[논문]순수한 프로판 냉매를 사용한 액화석유가스 냉동사이클의 모사에 관한 연구

조정호

순수한 프로판 냉매를 사용한 액화석유가스 냉동사이클의 모사에 관한 연구
A Study on the Simulation of LPG Refrigeration Cylcle Using Pure Propane Refrigerant 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.10 no.1 = no.30, 2006년, pp.38 - 42

조정호 (동양대학교 생명화학공학과)

초록
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본 연구에서는 순수한 프로판 냉매를 사용하여 액화석유가스(LPG)를 액화 및 냉동 저장할 수 있는 냉동 사이클에 대한 모사기법을 소개하였다. 프로판을 액화시키기 위한 2차 냉매로써는 물을 사용하였다. 전체 냉동 사이클의 모사를 위한 열역학 모델로서는 Peng-Robinson 상태방정식을 사용하였다. 프로판 성분과 LPG구성성분의 증기압의 좀 더 정확한 추산을 위하여 Twu 등이 제안한 새로운 alpha function을 사용하였다. 또한 액상의 밀도를 정확하게 추산하기 위해서는 Peng-Robinson상태방정식 대신에 API모델식을 사용하였다. 모사를 위하여 Simulation Science사의 PRO/II with PROVISION version 7.1 범용성 화학공정 모사기를 사용하였다 본 연구를 통하여 국내에서 실제로 가동되고 있는 LPG 저장을 위한 냉동 사이클을 성공적으로 모사할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a simulation technology for refrigeration cycle which can liquefy and store liquified petroleum gas (LPG) using pure propane as a refrigerant has been introduced. Cooling water as the second cooling medium was used for the liquefaction of propane. Peng-Robinson equation of state was used for the entire refrigeration cycle. A new alpha formulation proposed by Twu et al. was used for the more accurate prediction of vapor pressures of pure propane component and LPG constituents. API method for the accurate estimation of liquid densities of propane and LPG was used instead of using Peng-Robinson equation of state. PRO/II with PROVISION release 7.1, a general purpose chemical process simulator was used for the simulation of the overall refrigeration system. Through this work, we can successfully simulate the real propane refrigeration plant operating at domestic site.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내에서 실제로 가동되고 있는 LPG 액화 저장을 위한 순수한 프로판 냉매를 위한 냉동 사이클에 대한 기본설계를 수행하였다. PRO/II with PROVISION version 7.
액화된 냉매의증발기로의 공급온도는 -2(TC로 한다. 위와 같은 조건하에서 냉동사이클의 설계를 위한 단계별 모사기법을 소개한다.

가설 설정

본 연구에서는 냉매가 순수한 프로판으로만 구성되어 있다고 가정하고 모사를 수행하였으나 실제의 경우에는 프로판 속에 끓는점이 낮은 에탄이 미량 존재하고 또한 끓는점이 프로판 보다 높은 부탄 성분도 존재한다. 이는 냉매의 분리 및 정제과정에서 100% 순수한프로판 냉매를 얻어낼 수 없기 때문이다.
통상적으로 압축기의 효율은 압축기 제작업체에 의해서 주어진다. 여기에서는 70% 효율을 가정하고 계산하였다. 계산 결과는 946.

이론/모형

다음의 Fig. 2에는 Peng-Robinson 상태방정식을 이용해서 주어진 온도에서 순수 성분의 증기압을 추산하는과정을 나타내었다.
따라서 본 연구에서 사용한 범용성 화학공정 모사기인 PRO/II with PROVISION version 7.1에서는 액상의 밀도 계산에는 아래의 식 (4)와 같은 API 모델식 [5] 을 사용하였다.

성능/효과

대한 기본설계를 수행하였다. PRO/II with PROVISION version 7.1 범용성 화학공정 모사기에 내장되어 있는 새로운 alpha form을 사용한 Peng- Robinson 상태방정식 사용하여 LPG 액화 저장을 위한 냉동 사이클을 모사한 결과 증발기의 heat duty는 1.469 X106 Kcal/Hr이었으며, 냉매의 순환유량은 27, 164 Kg/ Hr으로 계산되었다. 입축기 도출 압력은 15.
439 bar로 계산되었다. 또한 압축기의 효율을 72% 가정한 결과 소요 동력은 946.84 kW로 나타났다.
첫째, Soave가 최초에 제안한 alpha forme 환산 온도가 증가할 때 감소하다가 증가하기 때문에 틀렸다. 또한 alpha form 앞의 계수들을 성분의 종류에 관계없이 특정한 값으로 고정해 놓았기 때문에 처음에 그 계수들을 결정하는데 참여했던 소수의 탄화수소 계열의 기액 평형을 추산하는데만 상태방정식이 쓰일 수밖에 없기 때문에 이를 좀 더 많은 성분들의 기액 평형을 계산하는데 Soave-Redlich-Kowing식이나 Peng-Robinson 상태방정식을 적용하기 위해서는 식 (3)을 각각의 성분의 증기압을 추산하는데 사용하여 성분들마다 고유한 값을 갖도록 함으로써 본 상태방정식의 적용범위를 확장시킬 수 있다.

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