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  Reactor의 Costing을 하는 방법에서 의문이 생겨 질문드립니다.
  글쓴이 : 공정최적화   고유ID : gagg147     날짜 : 18-08-02 14:10     조회 : 471    
안녕하십니까
제가 이번에 과제가 생겨 Pro/ii 프로그램을 사용하게 되었습니다.
여기서 제가 Reactor Costing을 하게 되었는데 제가 맡은 반응기의 지름이 길이에비해 약 2~3배가 되는데 이런경우 Reactor을 Costing 하는 방법이 궁금합니다
제가 기존에 알고있는 것으론 Vertical Vessel이나 Horizontal Vessel의 가격이 곧 Reactor의 가격으로 판단하는 것으로 보았는데 이것이 맞는지 궁금하고 맞다면 위 경우에 Vertical, Horizontal 중 무엇을 써야하는지 궁금합니다.  또한 틀렸다면 어떻게 Costing 해야하는지 궁금합니다
사용하는 반응기는 Fixed Bed Plug Flow Reactor 입니다.

Stefano    18-08-02 15:56
(1) 반응기의 지름이 길이보다 2~3배 된다고 하면 마치 바둑알 모양이 된다는 뜻인데 그리 만들려고 하는 이유가 무엇인지 궁금합니다.  혹시 Tube가 많아서 그런지 ?  지름이 길이보다 큰 경우라면 온도조절을 위한 냉각 혹은 가열매체가 골고루 전달될 수 있는지?  Steam이 아닌경우 골고루 Tube를 가열하기는 무척 어렵기 때문에 열전달 방식도 고려해야 합니다.

(2) 반응기의 모양은 만들기 나름이라서  어떤 형태든 고려할 수 있습니다.  Reactor가 단순히 내부가 텅 빈 Vessel이라고 하면 압력용기 Tank의 가격을 알아보면 되겠지요.  압력용기라고 해도 Vertical 혹은 Horizontal Cylinder 형태가 모두 가능합니다.  고압용기의 경우 직경에 비해 길이가 10배 이상되는 경우도 있습니다 

(3) Cost Estimation 하는 방법은 가장 비슷한 크기의 장치의 가격을 그 장치의 무게로 나누어 <\/ton>값을 구한 다음, 해당 반응기의 무게에다 <그 무게당 단가>를 곱하면 어느 정도 유사한 가격을 얻을 수 있는데 이를 기준하여 부대비용들을 감안하여 산출하는 방법이 가장많이 사용되는 방법입니다.  만일 아주 오래전 참고가격을 기준으로 하고 있다면 여기에다 Cost Index를 곱하여 현재가격으로 환산합니다.   

(4) Fixed Bed Plug Flow Reactor라면 오히려 길이가 직경보다 크지 않나요?  내부 구조물을 포함한 무게를 산출해서  톤당 기기제작 가공비를 곱하여 구하고  충전물(촉매)는 별도로 산출합니다.   

(기기가격)  = (기기질량) * (기기재료비+기기제작가공비+제작부대비) .......(1) 
기기제작가공비와 제작부대비는 기기장치 종류에 따라 달라지는 Factor입니다.

기기가격 산출관련 서적은 검색해보면 무척 많이 찾아볼 수 있지만 너무 방대해서 실직적인 도움이 별로 안됩니다.

(0) 전반적 참고:  https://www.dioneoil.com/uploads/6/8/7/4/6874938/equipment_sizing_and_costing_.pdf 
(i)  6/10 Factor & Cost Index: https://www.pdhonline.com/courses/g127/g127content.pdf
(ii) Max Peters' :  http://www.mhhe.com/engcs/chemical/peters/data/
(iii) 좀더 자세한 방법: https://dspace.lboro.ac.uk/dspace-jspui/bitstream/2134/11165/1/Thesis-1997-Petley.pdf (8장참조)
     
공정최적화 gagg147   18-08-02 17:17
(1) Pro/ii에서 PFR을 사용하는데 Reactor Data 부분에 Reactor Length와 Tube inside Diameter이라는 부분이 있습니다
저는 이 말을 반응기의 길이와 지름으로 판단했고 이에 통상적으로 설정된 Tube 개수 1개로 프로그램을 작동시켜보았습니다
Operating Condition이 1.5barg에 640C여서 반응기로 들어가는 Feed의 압력과 온도를 1.5barg 640C로 맞춘뒤 Reactor의 Thermal Sepcification에서 Combined Feed Temperature을 설정하고 반응기를 작동시키니 반응기를 거친뒤에도 온도가 일정하게 유지가 되었고 이에 이상하다 생각해 다시 Fixed Duty를 설정후 0Kcal/h 로 값을 맞추고 돌리니 온도강하가 이루어졌습니다. 하지만 여기서 Reactor의 Diameter이 Inside Tube Diameter보다 큰 경우 압력이 0보다 낮아져 작동을 시킬 수 없었습니다.
이에 여러 시행착오를 통해 Reactor Diameter < Inside Tube Diameter 인경우 제가 원하는 조건을 충족 시킬 수 있었습니다.
혹시 제가 한 방법이 문제가 있는지 궁금하며 스테파노님께 조언을 듣고싶습니다

