안녕하세요. 2년차 Column internal vendor에서 근무하는 초보엔지니어 사원입니다. HYSYS랑 PRO II 를 PJT 할당 없이 혼자 매뉴얼이랑 webinar 혹은 youtube 동영상을 보면서 혼자 공부하고 있는데 좀 어렵네요. 다음과 같은 질문을 드리기 위해 글을 썼습니다.

 

1. Feed stream의 Pre-heater (or Pre cooler) heat exchanger의 온도설정기준

책에서 보니까 Column feed 주입시 온도가 Saturated liquid 의 상태여야만 Column에 필요한 duty가 가장 optimal하다고 나와있는데요. 그럼 사업주로부터 Feed data 받고 그 정보들로 Stream인풋하고 run시켜서 feed stream의 Phase 확인한 다음 (mixed 혹은 vapour) Bubble point의 온도로 설정하고 run 시키면 온도 구할수 있지 않습니까? 그럼 그 온도를 heat exchanger의 process stream out put 온도에 입력 및 적용하면 되나요? 만약 이게 아니면 Case study를 사용해서 Pre-heater의 최적점을 찾을 수 있을까요?

 

1-1. simulation 계산 logic 

보통 사업주에 의해 Btm Product 조성, Column top pressure에서 Pressure drop을 반영하면 자연스럽게 Btm 압력이 정해졌으니 당연히 온도도 정해지겠죠? 이때 정해진 온도에서는 Feed stream을 Maximum으로 Pre-heating 시킬 수 있는 Upper point(한계의 enthalpy) 있지 않나요..? 예를 들어 Feed stream의 saturated liquid point (temp.)가 100'C라고 하면 Bottom product는 100'C 까지 올릴 엔탈피가 없다는 상황인거죠... Pre-heating medium이 Process 가 아닌 Utility인 경우에는 Steam으로 pre-heating 하면 Steam generation에서 더 연료를 때면 되니까 문득 상관없이 수렴될 것 같은데 앞서 말한 경우가 궁금하네요.. 보통 Column Bottom에서 나오는 Process stream으로 pre-heating 시키더라고요.

 

이렇듯이 Bottom product의 온도가 불충분하다면 제 생각에는 온도를 더 올려주기 위해 Reboiler duty는 더 필요하게 되고요.... 시뮬레이션 프로그램이 이를 인식하고 자동으로 개선하기 위해 reboiler duty를 올려주나요 아니면 Specified 된 feed pre-heater의 온도는 수렴이 불가능하다 라고 안되게 나오나요? 그러면 Saturated liquid로 주입대신 sub-cooled로 넣거나 아니면 Reboiler 온도를 더올려야 하는데 온도르 올리는 경우에는 1.에서 말한 첫번째 문장과 모순이라고 생각합니다. 이에 대한 의견을 주시면 감사드리겠습니다.

 

2. Side reboiler 적용 기준

Side reboiler는 Main reboiler의 duty를 대신 부담하여 경제적인 요소를 경감해준다고 들었습니다. (물론 Side reboiler 아랫단으로는 분리 효율이 안좋아 진다는 단점이 생기지만 상대적으로 이점이 많아 사용한다는 기술적인 내용을 책에서 보았습니다.) 그럼 Main reboiler 의 열전달면적이나 duty의 특정 criteria나 수치를 넘는경우에 side reboiler를 사용하나요? Rule of thumb나 혹시 reboiler simulation design guide가 있나요?

 

3. Pump Around(P.A) line의 Cooler 온도 설정

PA되는 stream들을 델타 몇도로 떨어뜨려줘야하나요?

Utility 대신 Process stream(Column internal reflux stream)으로 Pre-heat train을 이뤄 heat integration을 통해 energy optimization한다고 들었습니다. 예를 들어 CDU공정을 들자면.. 에서 PA line에 들어간 Cooler 들을 Feed stream의 pre-heat train으로 사용하는걸로 배웠습니다.

 

4. 컬럼 단수 적용

제가 있는 회사의 현업 simulation engineer분들은 short cut 기능을 사용하지 않더라고요. Multicomponent system인 경우 단마다 상대휘발도의 편차가 크면 short cut 결과가 정확하지 않다는 건 알고 있습니다. 하지만 최적화 된 column 단수를 초기에 preliminarily 하게 알수있는 방법이 없을까요? McCabe 는 이성분계만 가능하니 이건 배제하겠습니다.

 

제가 지켜본 바로는 다른 Opex와 trade off되는건 배제하고 사업주의 required Product Spec에만 초점을 맞춰 보통 때려맞추기식? 으로 stage수를 선정하고 그 다음 reboiler duty나 기타사항들을 최적화 시키는 일련의 작업으로 진행하고요..  정유/석화 산업의 분리공정 reference data들이 풍부하니 보통 googling 해서 하는 것 같은데... 아무튼 제가 느낀 바로는 주먹구구식인 것 같습니다.

혹시 multicomponent system 에 대해서 단수 선정 하실 때 어떤 기준으로 최적화된 단수를 얻는지 팁을 얻을 수 있을까요?

 

지저분한 긴글 읽어주셔서 대단히 감사드립니다.