본 연구에서는 BTX분리 공정을 대상공정으로 하여, 구조적 설계를 바탕으로 열복합 증류탑의 공정 설계 및 동적모사를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 가능한 제어구조를 선정하기 위하여 공정 모사기 Aspen Hysys를 이용하였으며, 동적모사를 통한 증류탑의 제어성능을 검토하였다. 연구 결과를 종합해 보면 아래와 같다. (1) 평형증류곡선을 이용한 열복합 증류탑의 구조적 설계 및 동적모사를 수행하였다. 열복합 증류탑의 구조적 설계를 통한 탑의 단수, 원료 및 제품 배출단, 각 연결단 등의 구조적 정보를 기초로 공정모사기를 통한 열복합 증류탑의 설계를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 정상상태 공정을 ...
본 연구에서는 BTX분리 공정을 대상공정으로 하여, 구조적 설계를 바탕으로 열복합 증류탑의 공정 설계 및 동적모사를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 가능한 제어구조를 선정하기 위하여 공정 모사기 Aspen Hysys를 이용하였으며, 동적모사를 통한 증류탑의 제어성능을 검토하였다. 연구 결과를 종합해 보면 아래와 같다. (1) 평형증류곡선을 이용한 열복합 증류탑의 구조적 설계 및 동적모사를 수행하였다. 열복합 증류탑의 구조적 설계를 통한 탑의 단수, 원료 및 제품 배출단, 각 연결단 등의 구조적 정보를 기초로 공정모사기를 통한 열복합 증류탑의 설계를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 정상상태 공정을 Dynamic 공정으로 전환하여 동적 모사의 환경을 구축하였다. (2) 열복합 증류탑의 가능한 제어 구조는 동적 모사를 통하여 발견 되어 질수 있으며, Open Loop Test를 통하여 제어구조의 문제점을 발견 할 수 있었다. BTX분리 공정에서의 열복합 증류탑을 제어하기 위해 제시된, 기존의 제어구조에 대하여 Open Loop Test 실시하였다. Side draw rate를 사용하여 toluene의 조성을 제어 할 때, toluene조성에 가장 큰 영향력을 주었고, 계단변화 후 역응답을 보이는 문제점을 발견하였다. (3) 새로운 제어구조 LSV, LVS, LL2V, LV2S 의 제어구조에 대한 동적 모사를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 정상상태 공정을 LVS 제어구조로 모델링 한 후, dynamic 공정으로 전환하여 동적 모사의 환경을 구축 하였다. LVS 제어구조의 정상상태 모델을 기초로 하여 LVS, LL2V, LV2S 제어구조의 동적 모사를 수행 하였다. 각각의 제어구조에 대한 동적 모사의 결과를 분석한 결과 가장 만족스러운 제어구조는 LL2V 제어구조이고, 3×3 제어구조를 바탕으로 benzene의 조성제어에는 reflux flow rate를 조절변수로 사용하고, toluene의 조성제어에는 liquid draw rate를 조절변수로 사용하고, xylene의 조성제어에는 vapor boilup rate를 조절변수로 사용하는 것이 가장 효율적인 제어구조 임을 알 수 있었다. 새로운 제어구조의 동적 모사를 통한 각각의 제어구조에 대한 product 조성변화 뿐만 아니라 각 stream들의 유량 변화 및 column의 tray의 압력과 온도 변화 및 reboiler와 consenser의 액위 변화 등을 관찰 할 수 있었다.
