【매일 한 문제】심화 질문 20160824: 재비등기관에는 어떤 형태가 있나요?
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3. 수평형 열흡입식 재비등기관
그림 3에 나타난 바와 같이, 공급액은 탑의 하부에서 들어와 재비등기관으로 유입됩니다. 액체는 케이싱 내에서 끓으면서 기화되어 밀도가 낮은 기체-액체 혼합물이 생성됩니다. 공급관과 배출관 내의 액체 밀도 차이로 인해 정압차가 발생하며, 이것이 유체가 자연스럽게 순환하는 원동력이 됩니다.가열 매체는 관 내부를 흐르며, 관로는 단일 흐름일 수도 있고 다중 흐름일 수도 있다.그 장점은 높은 순환률을 가지고 있어 유속이 빠르고 출구의 건도가 낮아진다는 것입니다. 이로 인해 고비점 성분들이 쌓이는 것을 방지하고 스케일이 생기는 속도도 줄어듭니다.관총이 수평 방향으로 배치되어 있고 유동 면적을 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 필요한 정압 높이가 낮습니다.단점은 쉘 측에 스케일이 생기면 청소하기가 매우 어렵다는 것입니다.배플과 지지판의 영향으로 인해, 높은 열류 조건에서는 국부적인 건조 현상이 발생할 수 있습니다.대형 열교환 재증발기의 경우, 유동이 균일하게 이루어지도록 하기 위해 여러 개의 관구멍과 연결 부품이 필요하며, 이는 필연적으로 재증발기의 제작 비용을 증가시킨다. 그림 3 수평형 열교환 재비등기관
넓은 끓는점 범위를 가진 유체의 경우, 경성분이 입구에서 증발하거나 중성분이 출구에서 농축되는 것을 방지하기 위해 수평형 교차판을 설치해야 합니다.유동 차단과 유동 불안정을 방지하기 위해 최대 열류 밀도를 제한해야 한다.이 유형의 재비등기는 중간 압력, 중간 온도차 및 낮은 정적 압력 헤드의 환경에 적합합니다. 4. 수직형 관측면 열사이프론 재비등기관
그림 4에 나타난 바와 같이, 끓는 과정은 관 내부에서 일어나며, 가열 매체는 케이싱 내부에 있습니다. 두 상의 혼합물은 높은 유속으로 배출관을 통해 탑 내부로 흘러 들어갑니다.배출관의 흐름 단면적은 적어도 관열의 전체 유동 면적만큼은 되어야 하며, 배출관의 압력 강하는 전체 압력 강하의 30% 미만이어야 합니다.배출관은 축 방향으로 뻗은 대직경 굽은 파이프를 통해 탑과 연결될 수도 있고, 측면에 있는 개구부를 통해 탑과 연결될 수도 있습니다.시험 결과에 따르면, 출구관의 구조는 재비등기의 성능에 거의 영향을 미치지 않지만, 출구관의 최소 흐름 면적은 재비등기의 성능에 상당한 영향을 미칩니다.유동 순환의 구동 압력은 탑 내부의 액체 풀의 수위 높이에 의해 제공됩니다.일반적으로, 탑 내의 액면과 재증기화기의 상부 튜브플레이트는 같은 수평면에 있습니다.진공 상태에서는 탑 내의 액면 높이가 튜브 어셈블리 길이의 0.15~0.18배가 될 수 있으며, 이를 통해 재증발기 내의 액체의 과냉각 거리를 줄일 수 있습니다.저압 머리와 높은 열유량 조건에서 발생하는 유동 불안정성을 제거하기 위해, 공급관에 밸브나 슬리브를 설치해야 합니다.탄화수소의 경우, 최적의 출구 건도는 011–0135 범위여야 하며, 물과 수용액의 경우에는 출구 건도가 0102–011 범위여야 합니다.배관의 직경과 길이는 충분한 순환량을 확보하고 건조가 발생하지 않도록 선택되어야 합니다. 그림 4: 수직형 파이프식 열삼투 재증발기
