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  아스팔트 성분에 관하여 질문드립니다.
  글쓴이 : Kininarima…   고유ID : dlwndnjs1995     날짜 : 18-09-14 11:26     조회 : 361    
안녕하십니까, 공정모사에 대해 배우고 연구원입니다.
다름이 아니라, 판형 열교환기의 개선 전,후에 대한 정보를 받고 Aspen Plus를 이용하여 열교환 정도가 얼마나 변했는지에 대해 검증하는 과제를 받았습니다.
우선 아스팔트는 성분 자체가 워낙 다양하며 복잡하므로 시험성적서에도 따로 나와있지 않으며, 업체에 문의를 드려도 대략적으로만 알아봐달라고 해서 곤란한 상황입니다.

들어가는 물질은 AP-3인 원료와 그 외에 ap함유량 60~70%물질과 물 30~35%물질 및 염산, 염화칼슘, 계면활성제 등의 물질이 들어간다는 내용을 확인하였습니다.
AP-3의 물질을 특정짓기는 어렵지만, 찾아본 바로는 Asphaltene, Saturates, Naphthene-Aromatics, Polar-Aromatics가 대표적이라고 합니다. 다만 구체적으로 어떤 물질을 Component로 넣어야 할지 감이 안잡힙니다.

또한 탄소수가 많은 고체상태의 물질이 열교환되는 공정이면, Chao-seader, Grayson-streed, Braun K-10, Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson중 사용하라고 나와있습니다만, 무극성 혹은 극성이 아주 약간 존재하는 탄화수로에 사용되는 Peng-Robinson을 사용하는게 맞을지요?

바쁘신 와중 읽어주셔서 감사합니다.

이종석 chemtech   18-09-17 11:44
아스팔트에 대해 공정모사를 하려면 열교환기가 설치되어 있는 회사에 DISTILLATION RANGE를 받아서 이를 활용해서
TBP CUT % 를 이용해서 공정모사를 하시면 됩니다.
회사마다 조금씩 조성이 다르므로 조성의 제시는 어려우며, 위의 자료를 업체에 요청 하시면 줄것 입니다
모델식은 PR을 사용 하시면 됩니다.
Stefano    18-09-17 14:06
(1) 질문 내용으로 미루어보면 물의 함량이 30~35%이라면 Asphalt에 Hydrocarbon을 섞은 제품이 아니라 에멀젼에 해당하기 때문에 생산된 아스팔트 종류에 따라 차이가 있겠지만  대부분 물의 함량에 따라 밀도와 비열이 크게 달라질 것입니다. 

따라서 Asphalt Emulsion 공급회사에 주요성분과 함께 물성을 문의하는 편이 좋겠습니다.  혹시 공급회사라면 물성 측정을 전문 분석기관에 의뢰하여 알아낼 수도 있습니다.

(2) Asphalt의 비열이 0.4~0.43 범위에 있다고 하므로 평균적으로 0.415 라고 가정해서 계산해 보고서를 작성하고 실제 비열 편차에 따라 결과적으로 나타나는 열교환 정도오차도 계산해 내면 되겠지요.  성분 중에는 아스팔트 뿐만 아니라 계면활성제, 무기물 등도 포함되어 있는데  개략  평균 비열은 다음 수식으로 계산하면 됩니다.

(Cp)mean = 0.415 * X  + 1.00 * (1-X)  = 1- 0.585 X  ..................(1)    X =  아스팔트 질량분율, (Cp)mean = 평균비열

(3) 열교환기의 개선여부를 검토한다는 것은 전열량이 얼마나 늘었느냐만을 검토하면 되는 것이므로 만일 성분과 유량이 동일하다면 온도만이 관심사이기 때문에 비열에 매달릴 이유는 전혀 없습다. 

Q1= m * (Cp)mean * Δt1.......(개선전);    Q2= m * (Cp)mean *  Δt2 .......(개선 후) 

개선효과(증가율, %) =  ((Δt2/Δt1)-1) * 100%  ............................(2)  <------ 물성과 전연 무관한 수식
이종석 chemtech   18-09-17 14:45
제가 아스팔트만을 기준으로 답변을 드렸는데 물함량이 상당히 많은것을 간과를 했네요
스테파노님의 답변을 참고 하시고 아스팔트의 물성은 답변드린바와 같이 증류범위 와 비중, 점도를 이용하여
공정모사를 하시면 됩니다
스테파노 Stefano   18-09-18 11:19
(4) 고온의 아스팔트와 열교환기를 사용하여 계면활성제를 포함하는 물을 덥혀 섞은 다음  섞인 온도를 구하여 개선효과를 구하고자  한다면 다음 방법으로 계산하면 됩니다. 

아스팔트의 유량 M1, 온도 T1,  비열 Cp1(=0.415, 가정)
열교환기로 덥힌 물 유량 M2, 온도 T2,  비열 Cp2(=1.00, 계면활성제를 포함하겠지만 물로 가정)

아스팔트와 물을 섞었을 때  온도가 T3가 되었다고 하면 아스팔트가 잃은 열량과 물이 얻은 열량이 같으므로
M1 *Cp1*(T1-T3) = M2* Cp2*(T3-T2)..............(3)    (M1*Cp1*T1+M2*Cp2*T2) = M1*Cp1*T3+M2*Cp2*T3

이로부터 T3 =  (M1*Cp1*T1+M2*Cp2*T2) / (M1*Cp1+M2*Cp2)  ......(4) 

(5) 열교환기 개선전 온도가 T3' 라고 한다면  개선 전후의 물의 열교환량 증가량만 계산하면 됩니다.  열교환기 열량증가율은
(Q-Q')/Q'  =  M2*Cp2*{(T3-T2)-(T3'-T2)}/M2*Cp2*(T3'-T2)  = (T3-T3')/(T3'-T2) *100% ...(5)

해당 열교환기가 물을 덥히는데만 사용되었을 경우에도 아스팔트의 물성데이타는 전혀 계산에 필요하지 않지요.
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