[화학공학] 고정층 반응기 설계(Fixed Bed Reactor Design) 고려 사항(1)_L/D 정하기

지난 번 글에서는 고정층 반응기(Fixed Bed Reactor)에 대해 알아보았고 FBR 반응기 설계 시 중요 인자 중 하나인 L/D 에 대해서 알아보고자 한다. FBR에 대한 다른 정보는 아래 목록을 참조하자

[공부/공학(Engineering)] - [화학공학] 고정층 반응기(Fixed Bed Reactor, FBR)

[공부/공학(Engineering)] - [화학공학] 고정층 반응기 내부 유동 흐름(Bubble, Trickle, Mist, Fulse Flow)

1. 정의

L/D는 반응기의 Length(높이)와 반응기의 Diameter의 비율을 말한다. Length의 경우는 촉매층 높이만으로도 할 수 있고, 아니면 반응기 T.L to T.L로도 할 수 있다. 보통은 후자의 Length로 하는 경우가 많다. 여튼 예를 들어 설명해보면 반응기 높이가 5,000 mm이고 반응기 Diameter가 1,000 mm라면 L/D는 5가 된다.

FBR의 L/D

 

2. FBR 반응기에서 L/D의 영향성

1) 일반적인 L/D 값

상업 공장에서 L/D는 보통 2~5 또는 그 이상이 정상이다.

 

2) L/D를 정하는 Factors

①Reaction Kinetics	반응 속도가 느리다면 더 많은 Residence Time을 갖기 위해 L/D가 클수록 더 큰 반응 면적을 제공하기에 적합하다
②Mass Transfer Limitation	Mass Transfer Limitation이 존재한다면 L/D가 클수록 반응 면적이 크기에 더 많은 Mass Transfer가 이루어짐(Diffusion Effect ↑)
③Pressure Drop	L/D가 크다면 Friction Loss로 인해 더 큰 ΔP(차압)가 야기됨 따라서 Pressure Drop이 주요 issue라면 L/D를 작게 가져가는 것이 도움이될 수 있음
④Field Engineering	궁극적으로 이러한 반응기 설치는 제한된 부지,  투자비 내에서 설치해야하기 때문에 이를 고려하여 최종 반응기 L/D를 설계해야함

 

3. 결론

오늘은 FBR 반응기 설계시 L/D Ratio를 어떻게 해야하는지 알아보았다. 해당 내용을 참고하여 연구 결과 및 Pilot 결과를 토대로 상업 공정에 적용해야 성공적인 시운전이 가능하다. 다음은 고정층 반응기 내부의 유동 흐름 종류를 알아보도록 하겠다.

[공부/공학(Engineering)] - [화학공학] 고정층 반응기 내부 유동 흐름(Bubble, Trickle, Mist, Fulse Flow)