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  aspen 시뮬레이션 중 method 선정
  글쓴이 : 갈밭새   고유ID : galbatsae     날짜 : 18-08-31 09:37     조회 : 547    
안녕하세요 인터넷 화학공학을 통해 많은 것을 배우고 있는 화학 산업 직장인 입니다.
저희가 aspen을 통해 공정 시뮬레이션을 실행하려고 하는데 method를 무엇으로 해야할지 몰라 질문드립니다.
method는 물질 구성에 따라 달라진다고 들어서 hydrocarbon이냐 water이냐에 따라 다른 method를 적용해야 한다고 배웠는데 지금 저희가 시뮬레이션 하려고 하는 물질의 성분이 이온이 녹아있는 전해질 이라서 그런지
어떤 method를 적용해도 오류가 발생해서 혹시 경험이 있으시다면 이와 관련하여 조언을 부탁드립니다.
- 물질 성분 비율은 아래와 같습니다.(wt%)
물 : 66.5 %
MEG(Mono Ethylene Gycol) : 1.8 %
K2CO3 : 10.4 %
KHCO3 : 12.4 %
KBO2 : 2.7 %
KVO3 : 6.2 %
(mass 유량으로도 아스펜에 입력 가능합니다.)

Stefano    18-08-31 10:49
물과 용해성분인 무기염분을 포함하는 경우 "Electrolyte" 모드에서 작업해야 하고 용해되지 않는 무기물질이 포함되어 있다면 "Solid" 성분에 해당하는 물질을 지정해 주어야 합니다.

이들 물질들은 극성물질들이라서 주로 물에만 용해되어 양이온과 음이온 성분으로 포함됩니다.  따라서 기본적으로 Oil상에는 용해되지 않는 물질들인데 "Solid" 지정해 주지 않으면 Oil상에 용해되는 것으로 계산되기 때문에 실제상황과 다른 결과를 나타내는데 평형상수, 용해도, 등 데이터가 없는 경우 어쩔 도리가 없습니다. 

수용층과 유용층으로 상분리가 일어나고 또 액상에서 Emulsion상이 나타난다거나 기상에 Liquid Droplets, Foam Droplets이 포함되는 경우라면 Simulator들이 이들 상황을 알아차릴 수 없기 때문에 계산결과와 실제의 결과에서 큰 차이를 보일 것입니다.
갈밭새 galbatsae   18-08-31 11:05
빠른 답변 감사합니다 그런데
aspen에서 electrolyte 모드라는 것이 아예 설정이 다른 모드를 말씀하시는 건가요? 아니면
method 중 electrolyte 관련 method를 사용해야 된다는 말씀이신가요?
Stefano    18-08-31 12:15
성분 Component 추가시 Electrolyte 그룹에 들어가서 해당 물질을  추가하면 자동적으로 해당 음이온과 양이온이 포함될 것이고 공정모사 후 Stream 성분에 Electrolyte를 Dump 하도록 하면 그 성분들의 양을 알 수 있습니다. 

참고로.. Electrolyte 성분들은 수용액상에서 작용하고 Non-volatile 성분으로 작용하기 때문에 수용액상에서는 이온으로, 물이 증기상이라면 불용성 Solid로 계산될 것이라서 증류 공정에서 기대하지 않은 결과과 얻어지는 경우가 많을 것이므로 시스템의 적용성을 점검해야 할 것으로 봅니다. 

질문에 해당하는 물질이 물에 함께 용해되었을 경우 무슨 계산을 원하는 것인지 소개바랍니다.  공정모사기라고 해서 모든것을 해결해 줄 수 있을 것이라고 기대해서는 안됩니다.
갈밭새 galbatsae   18-08-31 13:16
위와 같은 성분의 Liquid가 배관에 흐를때 그 배관에서 발생되는 차압과
같은 유체가 열교환기에서 증발을 통해 발생된 증기의 밀도를 계산하려고 하는데
water와 관련된 여러가지 method를 적용해서 계산해도 오류가 발생하여 고수님들의 조언을 얻고자 질문하게 되었습니다.
스테파노 Stefano   18-08-31 17:55
(1) 배관내를 흐르는 유체가 나타내는 차압은 흐르는 물질의 밀도와 점도 그리고 유속에 의해 결정되므로 혼합물에 대한 물성을 알아봐야 하겠지요.  또, 물질의 일부가 증발되어 증기로 되었을 때 증기중에 함유된 물질들의 농도를 알아야 할 것입니다.

그러나 무기물, 극성물질, 전해질 같은 성분의 혼합에 의해 이들 물성을 공정모사기를 사용해도 정확히 예측하기는 어렵습니다.     
엄밀한 계산이 아니라면 혼합물의 물성을 실험적으로 측정하거나 유사한 물질의 밀도와 농도로 추정해서 사용해 보세요.

(2) 염분의 전해질들은 증기압이 거의 없으므로 물과 유기물만의 각성분 몰분율과 순성분 증기압으로 증기혼합물의 농도를 추정할 수 있습니다.  염분의 경우 몰농도는 알아도 증기압은 없다고 보고 계산하면 근사값이 얻어질 수 있습니다.

다른 방법이 마땅치 않고 또, 정확한 수치가 필요하지 않다면,  언급된 물질의 경우 대략 물 65%, Salts 33.5%, MEG 1.8 %가 된다고 보고 개략 추정해서 사용할 수 있습니다.    MEG 성분을 무시하고 K2CO3 33.5% 용액으로 간주하고 밀도와 점도를 추정해서 배관계산에 사용하고,  Salt들의 증기압은 아주 낮기 때문에 대부분 물만의 스수증기압만을 나타낼 것이므로 수증기의 물성을 사용해 보도록하세요.
갈밭새 galbatsae   18-09-03 08:49
정확하게 알 수 있는게 아니라 유사한 물질을 통해 근사값을 구해야 되는것 이군요
답변 감사합니다!
스테파노 Stefano   18-09-03 11:33
가급적 취급물질의 정확한 정보를 이용하면 과잉설계를 하지 않아도 될 것입니다.    자료없이 설계하는 것은 모험이고 비슷한 자료라도 가지고 설계하면 이보다 Risk를 줄이기 위해 넉넉한 설계가 필요하다는 의미를 내포하고 있습니다.

답변을 반복하자면... 다른 염분 성분들은 각 농도에서의 자료들을 쉽게 찾아볼 수 없기 때문에 자료가 아주 많은 K2CO3 용액의 물성(온도에 따른 밀도, 점도)를 사용하기를 권장한 것이고,

그 혼합물의 증기 성분은 Simulator를 사용해도 정확히 얻어질 수 있는데 그에 따른 물성도 Simulator에서 계산이 됩니다.
또 물("1")의 증기압과 EG("2")의 증기압(P'1, P'2) 데이타만 알면 쉽게 수계산으로 증기성분의 성분은 다음과 같이 계산됩니다. (무기물질은 증기압이 거의 없어서 무시)

기상의 수분 분압 = x1*P'1-----(1a),  기상의 , EG 분압 = x2*P'2....(1b),  전체 증기압 P = x1*P'1+ x2*P'2    ...(1)
기상중 수분 몰분율  y1=  x1*P'1/P....(2a)  EG몰분율 y2 = x2*P'2.......(2b)
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