HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.151~ 연습문제 레포트 - 4. 단위조작 6.2 탑의 정확한 설계(Rigorous solution of Columns)

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HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.151~ 연습문제 레포트 - 4. 단위조작 6.2 탑의 정확한 설계(Rigorous solution of Columns) 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

4. 단위조작
　6.2 탑의 정확한 설계(Rigorous solution of Columns)

<연습문제>

<연습문제>

<연습문제>

본문내용

3.20kg/s로 증류탑에 공급된다. 이 공급 스트림의 압력은 120kPa이다. 유출액의 유량과 조성은 각각 2.14 kg/s과 0.999 (Methanol)로 측 정되었다. 증류탑의 단수는 30이며 공급 스트림의 위치는 16단이다. 응축기와 재 비기의 압력은 각각 101.3 kPa과 120kPa이다. 또한 boilup rate 은 15.09kg/s 이다. 각 단의 효율은 같고 재비기의 효율이 100%라고 가정할 때 증류탑의 총괄 효율은 얼마인가? 또한, 각 단의 조성 Profile을 확인하고 탑의 조업에 대한 의견 을 제시하라, 응축기의 종류는 완전 응축기이다.
① 메탄올과 에탄올을 Componenet List 로 추가하고 물성패키지는 NRTL을 사용한다.
② 기본적인 증류탑의 스펙을 알기위해 먼저 Shortcut Column을 추가하고 그림과 같이 입력한다.
③ Feed 값은 문제의 조건처럼 압력, Vapour 값, 질량유속을 입력하고 Co
-mposition을 입력하면 다음과같이 Feed가 활성화된다.
④ 그림과 같이 문제에서 주어진 조건대 로 Heavy Key의 에탄올의 분율을 0.
001로 입력하고 응축기와 재비기의 압력을 지정해준다.
⑤ 다음으로 Light Key의 분율을 알아야 하는데 문제에서 유출액의 유량이 2.1
4kg/s = 7704kg/h 이기 때문에 Wor
-k Sheet에서 유출액의 유량이 7704
kg/h가 되는 분율을 찾으면 그림과 같 이 0.0352가 나온다.
⑥ 그림과 같이 총 30단에 Feed는 16단 으로 들어간다고 조건대로 입력한다.
⑦ 압력입력창에서 응축기와 재비기의 조 건대로 입력한 뒤 마지막 화면에서 Liquid Rate를 240.3kmol/h, 환류비 는 최소환류비 2.005의 1.2배인 2.40
6으로 입력한다.
⑧ Worksheet를 확인해보면 Methanol 의 분율이 0.9965로 0.999에 도달하 지 못한 것을 볼 수 있다. 이를 지정 하기위해서 Adjust Block을 사용한 다.
⑨ 다음 그림과 같이 Step Size는 0.02 최솟값은 1.5 최댓값은 10 반복횟수 는 100을 입력한다.
⑩ 계산이 완료된 후 증류탑의 Workshe
-et의 Composition을 살펴보면 아직 우리가 원하는 값인 0.999에 도달하 지 못한 것을 볼 수 있다. 여기서 Tolerance 값을 0.00005까지 줄이면 그림과 같이 0.999에 도달한 것을 볼 수 있다.
⑪ 이때의 환류비를 살펴보면 그림과 같 이 3.086까지 증가한 것을 볼 수 있 다.
⑫ 모든 계산이 완료된 Profile을 살펴보면 단이 아래로 내려갈수록 압력과 온도가 증가하는 것 을 볼 수 있다. 여기서 탑의 조업에 대해서 이야기 해보면 각 단의 효율이 같고 재비기의 효 율이 100%라고 했기 때문에 이를 이용하면 더욱 경제적인 조업을 할 수 있다. 가령 단 효율 이 똑같기 때문에 앞서 환류비를 올리는 대신 공급단의 위치를 재비기에 가깝게 지정한다면 조업 효율 향상에 도움이 될 것이다.
⑬ 다음으로 문제에 있는 총괄단효율을 구해야한다. 총괄단효율
이고 이론단수는 Short Cut에서 18.9였다. 결국 총괄단효율은 18.9/30 = 0.63이다.
<연습문제>
5. 20℃의 공기 스트림은 8 mol%의 CO2와 0.05 mol%의 물을 포함하고 있다. 15℃의 순수한 물을 이용해 공기 중의 CO2를 제거하려고 한다. 이 조건으로 흡 수탑을 떠나는 공기는 0.1% 이하의 CO2만 포함해야한다. 이 흡수탑의 조업시 압 력은 7.5atm 이다. 만약 이 흡수탑이 8개의 평형단을 갖고있다면 공급스트림 1mol당 어느정도 물이 필요할 것인가? 물이 용매로서 적절한 선택인가?
① 물과 CO2, Air를 Component로 설정 하고 물성패키지는 Peng-Robinson을 사용한다.
② 그림과 같이 흡수탑을 추가하고 각 스트림을 지정해준다. 평형단수는 문 제에 주어진 대로 8개단으로 한다.
③ Next를 누르면 다음과같이 압력을 입 력하는 창이 뜨는데 문제에 주어진 대 로 7.5atm을 입력한다.
④ 다음으로 Water in 스트림을 지정하 는데 그림과 같이 Vapour 값은 0, 온 도와 압력은 문제에 주어진 조건대로 입력하고 유량을 임의로 100kmol/h로 지정한다.
순수한 물이기 때문에 Composition은 100% 물로 지정한다
⑤ 다음으로 Air 스트림의 조건을 지정해 준다. 그림과 같이 온도, 압력은 문제 에 주어진 조건대로 지정하고 유량은 임의로 100kmol/h를 지정한다. 다음 으로 물은 0.0005, CO2는 0.08, 나머 지는 Air로 지정해준다.
⑥ In 스트림의 조건설정이 끝나면 흡수 탑의 Run을 클릭하면 흡수탑이 수렴 한 것을 볼 수 있다. Worksheet를 살 펴보면 그림과 같이 Air out 스트림의 CO2가 0.0795로 원하는 조건인 0.001에 비해 상당히 큰 값임을 알 수 있다.
⑦ 이제 Adjust block을 이용해서 목표값 을 찾도록 한다. 그림과 같이 Adjust 할 Variable은 Water in 스트림의 유 량, 그리고 목표는 Air out 스트림의 CO2가 0.001 로 지정한다.
⑧ 그림과같이 Step size와 최솟값, 최댓 값을 설정하고 반복은 100회로한다. 이렇게 하면 100회반복할 동안 수렴 하지 않는데 지속적으로 100회를 반 복하다보면 결국 수렴하게 된다.
⑨ 그림과 같이 Air out 스트림의 CO2가 0.001임을 확인할 수 있다. 이때 Water in의 유량을 살펴보면 31965.8 kmol/h이고 공급스트림을 임의로 100
kmol/h로 지정했기 때문에 공급스트 림 1mole당 319.7 mole이 필요하다.
⑩ 결과적으로 공기 1mole 당 약 319mo
le 이라는 엄청난 양의 유량이 투입되 야 하기 때문에 조업 조건을 유지한다 면 물은 용매로 적합하지 않다는 것을 알 수 있다. 여기서 탑의 평형단수를 늘리거나 목표값을 낮춘다면 물도 사 용은 가능한 용매로도 볼 수 있다.
하지만 모든 조업조건이 그대로라면 물은 용매로 적합하지 않다.
다음 예제 리포트는 발표자이므로 생략하겠습니다.

키워드

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