개념 한 쪽
공기 액화·분리와 관련된 설비는 불순물의 상변화와 기계 보호, 그리고 공정별 적합한 장치 선택이 핵심이다. 액체 산소나 아세틸렌 등 개별 가스의 제조·분리 공정에서 요구되는 안전 장치와 설비 구분 원리를 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「고온장치 및 반응기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 액화산소 설비의 비대상 장치 판별 | 1 | 액화산소 설비에 설치하지 않는 설비를 가리기 |
| 아세틸렌 공정과 설비 구분 | 1 | 아세틸렌 제조에 관련이 적은 설비를 선택하기 |
| 공기액화 장치의 불순물 제거 목적 | 1 | CO2 제거의 주된 목적을 장비 보호 관점에서 설명하기 |
액화산소 제조 설비는 산소 누출과 폭발 위험을 줄이기 위해 방액제, 가스 누출 검지 경보설비, 보안전력 설비 같은 안전 장치를 필수적으로 설치한다. 반면 플레어 스택은 탄화수소계 가스를 연소 소각하는 장치로서 액화산소 설비에는 해당되지 않는다. 보기는 설비의 용도 매칭을 통해 판단해야 한다.
아세틸렌은 탄화칼슘과 물의 반응으로 생성되며, 공정상의 핵심 설비는 가스발생기, 가스 청정기, 유분리기 등이다. 흡수탑은 기체 성분을 액체에 용해시켜 분리하는 석유화학 공정용 설비이므로 아세틸렌의 표준 설비 흐름과는 거리가 있다. 공정의 '발생-청정-분리' 흐름을 기준으로 설비를 구분해야 한다.
공기 액화 분리장치에서는 극저온에서 수분과 이산화탄소가 고체화될 수 있으므로, 이산화탄소를 사전에 제거하기 위해 흡착기를 설치한다. 고체화된 CO2가 팽창 터빈의 블레이드에 달라붙으면 터빈 손상과 효율 저하를 초래하므로, 터빈 보호가 주된 목적이다.
저온 공정의 밸브와 장치 설계에서는 열손실을 최소화하는 것이 중요하다. 밸브봉에 열전도율이 낮은 재료 사용, 밸브 본체의 열용량 최소화, 누설 방지 등은 절열 대책이 된다. 축냉기에서는 비열이 크고 열적 안정성이 우수한 자갈을 축냉체로 사용하여 열을 저장·유지한다.
왕복동식 팽창기와 압축기 등 기계 장치는 윤활유의 혼입 가능성, 효율, 팽창비 등의 특성을 가지고 있다. 왕복동식 팽창기는 윤활유가 필요하므로 가스와 윤활유의 혼입 우려가 있고, 팽창비와 효율 측면에서 특징을 이해해야 한다.
문제에서 액화산소 설비에 필요한 장치를 고르는 경우, 플레어 스택이 탄화수소 소각용이라는 점을 떠올려 제외하면 정답을 빠르게 찾을 수 있다. 아세틸렌 공정 관련 문제는 '발생-청정-분리' 장비 흐름과 흡수탑의 용도를 대조하면 오답을 제거할 수 있다. 공기 액화 분리 장치에서 CO2 제거 목적을 묻는 문항은 고체화에 따른 터빈 손상 방지라는 관점으로 접근해야 한다.
다음중 액화산소의 제조설비에 재해의 발생을 방지하기 위해서 설치하는 것이 아닌 것은?
정답 ② · 액화산소 제조 설비에 설치하는 재해 방지 시설을 살펴봅니다. 방액제는 비상 시 액체를 방출하기 위해 설치하며, 가스누출 검지 경보설비는 누출을 조기에 파악하기 위해 필수적입니다.
액화산소 설비는 탄화수소 가스 소각용인 플레어 스택을 설치하지 않으며, 방액제, 누출 경보, 보안 전력이 필수 안전 설비이다.
아세틸렌 제조 공정에 사용되는 설비로서 가장 거리가 먼 것은?
정답 ① · 아세틸렌 가스는 탄화칼슘(CaC2)과 물을 반응시켜 발생시키며, 주요 설비로는 가스발생기, 가스 청정기(불순물 제거), 유 분리기 등이 사용됩니다. 생성된 아세틸렌을 용해 또는 압축 저장하기 위해 아세톤을 사용하는 용해아세틸렌 방식을 쓰므로 흡수탑보다는 이와 관련된 설비가 쓰입니다.
아세틸렌은 탄화칼슘과 물 반응으로 생성되며, 흡수탑은 석유화학 공정용이므로 아세틸렌 설비와 거리가 멀다.
저압식 공기 액화분리장치에 탄산가스 흡착기를 설치하는 주된 목적은?
정답 ③ · 공기 액화분리장치에서 원료 공기 중에 미량 존재하는 수분과 이산화탄소(탄산가스)는 극저온 상태에서 얼어붙어 고체가 됩니다. 이 고체 입자들이 팽창 터빈의 블레이드나 노즐에 부착되면 터빈이 파손되거나 효율이 급감하는 치명적인 고장이 발생합니다.
탄산가스는 극저온에서 고체화되어 팽창 터빈의 블레이드를 손상시키므로 사전에 제거해야 한다.
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