본 연구에서는 BTX 분리 공정을 대상공정으로 하여, 구조적 설계를 바탕으로 열복합 증류탑의 공정 설계 및 동적모사를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 가능한 제어구조를 선정하기 위하여 공정 모사기 Aspen Hysys를 이용하였으며, 동적모사를 통한 증류탑의 제어성능을 검토하였다. 연구 결과를 종합해 보면 아래와 같다. (1) 평형증류곡선을 이용한 열복합 증류탑의 구조적 설계 및 동적모사를 수행하였다. 열복합 증류탑의 구조적 설계를 통한 탑의 단수, 원료 및 제품 배출단, 각 연결단 등의 구조적 정보를 기초로 공정모사기를 통한 열복합 증류탑의 설계를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 정상상태 공정을 Dynamic 공정으로 전환하여 동적 모사의 환경을 구축하였다. (2) 열복합 증류탑의 가능한 제어 구조는 동적 모사를 통하여 발견 되어 질수 있으며, Open Loop Test를 통하여 제어구조의 문제점을 발견 할 수 있었다. BTX분리 공정에서의 열복합 증류탑을 제어하기 위해 제시된, 기존의 제어구조에 대하여 Open Loop Test 실시하였다. Side draw rate를 사용하여 toluene의 조성을 제어 할 때, toluene조성에 가장 큰 영향력을 주었고, 계단변화 후 역응답을 보이는 문제점을 발견하였다. (3) 새로운 제어구조 LSV, LVS, LL2V, LV2S 의 제어구조에 대한 동적 모사를 수행 하였다. 열복합 증류탑의 정상상태 공정을 LVS 제어구조로 모델링 한 후, dynamic 공정으로 전환하여 동적 모사의 환경을 구축 하였다. LVS 제어구조의 정상상태 모델을 기초로 하여 LVS, LL2V, LV2S 제어구조의 동적 모사를 수행 하였다. 각각의 제어구조에 대한 동적 모사의 결과를 분석한 결과 가장 만족스러운 제어구조는 LL2V 제어구조이고, 3×3 제어구조를 바탕으로 benzene의 조성제어에는 reflux flow rate를 조절변수로 사용하고, toluene의 조성제어에는 liquid draw rate를 조절변수로 사용하고, xylene의 조성제어에는 vapor boilup rate를 조절변수로 사용하는 것이 가장 효율적인 제어구조 임을 알 수 있었다. 새로운 제어구조의 동적 모사를 통한 각각의 제어구조에 대한 product 조성변화 뿐만 아니라 각 stream들의 유량 변화 및 column의 tray의 압력과 온도 변화 및 reboiler와 consenser의 액위 변화 등을 관찰 할 수 있었다.
The fully thermally coupled distillation columns (FTCDC) are thermodynamically more efficient than conventional columns. For the separation of ternary mixtures, the FTCDC requires less energy compared with a conventional distillation system utilizing two distillation columns in various feed composit...
The fully thermally coupled distillation columns (FTCDC) are thermodynamically more efficient than conventional columns. For the separation of ternary mixtures, the FTCDC requires less energy compared with a conventional distillation system utilizing two distillation columns in various feed compositions. Despite these advantages, industry has been reluctant to use FTCDC. This can be largely attributed to the lack of established design procedures and the fear of control problems. This study investigates possible control configurations of FTCDC using dynamic simulation, and then considers performance of proposed control scheme. Dynamic behaviors of four different control structures of the FTCDC are analyzed to design a 3×3 control structure in which three streams control the compositions of three products. In the case of the most general control structure, the dynamic response of the FTCDC is analyzed through an open loop test and its problem of control performance is investigated. In order to find a possible control structure of the column, some step responses of three product specifications for various manipulated variables are examined. The flow rates of reflux and steam are obvious selections for the manipulated variable and the liquid flow rate in a prefractionator is chosen as the third manipulated variable. Even though the control of the composition of product is expected to be somewhat difficult from the result of the dynamic simulation, a 3×3 structure looks feasible to operate a fully thermally coupled distillation column..
The fully thermally coupled distillation columns (FTCDC) are thermodynamically more efficient than conventional columns. For the separation of ternary mixtures, the FTCDC requires less energy compared with a conventional distillation system utilizing two distillation columns in various feed compositions. Despite these advantages, industry has been reluctant to use FTCDC. This can be largely attributed to the lack of established design procedures and the fear of control problems. This study investigates possible control configurations of FTCDC using dynamic simulation, and then considers performance of proposed control scheme. Dynamic behaviors of four different control structures of the FTCDC are analyzed to design a 3×3 control structure in which three streams control the compositions of three products. In the case of the most general control structure, the dynamic response of the FTCDC is analyzed through an open loop test and its problem of control performance is investigated. In order to find a possible control structure of the column, some step responses of three product specifications for various manipulated variables are examined. The flow rates of reflux and steam are obvious selections for the manipulated variable and the liquid flow rate in a prefractionator is chosen as the third manipulated variable. Even though the control of the composition of product is expected to be somewhat difficult from the result of the dynamic simulation, a 3×3 structure looks feasible to operate a fully thermally coupled distillation column..
주제어
#FTCDC(fully thermally coupled distillation columns) distillatiion control 3x3 control structure
학위논문 정보
저자
박창원
학위수여기관
부산대학교
학위구분
국내석사
학과
화학공학과
발행연도
2009
총페이지
ix, 104 p.
키워드
FTCDC(fully thermally coupled distillation columns) distillatiion control 3x3 control structure
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