게시판 > 질답게시판 > 선배님들, 열분해 공정장치 설계 Mass Balance 문의드립니다.

Stefano

15-12-06 05:31

(A1) <열량은 580kg/day * 비열 * 온도 로 계산했습니다. 맞을까요?>
==>분해가스가 발생된다고 하면 그 성분을 연소하여 생성되는 발열량을 사용하여 이용가능한 열량을 구해야 하지 "비열"을 이용한다는 것은 고온의 분해가스를 단순히 간접가열하는데 사용하는 것은 부적합할 것입니다.

따라서 분해되어 생성되는 가스의 성분을 알아봐서 계산해 봐야 할 것입니다. 또한 열분해 반응이 일어나기 위해 필요한 반응열에 관해서도 알아볼 필요가 있습니다. 열분해 반응은 보통 흡열반응으로 일어나기 때문입니다.

(A2) ..<600도에서 넣는 스팀과 질소가 900도에서 각각 얼마의 열량을 가지고 나오는지..>
==> 600도에서 스팀과 질소를 혼합하였는데 900도로 배출된다는 것이 먼저 이해할 수 없는일입니다. 만일 600도에서 900도로 온도를 높이는데 필요한 열량이 궁금하다면 그 혼합물의 평균 비열만 적용하여 계산하면 됩니다.

질문에서 사용한 "열량"의 의미에 대해 보충설명해 보세요. 의미가 모호하기 때문입니다.

(A3) P.gas 의 의미가 열분해가스의 (Nm3/h) 단위의 유량을 의미하는 것입니까?

그렇다면 Pyrolysis Gas Nm3/h유량은 질량유량 (kg/h)/분자량(kg/kg-mole) * 22.4 Nm3/kg-mole 로 계산하면 됩니다.
이때의 분자량은 열분해가스 혼합물의 분자량을 의미합니다.

여기에다 Steam과 질소를 더 넣는다면 투입하는 이들의 kg-mole/h단위의 유량에 22.4 Nm3/kg-mole만 곱해주면 각각 구할 수 있지요.

질문의 내용에 이해되지 않는 부분이 있어서 위의 내용들을 확인하여 추가질문 바랍니다.

(** "루베"라는 단위는 옛 일정시대의 쪽바리(?)들로부터 유래된 잔재물이기 때문에 이제는 사용하지 마세요. 대신 입방미터, m^3, 등의 단위를 사용하도록 하세요.)

로세 hellohose

15-12-09 10:06

A1
->발열량을 사용하여 이용가능한 열량을 구하는 공식이 있으면 조언 부탁드립니다.

->현지 상황에 의해 가스의 조성은 자세히는 알 수 없고 현재 Fix된 사항은

열분해에서 원료, 수증기, 질소를 투입합니다.(수증기는 원료와 반응, 질소는 캐리어 가스)

반응 후 배출된 가스는 P.Gas(H2 2% 포함), 수증기, 질소, 이렇게 보고 있습니다.

A2
->설명이 부족했습니다. 약 110도의 수증기와 질소를 600도의 반응기에 투입하여 900도로 배출되는 출구에서
가스가 나오는 것을 의미합니다.

한가지 더 질문 드리겠습니다.

300도(P.Gas, 질소) 와 500도(P.Gas, 질소, 수소, 스팀)을 혼합하여 냉각시스템(열교환기 혹은 칠러)을 통과하여

가스의 온도를 상온으로 낮추고 싶습니다.

1. 300도와 500도를 혼합하게 되면 400도가 아니라 몇도가 되는지요?

2. 400도라고 가정하고 그 가스를 상온으로 낮추고자 할 때의 열량을 구하고 싶습니다. 칠러의 용량은 현재

15000kcal/hr 입니다. 칠러 in 온도는 7도, Out 온도는 14도 입니다.

어려운 질문 드려서 죄송합니다. 조언 부탁드립니다.