수직형 열삼투 방식은 순환 속도가 빠르며, 수평형에 비해 열전달 계수도 높습니다. 또한 스케일 형성을 효과적으로 방지할 수 있어, 특히 고분자 재료의 처리에 적합합니다.단점은 수직 파이프가 분해하거나 청소, 수리하기 어렵다는 것입니다.또한, 탑 바닥의 액면 높이는 재비등기관 상부의 튜브플레이트와 거의 같은 수준에 있습니다. 이로 인해 탑 바닥의 고도가 높아지고, 그 결과 건설 비용도 증가하게 됩니다.직립형 열유동 재비등기는 운전 조건에 매우 높은 요구사항이 있으며, 고진공 및 고압(임계 압력 근처), 그리고 점도가 높은 넓은 비등점 조건에서는 설계가 매우 어렵습니다. 이러한 조건에서는 가마식 재비등기를 사용하는 것이 가장 좋습니다.높은 정압두로 인해 발생하는 높은 끓는점 현상으로 인해, 낮은 열유량 조건에서는 순환량이 부족해질 수 있습니다. 따라서 이러한 종류의 재비등기는 작은 온도차가 있는 경우에는 적합하지 않습니다.그 최적의 적용 조건은 순수한 성분, 중간 압력, 중간 온도 차, 중간 열류 및 스케일이 잘 생기는 환경입니다. 5. 수직형 쉘사이드 열흡입 재증발기 그림 5와 같이, 끓음 과정은 쉘사이드에서 일어납니다.외부 측면에는 유체가 세로 방향으로 흐를 수 있도록 교차판이 장착되어 있습니다.수직 쉘사이드 재비등기는 특수한 상황에 적합하며, 이러한 상황에서는 가열 매체를 쉘사이드에 두는 것이 적절하지 않습니다.예를 들어, 폐열 보일러의 경우, 가열되는 유체의 부식성 때문에 특수한 금속 재료가 사용되어야 하며, 이때는 가열 매체를 관로 쪽으로 흘려보내는 것이 적절합니다. 그림 5 수직형 쉘사이드 열흡입 재비등기관 이러한 유형의 재비등기관은, 끓는 쪽의 유동이 균일하게 분포하도록 설계되어야 합니다. 이는 정체 구역이 생기는 것을 방지하고, 기체 상태의 물질 및 고비점 성분들이 축적되는 것을 막기 위함입니다.하지만 이 분야에 대한 설계 자료는 거의 없습니다.현장 테스트 결과에 따르면, 가장 큰 문제는 기체가 축적되어 국부적으로 과열이 발생하고, 그로 인해 상부 관판에 결함이 생기는 것입니다. 따라서 설계할 때는 두 상의 혼합물이 균일한 높은 유속으로 관판을 통과하도록 해야 합니다.이 유형의 재비등기의 가장 적합한 사용 환경은 중간 압력과 중간 온도 차이가 있는 조건에서의 순수 성분의 증발이며, 가열 매체는 반드시 관의 내부에 위치해야 합니다. 6. 강제 순환 재비등기관 비등 과정은 관의 내부에서 일어나며, 유체가 순환하는 데 필요한 동력은 고용량 펌프에 의해 제공됩니다.일반적으로 증발률을 1% 미만으로 유지하며, 유체는 출구관에 있는 밸브를 통과한 후 완전히 급증발합니다.강제 유동 재비등기의 최적 적용 분야는 심각한 스케일 형성과 매우 높은 점도를 가진 유체입니다.유체가 매우 높은 유속을 유지하고 증발률이 매우 낮은 조건에서는 스케일 형성 속도를 **줄일 수 있습니다. 하지만 이를 위해서는 유효 유속이 5–6m/s여야 하므로, 펌프의 제작 비용과 에너지 소비량이 매우 높아집니다. 7. 수직형 열유동 재증발기 ▲순환 추진력: 항온탱크 내 액체와 열교환기의 열전달관 내 기체-액체 혼합물의 밀도 차이. ▲구조가 컴팩트하고, 차지하는 면적이 작으며, 열전달 계수가 높습니다. ▲쉘 측은 기계적으로 세척할 수 없으며, 점도가 높거나 오염된 열전달 매체에는 적합하지 않습니다. ▲탑 바닥은 기체와 액체의 분리 공간 및 완충 구역을 제공합니다. 8. 수평형 열적상 재증발기 ▲ 순환 추동력: 항온탱크 내 액체와 열교환기의 열전달관 내에 있는 기체-액체 혼합물의 밀도 차이. ▲점유 면적이 크고, 열전달 계수는 보통이며, 유지보수와 청소가 용이합니다. ▲탑 바닥은 기체와 액체의 분리 공간 및 완충 구역을 제공합니다. 9. 강제 순환식 재비등기관 ▲고점도, 열에 민감한 물질, 고형물이 혼합된 용액, 그리고 비등열이 길고 증발비가 낮은 고저항 시스템에 적합합니다. 10. 가마형 재비등기관 ▲신뢰성이 높으며, 유지보수와 청소가 용이합니다. ▲열전달 계수가 낮고, 케이스의 부피가 크며, 차지하는 면적도 넓습니다. 또한 제작 비용이 높고, 스케일이 쉽게 생깁니다. 11. 내장형 재증발기 ▲구조가 간단함.열전달 면적이 작아 열전달 효과가 만족스럽지 않습니다.