| 초록 |
화학플랜트를 최소의 비용으로 제작하고 최소의 비용으로 운전하여 소정의 생산품이생산되도록 설계하는 것은 모든 화학플랜트 설계자의 희망이자 목표이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 장치비용을 고려한 공정해석, 평가에 관한 적절한 방법이 도입되어야 할것이다. 화학공정 해석의 방법으로 온도와 열량과의 관계로 해석하는 방법이 시도되고 있으나 온도와 압력이 동시에 변화하는 공정의 해석에는 한계가 있다. 한편 실제 화학공정에는 열에너지뿐만 아니라 기계적 에너지, 전기적 에너지 등의 여러 형태의 에너지가 복합되어 있고 에너지의 가치도 서로 다르기 때문에 이들 여러 형태의 에너지를 고려하여 공정을해석하고 평가하는 작업은 에너지 절감을 위한 중요한 연구대상이 되고 있다. 이러한 이유로 exergy에 의한 화학공정해석은 공정해석에 대한 유용한 방법을 제시하고 있다.Exergy는 물질중의 이용 가능한 에너지의 개념으로 정의되어, 그 구체적인 표현은 무한대의 열용량을 갖고 있는 환경(상온, 대기압) 하에서 일정량의 물질로부터 원리적으로 얻을수 있는 에너지의 최대량(열기관), 혹은 일정량의 물질로부터 열을 제거하는데 소요되는에너지의 최소량(냉동기)을 의미한다. 열역학 제1법칙으로 표현되는 ’energy’가 에너지의양을 표현하는 것에 비해 제2법칙에 의한 ’exergy’는 에너지의 질을 표현하기 때문에 화학공정에 대해 exergy 해석을 실시하면 공정에 사용되는 유효에너지에 대한 정보를 얻을수 있다.본 연구는 보다 효율 좋은 초저온 공기분리플랜트의 설계를 위해 질소전용 플랜트의 서로 다른 두 가지 방식－한랭발생을 위해 팽창터빈을 사용하는 방식과 액체질소를 사용하는방식－을 모델로 삼아 exergy 해석을 실시하였다. Exergy해석을 통하여 각각의 공정에 대한 열역학적 효율과 exergy의 흐름을 파악하였으며 exergy의 소비분포를 통하여 공정을 구성하는 기기의 작동효율을 비교할 수 있었다. 그리고 실제 가동중인 플랜트의 설계데이터와 운전데이터를 근거로 exergy해석을 실시하여 결과를 비교하였다.
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