소개글
"Aspen Hysis"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 이론
2.1. 증류
2.1.1. 단순증류
2.1.2. 분별증류
2.1.3. 추출증류
2.1.4. 공비증류
2.1.5. 감압증류
2.2. 증류탑
2.3. 환류비
2.4. 이론단수의 결정
2.5. Peng-Robinson equation
3. 실험 기구 및 시료
3.1. 실험 기구
3.1.1. HYSYS software
3.2. 시료
4. 실험 방법
4.1. Recycle 없는 공정
4.2. Recycle 있는 공정
5. 실험 결과
5.1. Recycle 없는 공정
5.2. Recycle 있는 공정
6. 결론 및 고찰
6.1. 결론
6.2. 고찰
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
HYSYS를 이용한 화학공정 설계 자동화의 실험 목적은 HYSYS를 이용하여 화학공정의 설계 simulation을 통해 HYSYS program 사용법을 익히는 것이다. 증류는 상대휘발도(끓는점)의 차이를 이용하여 액체 상태의 혼합물을 분리하는 방법이다. 단순증류, 분별증류, 추출증류, 공비증류, 감압증류 등의 증류법에 대해 설명하였다. 증류탑은 증기압이 다른 액체 혼합물에서 비휘발도를 이용해서 혼합물의 특정 성분을 분리하는 것을 목적으로 하는 장치이다. 환류비는 증류탑의 상부에서 응축된 응축액을 환류시키는 비율이며, 이론단수는 칼럼 안에 가상적으로 존재하는 단(plate)의 개수로 분리 효율을 나타내는 척도로 사용된다. Peng-Robinson equation은 기체 상태 해의 정확도를 유지하면서 액체의 특성을 예측하는데 가장 적합한 상태방정식이다. HYSYS software는 화학공정 전반에 걸쳐 정상 상태, 최적화, 다이나믹 시뮬레이션 등이 하나의 패키지로 통합된 시스템이다. 실험에서는 n-Heptane, Toluene, Phenol을 시료로 사용하였다. Recycle 없는 공정과 Recycle 있는 공정으로 나누어 실험을 진행하였다. 실험 결과, Recycle 없는 공정과 Recycle 있는 공정 모두에서 최적 단수를 찾아 높은 순도의 n-Heptane과 Toluene을 분리할 수 있었다. Recycle이 있는 경우 Recycle이 없는 경우보다 약간 높은 순도를 보였다. 이를 통해 HYSYS를 이용한 화학공정 설계 시뮬레이션이 효과적이며, 적절한 환류비와 이론단수 설정이 중요함을 알 수 있었다.
2. 실험 이론
2.1. 증류
2.1.1. 단순증류
단순증류는 한 종류의 액체를 끓는점 이상으로 끓인 후 냉각시켜 불순물을 제거하는 증류법이다. 불순물이 고체일 때 사용하며, 액체일 때라도 끓는점 차이가 크면 사용 가능하다. 단순증류는 빠르고 저렴한 방법이지만, 분리효율은 좋지 않다. 불순물이 고체일 때 사용하며, 액체일 때라도 끓는점 차이가 크면 사용할 수 있다. 이는 단순히 액체를 끓여 순도를 높이는 방법이므로 분리효율이 좋지 않다.
2.1.2. 분별증류
분별증류는 서로 잘 섞여 있는 액체 혼합물을 끓는점 차이를 이용해 분리하는 방법이다. 끓는점이 낮은 물질부터 기화되고 증류탑 상부에서 액화되어 분리된다. 분리 효율은 좋지만 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 먼저 탑의 최상단에서 나온 증기를 모두 응축시키고, 응축된 물질의 일부를 환류로 하여 상승해 오는 증기와 마주하게 하고 탑에 흐르게 한다. 응축액의 흐름이 탑을 따라 내려오면서 끓는점이 높은 성분을 응축시키게 되고, 끓는점이 낮은 성분은 위로 올라감에 따라 응축된다. 따라서 끓는점이 낮은 성분일수록 증류탑 꼭대기에서 나오게 된다. 분별증류는 비휘발도가 비슷한 성분들을 보다 효과적으로 분리할 수 있는 증류법이다. 다른 증류법에 비해 분리 효율이 뛰어나지만 비용이 많이 들어 공정 전반의 경제성 측면에서 단점이 있다. 하지만 대용량의 혼합물을 정밀하게 분리해야 하는 상황에서는 분별증류가 가장 효과적인 방법이 될 수 있다. []
2.1.3. 추출증류
추출증류는 끓는점이 비슷한 혼합물이나 공비혼합물 성분의 분리를 용이하게 하기 위하여 사용된다. 혼합된 두 성분보다 끓는점이 높은 제3성분을 가하면 두 성분 중 제3성분에 친화성이 강한 성분의 휘발도가 내려가고 두 성분 간의 비휘발도가 커지게 된다. 이러한 원리를 이용하여 혼합물을 분리한다. 제3성분은 증류 후 다시 제거할 수 있다. 추출증류는 끓는점이 비슷한 혼합물이나 공비혼합물의 분리에 효과적이다. 제3성분의 선정이 중요하며, 제3성분의 끓는점이 두 성분보다 충분히 높아야 한다. 제3성분은 두 성분과 서로 잘 섞이지 않는 성질이 있어야 하며, 실험을 통해 최적의 제3성분을 선정할 수 있다. 추출증류는 다른 증류법에 비해 설비가 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있으나, 끓는점 차이가 작은 혼합물의 분리에 효과적이다. 실제 공정에서 많이 사용되는 증류법이다.
2.1.4. 공비증류
공비증류는 공비혼합물의 끓는점을 변화시켜 분리를 가능하게 하는 증류법이다. 공비혼합물은 일정한 비율로 끓는 액체 혼합물로, 증류를 통해서는 순수한 성분을 얻을 수 없는 물질이다. 공비증류에서는 제3의 물질을 첨가하여 새로운 공비혼합물을 생성하고, 이 공비혼합물의 끓는점이 원래 공비혼합물의 끓는점보다 낮아지도록 함으로써 순수한 성분을 분리할 수 있다. 이는 두 성분 간의 비휘발도 차이를 활용하는 것이다. 공비증류에서는 공비혼합물의 성분과 끓는점을 변화시킬 수 있는 제3의 물질을 찾는 것이 중요하다. 이러한 제3의 물질을 첨가제라고 하며, 제3의 물질의 끓는점이 원래 공비혼합물의 끓는점보다 충분히 낮아야 한다. 또한 제3의 물질은 공비혼합물의 주성분과 잘 섞여야 하고, 분리 공정 후 쉽게 제거될 수 있어야 한다. 공비증류는 끓는점이 비슷한 혼합물의 분리에 유용하며, 에탄올-물 혼합물, 에탄올-벤젠 혼합물 등의 분리에 활용된다.
2.1.5. 감압증류
감압증류는 끓는점이 비교적 높은 액체 혼합물을 분리하는 증류법이다. 증류공정의 압력을 감소시켜 끓는점이 내려가는 현상을 이용하여 혼합물을 분리할 수 있다. 높은 온도에서 끓여야 하는 혼합물의 경우 에너지 소비가 많아지므로, 감압 상태에서 증류를 진행하면 끓는점이 낮아져 에너지 사용량을 줄일 수 있다. 또한 고온에서 분해되기 쉬운 물질의 경우에도 감압증류를 이용하면 적절한 온도에서 분리할 수 있다. 따라서 감압증류는 열에 약한 물질을 ...
참고 자료
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