[예비보고서] HYSYS를 이용한 화학공정 설계 자동화 실험

소개글

부산대학교 3학년 1학기 화공생명공학실험 예비보고서입니다.

제 스토어에 1학년부터 3학년까지 했던 모든 실험 보고서를 게시해놓았습니다.
실험 과목 모두 A+ 받았으니 믿고 구매하셔도 됩니다 :)

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 기구 및 시료
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
- HYSYS를 이용하여 화학공정의 설계 simulation을 통해 HYSYS program 사용법을 익힌다.

2. 실험 이론
2.1 증류
증류는 상대휘발도(끓는점)의 차이를 이용하여 액체 상태의 혼합물을 분리하는 방법이다. 어떤 용질이 녹아 있는 용액을 가열하여 얻고자 하는 액체의 끓는점에 도달하면 기체 상태의 물질이 생긴다. 이 기체의 조성은 휘발성이 높은 성분의 함량이 많을 것이므로, 이와 같이 액체 혼합물의 휘발성 차이를 이용하여 화학 반응 없이 두 혼합물을 물리적으로 분리한다. 가열된 기체를 다시 냉각시켜 액체로 만들고 모으면 순수한 액체를 얻거나 액체의 순도를 조절할 수 있다.
다음은 여러가지 증류법에 대해 설명하고자 한다.

2.1.1 단순증류
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.

2.1.2 분별증류
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.

2.1.3 추출증류
끓는점이 비슷한 혼합물이나 공비혼합물 성분의 분리를 용이하게 하기 위하여 사용되는 증류법이다. 혼합된 두 성분보다 끓는점이 높은 제3성분을 가하면 두 성분 중 제3성분에 친화성이 강한 성분의 휘발도가 내려가고 두 성분 간의 비휘발도가 커지는데, 이러한 원리를 이용하여 혼합물을 분리한다. 추출증류는 본 실험에서 사용할 증류법이다.

2.1.4 공비증류
공비혼합물에 제3의 성분을 첨가하여, 새로운 공비혼합물의 끓는점이 원용액의 끓는점보다 충분히 낮아지도록 한 다음 증류함으로써 증류 잔류물이 순수한 성분이 되게 하는 증류이다.

2.1.5 감압증류(= 진공증류)
끓는점이 비교적 높은 액체 혼합물을 분리하는 증류법이다. 증류공정의 압력을 감소시켜 끓는점이 내려가는 현상을 이용하여 혼합물을 분리할 수 있다.

* 상대 휘발도(비휘발도)
상이한 2성분의 휘발도의 비를 뜻하며, 이 수치가 클수록 그 2성분의 증류 분리가 용이하다. 용액속의 임의의 두가지 성분 A, B의 몰분율을 , 로 하고 이것과 평형으로 있는 기상의 각 몰분율을 , 로 하면 비휘발도 는 다음과 같이 정의된다.

이상용액 즉 라울의 법칙이 성립하는 경우에는 비휘발도는 두 성분의 순수 증기압비와 같다. 통상 증류법에 의한 동위체 분리 프로세스에서도 라울의 법칙이 가정되어 비휘발도를 분리계수처럼 취급 할 수 있다. 비휘발도는 상대휘발도라고도 한다.

참고 자료

화학공학연구정보센터. 제 1주 – 화학공정 모사기의 소개.
Smith, J.M. (2016). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 8th Edition. McGraw Hill.
Aspentech. (2022). HYSYS Simulation Basis.
조정호. IPA 추출증류 공정의 최적화. 공주대학교 화학공학부.
Nikhilesh Mukherjee. (2021). Role of External and Internal reflux and Effect of subcooled reflux on the flooding of a distillation column (linkedin.com).
화공생명공학실험 001분반 4조. (2024). 화공생명공학실험 세미나 PPT.
USGS. (2005). Methane Gas Volume Expansion Ratios and Ideal Gas Deviation Factors for the Deep-Water Bering Sea Basins: Peng-Robinson Equation of State (usgs.gov)