(공유) 공기 분리용 정렬 충전재의 성능 및 특징 소개

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규칙적인 충전재는 비표면적이 크고 구조가 규칙적이며, 공극률과 유량이 많고 압력 강하가 적으며, 운전의 유연성이 높은 등의 장점이 있다.패킹 타워의 직경이 커짐에 따라, 사람들은 패킹 구조를 최적화하고, 고효율·저압력강하·대유량 특성을 갖춘 다양한 규격과 소재의 패킹을 개발하는 것, 타워 패킹과 내부 부품들 간의 최적화된 조합, 그리고 패킹층 내 액체의 유동과 분포에 대한 연구에 더욱 중점을 두고 있습니다. 1960년대 이후에 개발된 스크린 웨이브 패킹과 플레이트 웨이브 패킹은 현재 가장 널리 사용되고 있는 규칙적인 형태의 패킹입니다. 현대적인 규칙적인 충전재라면 술츠사를 가장 먼저 추천합니다.1960년대에 이 회사는 금속 와이어 메쉬 형태의 물결 모양 충전제를 개발했습니다. 1977년에는 판형 물결 모양의 Mellapak 충전제가 출시되었으며, 1994년에는 구조가 새롭고 다중 채널을 가진 Optiflow 충전제가 개발되었습니다. 이러한 사실들은 규칙적인 구조를 가진 충전제에 대한 연구와 개발이 계속되고 있음을 보여줍니다.일본 미쓰비시 상사가 출시한 Mc-pak 패킹은 대부분 Mellapak 패킹을 모델로 합니다.최근 몇 년간 스위스의 KUHNI사가 개발한 Rombopak 충전제와 독일의 RASCHIG사가 개발한 Ras-chig-Superpak 충전제는 성공적으로 활용되고 있습니다. 우리나라는 1960년대부터 정형 충전제에 대한 체계적인 연구 개발을 시작하여, 현재는 상당히 완성된 과학연구 및 생산 체계를 갖추고 있습니다.천진대학교와 영국의 애스턴대학교는 UnaPak이라는 이름의 펄스형 규칙적 충전재를 공동으로 개발했습니다；칭화대학교와 상하이 화공연구원은 각각 압연판형 물결 모양의 충전재를 개발했습니다；중국석유화학 루양공정회사는 LH형 규칙적 충전재를 개발했습니다.그중 톈진대학교의 증류기술 국가공학연구센터는 고효율 패킹을 기반으로 새로운 형태의 고효율 웨이브 패킹인 양방향 웨이브 패킹을 개발했습니다.이 종류의 충전재는 전달 표면적이 크고, 기체 및 액체의 흐름 경로가 최적화되어 있으며, 수평 방향으로의 확산 능력도 뛰어납니다. 또한, 막힘 방지 능력, 강도, 압력 강하, 그리고 통과 능력 측면에서도 금속 제작된 공판형 주름 충전재보다 훨씬 우수합니다. 최근 들어 정밀화학, 석유화학, 비료 산업 등이 급속히 발전함에 따라, 다양한 신형 탑 충전제에 대한 연구가 사람들의 관심을 끌고 있습니다.고효율 충전제의 개발과 산업적 응용을 통해, 규칙적인 구조를 가진 충전제, 특히 물결 모양의 충전제가 뛰어난 우수성을 지닌다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 충전제들은 기존의 충전제나 일부 판형 탑을 대체하는 데 있어서 효과적입니다.신형 충전제의 개발 및 대규모 산업적 응용은 현재 국제적으로 탑 장치에 관한 연구와 응용 분야에서 이루어진 중요한 성과입니다. 1. 규칙적인 충전재의 압력 강하가 현저히 낮음. 규칙적인 충전재에서는 기체와 액체의 두 상이 막 형태로 접촉하기 때문에, 체판형 탑에서의 기포 형태의 접촉과는 다릅니다. 따라서 충전재형 탑의 압력 강하는 체판형 탑의 1/4~1/6에 불과합니다.규칙적인 충전재를 사용하는 탑의 작동 저항은 3.5~4.2kPa이며, 하부의 작동 압력은 35~45kPa에 불과합니다. 