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화학 공업에 있어서 증류탑(Distillation Tower)은 대표적인 물질전달 장치이다. 증류탑은 기체와 액체간의 물질전달을 통해 혼합물을 분리하여 원하는 물질을 생산하는 설비이다. 증류탑에서 일어나는 물질전달은 기체와 액체가 탑 내부장치(Tower Internals)와 접촉하고 통과하면서 이루어진다. 증류탑의 물질전달 효율 즉 분리효율은 Tower Internals에 의해 결정된다. 새로운 Tower Internals를 설계하거나 기존 공정을 해석하기 위해서는 Tower Internals 내부의 기체-액체 상호작용을 유체역학적으로 분석해야 한다. 이러한 유체역학적 분석에는 컴퓨터 모의실험을 활용하는 것이 효율적이다. 그러나 이러한 종류의 모의실험 시스템은 대부분 비공개로 되어있다. 세계적으로 Tower Internals의 높은 점유율을 가지고 있는 회사인 Sulzer나 Koch-Glitsch, 그리고 연구를 전문으로 하는 ...

화학 공업에 있어서 증류탑(Distillation Tower)은 대표적인 물질전달 장치이다. 증류탑은 기체와 액체간의 물질전달을 통해 혼합물을 분리하여 원하는 물질을 생산하는 설비이다. 증류탑에서 일어나는 물질전달은 기체와 액체가 탑 내부장치(Tower Internals)와 접촉하고 통과하면서 이루어진다. 증류탑의 물질전달 효율 즉 분리효율은 Tower Internals에 의해 결정된다. 새로운 Tower Internals를 설계하거나 기존 공정을 해석하기 위해서는 Tower Internals 내부의 기체-액체 상호작용을 유체역학적으로 분석해야 한다. 이러한 유체역학적 분석에는 컴퓨터 모의실험을 활용하는 것이 효율적이다. 그러나 이러한 종류의 모의실험 시스템은 대부분 비공개로 되어있다. 세계적으로 Tower Internals의 높은 점유율을 가지고 있는 회사인 Sulzer나 Koch-Glitsch, 그리고 연구를 전문으로 하는 FRI(Fractionation Research Inc.)가 제한적으로 공개한 시스템도 있다. 공개된 시스템들은 자사의 Tower Internals 제품에 관한 해석이나, 이론식을 근간으로 하고 있다. 그 결과 제품 파라미터 수정 및 실험치 반영이 불가하여 사용이 제한적이다. 울산 정밀화학공업 국제경쟁력 제고를 위해서는 정확도가 높고 다양한 Tower Internals에 대한 해석이 가능한 모의실험 시스템에 관한 연구가 필수적이다. 본 연구의 목표는 증류탑 설계 및 운전 조건 탐색 시스템 APAK(AMTP’s Hydraulic Rating Program)을 개선하여 모의실험 시스템으로 완성시키는 것이다. APAK은 시스템 설계문서나 유지보수를 위한 형상관리 등을 고려하지 않고 개발되었다. 시스템 기능 확장과 오류수정을 위해 APAK을 분석하고 재설계하였다. 최적화된 Packing을 자동으로 선택해주는 모의실험 기능을 새롭게 추가하였다. APAK은 다양한 공식과 데이터를 비체계적으로 코딩했기 때문에 소스 코드에 중복이 많고 장황하다. 시스템 개선 및 유지보수를 위하여 체계적으로 컨트롤 및 데이터를 표현해야 한다. 개선 시스템은 패턴지향 소프트웨어 구조와 디자인 패턴을 기반으로 재설계하였다. 소스 코드는 재설계된 자료를 바탕으로 순환 복잡도와 공식, 데이터의 사용 빈도수를 계산하여 모듈화 및 리팩토링을 하였다. 본 논문에서는 제안하는 증류탑 모의실험 시스템은 Kister가 만든 공식과 GPDC 보간법, 다양한 실험 데이터를 기반으로 만든 것이다. 새로운 APAK에서는 플러딩(Flooding) 확률 계산과 최적화된 Packing 선택 자동화 기능을 이용하여 보다 효율적이고 빠르게 증류탑 운전 조건을 얻는 것이 가능하다. APAK은 분리 장치를 사용하는 다양한 공정 분야에 있어서 많은 비용절감을 가능하게 할 것이다.

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