충진탑내 기체의 흡수

. . . 에 녹게 되며 수소 메탄 에탄 에틸렌 등의 건성 가스들은 녹지 않고 그냥 지나간다. 이후 스트리핑 과정에서 흡수기름으로부터 가 벼운 생성물들이 분리된다. 흡수기름과 가벼운 생성물들로 이루어진 용액이 증기에 의해 끓게되어 스트리핑 관을 통과하게 되는데 이 관 내에서 가벼운 생성물들의 증기가 위쪽 으로 올라가면서 압력하에서 수냉식 응축에 의해 회수된다. 또 하나의 예로 가용성 기체 가 불용 기체와 섞여 있는 혼합물로부터, 용질을 다소 용해시킬 수 있는 액체에 흡수되 는 원리로 암모니아와 공기가 섞여 있는 혼합물에서 물로 암모니아를 세척하는 것을 들 수 있다. 결국 용질(암모니아)은 증류에 의해서 액체로부터 회수되며, 흡수에 사용된 액 체(용매)는 버리던가 다시 사용하게 된다. 한편 고체에 의한 액체 기체의 흡수도 있으며, 그것은 다공질 고체에 의한 기체 등의 흡수경우에 엄밀하게는 고체가 지닌 내부 세공 표면에서의 흡착이며, 고체 내부로의 흡수는 아니다. - 충전탑 용액에 가스를 흡수시키거나, 거꾸로 액 속의 용존가스를 방산시키는 장치이다. 기체와 액체, 액체와 액체 등 다른 상 사이의 물질이동을 능률적으로 하기 위하여 내부에 충전 물을 채운 탑이다. 상 사이의 접촉면적을 크게 하고 각 상의 흐름에 충분한 교란을 주 어, 흡수 증류 흡착 추출 등의 물질이동을 효과적으로 행하게 하는 장치이다. 보통 탑 꼭대기로부터 충전물에 따라 흐르게 하는 액과 탑 바닥으로부터 충전물의 간극을 상승 하는 기체를 향류 또는 병류 접촉시킨다. 자 세한 기능을 기 술하자면 보통 액체를 충전물의 맨 위에서 탑 꼭대기에 있는 액체 분포기로 균일하게 공급하지만, 탑내를 흘러내리는 사 이에 탑벽 쪽으로 흘러 버린다. 따라서 액체 재분포기를 탑 가운데 설치하여 층내를 균일하게 흐르도록 한다. 한편 기체 는 탑 아래쪽에서 공급하여, 충전물과 그 표면을 흘러내리는 액막의 간격을 크게 하여 기체 액체를 향류로 접촉시키는 방 식이 쓰인다. 기체 액체를 동시에 탑꼭대기에서 공급하여 병 류로 접촉시키는 방식도 있다. 충전탑에서 기체 액체의 접촉 은 계속 이어지므로 기체 액체의 농도(또는 온도)가 연속적으 로 변화한다. 이러한 접촉을 일반적으로 미분 접촉방식이라 고 하며 단탑으로 생긴 계단접촉과 대비된다. - 충전물 및 그 조건 화학공정에서 충전탑, 또는 배기처리장치 등의 장치 내에 효 과적인 물질이동과 그 정도를 조절하기 위 해 충전 하는 구 조물로 충전탑 내에서효과적인 처 리를 위해서는 상용하는 충전물을 사용함이 대단히 중요하다. 충전물은 재질, 형상, 치수의 3요소에 의 하여 결정되며 우수한 성능을 발휘하기 위한 조건으 로 ① 표면적이 커야한다. 표면적은 액, GAS의 접촉계 면을 통하여 물질이동, 열 이동이 이루어지고 표면적 의 크고 적음이 효율(이동량)에 영향을 주게 되므로 유효 접촉면적이 커야 한다. ② 공간율이 커야 한다. 탑내의 압력 손실을 최소 화, Flooding 현상의 발생을 억제하여 탑내의 선속를 극대화 할 수 있도록 공간율이 커야한다. ③ 안전성이 보장되어야 한다. 충전물은 화학적으로 불환성, 즉 변형, 용해, 분해되지 않는 물리, 화학적 안정 특성을 요구한다. ④ 제조가 간단해야 한다. 충전물은 충전탑 내의 공 정에 따라 다양한 크기, 다양한 형태의 충전물이 필요하므로 제조가 간단해야 신속한 충 전물의 적용을 기할 수 있다. ⑤ 값이 싸야한다. 공정의 운영에 있어 제품원가를 낮추는것 또한 효율의 극대화의 일부 이다. ⑥ 가스류에 대한 저항이 적어야 한다. 반응의 손실을 저감하고 이동량을 극대화 하기 위하여 저항이 적어야 한다. ⑦ 중량이 가벼워야 한다. 