한 값과 같다.

 

 

다단(Trays)의 종류 및 특성

제작회사에 따라 여러 종류가 있으나 가장 전형적인 것으로 체단(Sieve Tray), 밸브 단(Valve Tray), 포종단(Bubble Cap Tray)로 구분할수 있으며 각각의 특성에 따라 선택적으로 사용된다. 또한 근래에는 체단의 단점을 보완하고 포종단의 장점을 개량한 밸브단을 많이 사용하고 있다. 다단탑(Trays column)은 운전시 기-액 비에 따라 플러딩(Flooding), 비말동반(Entrainment), 덤핑(Dumping), 위이핑(Weeping)등이 나타날 수 있으며 이러한 현상은 물질전달을 방해하여 단(Tray) 효율을 감소시킨다. 다단탑의 성능은 단의 형식, 직경, 단 간극(Tray Spacing), 활성면적(Active Area)등과 밀접한 관계를 갖고 있으므로 설계시 중요한 인자로 작용하며 이러한 영향을 파악하기 위하여는 정확한 개념의 이해와 정량적인 분석이 요구된다. 최근에는 Gamma Scanning(또는 Radiation Scanning)기술의 발달로 기 설계된 탑에서 일어날 수 있는 비말동반(Entrainment), 플러딩, 누출(Leakage), 포말 높이(Froth Height), 부식두께(Corrosion Thickness)등을 신속하고 정확하게 파악 할 수 있게 되었으며 탑 최적화(Optimization)에 응용되고 있다.

 

 

아래 표에 Tray의 특성과 형상을 나타내었다.

 

<표 1> Tray 종류별 특징

 

 

 

 

(a) Bubble Cap (b) Valve (c) Sieve (d) Flow through Bubble Cap  (e) Sieve Tray Phenomena (f) Bubble Cap Tray Phenomena

                                                                  <그림 3> Tray 형상

 

 

Reference : https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/distillation-column