소개글
"화학공학과 설계"에 대한 내용입니다.
목차
1. 화공열역학
1.1. 열병합 발전의 정의 및 분류
1.2. 열병합 발전의 원리
1.3. 열병합 발전소의 주요 구성 장치
1.4. 열병합 발전 시스템의 역할
1.5. 천연가스의 특성
1.6. 메탄의 연소반응 및 반응열 추산
2. 이동현상 실험
2.1. Mass transfer 실험
2.2. Film coefficient 실험
2.3. 마노미터 설계
3. 공정모사 - 평형 증류 설계
3.1. Plant 산업 개요
3.2. 상태방정식(EOS) 비교
3.3. 증류 공정 종류 및 특징
3.4. 자유도(Degree of Freedom) 설명
3.5. 열교환기, 펌프, 밸브 장치 설명
4. 참고 문헌
본문내용
1. 화공열역학
1.1. 열병합 발전의 정의 및 분류
열병합 발전이란 일반적으로 하나의 에너지원으로부터 전기에너지와 열에너지를 병합 생산 이용하는 종합에너지 시스템으로 정의된다. 국내에서 많이 이용되는 열병합 발전은 연료(기름, 가스, 석탄, 폐기물)를 연소시켜 고온 고압의 증기 또는 가스를 생산하여 일차적으로 전기를 생산하는 목적으로 이용한 후 그 여열 또는 일부의 열을 이용하여 산업체의 생산공정용 열(증기)이나 지역난방의 난방 및 급탕용 열등으로 이용하는 시스템과 산업체의 공정과정에서 발생하는 산업여열 또는 폐열을 이용하거나 폐기가스등을 연료로 하여 생산된 고온, 고압의 증기 또는 가스로 전력을 생산케 하는 시스템으로 구분 될 수 있다. 열병합 발전의 분류는 전기 및 열의 사용목적에 따라 주거 및 상업지역에 냉, 난방을 목적으로 하는 지역난방 열병합 발전과 산업체의 공정용 목적으로 저압증기를 공급하는 산업체 열병합 발전으로 분류되나 최근에는 사업계획 초기에 2가지를 모두 병용하여 전기 및 열생산을 극대화시켜 효율을 높이는 추세로 진행되고 있다.
1.2. 열병합 발전의 원리
열병합 발전 시스템(Cogeneration System)은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 발생시키는 종합에너지 시스템(Total Energy System)이다. 발전에 수반하여 발생하는 배열을 회수하여 이용하므로 에너지의 종합 열이용 효율을 높이는 것이 가능하기 때문에 산업체, 주거용 건축물 등의 전력 및 열원으로서 주목받고 있다. 즉, 열병합발전 시스템은 산업체, 건물 등에 필요한 전기, 열에너지를 보일러 가동 및 외부 전력회사의 수전에 의존하지 않고 자체 발전시설을 이용하여 일차적으로 전력을 생산한 후 배출되는 폐열을 회수하여 이용하므로 기존 방식보다 30~40%의 에너지 절약효과를 거둘 수 있는 고효율 에너지 이용기술이다. 최근 화력 발전소에서의 발전효율은 약 40% 정도이고 이것을 송전하는 데 발생하는 손실을 감안하면 이용효율은 35% 정도이나, 열병합발전 시스템으로부터의 발전효율은 발전기 형식, 용량 등에 따라 차이는 이으나 25~40% 범위 내에 있다. 그리고 발전 시의 배열은 발전량보다 1.5~2배 정도 발생이 되며 이것을 유효에너지로 회수할 경우 총효율은 75~90%까지 향상이 된다.
1.3. 열병합 발전소의 주요 구성 장치
열병합 발전소의 주요 구성 장치는 다음과 같다.
시스템의 주요 구성요소는 원동기인 가스터빈, 감속기어장치, 발전장치, 폐열회수장치, 가스압축기, 순수장치, 제어장치 등이다. 열병합발전용 가스터빈은 국내 기술수준 및 여건상 외국의 대표적 열병합발전용을 선정 적용하였으며 국내 제작한 대표적 요소부품으로는 폐열회수보일러, 제어판넬, 발전기를 비롯하여 시스템 설계를 하였다.