장치에 부하를 일으키지 않고, 고른 충전물의 분포를 기하기 위해서 중량이 가벼운것이 좋다. - 공극률(porosity) 사전적 의미로는 암석 속의 공극 부분의 부피와, 그 공극을 포함한 암석 전체 부피의 비를 말한다. 하지만 이번 실험에서 사용하는 공극률의 의미는 암석이 아닌 충전탑내 또 는 그 외의 장치에서의 고체층, 충전물에 해당하는 고형물에 유체가 통과할 수 있는 공 극의 전체 면적 대비를 의미한다. 흔히 간극률이라고도 하며, 보통 퍼센트(%)로 나타낸다. 고체 부분만의 부피를 V_s , 공극을 포함한 전체의 부피를 V 라고 하면, 공극 률 n 은, n = {(V - V_s )} over V 100[%] 로 구할 수 있다. 한편, 공극의 부피와 고체 부분의 부피의 비를 e 로 표시하며 e = {(V - V_s )} over V_s 100[%] 이값을 공극비라고 한다. 공극률은 고형물의 종류와 재질 등에 의해 다르지만, 일반적으 로는 세립(細粒)일수록 큰 값을 가진다. 위의 그림은은 국내 기업 카탈로그에 제시된 충전물의 물성을 나타낸 표이다. 충전물의 형태에 따른 공극률을 비교해 보면 알 수 있듯이, 구조가 복잡하고, 다공성 충전물이 공 극률이 큰값을 가짐을 알 수 있다. - 편류(channeling) 편류(channeling)란 큰 충전탑에서 성능을 나쁘게 하는 요인중에 하나로서, 충전물 꼭대 기에서 한번 분배된 액체가 모든 충전물 표면 위에 얇은 경막을 이루며 계속해서 탑 아 래로 흘러 내려가야 하지만 실제로는 경막이 어떤 곳에서는 두꺼워지고 어떤 곳에서는 얇아져서 액체가 작은 물줄기로 모여 어느 한쪽의 경로를 따라 충전물을 통해 흘러 접 촉 불량을 야기하는 현상을 말한다. 특히 .탑 내에서 액체의 유량이 낮으면 많은 충전물 표면이 건조하게 되어, 액체의 정체경막으로 덮여지는 현상을 말한다. 큰 탑내에서는 액 체와 기체가 잘 접촉하도록 하는 것이 가장 어렵다. - 부하점(loading point) 충전탑 내부에서는 유체가 통과함에 따라 압력강하가 나타나게 된다. 단위 충전층 깊이 당 압력강하는 유체마찰에서 상기는 것으로서, 이를 그래프로 나타낼 때에는 대수좌표 상 에 기체유량 G_y 에 대해 도시한다. G_y 는 빈 탑을 기준한 단위시간, 단위면적당 기체 의 질량으로 표시된다. 따라서 G_y 는 G_y = u_0 rho_y 에 의해 겉보기 기체속도와 관계된다. 여 기서 rho_y 는 기체의 밀도를 나타낸다. 충전물이 젖지 않았으면 선은 직선이며, 약 1.8의 기울기를 갖는다. 그러므로 압력강하는 속도의 1.8승에 비례하여 증가한다. 충전물이 일 정한 액체유량으로 젖으면 압력강하와 기체유량간의 관계는 처음에는 마른 충전물에 대 한 선과 평행을 이룬다. 이 경우, 압력강하는 마른 충전물의 경우보다 큰데, 이것은 탑 에 있는 액체가 기체의 흐름공간을 줄이기 때문이다. 그렇지만 공극률이 기체흐름에 의 해 변하지는 않는다. 보통의 기체속도에서는 기체가 아래로 흐르는 액체를 방해하여 액 체의 체류량이 기체흐름에 따라 증가하기 때문에 젖은 충전물에 대한 선이 점차 가파르 게 된다. 압력강하선의 기울기 변화로 판단할 수 있는 바와 같이, 액체 체류량이 증가하 기 시작하는 점을 부하점(loading point)라고 한다. 그러나 그 값을 정확히 찾기는 쉽지 않다. - 조작선과 평형선 2성분 계에서의 물질전달 문제들을 도식적으로 파악하기 위해 도입된 선도이다. 2성분계에서 두 상의 조성은 x 를 횡축으로 y 를 종축으로 하는 도표상에 표시할 수 있다. 탑 내의 중간 부분에서의 물질수지는 n 단을 나가는 L 상의 농도 x_n 과 그 단으로 들어가는 V 상의 농도 y_n+1 과의 . . . → 기체흡수예비레포트.hwp 파일 다운로드