상류 증기 응축은 흡수 과정이 시작되기 전에 흡수기 공급물을 변화시킵니다. 뜨거운 가스 혼합물이 상류 열교환기에서 냉각되면 응축 가능한 증기가 액체로 변하여 가스상에서 제거됩니다. 따라서 흡수기는 더 낮은 총 가스 유량, 다른 평균 분자량 및 수정된 용질 농도를 전달받게 되므로, 물질 수지, 기액비, 제거 효율 및 사이징 계산을 모두 업데이트해야 합니다.

흡수기 밸런스는 원래의 뜨거운 가스 공급물이 아닌, 응축 후 남은 가스를 기준으로 해야 합니다. 열교환기 출구 조건에서 응축량을 계산하고, 이를 가스상 흐름에서 제거한 다음, 나머지 가스 유량을 흡수기 작동 온도 및 압력으로 변환하십시오.

응축이 흡수기 공급물을 변화시키는 이유

응축은 가스상에서 물질을 제거합니다

열교환기 출구 온도와 압력에서 응축 가능한 성분이 평형 증기압을 초과할 수 있습니다. 초과분은 액체 상태로 가스상을 떠납니다.

간단한 계산을 위해, 응축량은 입구 증기량과 출구 평형 상태에서 남아 있는 증기량을 통해 결정됩니다:

[ n_{\text{condensed}} = n_{\text{vapor,in}} - n_{\text{vapor,out}} ]

출구 증기량은 입구 조성만 고려하는 것이 아니라 열교환기 출구 온도와 압력을 기준으로 해야 합니다.

총 가스 몰 유량이 감소합니다

냉각 후 가스 유량은 다음과 같습니다:

[ n_{\text{gas,out}} = n_{\text{gas,in}} - n_{\text{condensed}} ]

이 감소된 유량은 응축된 액체가 컬럼에 들어가기 전에 제거되었다고 가정할 때 흡수기로 들어가는 실제 가스 공급량입니다.

원래 가스에 다량의 수증기나 다른 응축 가능한 운반 성분이 포함되어 있을 경우 이 변화는 상당할 수 있습니다.

가스 조성이 재정규화됩니다

한 성분에서 액체를 제거하면 해당 성분의 가스상 몰 분율이 변하고 가스에 남아 있는 모든 성분의 상대적 농도가 변합니다.

성분 (i)에 대하여:

[ y_{i,\text{absorber}} = \frac{n_{i,\text{gas,out}}} {n_{\text{gas,out}}} ]

이는 단순히 원래 입구 몰 분율을 하류로 가져오는 것만으로는 흡수기 공급 조성을 얻을 수 없음을 의미합니다.

순차적 밸런스를 수행하는 방법

뜨거운 가스 입구에서 시작하십시오

시간당 킬로몰(kmol/h)과 같이 일관된 기준을 사용하여 입구 흐름을 정의하십시오:

[ n_{\text{in}} = n_{\text{condensable,in}} + n_{\text{absorber-solute,in}} + n_{\text{inert,in}} ]

흡수기 용질은 암모니아, 산성 가스 또는 기타 화학적으로 반응하는 종일 수 있습니다. 불활성 가스와 비응축 성분은 일반적인 상류 냉각 과정에서 일반적으로 가스상에 남아 있습니다.

냉각 후 남아 있는 증기를 결정하십시오

열교환기 출구 온도와 압력을 사용하여 액체상과 평형을 이루며 남아 있을 수 있는 응축 가능한 증기의 양을 결정하십시오.

예를 들어 물의 경우, 액체 상태의 물이 존재할 때 출구 증기 분압은 출구 온도에서의 포화 압력을 초과할 수 없습니다:

[ p_{\text{water}} = y_{\text{water}}P ]

계산된 분압이 포화 압력을 초과하면 평형 조건이 충족될 때까지 응축이 발생합니다.

더 엄격한 설계에서는 특히 암모니아, 산성 가스 또는 기타 용해성 종이 존재할 때 전체 가스 혼합물에 대한 기액 평형 데이터가 필요할 수 있습니다.

응축된 액체를 제거하십시오

응축량은 가스 흐름에서 제거됩니다:

[ n_{\text{liquid}} = n_{\text{condensed}} ]

나머지 가스상 성분 양은 흡수기 입구로 사용됩니다. 액체 제품 속도는 질량 유량으로 변환할 수도 있습니다:

[ \dot{m}{\text{liquid}} = n{\text{liquid}}MW_{\text{liquid}} ]

이 액체는 물이 풍부할 수 있지만, 용해되거나 동반된 흡수기 용질을 포함할 수도 있습니다.

평균 분자량을 재계산하십시오

응축 후 가스의 평균 분자량이 변합니다:

[ \overline{MW}_{\text{gas}} = \sum_i y_iMW_i ]

이는 질량 유량 변환, 가스 밀도, 공탑 속도 및 장비 계산에 영향을 미칩니다.

