DISTILLATION COLUMN 1

 

 

 

1. GENERAL

 

Batch 증류탑은 대략 1920년대 스코틀랜드의 위스키 제조 공정에서 사용하기 시작했다. Drum을 여러 개 놓고 순차적으로 끓이고 응축시키고 Vapor 성분은 계속해서 다른 Drum으로 이송시켜 최종 Drum에서 응축하여 위스키에 포함된 Ethyl Alcohol의 농도를 올리기 위하여 사용됐다. 즉 이때는 여러개 Drum을 순차적으로 구성하였으므로 효율과 운전 과정중의 손실이나 용량 등 여러 가지 문제점이 있었고 이러한 Drum을 한군데 모아서 운전할 수 있는 방법을 모색했다. 이에 Drum에 Internals를 설치하여 여러개 Drum을 대신할 수 있는 방법을 강구하였고 이에 따라 "Tray와 Packing"을 설치하여 Vapor와 Liquid를 서로 접속하게 시켜 탑 상으로는 끓는 점이 낮은 물질을, 탑 저로는 끓는 점이 높은 물질을 편리하게 분리할 수 있게 되었다. 이때부터 "Column 내지 Tower"라는 용어가 사용되었고 Column Size를 줄이고 Performance를 좋게 할 수 있는 방법을 강구하여 여러 종류의 Tray Type과 Packing Material, Hydraulic Calculation 방법 등이 개발되었다.

즉, Column Sizing은 관련 System에 맞게 Column의 I.D와 Height를 적절하게 결정하는 것으로서 Column Internals에 대한 Hydraulics 계산이 필수적이다.

일반적으로 Column 운전 목적에 따라 Column은 다음과 같이 분류할 수 있다.

Distillation Column : 일명 증류탑으로 Vapor-Liquid Equilibrium을 이용하여 탑상으로 비점이 낮은 물질을, 탑저로는 비점이 높은 물질을 분리하는 일반적인 Separation Column

Absorber : Vapor-Liquid Equilibrium을 이용하여 Feed(Vapor)상의 한 성분을 탑상으로 주입된 Liquid에 의하여 Absorbing하여 탑 저로 분리하는 Column

Stripper : Vapor-Liquid Equilibrium을 이용하여 Feed(Liquid)상의 한 성분을 탑 저로 주입된 Steam 혹은 Reboiled Vapor에 의하여 Stripping하여 탑상으로 분리하는 Column

Extractor : Liquid-Liquid Equilibrium을 이용하여 Feed(Liquid)상의 한 성분을 탑상 혹은 탑 저로 주입된 Liquid에 의하여 Extracting하는 Column

Licensor 혹은 Basic Engineering사에서 Column Simulation을 하여 Internal Load를 제시하거나 혹은 Mechanical Design까지 하는 경우가 있으며 대부분의 Simulator, 즉 Simsci사의 Pro-II & Provision, Aspen Tech 사의 AspenPlus등에는 Column Hydraulics를 위한 Vendor Correlation이 내장 되어 Preliminary Column Sizing이 가능하며 관련 Input Data는 Manual 참조한다.

 

2. TRAY COLUMN

 

Vapor-Liquid Contacting Material인 "Tray"를 설치한 Column을 Tray Column이라고 하며 Tray Column에서는 Vapor와 Liquid가 Cross로 Contact 한다. Tray Type은 다음과 같이 분류한다.

Bubble Cap Tray : Flat perforated plate에 Bubbling을 위한 Riser를 가진 Tray로 다른 Tray에 비해 Efficiency가 제일 좋으나 Capacity가 낮은 Tray

Sieve Tray : Flat perforated plate에 Sieve hole을 가진 Tray로 다른 Tray에 비해 Capacity가 비교적 좋으나 Efficiency가 비교적 낮은 Tray

Valve Tray : Flat perforated plate에 Bubbling을 위한 Valve를 가진 Tray로 다른 Tray에 비해 Efficiency와 Capacity가 좋은 Tray

Perforated Tray(Dual-Flow Tray) : Sieve Tray와 유사하나 Downcomer가 없는 Tray로 Capacity가 제일 좋은 Tray지만 Efficiency는 제일 낮은 Tray

Baffle Tray : Vapor와 Liquid가 Bubbling Area에서 접촉하지 않고 Downcomer Section에서 접촉하여 분리가 일어나는 Tray

Disk - Donut Tray : Baffle Tray와 Mechanism유사하나 Disk -Donut Tray들이 짝을 이루어서 설치된 Tray

High Capacity Tray : 일반적인 Valve Tray의 Downcomer Section을 Modify 하여 Capacity와 Efficiency를 증가시킨 제3세대 Tray