336e+004, S4는 Molar Flow가 440.0으로 Mass Flow가 8718로 약
({} S3{} : {}S4{} = {}0.903 {}: {}0.097 {})
으로 설정되어졌다.
E-101, E-102(Heat Exchanger)를 거친 stream인 S5와 S6의 온도가 37.78 에서 각각 -10.68 과 -10.49 로 낮아지며 근소한 차이를 나타내었다. 그 이후부터 stream은 온도와 압력과 Molar Flow, Mass Flow에서 역시 근소한 차이를 유지하며 진행되었고, 그 결과 GAS에서는 분자량이 적은 가벼운 분자들의 함량이 극소하지만 작은 차이를 보였다.
FLASH-1(Separator)는 냉각된 stream S8에서 결합이 커서 무거운 n-Pentane과 n-Hexane을 분리하여 다음의 Flash-2로 보내고 나머지는 상부로 배출한다. FLASH-2(Separator)는 열교환기에서 열을 얻은 stream을 다시 n-Pentane과 n-Hexane을 분리하여 distillation column으로 보내고 나머지는 상부로 배출한다.
두 번의 separator를 거쳐 들어온 stream을 분별 증류하여 하부는 n-Butane, n-Pentane, n-Hexane 의 결합이 큰 성분을 배출하고, 상부는 그 외의 그 외의 보다 가벼운 성분을 배출하여 두 separator에서 상부로 배출한 성분과 함께 M-2에서 혼합하여 Gas를 생산한다.
보고서를 쓰며 반복한 후 workbook의 변화를 비교한 결과, 전체적으로 동일한 FEED의 공급과 unit의 설정에서 오차가 가장 잘 일어날 수 있는 부분이 바로 heat Exchanger이라는 것을 짐작할 수 있었다.
이는 열교환기를 유체가 이동할 때, 유체유동양식에 따라 효율이 달라져 온도가 매번 조금씩 미세한 차를 나타내는 것으로 짐작된다.
유체의 유동은 수평유동에서는 중력이 반경방향으로 작용하므로 유동이 중심축에 대하여 반 대칭 형태를 가지며 상대적으로 밀도가 큰 액체는 아래쪽으로 쳐져 흐르는 경향이 있다. 수평유동의 경우 Tube외부에서 열이 가해지게 되면 유동양식이 유동방향에 따라 변하게 되는데, 유동양식 변화과정은 질량유속과 열 유속이 낮은 상태에서 나타는 현상으로 질량유속과 열 유속이 증가하면 유동양식의 변화과정도 달라지게 된다.
Tube벽에 의한 냉각이 어느 정도 빨리 이루어지는가에 따라서 유동형태가 다르게 나타나는데 높은 열 유속의 경우에는 과열상태로 흘러들어온 증기는 응축되면서 과냉상태의 액체로 되어 흘러가게 된다. 이 경우 Tube입구에서 증기의 유동에 따른 전단력에 의해서 유동형태가 지배되고, 하류로 내려갈수록 유체가 Tube단면의 채워가면서 액체 유동에 따른 전단력이 유동양식 변화의 주된 지배요인이 된다. 반면 낮은 열 유속에서는 과열상태로 흘러 들어온 증기는 출입구를 통해서 포화증기와 함께 빠져나가고 이 경우 Tube출구로 갈수록 중력에 의한 유동형태의 변화가 지배적이다.
Shell side로 유체가 지날 때 유체의 유동을 유도하는 단면적이 좁으면 상대적으로 전열에 비효율적인 유로로 많이 흐르게 된다.
7. 결 론
HYSYS를 이용한 두 번째 실험이라 비교적 손쉽게 설계할 수 있었다. 다만 처음과 달리 장치가 많이 쓰였고 아직 프로그램을 완벽하게 숙지하지 못한 탓에 처음 설계할 때는 오류를 발견하지 못해 처음부터 다시 하는 번거로움을 겪었다.
실제로 공장을 짓지 않아도 시뮬레이션으로 설계해 봄으로써 공정상의 안전을 향상시키고 작업 환경상 발생하는 사고를 줄이며 경제적으로도 많은 절감을 가져왔으리라 예상된다.
HYSYS를 사용하면서 편리한 점 중 하나는 내가 원하는 것을 바로 찾아서 동시에 두 화면을 볼 수 있다는 점이었다. 특히 Work Book의 경우, 각 Material Stream과 Composition를 한 표 안에 모아 두어서 공정의 과정을 한눈에 알 수 있었고, 각 unit를 두 번 클릭하면 그 unit에 대한 자료가 바로 나왔다. 또, 설계 중 잘못 연결된 부분은 색이 그대로 존재하고 제대로 연결된 부분은 노란색이 검은색이 되고, 빨강ㆍ파랑 선으로 나타내는 점 또한, 보다 쉽게 잘못 된 부분을 찾을 수 있도록 제공했다.
HYSYS를 사용하면서 가장 어려웠던 부분은 각 unit를 설계하는 과정이었다. 아무래도 복잡한 계산 과정을 요구하다 보니 조그마한 오차가 생겨도 그 값을 읽어내지 못했다. 결국 시행착오를 겪어 가며 느낀 점은 설계할 때 처음부터 stream의 경로에 따라 하나씩 하나씩 진행하며 앞으로 나아가는 수밖에 없다는 것이다. 그렇지 않으면 어디에서 오류가 나는지 모를뿐더러 그 과정에 대해서도 쉽게 이해가 되지 않았다.
이번 실험을 HYSYS를 보다 잘 사용하게 되어 좋았고, 실험을 마친 후에도 다소 이해가 부족한 면이 있기는 하지만 실제 복잡한 현장에 대한 두려움을 극복하는 데, 그리고 공장의 전체적인 흐름을 이해하는 데 있어서 무척 유익한 시간이 었던거 같다.
8. 참고문헌
http://www.aircondition.co.kr/
http://100.naver.com/100.php?id=108009
http://100.naver.com/100.php?id=79436
http://www.chemtech.com.ne.kr/exchanger3.htm
http://doies.kinst.ac.kr/fur/sview.asp?idx=12
http://myhome.naver.com/yiruni/hysys.files/frame.htm
http://203.253.169.34/lecture/mass/%BA%B8%C3%E6/%C1%F5%B7%F9%28E%29/distileqp.htm
분리공정 동아대학교출판부 박동원 편저 p 67~74
화학공학 동아대학교출판부 박동원 편저 p 180 ~ 184, p270 ~ 275, p291
9. 건의사항
책에 나와 있는 설계를 바탕으로
온도나 압력을 조정했을 때의 변화와 설계된 장치가 빠졌을 때의 변화 등
다양한 조건으로 설계해보고 비교하는 등
완벽하지 않게 제시된 설계를 보다 완벽하게 설계하는 기회가 주어졌으면 좋겠습니다.