HYSYS를 이용한 분리정제공정 프로젝트

소개글

HYSYS를 이용한 분리정제공정 프로젝트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◉ Solvent 선택
◉ 3가지 성분의 물성
◉ HYSYS Program 설계
◉ References

본문내용

nol, Aniline 등 여러 물질을 찾아볼 수 있었다. 그 중 Chlorobenzene과 Aniline을 이용하여 '1atm, 353.15K'에서의 분별증류를 시도했다. 각각 Reflux Ratio, Number of Stage, Inlet Position을 바꿔가면서 원하는 99%의 수율을 맞춰보려 했다. Chlorobenzene의 경우에는 단수를 100까지 높여도 70%정도의 수율을 얻지 못해서 Aniline으로 변경하였고, 변경 후 원하는 99%의 Cyclohexane을 얻을 수 있었다.
3가지 성분의 물성
Benzene
Cyclohexane
Aniline
끓는점
80.1℃
끓는점
80.74℃
끓는점
184.1℃
분자식
분자식
분자식
HYSYS Program 설계
ASPENONE HYSYS 8.0 버전을 이용하여 설계하였으며, 다음과 같은 순서로 진행하였다.
① HYSYS Program 작동
② File - New - Case를 선택하여 새로운 작업 시작
③ Component Lists에 3가지 물질인 Benzene, Cyclohexane, Aniline을 추가한다.
④ Fluid Packages에서 UNIQUAK, RK를 선택한다.
⑤ Simulation을 누르고 Palette를 이용하여 공정을 설계한다.
ⅰ) Material Stream 2개를 추가하여 Feed와 Solvent(Aniline)의 조건을 입력한다.
Feed
Solvent
Conditions탭
Temperature()
353.15
353.15
Pressure()
1
1
Molar Flow()
400
1100
Composition탭
Benzene
0.5
0
Cyclohexane
0.5
0
Aniline
0
1
ⅱ) Distillation Tower를 세우고 Tower의 조건을 순서대로 [Figure 7], [Figure 8], [Figure 9], [Figure 10]과 같이 설정한다.
ⅲ) Design탭의 Specs에서 Column Component Recovery와 Column Component Fraction을 추가하고 [Figure 11]과 같이 설정한다.
ⅳ) Design탭의 Monitor에서 각 사항들을 확인한 후 Run을 눌러서 작동시켜본다.(Converged 확인)
⑥ 첫 번째 Tower의 Residue에서 Benzene과 Aniline을 분리하기 위하여 새로운 Tower를 세운다.
⑦ 위에서 진행한 것과 마찬가지로 [Figure 14]와 같이 두 번째 Tower에 관련된 값을 설정한다.
⑧ Run을 눌러서 작동 후 Converged를 확인한 다음 상단 Home탭의 Worksheet를 클릭하고 Case(Main)을 눌러서 Compositions탭으로 이동하면 [Figure 15]와 같이 Feed, Solvent, 그리고 각각의 Product에 대한 Composition을 알 수 있다.
⑨ 원하는 수율을 얻지 못했을 경우, [Figure 16]의 빨간 네모로 표시한 바와 같이 Tower의 단수를 조정하거나 Reflux Ratio 값을 조정하면서 원하는 수율을 얻을 수 있는지 확인한다.
결과 분석
Worksheet에서 확인한 결과, 원하는 Cyclohexane의 99% 수율을 얻을 수 있었다. 그리고 두 번째 Tower에서도 Benzene을 99%로 아닐린과 분리할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 이런 상황의 조건은 그림과 같이 첫 번째 Column은 29단(Feed Inlet은 20단, Solvent Inlet은 3단), Reflux Ratio는 5, 두 번째 Column은 10단(첫 번째 Column에서 나온 Residue의 Inlet은 3단), Reflux Ratio는 5임을 알 수 있다.
또한, [Figure 18]과 [Figure 19]을 통하여 다른 조건이 동일한 상태에서 단수가 높아질수록 Cyclohexane의 수율이 높아지고 우리가 원하는 99%의 수율은 약 29단에서 얻을 수 있다는 것을 다시 한 번 확인했다. 그리고 Reflux Ratio 값에 따라서 무조건 증가하지 않고, 5 주변에서 수율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 Reflux Ratio를 세밀하게 조정하면서 구동시켰으면 좀 더 높을 수율(99% 그 이상)을 얻을 수 있을 것이라 기대된다.
References
[1] L.M.C Silva et al. "Azeotropic behaviour of (benzene+cyclohexane+chlorobenzene) ternary mixture using chlorobenzene as entrainer at 101.3 kPa" Dec 2005.
[2] 두산백과. “추출증류 : 지식백과 http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1147623&cid=40942&categoryId=32254"
[3] 두산백과. “추출증류 : 지식백과 http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=297025&cid=42412&categoryId=42412"
[4] BASIC CHEMICAL EnGINEERING OPERATIONS. "Azeotropic mixture benzene and cyclohexane Extractive Distillation process, solvent selection Construction of the residue curve(Example) http://engineeringoperations.blogspot.kr/2010/12/azeotropic-mixture-benzene-and.html"
[5] 위키백과. “벤젠 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B2%A4%EC%A0%A0” Oct 2005.
[6] 위키백과. “사이클로헥세인 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%AC%EC%9D%B4%ED%81%B4%EB%A1%9C%ED%97%A5%EC%84%B8%EC%9D%B8” Nov 2005.
[7] 위키백과. “아닐린 https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%84%EB%8B%90%EB%A6%B0” Mar 2003.

키워드

HYSYS,   분리정제공정 프로젝트,   3성분계 분리,   99% 수율,   HYSYS 분리정제