주요 증기 성분을 제거한 후 원래의 평균 분자량을 유지하는 계산은 일관되지 않은 질량 및 부피 유량을 초래할 수 있습니다.

가스 유량을 흡수기 조건으로 변환하십시오

흡수기로 들어가는 가스 유량은 열교환기 출구 기준에서 흡수기 작동 조건으로 조정되어야 합니다:

[ \dot{V}_{2}

\dot{V}{1} \left(\frac{T{2}}{T_{1}}\right) \left(\frac{P_{1}}{P_{2}}\right) ]

비이상 기체의 경우 압축 계수 보정을 포함하십시오:

[ \dot{V}_{2}

\dot{V}{1} \left(\frac{T{2}}{T_{1}}\right) \left(\frac{P_{1}}{P_{2}}\right) \left(\frac{Z_{2}}{Z_{1}}\right) ]

온도는 절대 온도여야 하며, 압력은 일관된 절대 기준을 사용해야 합니다.

흡수기 밸런스가 받는 영향

가스측 물질 수지는 새로운 공급 조건에서 시작됩니다

가스에서 액체로 전달되는 용질의 경우:

[ n_{\text{solute,in}}

n_{\text{solute,out}} + n_{\text{solute,absorbed}} ]

입구 항은 상류 응축 후의 용질 흐름을 나타내야 합니다. 용질 자체가 기체 상태로 남아 있다면 절대 몰 유량은 거의 변하지 않을 수 있지만, 더 많은 양의 운반 증기가 제거되면 몰 분율은 상승합니다.

기액비가 변합니다

흡수기 기액비는 수정된 가스 유량과 실제 흡수제 유량을 기준으로 합니다:

[ \frac{G}{L}

\frac{\text{흡수기로 들어가는 가스 유량}} {\text{액체 흡수제 유량}} ]

응축물이 흡수기 액체와 의도적으로 결합되지 않는 한, 응축은 일반적으로 G를 낮춥니다. 이는 조작선을 변화시키며 필요한 용매 순환 속도에 영향을 줄 수 있습니다.

용질 농도가 증가하거나 감소할 수 있습니다

물과 같은 운반 증기만 응축되면, 나머지 가스는 더 높은 몰 분율의 비응축 용질을 포함하게 됩니다. 이는 절대 용질 몰 유량이 변하지 않았더라도 흡수기로 들어가는 겉보기 용질 부하를 증가시킬 수 있습니다.

용질도 함께 응축되거나, 응축물에 용해되거나, 동반 제거되는 경우 가스상 몰 유량은 감소합니다. 따라서 흡수기 밸런스에는 해당 상류 제거량이 명시적으로 포함되어야 합니다.

흡수기 사이징이 변할 수 있습니다

가스 유량은 공탑 가스 속도와 플러딩 한계를 통해 컬럼 직경에 영향을 미칩니다. 일반적으로 가스 부피가 낮아지면 필요한 단면적이 줄어들지만, 수정된 용질 농도와 열역학적 구동력은 충전물 높이, 트레이 요구 사항, 용매 순환 또는 열 제거 요구 사항을 변화시킬 수 있습니다.

따라서 올바른 사이징 기준은 원래의 뜨거운 가스 조건이 아니라 흡수기 입구에서의 가스 유량과 조성입니다.

열교환기 성능과의 상호작용

응축은 열 부하에 기여합니다

증기가 응축될 때 열교환기는 현열과 잠열을 모두 제거합니다:

[ Q = Q_{\text{sensible}} + Q_{\text{latent}} ]

잠열 기여도는 대략 다음과 같습니다:

[ Q_{\text{latent}} = n_{\text{condensed}}\Delta H_{\text{vap}} ]

이 항을 무시하면 필요한 냉각 부하를 과소평가하고 달성 가능한 출구 온도를 잘못 나타낼 수 있습니다.

액체 출구를 고려해야 합니다

열교환기는 냉각된 가스와 응축물이라는 두 가지 출구 상을 생성할 수 있습니다. 응축물이 흡수기로 들어가지 않아야 하는 경우 하류 분리기, 녹아웃 드럼 또는 적절하게 설계된 배수 장치가 필요합니다.

액체 비산이 발생하면 흡수기 공급물은 건조한 가스 흐름이 아닙니다. 밸런스에는 컬럼으로 들어가는 액체와 그 안에 포함된 용해된 용질이 포함되어야 합니다.

응축은 파일럿 플랜트 측정에 영향을 미칩니다

유량계는 서로 다른 기준 조건에서 유량을 보고할 수 있으며, 습가스와 건가스 측정은 서로 다른 기준을 사용할 수 있습니다. 측정 지점 사이의 응축은 모든 흐름을 동일한 온도, 압력 및 수분 기준으로 두지 않는 한 명백한 불일치를 초래할 수 있습니다.

