공부중

Vacuum Condensers

진공응축기에서 나가는 온도, 압력은 많은 양의 공정 기체와 불활성 가스가 함께 진공 시스템으로 가는걸 막기위해 

진공응축기 끝부분 vent 되는 곳에서 적절하게 과냉각 하는게 중요합니다.

공정이 흔들리거나 불활성 가스의 변화가 심하게 일어나는 동안에 압력을 조절하기 위해 약간의 Over-surface 와 적절한 Baffling 을 갖는게 필수적 입니다.

응축기는 Control system 부분을 반드시 고려해야 합니다. 

(공정 흔들림이 보편적인 계기에 의해 제어되지 않는 것을 허용하는 분류장치 내의 여분의 단수와 유사하다)

불활성 가스는 튜브의 일부를 blanket 합니다. 이 blanket 된 부분은 열전달이 아주 나쁩니다. 

Column 압력은 blanketed 되는 튜브 표면의 다양한 분율에 의해 조절 됩니다.

원하는 압력을 초과할 때, 진공 시스템은 불활성 가스를 더 빨아 내고, blanketed 되는 표면의 분율이 더 낮아질 겁니다. 

이렇게 하면 Cooling 이 증가(열전달이 잘 되므로)하고 원하는 수준의 압력으로 되돌아갈 겁니다. 

압력이 원하는 수준 보다 떨어지면 반대로 적용 합니다. 

이건 시스템의 열 균형을 위해 열전달계수를 조절하는 간단한 방법 입니다.

Baffling은 압력손실이 가능한 적게 유지하도록 설계해야 합니다. 

더 많은 압력손실은 응축기 vent 되는 곳에 적절한 과냉각을 맞추는데 더 많은 에너지 소비를 만듭니다.

Shell Type "X Shell"

십자류(Cross flow)만 존재하기 때문에 Shell Type 중에서 전열효과가 떨어지나, 

압력손실이 가장 작기 때문에 평균 온도차(Mean Temperature Difference)에 큰 영향을 받는 Condenser와, 

입구에서 많은 증기가 들어와서 진동 문제를 유발시키는 경우에 적합한 형태이다.

또 단일성분의 전응축이나 응축범위가 좁은 유체에서도 효과적이다. 

특히 이형태는 압력손실이 낮기 때문에 진공상태일 때 가장 널리 사용되고 있다. 

그러나 낮은 유체속도로 인하여 비응축 가스가 축적되는 경우가 있으므로 비응축가스가 있는 partial 응축의 경우 좋은 선택이 못되며, 

입구증기의 분배문제 때문에 Tube 길이를 결정할 때 Shell 직경의 5배를 넘지 않도록 설계한다. 

진공의 performance 는 pressure 와 flow 의 항으로 명시되요.

압력은 대기압의 절대압력 이거나 상대압력으로 표현되죠.

특히 진공장치로 부터 나오는 압력이 Sea level 에서의 대기압 외에 다른 level 일때의 차이는 중요해요.

vacuum pump 는 압력차이를 제공 하는데 

discharge 의 압력이 언급되지 않으면 나오는곳의 압력을 760 mm Hg 

또는 29.92 inches of Hg의 절대압력으로 가정하죠. 

하지만 vacuum pump 가 높은 고도에 위치해 있거나

vacuum pump discharge 에 back pressure 가 있다면 위의 절대압력은 유효하지 않게 되요.

절대압력은 일반적으로 kPa abs, psia, Torr 또는 mm Hg 로 주어져요.

이건 기액 평형과 관련된 화학공정에 적합한 고정된 압력이에요.

vacuum 은 일반적으로 feet of water 또는 inches of mercury 로 주어지고 

이것은 공장의 위치에서의 actual barometric pressure 와 관련 있죠.

절대압력과 진공과의 관계는

아래의 관련 식은 고도를 대기압으로 변환하는 거에요.

P = 대기압, kPa 또는 psia

h = 고도, m 또는 ft

Purging 하는 방법에는 어떤게 있을까요? 4가지!!

