DISTILLATION COLUMN 2

< Typical Tray Figure >

 

 

 

 

TRAY HYDRAULICS 용어

 

Tray Hydraulic Calculation을 위한 용어는 다음과 같다.

 

Net Area (or Active Area) : Vapor와 Liquid의 접촉으로 인한 Mass Transfer가 일어나는 면적.

Tower Area : Tower Sectional Area, Downcomer Area를 포함한 Tower 단면적.

Tray Spacing : Tray 사이의 수직 거리. 주로 Min. 305mm (12”) ~ Max. 760mm (30”)를 사용하며, Tray Capacity에 직접 영향을 준다. Tower의 내부 Maintenance를 고려하여 결정해야 하며, 일반적으로 400mm~600mm 정도를 사용하지만 Nozzle 또는 Manhole이 설치될 경우 증가된다.

Free Area : Tower Area에서 Downcomer Area를 제외한 면적.

Downcomer : Liquid Flow가 상부 Tray에서 하부 Tray로 이동하는 통로이며, Liquid가 일정시간 정체된다.

Chord Height: Column 내벽에서부터 Downcomer까지의 거리. 즉, Downcomer Width를 말하며, 증가할수록 Downcomer Backup Flood는 감소하지만 Active Area가 감소하여 Flooding이 증가 할 수 있다.

Outlet Weir : Tray Deck에서 Downcomer로 떨어지는 Liquid를 정체시켜 Vapor와의 Contact Time을 늘려주는 역할과 유체를 고르게 분산 (Distribution)시키는 역할을 한다. 일반적으로 상압 이상 증류탑에서는 2” ~ 3”를 적용하며, 감압 증류탑에서는 압력강하 (Pressure Drop)를 줄이기 위하여 1” 정도를 사용하고, 흡수탑 (Absorber)의 경우는 2” ~ 3”정도를 사용한다. Weir Height가 증가할수록 효율은 좋으나 Tray Pressure Drop은 증가하므로 Tower의 Internal 특성을 고려하여 결정해야 한다.

Under Downcomer Clearance : Liquid가 Downcomer로부터 다음 Tray로 나가는 경로를 말하며, Downcomer의 하단 끝에서 다음 Tray Deck 상단까지를 말한다. 높이가 너무 낮으면 압력 손실이 커져서 Downcomer Backup이 증가하며, Weir Height보다 높은 경우 Vapor가 Downcomer로 유입될 수 있으므로 Vapor Sealing을 위해 Weir Height보다 작게 설계한다.

비말동반 (Entrainment) : Tray를 통과하는 Vapor에 의해 Liquid Drop이 상부 Tray로 올라가는 현상. 비말동반 현상은 Tray의 효율을 낮추며, 심해지는 경우 Jet Flooding이 발생한다. 대부분의 증류탑은 탑 내 유체거동 (Flow Regime)에 따라 다소 차이는 있으나 어느 정도 비말동반 현상을 갖고 있으므로 허용치 이내로 설계하는 것이 중요하다. Vapor 속도에 따라 Entrainment도 증가하므로 Flooding%를 적절하게 설계하는 것이 중요하다. Tray Spacing을 늘리면 다소 낮출 수 있다.

Weeping : Hole Area로 올라오는 Vapor의 양이 적은 경우 Liquid의 일부가 하부 Tray Hole Area로 떨어지는 현상이며. 심해지면 Mass Transfer가 일어나지 않는다. Weeping은 주로 Minimum 운전 시 허용치 이내로 설계 되어야 하며, Internal Type (Hole Size, Valve Type, Bubble Cap Size / Type)을 변경하여 다소 줄일 수 있다.

Dumping : Tray Weeping이 심해지면 Tray Deck위 Liquid가 Hole 또는 Valve (Bubble Cap)를 통하여 하단 Tray 위로 흘러내리는 현상이며 Mass Transfer가 일어나지 않는다. Dumping은 운전이 되지 않는 Tray 내부의 현상이므로 설계 변수는 아니다.

Blowing : Liquid 양이 Vapor양에 비해 너무 작아 Active Area의 Liquid 대부분이 Vapor와 함께 올라가는 현상이다. 이 경우 탑 효율은 기대할 수 없다. Blowing은 비말동반(Entrainment) 현상 후에 나타나는 현상이므로 설계 변수는 아니며, 운전범위를 벗어 났을 때 나타날 수 있는 현상이다.

Flooding : 정해진 Column Size에서 Tray Capacity의 한계를 의미하는 것으로서 Tray Type에 따라 다소 차이가 있다. NORTON사의 경우 New Towers는 Flooding% 80이하, Revamped Towers는 85이하로 Design 한다. 일반적으로 Design Flooding%는 Job Specification 또는 ITB에 명시된 Criteria를 적용해야 한다.

Froth & Froth Height : Tray 위를 흐르는 유체는 Vapor와 접촉함으로써 Bubble이 발생하며 Vapor 속도가 증가함에 따라 Froth Height도 증가한다. Tray 위에서 형성된 Froth는 Outlet Weir를 지나 Downcomer로 유입되며 Downcomer 설계에 영향을 미친다.

Pressure Drop : 전체 Tray Pressure Drop을 의미하며 Internal Type에 따라 다르다. Sieve Tray가 가장 작고, Valve Tray, Bubble Cap Tray 순으로 커진다. 압력강하에 대한 특별한 설계가이드는 없으나 Pressure Drop을 줄일수록 Tower Bottom 온도를 낮출 수 있기 때문에 가능한 작게 하는 것이 유리하다.