소개글
"공정모사"에 대한 내용입니다.
목차
1. 공정모사를 통한 증류탑 설계
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.2.1. EOS (Equation of State)
1.2.2. VLE (Vapor Liquid Equilibrium)
1.2.3. McCabe-Thiele Method
1.2.4. Degree of Freedom
1.2.5. Distillation Column
1.2.5.1. Tray Column
1.2.5.2. Packed Column
1.2.6. Condenser
1.2.7. Reboiler
1.3. 실험 방법
1.4. 실험 결과 분석 및 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 공정모사를 통한 증류탑 설계
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 공정 모사 프로그램 UniSim Hysys를 이용하여 2성분 혼합물을 분리하는 증류탑을 설계하고, 이 과정에서 원하는 top, bottom 생성물을 얻기 위한 설계 조건을 결정하며, McCabe의 Thiele method 작도를 통해 구한 이상단수와 공정 모사의 결과를 비교하는 것이다. 이를 통해 증류탑 설계 과정을 실습하고 공정 모사와 이론적인 접근 방식 간의 차이를 확인할 수 있다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. EOS (Equation of State)
EOS (Equation of State)는 일반적으로 압력, 온도, 부피와 같은 상태변수 간의 관계를 나타내는 식을 의미한다. 이상기체의 상태를 나타내는 대표적인 상태방정식은 PV=nRT로, 압력(P), 부피(V), 온도(T), 그리고 기체의 몰수(n)를 변수로 나타낸다.
이상기체의 상태방정식을 보완하기 위해 다양한 실제기체 상태방정식이 제안되었는데, 그중 대표적인 것이 van der Waals 상태방정식, Redlich-Kwong 상태방정식, Soave-Redlich-Kwong (SRK) 상태방정식, 그리고 Peng-Robinson (PR) 상태방정식이다.
van der Waals 상태방정식은 실제기체의 분자간 인력과 배제체적을 고려하여 이상기체 상태방정식을 수정한 것이다. Redlich-Kwong 상태방정식은 van der Waals 상태방정식에서 임계온도의 제곱근에 비례하는 항을 추가하여 실제기체의 거동을 좀 더 잘 설명할 수 있도록 개선한 것이다.
SRK 상태방정식은 Redlich-Kwong 상태방정식에서 임계 압축인자 Zc의 값을 개선하여 유체의 증기압 추산 정확도를 향상시켰다. SRK 상태방정식은 현대 공정모사 프로그램에서 널리 사용되는 대표적인 모델이다.
PR 상태방정식은 SRK 상태방정식을 더욱 발전시킨 것으로, 액상의 밀도 계산 정확도가 SRK보다 우수하다. 특히 탄소 6개에서 10개 사이의 중간 영역 탄화수소 계열에 대해 좋은 성능을 보인다.
이 밖에도 NRTL (Non-Random Two Liquid) 모델과 같은 액-액 평형 모델도 활용되고 있는데, 이는 혼합 용액에서 이상 용액으로부터의 벗어나는 정도를 고려하여 활동도 계수를 계산하는 모델이다.
상태방정식은 화학공학에서 공정 모사와 열역학적 물성 계산 등 다양한 용도로 활용되고 있으며, 이를 통해 공정의 최적화와 안정성 확보에 기여하고 있다.
1.2.2. VLE (Vapor Liquid Equilibrium)
기-액 평형(Vapor-Liquid Equilibrium, VLE)은 기체상과 액체상 사이의 2상간 상 평형을 의미한다. 기체상과 액체상 간의 가장 중요한 평형 관계는 증기압과 온도의 관계이며, 이는 클라페이롱(Clapeyron)-클라우지우스(Clausius)의 식으로 대표적으로 표현된다.
혼합물의 경우, 압력과 온도 외에 조성을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 이에 따라 증류와 같은 분리 조작에서 활용되는 주요 기-액 평형 관계는 일정 압력에서의 기-액 평형 관계와 일정 온도에서의 기-액 평형 관계로 구분된다. 이러한 기-액 평형 관계는 액 조성 x를 가로축, 증기 조성 y를 세로축으로 하여 나타낼 수 있는 x-y 선도로 표현된다. x-y 선도에서 증기 조성이 평형 액체 조성보다 높은 경우, 이를 활용하여 증류와 같은 분리 공정을 수행할 수 있다.
기-액 평형은 증류 공정을 합리적으로 수행하기 위해 필수적으로 알아야 할 기초 자료이다. 증류에서는 혼합물 내 어느 성분의 농도가 평...
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