HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.86~104 연습문제 {단위조작, Heat Exchanger(열교환기) 단일 단 분리 장치}

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HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.86~104 연습문제 {단위조작, Heat Exchanger(열교환기) 단일 단 분리 장치}에 대한 보고서 자료입니다.

목차

4. 단위조작
　4) Heat Exchanger (열교환기)

4. 단위조작
　4) Heat Exchanger (열교환기)

4. 단위조작
　5) 단일 단 분리 장치

<연습문제>

<연습문제>

4. 단위조작

<연습문제>

4. 단위조작

4. 단위조작

<연습문제>

<연습문제>

본문내용

장치는 지금까지의 블록들 보다 훨씬 복잡하다.
6.1 단순 증류탑 모델(Short Cut Distillation Columns) : 단순 증류탑 블록은 원 하는 분리를 얻고자 할 때 필요한 단수, 공급단의 위치, 환류비 등 대략적인 값을 구할 수 있다.
① Component로는 methanol과 2-Pro
panol을 추가하고 물성패키지는 NRT
L을 사용한다.
② Short Cut Distillation을 추가하고 그림과 같이 PFD를 설정한다.
③ 예제에 주어진대로 포화액체이기 때문 에 Vapor Fraction을 0, 압력을 101
kPa, 유량을 10 kmol/h 로 입력하고 Composition을 0.5씩 입력하면 Feed 의 계산이 완료된다.
④ Parameter에서 Condenser와 Reboil
-er의 압력저하가 없다고 가정하고 각 각 101kPa을 입력한다. 다음 Light Key를 메탄올 0.1로, Heavy Key를 2-Propanol 0.08로 지정하면 최소환 류비가 계산된다.
⑤ External Reflux Ratio를 1.454의 약 1.2배인 1.75를 입력하면 모든 계산이 완료된다.
⑥ 이제 Preformance 창으로 들어가면 그림과 같은 값들을 얻을 수 있다. 최 소단수는 6.5, 실제단수는 환류비 1.75를 기준으로 16이며 최적 공급단 의 위치는 8로 계산된 것을 볼 수 있 다.
<연습문제>
1. 증류탑 초기 설계 단계에서는 원하는 분리를 얻기 위해 필요한 평형단수의 대략 적인 값을 결정 해야한다. 본 문제에서는 101.3kPa에서 benzene, toluene, cumene으로 구성된 포화 액체 혼합물이 있고 각 성분의 유량은 33kmol/h로 총 유량은 99kmol/h이다. 증류탑을 이용해 toluene과 cumene을 분리해야하며 각 성분의 95%를 회수하려한다. (유출액과 빠져나간 탑저의 cumene) 따라서, 모든 benzene이 유출액과 빠져나간다면 cumene의 유출액 몰 분율은 0.025이고 탑저의 toluene 몰 분율은 0.05이다. 이 몰 분율이 맞다고 가정하고 최소 환류비를 결정하 라. 증류탑은 최소 환류비의 1.5배 값의 환류비로 운전될 것이다. 필요한 단수와 최적 공급단의 위치를 결정하라. 대략적인 재비기와 응축기의 duty는 어떻게 되는 가? 또한 Benzene이 유출액으로 모두 빠져 나가는지 답하여라.
① 그림과 같이 Component로는 Benzen
-e, Toluene, Cumene을 입력하고 물성패키지는 NRTL을 사용한다.
② 그림과 같이 Short Cut Distillation을 PFD에 추가하고 Distillation의 스트 림을 예제와 같은 방법으로 생성시킨 다.
③ 다음으로 Feed값을 설정하는데 포화 액체혼합물이기 때문에 Vapor Fracti
-on값을 0, 압력을 101.3kPa, 유량을 99kmol/h로 입력하고 Composition 을 각각 0.3333으로 입력한다.
④ 다음으로 Parameter 탭으로 가서 Co
-ndenser와 Reboiler의 압력강하가 없다는 가정하에 101.3kPa을 입력한 다.
그리고 Light Key는 탑저의 Toluene 0.05, Heavy Key는 탑상부의 Cume
-ne 0.025를 입력하면 최소환류비가 0.307로 계산된다.
⑤ 문제의 조건대로 최소환류비의 1.5배 의 환류비를 조업 환류비로 결정하고 0.461을 입력하면 모든 계산이 완료된 다.
⑥ 결과를 확인하기위해 Performance탭 으로 들어가면 그림과 같은 결과를 얻 는다.
⑦ 필요한 최소 단수는 4.766 즉 5단, 실 제 필요한 단수는11.769으로 12단 그 리고 최적공급단의 위치는 6.304로 6 단임을 알 수 있다.
⑧ Condenser의 Duty와 Reboiler의 Duty값은 각각 -3237843.896kJ/h, 3501047.725kJ/h 임을 확인할 수 있다.
⑨ 그림에서 보면 유출액인 'Toluene' 스 트림에 대부분의 Benzene 이 빠져나 가고 탑저 스트림인 'Cumene'의 Ben
-zene 조성은 0.0007임을 알 수 있 다. 즉 대부분의 Benzene이 유출액으 로 모두 빠져나간다.
<연습문제>
2. 위 문제에서 제시된 증류탑으로부터 나오는 유출액을 다른 증류탑으로 보내 추 가적인 분리를 하려한다. Benzene은 99mole% 순도로 정제되어야 하고 최소한 공 정에 들어간 총량(33kmol/h)의 95%는 회수 되어야 한다. 조업 환류비가 각각 최 소 환류비의 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2배 일 때 평형 단수, 최적 공급단 위치, 재비기와 응축기의 duties를 구하여라.
① 1번 예제의 PFD에 Short Cut Distill
-ation을 추가하고 그림과 같이 스트 림을 지정한다.
② 다음으로 Parameter 탭으로 가서 Co
-ndenser와 Reboiler의 압력강하가 없다는 가정하에 101.3kPa을 입력한 다.
③ Heavy Key는 탑상부 Toluene 0.01, Light Key는 탑저의 Benzene인데 문 제에서 총량 33kmol/h의 95%를 회 수한다고 했으므로 탑저로 가는 Benz
-ene은 1.9635kmol/h 가 나온다. 이 를 이용해서 Benzene의 Mole Fracti
-on을 계산하면 0.0472가 나온다. 이 를 입력하면 최소환류비가 1.201로 계 산된다.
④ 최종적으로 조업환류비가 최소환류비 인 1.201의 1.2배, 1.4배, 1.6배, 1.8 배, 2배 일때의 단수, 최적공급단의 위치, 재비기와 응축기의 Duties를 구 하기 위해 그림과 같이 Databook의 Record를 사용한다.
⑤ 그림과 같이 실제 단수는 각각 20단, 17단, 15단, 14단, 13단 으로 줄어드 는 것을 볼 수 있다.
⑥ 조업을 위해 필요한 최소단수는 8단 에서 변하지 않는 것을 볼 수 있다.
⑦ 최적공급단의 위치는 13단, 11단, 10단, 9단, 8단으로 줄어드는 것을 볼 수 있다.
⑧ Condenser와 Reboiler의 Duty값은 그림을 통해 확인할 수 있고 점점 증가하는 것을 볼 수 있 다.

키워드

HYSYS,   하이시스,   공정설계,   연습문제,   부산대,   열교환기,   단일 단 분리 장치,   HYSYS 이용한 공정설계