나머지 질문은 답변해주신 내용으로 해결이 되었습니다 감사합니다
Stefano    18-08-02 20:08
(1) 반응기 형태가 우선 맞는지 확인해 보세요..  D/L 값이  2~3이 라면  L/D값이  0.5~0.3이라는 이야기인데 이런 모양의 반응기는 거의 없습니다.  이를 두고 PFR이라고 부르지도 않고  혹시 L/D값이 2~3이라는 것이 아닌지 확인해 보세요.  (반응기 Type을 확인해 보세요.)

반응기 길이는 L이 맞고  직경은 ID가 맞습니다.  Tube 1개만 있는 반응기를 왜 고려하는지 모르겠습니다.  Tube가 들어있는 반응기는 열교환기 형태의 반응기이고 Tube 갯수는 꽤 많이 필요하며 이런 반응기를 PFR로 부르지도 않습니다. 

(2)반응기 내에서 어떤 반응이 일어나는 것인지 확인해 보세요.  Fixed (Heating) Duty를 0으로 했다는 이야기는 <Adiabatic Reactor>로 본 것이며  반응에 의해 온도가 내려갔다는 이야기는 <흡열반응>이 일어났다는 뜻입니다.  과연 그 반응이 흡열반응에 해당하는지 확인해 보세요.

(3) 반응기 직경보다 Inside Tube Diameter가 큰 경우는 도대체 어떤 모양이 되는 것이지요?  생각할 수 없는 반응기를 고려하고 있거나  반응기 형태를 잘못 선정해 두고 반응기를 논하는 격입니다. 

원점으로 돌아가서...

(1) 어떤 반응이 일어나는가  (화학반응식은 어떤가?)를 먼저 확인하고
(2) 반응조건과 반응열이 어떤지 확인한다음
(3) 반응이 일어나면서 어떤 물질이 생성되는지
(4) 반응기 형태은 어떤 형태를 사용하여야 하는지  먼저 점검바랍니다.
     
공정최적화 gagg147   18-08-02 21:52
답변 감사드립니다.

근데 Pro/ii 공정모사 프로그램에서 Plug Flow Reactor안에 Reactor Data를 입력하는 곳에 따로 반응기의 지름을 입력하는 구간이 없습니다. Reactor Data안에 입력할수 있는 Data는
1. Reactor Length
2. Tube Inside Diameter
3. Number of Tubes
4. Number of Points for Profiles
이렇게 있으며 그외 Reactor data로는 Intergration Option으로 Gunge-Kutta Step등이 있습니다.

여기서 Number of Tubes의 디폴트 값은 1로 항목자체를 삭제할 수 없는 구조입니다.

그래서 저는 tube의 수가 1인것을 그냥 반응기의 직경이라 판단했고 또한 여기서 길이를 반응기 보다 길게하면 압력강하가 너무 크게 일어납니다.

혹시 여기서 Reactor Length가 0.8m Tube Inside Diameter을 2400mm로 설정하면 이걸  radial flow reactor로 받아들여도 되는지 궁금합니다.
스테파노 Stefano   18-08-03 11:07
해당 반응기에서 어떤 계산을 하려는 것인지 아직도 알수 없지만

적어도 반응기의 크기를 정하고자 한다면 (1) 운전조건(온도, 압력)이 정해져야 하고 (2) 흐르는 물질들의 구성(성분)을 알 수 있어야 하고 (3) 그 물질들의 충전물 혹은 비워진 반응기 튜브를 흐르는 유량을 알고 (4) 그 반응기를 흐를 때 허용되는 압력차를 알아야 할 것입니다.    반응기가 아주 긴 경우라면 어떤 (압력, 온도, 유량등) 반응기내 Profile을 가정하여 필요로하는 직경과 길이를 구해야 할 텐데..   

Tube수효가 1이라는 것은 아마 Jacketed Tube로 간주하고 계산할터인데 Tube 내에 반응물이 흐르는지 Utility(스팀 혹은 냉가수)가 흐르는지 확이해 보세요.  입력 Option이 없다면 문제가 있는 Program이거나 반응기 모델을 잘못 선정한 것입니다.

Diameter가 길이보다 크다고 해서 이를 Radial Flow Reactor로 인식할 저도의 Smat한 프로그램도구라고 판단되지 않습니다.

원점에서 차근차근 다시시작하여 보세요.  해당주제의 매뉴얼을 찾아보고 우선 쉽게 도움을 줄 수 있는 화공엔지니어를 바로 옆에서 찾아보세요.
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