파일럿 작업의 경우 열교환기 출구 온도, 압력, 응축물 속도, 가스 유량 기준, 그리고 측정된 가스가 습가스인지 건가스인지 기록하십시오.

트레이드오프 이해하기

모든 응축 가능한 증기가 제거된다고 가정하기

성분의 포화 온도 이하로 냉각한다고 해서 반드시 완전히 제거되는 것은 아닙니다. 추가적인 응축기, 분리기 또는 건조 단계가 제거하지 않는 한 출구 가스는 평형 증기량을 유지합니다.

출구 평형 조건을 사용하여 잔류 증기를 계산하십시오.

응축물을 순수 용매로 취급하기

응축물은 흡수된 암모니아, 산성 가스, 용해된 염 또는 동반된 물방울을 포함할 수 있습니다. 이를 순수한 물로 취급하면 흡수기에 도달하는 용질 유량을 과대평가하고 액체 제품 농도를 과소평가할 수 있습니다.

용질이 고도로 용해되거나 반응성이 있는 경우 응축물 조성을 분석하거나 추정하십시오.

일관된 기준 없이 부피 조성 사용하기

습량 기준 몰 분율, 건량 기준 몰 분율, 실제 부피 유량 및 표준 부피 유량은 서로 교환할 수 없습니다. 이러한 기준을 혼합하면 열교환기와 흡수기 밸런스가 모두 무효화될 수 있습니다.

먼저 몰 단위로 물질 수지를 수행한 다음, 필요한 조건에서 질량 또는 부피로 변환하십시오.

응축이 항상 흡수기 성능을 향상시킨다고 가정하기

가스 유량이 작아지면 컬럼 크기와 용매 수요를 줄일 수 있지만, 용질 농도가 높아지면 국부적 부하가 증가하고 흡수 구동력이 변할 수 있습니다. 액체가 적절히 분리 및 관리되지 않으면 응축은 막힘, 부식, 플러딩 또는 액체 분배 문제를 일으킬 수도 있습니다.

하류 장비는 수정된 유량과 수정된 조성을 모두 사용하여 평가해야 합니다.

흡수기 온도 효과 무시하기

흡수기는 열교환기 출구와 다른 온도에서 작동할 수 있습니다. 용해도, 반응 평형, 증기압 및 가스 부피는 모두 이 위치들 사이에서 변할 수 있습니다.

따라서 흡수기 밸런스는 장치 간의 재가열, 추가 냉각, 증발 또는 액체 첨가를 포함한 실제 흡수기 입구 조건에서 시작해야 합니다.

파일럿 플랜트에 적용하는 방법

열교환기에서 흡수기로 이어지는 흐름의 물리적 경로를 따르는 순차적 계산을 사용하십시오.

주된 초점이 열교환기 부하인 경우: 출구 평형 조건에서 응축된 증기를 계산하고 그 잠열을 냉각 부하 밸런스에 포함하십시오.
주된 초점이 흡수기 사이징인 경우: 응축물을 제거하고, 흡수기 조건에서 가스 몰 유량과 부피 유량을 재계산한 다음, 수정된 유량을 유압 설계에 사용하십시오.
주된 초점이 용질 제거인 경우: 가스, 응축물 및 흡수기 액체 내의 용질을 별도로 추적하여 상류 용해 또는 응축이 흡수기의 성과로 잘못 간주되지 않도록 하십시오.
주된 초점이 파일럿 플랜트 데이터 조정인 경우: 흐름을 비교하기 전에 모든 측정을 일관된 몰, 온도, 압력 및 습/건 기준에 따라 표현하십시오.
주된 초점이 액체 제품 회수인 경우: 응축물 조성을 측정하거나 추정하고 용해된 흡수기 용질을 액체 제품 밸런스에 포함하십시오.

신뢰할 수 있는 흡수기 설계는 원래의 뜨거운 가스 공급물이 아니라 상류 응축 후 실제로 흡수기에 도달하는 흐름에서 시작됩니다.

요약 표:

영역	상류 응축의 영향	필요한 조치
가스 유량	총 가스 몰 유량 감소	흡수기 공급량 계산 전 응축 증기 제거
가스 조성	잔류 용질 몰 분율 증가 가능	가스상 조성 재계산
분자량	가스 평균 분자량 변화	질량 유량, 밀도 및 속도 업데이트
기액비	가스 유량 및 용매 수요 변화 가능	조작선 및 용매 속도 재계산
흡수기 사이징	직경, 충전물 높이 또는 트레이 요구 사항 변화 가능	흡수기 입구 조건에서의 유량 및 조성 사용
열교환기 부하	응축으로 인한 잠열 부하 추가	밸런스에 현열 및 잠열 포함
액체 관리	응축물에 용해된 용질 또는 동반 물방울 포함 가능	분리기 사용 및 응축물 조성 추적
파일럿 측정	습/건 및 기준 조건 차이로 인한 결과 왜곡	일관된 몰 기준으로 모든 흐름 조정

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