Chemical Process Simulation- 증 류 공 정 -

목차

1. Index
1. Index - Table of Contents

2. Abstract

3. Introduction

4. Background
4.1 화학공정 모사기(Chemical Process Simulator)란 무엇인가
4.2 화학공정 모사기의 특징 및 장점

5. 증류공정의 이해
5.1 증류공정의 종류
5.2 열역학적 평형
5.3 평형상수

6. 증류공정의 모델링
6.1 개요
6.2 컴퓨터 이전 세대의 방법
6.3 Rigopous Computational Methods
6.4 Rigopous Solution
6.5 평형 모델
6.6 단 효율

7. 증류공정의 계산 및 시뮬레이션
7.1 자유도
7.2 Matrix 작성
7.3 증류공정 프로그래밍
7.4 Preliminaty Design
7.5 몰분율의 변화

8. Conclusion

9. Reference

10. Postcript

본문내용

ed on Fig.15
8. Conclusion
지금까지 증류공정에 대한 전반적인 이해를 통해 모델을 세워 보았으며, 이 모델을 풀기 위해 수치해석적인 개념을 도입하여 프로그램을 작성해 보았다. 또한 증류탑의 원리를 이해하기 위해 시뮬레이션을 통해 증류탑을 이해하게 되었다.
증류공정 모델링 중 평형모델링은 한 단에 속해있는 액체와 기체는 기액평형을 가지고 있다는 가정 하에서 출발을 하며, MESH식이라는 4개의 주된 식으로 표시할 수 있다. 또한 각 단에 정해진 MESH식을 여러 단으로 확장시키면 하나의 matrix를 형성시키게 된다. 이미 matrix에 관한 풀이법은 상용화되어 있는 실정이기에 증류공정에 관한 문제는 쉽게 풀 수 있었다. 다만, 증류공정의 자유도 해석에서도 나타났듯이 증류탑의 초기 온도와 압력을 가정해 주어야 하고 반복계산을 통하여 증류탑의 온도를 찾아나가야 하기 때문에 손 작업이 힘듦을 알 수 있었다.
이와 같은 연구를 통해 이상적이나마 증류공정에 대한 전반적인 이해를 했으며, 어떤 조건에 따라 크게 영향을 받는지도 살펴 볼 수 있었다. 앞으로는 최근에 계속적으로 발표되는 열전달과 물질전달을 고려한 비평형 모델링을 세워 현재의 증류공정에 더욱 근접한 모델링을 세울 예정이다. 또한 더욱 정확한 시뮬레이터를 개발하여 증류공정에서 뿐만 아니라 전체 공정설계 및 공장설계에 이바지할 생각이다.
9. Reference
. Robert Treybal, Mass transfer operations, 3rd, McGraw-Hill, New york (1975).
. J. Smith, H. Van Ness , Introduction to chemical engineering thermodynamics, 4th, McGraw-Hill, New york(1987).
3). J. Smith, H. Van Ness , Introduction to chemical engineering thermodynamics, 4th, McGraw-Hill, New york(1987).
. Stanley Sandler , Chemical and engineering thermodynamics, 2rd, Wiely, Canada(1989).
. 정해권, “반응증류공정을 채택한 화학반응식 열 펌프 시스템의 최적설계”, 연세대학교 논문(1996).
. Hendrik Kooijman, Ross Taylor, A non-equilibrium model for dynamic simulation of tray distillation columns, AIChE J., 41, 8, (1995).
. Joe Haas, Rigorous distillation calculations, 2nd, Prentice-Hall, USA(1997).
. Joe Haas, Rigorous distillation calculations, 2nd, Prentice-Hall, USA(1997).
10. Postcript
Chemical Process simulator는 현재 가스 처리시설, 화학공장, 정유공장 등에서 경제적인 설계, 최적 조건 및 안정한 운전을 하는데 많은 도움을 주고 있다. 모든 공장 및 시설을을 설계할 때 우리는 steady-state의 조건을 가지고 설계를 하지만 결코 운전 및 emergency state에서는 정상 상태의 조건을 가지고는 기기 및 system이 견뎌 낼 수가 없는 때도 있다.
원료, 외부적인 환경의 변화, 열교환기의 Fouling, Catalytic degration, 운전 조건의 변화, 갑작스런 moving equipment의 멈춤 및 지원시설의 공급 중단 등이 정상상태에서 운전되는 공장을 혼란으로 이르게 한다. 따라서 process system의 이러한 transient behavior를 chemical process simulator로 미리 가상의 실험을 해보고 검토를 한다는 것은 아주 편리하며 신빙성이 있다고 볼 수 있다.
Process system의 design 및 optimization은 steady-state와 dynamic behavior의 검토가 동시에 이루어져야 하는데 steady-state model들의 정상상태에서의 열 및 물질수지는 각각 다른 운전 scenarios에서 얻을 수 있다. 따라서 design engineer는 steady-state simulator를 가지고 최대 생산량의 조건에서 운전비 및 투자비의 조절로서 공정의 최적화를 이룰 수 있으나 이러한 최적화 된 공정 system이 보증된 생산량과 순도 및 효율을 가지고, 안전하게 쉽게 운전이 되는지는 보장할 수 없다. 그렇다고 해서 실제로 설계·시험 가동을 하기에는 dynamic behavior가 조건이 다양하고 시간·인력·자금이 많이 들 뿐만 아니라 위험성까지 내포하고 있다. 따라서 이 때 chemical process simulator를 가지고 적은 비용과 투자로서 쉽게 확인을 할 수 있는 것이다.
Chemical process simulator는 각 unit operation에 해당되는 기기의 상세한 사양 조건을 입력하면 실제 운전 상태에서의 기능을 확인할 수 있는 기능을 갖고 있다. 또한 steady-state simulator에 의해 규명될 수 없는 부분에 대해서도 feed-back을 통한 모델 개선을 할 수 있는 장점이 있다.
이렇듯 여러 가지의 장점을 갖추고 있는 화학공정 모사기를 조사하면서 나름대로는 많은 지식을 얻을 수 있었다고 생각된다. 최소한의 투자로 최대한의 이윤을 추구해야 하는 기업의 입장에서 많은 시간과 인력과 자금을 투자하지 않고서 결과를 시뮬레이션을 통하여 미리 예측하고 정보를 얻을 수 있다면 이것은 기업의 경쟁력을 높이는 동시에 커다란 이윤을 창출할 수 있는 좋은 방법이라고 생각한다. 아직은 그 성과가 그리 크진 않지만 앞으로는 기존의 고전적인 방법에서 벗어나서, 컴퓨터의 발달과 더불어 이러한 공정 모사에 관한 기술이 무궁무진하게 발전할 것이라고 생각한다. 그 발전의 길에서 조금이나마 그에 관한 정보를 얻을 수 있어 유익했으며 이것으로 3차 보고서를 마치고자 한다.

키워드

증류,   화학공학,   몰분율