열병합 발전 시스템의 구성으로는 우선 열병합 설비와 지역난방설비로 구성된다. 열병합 설비는 가스를 이용하여 전기를 생산하는 가스터빈, 가스터빈의 폐열을 회수하여 증기를 생산하는 배열회수보일러, 발생된 증기를 이용하여 전기를 생산하는 증기터빈으로 구성된다. 지역난방설비는 열병설비의 증기터빈에서 배출된 응축수를 이용하여 중온수를 생산하는 열병합 온수열교환기, 열병합설비를 보조하여 지역난방수를 생산하기 위한 보조보일러 및 보조보일러 온수열교환기, 안정적인 중온수를 공급위한 중온수 저장조인 축열조로 구성된다.
열병합 발전소의 시설배치는 계획된 부지내에 효율적인 운전측면과 경제적인 측면, 주위 민원 등을 고려하여 설계하며 특히 지역난방 수용가에 공급되는 열수송배관은 도심, 하천, 지반침하 지역 등을 통과시켜 시공 및 유지관리가 어려우므로 시설배치시 입출입배관 위치 선정에 유의해야 한다.
열병합 발전 시스템의 주요 역할은 다음과 같다. 가스터빈 발전기 및 보조시스템은 압축기에서 압축된 공기와 천연가스가 연소기에서 연소하여 얻어진 고온고압의 연소가스를 터빈에서 팽창시켜 터빈을 회전시키고 발전기에 동력을 전달하여 전기를 생산한다. 배열회수보일러는 가스터빈에서 발생된 고온의 배기가스를 받아들여 증기를 생산하며 고압, 저압계통으로 구분되어 증기를 생산한다. 증기터빈 발전기는 배열회수보일러에서 공급되는 고압 및 저압증기의 열에너지를 운동에너지로 변환시켜 발전기를 구동시켜 전기를 생산한다. 지역난방 시스템은 열병합 발전소에서 생산된 열을 온수로 가열하여 주거 및 상업지역의 난방과 급탕에 공급한다.
따라서 열병합 발전소의 주요 구성장치는 가스터빈, 폐열회수보일러, 증기터빈, 지역난방 열교환기 등으로 이루어져 있으며, 이를 통해 전기와 열을 동시에 생산하여 공급하는 고효율의 종합 에너지 시스템을 구현하고 있다. 이러한 구성요소들은 각자의 역할을 충실히 수행함으로써 열병합 발전의 장점을 극대화시키고 있다고 볼 수 있다.
1.4. 열병합 발전 시스템의 역할
열병합 발전 시스템의 역할은 다음과 같다.
가스터빈발전기 및 보조시스템은 압축기에서 압축된 공기와 천연가스가 연소기에서 연소하여 얻어진 고온고압의 연소가스를 터빈에서 팽창시켜 터빈을 회전시키고, 팽창...
참고 자료
『천연가스를 이용한 열병합 발전설비』, 조현국, 에너지설비 제 29권 제3호, 2000년
『열병합발전 기술 가이드북』, p.20~p.35
『열병합발전 현황분석 및 전망』, 김동섭, 손정락. THE PLANTECH JOURNAL Vol.1 No.3, 2007년
[네이버 지식백과] 헤스의 법칙 (Basic 고교생을 위한 화학 용어사전, 2002.9.30, (주)신원문화사)
『화학공학열역학』, J.M.Smith, H.C.Van Ness, M.M.Abbott, 7th Edition,
물질이동 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=624998&cid=414&categoryId=414
확산계수 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=298307&cid=556&categoryId=556
Fick’s law : http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%94%BD%EC%9D%98_%ED%99%95%EC%82%B0_%EB%B2%95%EC%B9%99
화학공학열역학 7th edition(부록 Antoine Equation) / McGraw-Hill Korea
Peter Atkins, Julio de Paula, Physical Chemistry: Thermodynamics, Structure, and Change 8th ed., Freeman & Co, 2014, (pp. 32-35, 48-53, 66-67, 159-160, 202-208)
J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott, M. T. Swihart, 화학공학 열역학 8판, (김화용, 여영구, 임경희 옮김), Mcgrow Hill, 2018, (pp. 299~316)
