아세톤 생성공정 설계

소개

이소프로판올로부터 아세톤이 생성되는 공정에서 냉각수와 포화증기 설비를 적절히 선택하여, 가장 합리적이고 경제적인 공정흐름도 설계를 예측하였다.

목차

Ⅰ. 서론
1. 아세톤 생성 공정의 조건
2. 적절한 공정 설계를 위한 가정

Ⅱ. 본론

1. 단위 공정에서의 에너지 계산
1) Reactor에서 아세톤이 생성될때의 반응열 계산
2) Pump에서의 동력 소요량 계산
3) 열 교환기에서 필요한 에너지 계산
2. 냉각수 및 포화증기 선택
1) 온도를 목표치 까지 낮추는데 필요한 에너지 계산
2) 공정에 필요한 에너지를 공급하기 위한 적절한 포화증기 선택
3) 냉각수의 비용, 적절성을 고려한 가장 효율적인 냉각수 선택
3. 전체적인 공정도 도식화
4. 펌프, 열교환기, Separator에서의 유속 변화 계산

Ⅲ. 결론
1. 전체적인 공정 가동비용 제시 및 적절성 판단

본문내용

[ 서 문 ]

이 공정의 목적은 이소프로판올(C3H7OH)을 이용해서 아세톤(C3H6O)을 생산하는 것이다. 아세톤은 아주 중요한 용매 중 하나이며 플라스틱이나 셀룰로오스 도료 제작에 널리 쓰일 뿐만 아니라 아세틸렌을 녹여 저장하는 용도로도 사용된다. 유기 합성의 원료로도 사용되며 대표적인 화합물로는 다이아세톤 알코올이며, 실생활에서는 물과 유기용매 모두에 대해서 잘 녹는다는 성질을 이용해, 페인트나 물로 세척되지 않는 물질을 세척하는데 사용된다. 이렇게 유용한 아세톤을 생성하기 위한 공정으로는 대표적으로 이소프로판올의 탈수소 제조법과 크멘의 산화분해에 의한 페놀 제조의 부산물로서의 제조법이 있다. 우리는 그 중에서 이소프로판올 (C3H7OH) 탈수소 제조법을 이용하여 어떻게 하면 좀 더 효율적으로 아세톤을 생산 할 수 있을지 알아보았다.
1. 조건
이소프로판올(C3H7OH)로부터 아세톤(C3H6O)을 생성하는 공정을 제작하려 할 때, 25℃, 1atm 조건에서 이소프로판올(C3H7OH)이 100mol/s의 속도로 유입되고, 반응은 5atm에서 300℃이상의 온도로 진행 되어야 한다. 이런 조건에서 이소프로판올(C3H7OH)은 생성물로 완전히 전환된다. 활용 가능한 설비로는 냉각수와 포화증기가 있다. 구체적으로 아래의 설비가 사용 가능하다.

450psig 포화증기 $18/1000kg
150psig 포화증기 $6/1000kg
15psig 포화증기 $1/1000kg
60℉ 냉각수 $0.10/1000kg
-10℉ 암모니아 액체 냉매 23psig $12/1000kg

이소프로판올로부터 아세톤을 생성하는 공정에서 주어진 조건하에 가장 합리적인 공정흐름도를 제시하고 각 공정의 흐름의 온도와 유속을 지정한다.

2. 가정
1) 공정에서 사용되는 압력의 범위가 1atm ~ 5atm으로 비교적 낮기 때문에, 이 압력 범위에서 실제 기체는 이상기체와 거동이 유사하다고 할 수 있다. 따라서 지금 다루는 공정에서의 모든 기체는 이상기체로 간주 한다.
2) 공정에서 사용되는 기계들의 마찰, 마모 등에 의한 기계적 에너지 손실은 없다고 가정한다.

참고자료

· Regina M. Murphy, 『Introduction to Chemical Processes Principles, Analysis, Synthesis』, 김광주, 김덕준, 이민규, 조영민, 한종훈, McGraw-Hill Korea(2007), p.614~637
· Peter Atkins & Julio De Paula 『Physical Chemistry』, OXFORD(2010), p.914~927,
· J.M.Smith, 『Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics』, McGrawHill, p.712~714
· http://www.tlv.com/global/KR/calculator/steam-table-pressure.html
· http://m.cafe.naver.com/nael/192
· http://www.chemicalbook.