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  Load별 제품 생산량 문의.
  글쓴이 : thermo   고유ID : thermo9798     날짜 : 19-02-18 08:27     조회 : 166    
안녕하세요. 공부하다 막힐때마다 이곳에 문의를 드리네요.
지식이 깊으신 선배님이 계시니 든든합니다. 저또한 계속 공부해야겠다는 생각도 들고요.

문의드릴 것은 Load 별 제품 생산량에 관한 것인데,
저희 공장에서는 A제품을 만들 때 부산물이 B, C가 나오고
부산물 B, C로 부터 B', C'라는 제품을 만듭니다.
(Load에 대한 정보 보안상 예시로 말씀드린 점, 양해부탁드립니다.)

궁금한 것은 A제품 Load를 100->90%로 낮추었을 때,
부산물 B로부터 만들어지는 B'의 Load도 A의 Load와 마찬가지로 90%로 낮아졌으나,
부산물 C로부터 만들어지는 C'의 Load는 50%로 낮아졌습니다.
온도, 압력의 변화는 크게 없어 C의 수율변화에 영향을 미치진 않았을 것이라고 생각합니다.
또한 Tank내 온도상승으로 기체로의 Loss도 없었는데,
부산물의 Load가 낮아진 원인을 어떻게 분석할 수 있을까요?
조언 주시면 감사하겠습니다.


스테파노 Stefano   19-02-18 17:32
(1) 물질수지의 비교:

A 생산량을 기준으로 100% Load시 물질수지는
  F  =  A +  B  +  C    ..................................(1)  F= Feed Total

Load를 A의 90%로 운전할 경우의 물질수지는
  F' = A' + B'  + C'  = 0.9A + 0.9B + 0.5C ......(2)  ∵  A'=0.9A, B' =0.9B, C'=0.5C

(2) 수율 비교:
Feed 기준 A의 수율은 
100% Load일 때    A/F = A/(A+B+C) ............(3)
90% Load일 때    A'/F' = A'/(A'+B'+C')= 0.9A/(0.9A+0.9B+0.5C) = A/{A+B+(0.5/0.9)C} ...(4)

(90% Load일 때는 C가 덜생기는 것을 알 수 있는데 실제로 그런가 알아보기 위해 (4) 90% Load일때의 수율을 (3) 100% Load일 때의 수율로 나누어 보면..

(A'/F')/(A/F) =  A/{A+B+(0.5/0.9)C} / {A/(A+B+C) }  = (A+B+C)/{(A+B+(0.5/0.9)C}> 1........(5)  ∵ 분모가 분자보다 크다.  ∵  (A+B+C)-{(A+B+(0.5/0.9)C} = 0.4 C >0,  C는 양수

(3) 결론...
Load을 낮추면 부산물 C의 생성이 즐어들기 때문에 결론적으로  Feed 대비 A의 수율이 늘어나는 효과를 나타냅니다ㅣ

생산공장에서 100% Load로 운전시 A의 (절대적)생산량은 늘어나지만 부하를 낮추어 운전할 때보다 상대적으로 부산물 C의 생성율이 줄어들게들어  결과적으로  A/F의 값 즉 <Feed 대비 A의 생성율>은 늘어난다는 결론을 얻었습니다.

A가 주제품인 경우 C가 덜 생성되도록 하는 것이 유리하다고 한다면 C의 생성율을 낮추는 효과를 낳게 된 원인을 분석해 볼 필요가 있습니다.  온도, 압력의 변화는 없다고 해도 동일한 반응(혹은 공정처리)장치에서 "공간속도"가 달라짐(줄어듦)으로써 "접촉시간(체류시간)"이 늘어나 A나 B로 전환되는 수율이 늘어나는 것을 알 수 있는데

공정의 반응이 추정키로는 공정장치에서  F---> C --> A and B로 전환되는 반응이거나  F-->C-->(A<-->B)의 반응과 같이 중간생성물 C를 거쳐 A, B가 생성되거나  보다 가혹한 조건에서는 F-->A and B가 생성된후 변질되는 C 가 생성되는 시스템일 수도 있습니다. 

따라서 A, B, C 간의 공정반응 메카니즘을 확인해 보기 위해 시간단위별로 시스템 내의 F, A, B, C의 농도를 분석해보고 특히 온도와 체류시간을 각각 변화시켜봐 가면서 시간대별 농도커브를 그려보는 방법이 권장됩니다.
     
thermo thermo9798   19-05-01 16:15
답변 감사드립니다. 제가 보안상의 이유로 추상적인 질문을 드렸는데,
이렇게 깊게까지 생각하실 수 있다는 것이 정말 놀랍습니다....
오늘도 공부 많이하고 갑니다.^^
     
thermo thermo9798   19-05-01 16:57
추가로 질문이 있습니다. 시간대별 체류시간-농도 커브를 그려보면 반응메커니즘을 이해하는데 도움이 된다하셨습니다.
제가 궁금한 것은 접촉시간(체류시간) = 반응기 부피(m3)/원료 부피유량(m3/h)
이므로 체류시간이 곧 원료의 유량에 의해 결정되는 요인이 아닌가요? (압력이 같다는 전제하에, 혹은 유량에 온압보정을 한다하더라도)

그게 아니라면 연속공정에서 체류시간을 어떻게 확인할 수 있을까요?
아니면 체류시간-반응물 농도 커브를 그려보러고 하신 것이
곧 원료유량-반응물 농도 커브를 그려보라는 것과 동일한 의미인가요?
적다보니 원료유량-반응물 농도 커브를 보는 것이 곧 반응 메커니즘 이해에도 큰 도움이 되겠다 생각이드네요.

말씀하셨던 의도가 이러한 의도이셨던건가요? 답변 부탁드립니다 :-)
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