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Distillation의 최소이론단수 어떻게 쉽게 구할 수 있을까요?

Fenske Method는 total reflux에서 최소이론단수를 빠르게 추정할 수 있어요.

Nm = minimum number of theoretical stages in the column at total reflux

xLKD = mole fraction light key in the distillate 

xHKD = mole fraction heavy key in the distillate  

xLKB = mole fraction light key in the bottoms 

xHKB = mole fraction heavy key in the bottoms 

(αLK/HK)AVG = geometric average of the relative volatility of light key to heavy key at the distillate, feed, bottoms locations = (αD αF αB)^1/3

상대휘발도가 상수일 경우엔 feed 조건의 상대휘발도를 이용하여 위의 식을 사용해요.

식에서 Nm + 1 로 표기된 이유는 리보일러(Reboiler)를 고려한 거에요. 

예를들어 구한값이 8단인데 리보일러가 있으면 +1 을 해서 최소이론단수가 9단이 되는거고요.

만약에 total condenser도 있다면 +2가 되니까 10단이 되는거죠.

Petrochemical / Chemical Plant 에 열교환기들이 정말 많습니다. 

모양들도 제각각이고 사용처도 너무 다양합니다. 

그렇지만 한가지 똑같은게 있죠. 

열교환을 위한 장치라는거;; 하하;; 

이런 장치들은 1년에 한차례 청소도 해주고 보수 수리도 해야하죠. 

투자비를 뽑기 위해 오래토록 씁니다. 그러다보면 당연히 문제점들이 속속 들어나겠죠. 

그래서 준비한 이슈가 어떤문제가 생기면 이럴수도 있기 때문이다! 라는거에요;; 

Troubleshooting 이죠. 

열교환기 Troubleshooting 어떻게 진단 할까요?

1. 예상했던 것보다 압력손실이 더 적을때.

먼저 bypassing 흐름이 있는지 확인합니다. 

tube side의 경우, 플레이트 와 튜브시트 가스켓을 실험해 봅니다. 

또 corrosion(부식)이 생겼나 찾아보고 가스켓 문제 와 제조할때 결함이 있었나 찾아봅니다.

shell side의 경우, 부적절한 bundle sealing이 있나 보고, bundle seal strips를 검사 합니다. 

two-pass shell의 경우, 만약 long baffle을 용접하지 않았다면 유체가 bypassing 했을 수도 있습니다. 

leaf seal과 함께 쓰는 long baffle은 완벽하게 sealing 할 수 없고 그 부분에 damage를 얻을 수 있습니다. 

2. 예상했던 것보다 압력손실이 더 클때.

Venting이 잘 되고 있는지 확인 합니다. 특히 컨덴서(condenser)의 경우 제일 먼저 확인 합니다. 

fouling(오염)이 높은지 확인합니다.

start-up 할때 debris 가 있는지 확인 합니다. 

공정 stream 이 얼었나(freezing) 확인 합니다.   

two phase 의 경우 slug flow 인지 확인 합니다. 

제작에 결함이 있나 확인 합니다. 

3. Fouling(오염)이 있을때.

열 성능이 점진적으로 하락하는게 나타난다면 fouling을 검토해봐야 합니다. 

디자인 보다 더 적은 흐름이 있을때 디자인 조건 또는 작동 기간을 봤을때 차이가 있을 경우 열교환기를 작동시키는 history를 파악하여 확인 합니다. 

cooling water side에 fouling이 예상 된다면, 겨울철 동안에 cooling water 흐름이 줄어 들었는지 확인하면 됩니다.

4. Debris

특히 새로운 열교환기의 경우에 열교환기로 들어가는 부분에 있는 strainer를 확인해 봅니다. 

strainer가 없다면 돌이나 쓰레기, 장비, 장갑, 펜들 등등이 열교환기에 걸렸는지 확인해 봅니다.

5. 전열면적이 초과 할때.

대분분의 열교환기들은 오염되어진 조건에 맞추어 설계 되어 집니다. 

깨끗하게 작동되고 있을때 열교환기들은 너무 많은 열을 전달합니다. 

결과적으로 높은 온도나 freezing으로 인해 문제들이 생깁니다. 

이럴때 tube를 막아서 초과되는 전열면적을 줄일 수 있습니다. 

이때 쓰이는게 tapered metal plug인데 흔하게 사용됩니다.