스테파노 Stefano

15-12-17 11:01

(0) 문제를 풀려고 한다면 항상 문제가 정확히 무엇인지 이해하고 있어야 합니다.

특히, 질문의 내용은 화학양론 계산을 이해하고 있어야 풀 수있는 사항들일 뿐 만 아니라 실험하고 있는 시스템 또한 아주 어려운 열분해 공정에 관한 내용입니다.

따라서 여러가지 궁금한사항이 많아 혼란스럽고 그로말미암아 답답한 마음이 앞서겠지만 그럴수록 차분히 시스템을 이해해 나가는 것이 필요합니다. 조교 혹은 다른 연구원과 함께 열분해실험을 하고 있는 것으로 보이는데 우선 함께 일하는 분과 대화를 나눔으로써 모르는 부분을 해소해 나가는 것이 필요합니다. (진리는 항상 가까운 곳에 있는 법이지요)

이해하지 못한 채 실험하고 있다는것은 지옥생활이나 마찬가지입니다. 그러나 시스템을 이해하고 접근하면 호기심이 발동하고 아주아주 재미있는 일로 돌변할 수 있습니다. 머뭇거리지 말고 동료에게 모르는 부분을 알려달라고 부탁하세요

*열분해 반응의 반응식
*열분해 생성물의 성분농도

'이 두가지만 알고 있으면 모두 풀어낼 수 있는 문제입니다.

(한가지 부탁... 게시판에 글을 올릴 때 불필요한 빈줄을 사용하지 말고 주제가 달라질때 빈줄을 사용하는 습성을 들이도록하세요. 빈줄을 계속하는 습성은 자신의 머리를 산만하게 하고 역으로 머리가 산만하면 빈줄이 마구 삽입됩니다.)

(2) 질문1 답변
AA1. 발열량 자체가 이용가능한 열량이나 총발열량과 순발열량 차이만 있을 뿐 다른 공식은 없습니다.

앞선 답글에서 설명했듯이 원료의 (순)발열량이 7000 kcal/kg 인데 여기에 질소를 투입하여 900도로 열분해 했을때 생성되는 열분해가스(Pyrolysis Gas)의 전체의 양과 각성분 함량을 모르면 계산하는 방법은 없습니다.

일반적으로 수증기와 산소를 투입하여 900도 정도로 탄화수소를 열분해하면 CO, H2, CO2, CH4, H2O등이 섞여 나오며 이들중 H2가 40% 이상, CO가 20%이상 포함되어 나오는데 수소 2% 정도 나온다고 하니 이해하기 힘든 열분해 시스템입니다.

열분해에 의해 생성되는 혼합물들의 성분을 모두 알아야 (연료로 이용가능한 ) 발열량을 계산할 수 있습니다.

순발열량, kcal/kg-mol = Σ {(몰기준 각성분 순발열량, Molar NHV, kcal/kg-mol)*(각 성분의 몰분율)}.................(1)

(2) 질문2 답변..
AA2-1. 온도가 다른 가스 혼합물들을 섞었을 경우 온도 (온도구간별 비열이 같고, 성분 함량도 같다고 보면)

혼합후 온도 = (300* M1 + 500* M2)/(M1+M2)...............(2) M1=300도 가스유량, M2=500도 가스유량
위의 (2)식에서 M1=M2 라면 혼합후 온도 = (800 M1)/(2M1) = 400 (℃)

AA2-2. 가스를 400도에서 상온으로 냉각할 때 필요한 열량

총냉각열량 = 현열량 + 잠열량 .....................................................(3)
현열량 = (전체유량)*(혼합물 비열)*(온도차 400-상온) .................(4)
잠열량 = (응축액 유량) *(응축잠열)..............................................(5)

성분함량, 응축유량, 등을 모르고는 위 수식들의 계산을 해낼 수 없습니다.
System 정보를 이곳에서 찾지 말고 함께 공부, 연구하는 동료나 사업책임자, 조교에게 문의해서 구하도록 하세요.

