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  Duty VS External Heat
  글쓴이 : 엄마나도서…   고유ID : sss4kr2003     날짜 : 18-08-13 07:10     조회 : 396    
안녕하세요 공정모사 공모전을 진행하고 있는 학생입니다.
저희가 진행하는 프로젝트의 반응은 흡열 반응입니다. 때문에 반응이 적절히 일어나는 온도 640까지 heat exchanger를 사용하여 온도를 올려주었습니다.
다음으로 저희 반응은 흡열반응이기에 외부에서 열을 주면 안된다는 생각에 duty를 따로 두지 않았습니다.
하지만 문제는 공정모사기 내에 reactor equipment section에서 duty와 external heat을 선택하여 값을 주는 부분이 있습니다.
이제까지 heat duty를 외부에서 주는 열이라 생각하였는데. 잘못 생각한것 같습니다.
1) 이런부분에서 duty는 어떻게 받아 들여야 하나요?
2) 발열반응에서 단열로가정(duty=0)은 잘못된 가정인가요?

이종석 chemtech   18-08-13 09:09
반응온도 640도 까지는 열교환기로 올려 주었고 그다음에 반응이 되면 흡열반응 이므로 당연하게
온도가 떨어지며 따라서 반응 온도가 유지 되도록 반응기에서 별도로 열을 주어야 하지요
즉 feed 의 온도가 반응온도에 도달 했다고 하더라도 640도로 반응기로 들어가서 반응에 필요한
열을 추가로 주어야만 반응온도가 유지가 되겠지요
따라서 Duty = 0 는 잘못된 가정 입니다
Stefano    18-08-13 12:12
(1) 화공실무에서 그리고 일반적인 공정모사기에서 "Heat Duty" 라는 용어는 <외부에서 가열해 주는 열량>으로 쓰입니다.  이 값이 양수라면 당연히 가열해주는 열량이고 음수라면 냉각해주는 열량을 말합니다.

질문에서 해당 반응기에서 <duty>와 <external heat>중에서 선택하도록 된 경우라면.. 전자는 <반응열>을 후자는 외부에서 <가열 혹은 냉각해야 할 열량>으로 정의 되어 있을 수도 있습니다.    <반응열(Heat of Reaction)>이 자동계산인지 수동계산인지 확인해 봄으로써 판단할 수도 있습니다.  확인해 보세요.  필자의 판단으로는 <duty>은 반응열을 (자동계산하지 않고)수동으로 입력할 수 있도록 해둔 것으로 보입니다. 

(2) 반응기 입구에서 Heat Exchanger로 반응온도까지 올려주는 것은 반응조건에 도달하도록 열을 가했다는 의미일 뿐 Chemtech님의 설명대로 반응에 필요한 열을 가한 것은 아니기 때문에 반응진행이 되는만큼 흡열이 일어나 온도가 떨어지겠지요.

질문에서 <...흡열반응이기에 외부에서 열을 주면 안된다는 생각에 duty를 따로 두지 않았다....> 이는 비논리적인 생각이었습니다.  흡열반응이 일어난다면 필요한 열을 가해주어야 반응이 일어날 것입니다.

또 <..발열반응에서 단열로 가정(duty=0)..>  이것도 잘못입니다.  흡열반응에서 단열상태를 유지하면 온도가 떨어지면 그만인 경우가 대두분이지만.. 발열반응이 일어날 때 단열상태를 유지한다면 반응 진행에 따라 반응기 온도가 상승하면서 반응속도고 빨라져,  겉잡을 수 있는 온도를 초과하여 사고가 날 수 있습니다.
     
엄마나도서… sss4kr2003   18-08-13 18:56
두분 답변 모두 감사합니다.

근데 반응기 전에 이미 fired heater로 가열을 하였는데 반응기 자체에 열을 줘야 할까요??

그리고 위에 글에 질문을 하지 못했는데...
반응기의 condition을 줄때 external heat이란 condition과 duty라는 condition이 따로 분리 되어있는데 두값이 다른건가요??
이종석 chemtech   18-08-14 09:10
가열이 된 상태는 FEED 물질이 현열로 가지고 있는 상티이며 아직 반응이 않된것 입니다
이후 반응기로 들어가 반응을 시작하면 흡열반응 이므로 흡열반응에 필요한 열이 더 필요한것 이지요
따라서 전단에서 가열한 것은 흡열반응과는 무관한 것 이지요
통상은 FEED는 반응기에서 나오는 반응물과 열교환하여 반응기로 공급 합니다
반응기내는 FIXTED BED의 경우 SHELL SIDE에 가열매체를 이용 가열하여 반응온도 까지 올려 놓습니다
그런 상태에서 FEED를 합니다
이후 반응이 되면 흡열로 인해 온도가 저하가 되므로 가열매체로 일정한 반응온도가 유지 되도록 온도를
조절 합니다

반응기를 모사할 때는 DUTY (Q)는 반드시 구성을 해야 하며 다른조건은 필요하지 않습니다
초기에 반응식을 넣어 모사를 하면 흡열열량이 자동으로 계산이 되며 정해진 반응온도를
Q를 조절하여 온도를 맞추면 모사가 끋나는 것 이지요
스테파노 Stefano   18-08-14 13:36
(0) Chemtech 님의 설명대로 반응기 입구의 조건은 주어졌지만 반응기 내부의 조건은 주어지지 않았습니다. 

(1) 공정모사기의 반응기 모사조건은 선택할 수 있도록 되어 있을 터인데 <external heat>는 반응기에 외부열원으로 가열하는 것임은 사용용어로부터 짐작할 수 있으나  <duty>의 용어가 애매합니다.  공정모사기 매뉴얼을 살펴보고 그 용어의 정의를 명확히 하고 작업하도록 하세요.  <duty>가 또하나의 <external heat>일 수도 있습니다.

(2) 질문내용으로 봐서 반응기 모사조건이 불명확하기 때문에  먼저.. 단열반응인지 정온반응인지 평형반응인지 Gibbs 반응기인지 Stoichiometric 반응기인지 정해두고 계산해야 합니다.
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