하부 탑에서는 일반적으로 체판형 탑이 사용되며, 작동 저항도 변하지 않습니다. 따라서 하부 탑의 작동 압력은 0.05~0.06MPa 정도 낮아지며, 보통 0.44~0.48MPa가 됩니다. 이렇게 하면 공기압축기의 동력 소비를 5%~7% 줄일 수 있습니다. 2. 규칙적인 충전재를 사용하면 분리 효율이 높아집니다. 상부 탑의 작동 압력이 낮을수록 산소, 질소, 아르곤의 분리가 더욱 용이해집니다. 특히 산소와 아르곤의 분리에 있어서는, 산소의 추출율은 1%~3% 정도 향상될 수 있으며, 아르곤의 경우에는 5%~10% 정도 향상될 수 있습니다. 실제로 공기분리장치에서 산소의 추출율은 99% 이상에 달하며, 아르곤의 경우에는 80% 이상에 달합니다. 증류탑의 추출율은 상당 부분, 탑에 공급되는 팽창된 공기의 양에 달려 있습니다. 특히 아르곤의 추출율에 큰 영향을 미치므로, 터빈 팽창기의 등엔트로피 효율과 압력 증가기의 압력 증가비를 지속적으로 향상시키는 것이 증류탑의 추출율을 높이는 데 있어 핵심입니다. 3. 규칙적인 충전재의 유지액량은 적음. 규칙적인 충전재를 사용하는 탑의 경우, 유지액량은 일반적으로 탑의 부피의 1%~6%에 불과한 반면, 체판형 탑의 경우에는 탑의 부피의 8%~10%에 달한다.유지량이 적다는 것은 액체가 탑 내에서 머무는 시간이 짧고, 운전 압력 강하가 작아 다양한 조건에서의 운전에 유리하다는 의미입니다.규칙적인 충전탑의 설계 범위는 40%～120%에 이를 수 있습니다.상강 5공장의 12,000m3/h 용량의 공기분리장치에서는, 규칙적으로 배열된 충전재를 사용함으로써 산출되는 산소의 양을 9,000~14,000mm3/h 범위 내에서 조절할 수 있습니다. 또한, 운전 부하는 75%~117% 범위에 불과합니다. 4. 규칙적인 충전재의 공극률이 높음: 규칙적인 충전재의 공극률은 95% 이상입니다.체크플레이트 탑에서는 구멍이 뚫린 판의 면적이 탑의 단면적의 80%를 차지하며, 개구율은 8%~12%에 불과하여 이는 충전층의 공극률보다 훨씬 낮습니다.동일한 부하에서는, 패킹 탑의 탑경이 체판 탑보다 작다；일반적으로 그 단면적은 체판탑의 약 70%에 불과하며, 이는 대형 공기분리장치의 경우 탑의 크기를 줄이는 것이 운송에 유리하기 때문입니다. 5. 장비의 시작 시간이 크게 단축됩니다. 공기분리장치의 시작 과정은 제품이 생성되지 않는 상태에서 이루어지므로, 시작 시간을 단축하는 것은 공기분리장치의 에너지 절약 및 비용 절감을 위한 방법 중 하나입니다. 공기분리장치의 시작 시간이란, 팽창기가 작동하기 시작하여 산소가 생성되기까지 걸리는 시간을 말합니다. 정렬된 충전재를 사용하면 정상적인 증류 과정에서 필요한 액체의 양이 크게 줄어들어, 공기분리장치의 시작 시간도 크게 단축됩니다. 일반적으로 시작 시간은 26~30시간밖에 걸리지 않습니다. 6. 아르곤 분획의 산소 함량은 약 90% 정도입니다. 이를 저온 증류법을 사용하여 1～2×10-4% 수준으로 직접 낮추려면, 증류탑에 필요한 이론적인 탑판 수는 약 180개가 필요하며, 체크플레이트 탑의 경우에는 약 300개가 필요합니다. 또한 압력 저항도 약 100kPa에 달하기 때문에, 원료 아르곤을 탑 밖으로 배출하는 것은 불가능합니다. 반면, 규칙적인 충전재를 사용할 경우에는 높이가 약 45m 정도가 필요합니다.저항은 14~16kPa에 불과하여, 전정제 아르곤 공정의 실현이 가능해졌습니다.