1. Dilution purging (희석)

2. Displacement purging (대체)

3. Pressure-Cycle purging (가압하여 빼는 방법)

4. Evacuation-Replacement purging (비우고 대체하는 방법)

Purging하는 방법에 따라 어떤 이점이 있을까요?

1. Dilution purging 

용기의 purge 압력을 최소화 할 수 있음.

질소 주입속도를 최대화 할 수 있음.

Bulk Storage Tank 등에 사용 가능함.

2. Displacement purging

질소보다 무거운지 가벼운지에 따라 purge 방향 고려해야됨.

질소 소모량 최소화 할 수 있음.

주입 속도를 최소화 할 수 있음.

길고 좁은 Chemical Reactor 나 Pipe line 등에 사용 가능함.

3. Pressure-Cycle purging

가압되고 배기되는 비율에 따라 산소 농도가 감소함.

4. Evacuation-Replacement purging 

3번이랑 비슷한 방법인데 진공을 거는 방법임.

vacuum break를 inert gas로 사용함.

deadleg 나 pocket이 많은 용기에 효율적임.

3번과 4번은 특별할 게 없네요. 가압하여 빼내는건 압력을 견딜 수 있는 용기에 사용해야 해요. Evacuation 방법은 진공이 걸리니까 진공으로 design 되어야 합니다. 주의 하세요. 

오늘은 컴프레셔와 베큠 펌프를 사용할때 경험 법칙에 대해 포스팅 할께요.

1. Fans는 압력을 대략 3%(12 in. water) 올리는데 이용되고, Blowers는 40 psig(2.8 kg/cm2) 보다 적게 올린다.

   그리고 Compressors는 압력을 높게 올리는데 사용된다. 일반적으로 Blower range는 Compressor range에 포함된다.

2. Vaccum pumps :

   reciprocating piston type은 압력을 1 Torr까지 떨어 트린다.

   rotary piston은 0.001 Torr까지 떨어 트린다.

   steam jet ejectors, one stage는 100 Torr까지 떨어 트린다.

   three stage는 1 Torr까지 떨어 트린다.

   five stage는 0.05 Torr까지 떨어 트린다.

* 1 atm = 760 Torr 이며, Torr는 mmHg와 같은 단위이다. 따라서 Torr의 값이 낮을수록 고진공이다.진공도 단위를 사용하는데 있어 자주 헷갈리는 것이 진공도와 게이지상의 진공도이다.게이지상의 진공도는 절대진공도 (Torr Abs)와는 역으로 대기압을 0으로 놓고 완전진공을 760mmHg 또는 76cmHg로 표시하는것으로 일부 부르동 게이지의 눈금이 관념상 또는 계산상의 편의를 위해 표기한 것에서 유례된다.

[출처] 진공도의 단위, Torr|작성자 우벡 woovac

3. Three-stage ejector는 1 Torr를 유지하기 위해 100 lb steam/lb air가 필요하다.

4. Evacuated euqipment에서 Air의 in-leakage는 절대 압력(Torr), 장치 부피(V, cuft)에 의해 결정되는데,

w = k x V^(2/3) lb/hr

   P가 90 Torr보다 클때, k = 0.2

   P가 3 Torr < P < 20 Torr 일때, k = 0.08

   P가 1 Torr 보다 작을때, k = 0.025

5. Theoretical adiabatic horsepower(THP) = [(SCFM)T1/8130a]x[((P2/pa)^a) - 1]

   where, T1 = inlet temperature (F+460)

              a = (k-a)/k, k=Cp/Cv

6. Outlet temperature T2 = T1(P2/P1)^a

7. 압축 ratio 는 multistage unit의 각 stage에서 대략 비슷해야 한다(just recommendation).

   ratio = (Pn / P1)^(1/n), with n stages

8. Reciprocating compressors의 효율은

   1.5 압축 ratio에서 65%

   2.0 압축 ratio에서 75%

   3~6 압축 ratio에서 80~85%

9. Large centrifugal compressors의 효율은 suction이 6000~100000 ACFM에서 76~78%이다.

10. Rotary compressors은 70% 효율을 갖는데, 예외로 Liquid liner type은 50%를 갖는다.