(A+)[화공양론]공정설계문제풀이, 성균관대기말과제

목차

1. 대안1. 반응기의 fractional conversion of ethylene을 높이면서 ethylene과 oxygen의 공급량을 함께 증가시킨다.
2. 대안2. separator에서 fractional recovery of ethylene을 증가시키면서 산소의 공급량을 증가시킨다.
3. 대안3. 공정에 다른 reactor을 추가한다.
4. 대안4. 공정에 다른 separator를 추가한다.
5. 결론

본문내용

p230. Example 3.19
우선, 주어진 조건 하에서 요구되는 생산량과 순도를 만족시킬 수 있는지 알아보자.
-block flow diagram

-Reactor의 반응식이 1개이고 stream variable이 총 14개이므로 variable 개수는 15.
주어진 조건(specification)이 6가지, material balance equation이 9개로 총 15.
따라서 DOF=0 으로 주어진 문제는 해결이 가능하다.

각 stream variable을 구해보자.
-단위 : kgmol/h,
ṅE1 = 196, ṅO1= 84.5, fCE = 0.06, fRE5=0.98, fRO5=0.995, fREO4=0.97

Mixer : 3 material balance equation
ṅE2 = 196 + ṅE5
ṅO2 = 84.5 +ṅO5
ṅEO2 = ṅEO5

<중 략>

fRE5와 산소의 공급량을 늘릴수록 순도는 증가하지만 생산량은 줄어든다. 위에서처럼 24h/day, 350day/yr 공장을 운영한다면 생산량이 부족하지만 만일 24h/day, 365day/yr 공장을 운영한다면 생산량은 1.72million kgmol/yr 가 되어 요구되는 생산량을 충족시킬 수 있게 된다.
하지만 이 공정의 문제점은 fractional conversion이 99.9%로 성능이 매우 좋은 separator을 사용해야 한다는 것이다. 이러한 separator가 있다 해도 구입비용이 많이 들 것으로 생각된다.

지금까지는 stream의 양을 변화시키거나 system의 성능을 변화시켜 보았다. 이제는 새로운 system을 추가하는 방법을 고려해보자.

대안3. 공정에 다른 reactor을 추가한다.
원래의 반응기에서의 반응 (2C2H4+O2→2C2H4O)과 동일한 반응을 수행하는 반응기를 추가하는 것은 기존 반응기의 성능을 증가시키는 것, 즉 대안 1과 다를 것이 없다.
또, 이 공정에서 공급하는 반응물과 요구하는 생성물은 이미 정해져 있기 때문에 다른 반응을 수행하는 반응기는 추가할 수 없으며, 필요도 없다. 따라서 이 대안은 의미가 없다고 할 수 있다.

참고자료

· 없음