(0)  문제를 풀려고 한다면 항상 문제가 정확히 무엇인지 이해하고 있어야 합니다.

특히, 질문의 내용은 화학양론 계산을 이해하고 있어야 풀 수있는 사항들일 뿐 만 아니라 실험하고 있는 시스템 또한 아주 어려운 열분해 공정에 관한 내용입니다.

따라서 여러가지 궁금한사항이 많아 혼란스럽고 그로말미암아 답답한 마음이 앞서겠지만 그럴수록 차분히 시스템을 이해해 나가는 것이 필요합니다.  조교 혹은 다른 연구원과 함께 열분해실험을 하고 있는 것으로 보이는데 우선 함께 일하는 분과 대화를 나눔으로써 모르는 부분을 해소해 나가는 것이 필요합니다.   (진리는 항상 가까운 곳에 있는 법이지요)

이해하지 못한 채 실험하고 있다는것은 지옥생활이나 마찬가지입니다.  그러나 시스템을 이해하고 접근하면 호기심이 발동하고 아주아주 재미있는 일로 돌변할 수 있습니다.  머뭇거리지 말고 동료에게 모르는 부분을 알려달라고 부탁하세요

*열분해 반응의 반응식
*열분해 생성물의 성분농도

'이 두가지만 알고 있으면 모두 풀어낼 수 있는 문제입니다.

(한가지 부탁... 게시판에 글을 올릴 때 불필요한 빈줄을 사용하지 말고 주제가 달라질때 빈줄을 사용하는 습성을 들이도록하세요.  빈줄을 계속하는 습성은 자신의 머리를 산만하게 하고 역으로 머리가 산만하면 빈줄이 마구 삽입됩니다.)

(2)  질문1 답변
AA1. 발열량 자체가 이용가능한 열량이나 총발열량과 순발열량 차이만 있을 뿐 다른 공식은 없습니다.

앞선 답글에서 설명했듯이 원료의 (순)발열량이 7000 kcal/kg 인데 여기에 질소를 투입하여 900도로 열분해 했을때 생성되는 열분해가스(Pyrolysis Gas)의 전체의 양과 각성분 함량을 모르면 계산하는 방법은 없습니다.

일반적으로 수증기와 산소를 투입하여 900도 정도로 탄화수소를 열분해하면 CO, H2, CO2, CH4, H2O등이 섞여 나오며 이들중 H2가 40% 이상, CO가 20%이상 포함되어 나오는데 수소 2% 정도 나온다고 하니 이해하기 힘든 열분해 시스템입니다.

열분해에 의해 생성되는 혼합물들의 성분을 모두 알아야 (연료로 이용가능한 ) 발열량을 계산할 수 있습니다.

순발열량,  kcal/kg-mol  =  Σ {(몰기준 각성분 순발열량, Molar NHV, kcal/kg-mol)*(각 성분의 몰분율)}.................(1)

(2) 질문2 답변..
AA2-1.  온도가 다른 가스 혼합물들을 섞었을 경우 온도 (온도구간별 비열이 같고, 성분 함량도 같다고 보면)

혼합후 온도 =  (300* M1 + 500* M2)/(M1+M2)...............(2)   M1=300도 가스유량,  M2=500도 가스유량
위의 (2)식에서 M1=M2 라면  혼합후 온도 = (800 M1)/(2M1) = 400 (℃)

AA2-2. 가스를 400도에서 상온으로 냉각할 때 필요한 열량

총냉각열량 = 현열량 + 잠열량 .....................................................(3)
현열량 = (전체유량)*(혼합물 비열)*(온도차 400-상온)  .................(4)
잠열량 = (응축액 유량) *(응축잠열)..............................................(5)

성분함량, 응축유량, 등을 모르고는 위 수식들의 계산을 해낼 수  없습니다.   
System 정보를 이곳에서 찾지 말고 함께 공부, 연구하는 동료나 사업책임자, 조교에게 문의해서 구하도록 하세요.