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[국내논문] 상용성 화학공정모사기를 활용한 혼합냉매 이용 냉동사이클의 전산모사
Simulation of the Mixed Propane Refrigeration Cycle Using a Commercial Chemical Process Simulator 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.10 no.11, 2009년, pp.3253 - 3259  

조정호 (공주대학교 화학공학부) ,  김영우 (호서대학교 자동차공학과)

초록
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본 연구에서는 프로판이 주성분인 혼합냉매를 사용하여 프로세스의 온도를 $-20^{\circ}C$까지 낮추는 증기 재 압축을 활용한 냉동사이클에 대한 전산모사를 수행하였다. 냉매의 공급온도는 프로세스와의 온도차를 $10^{\circ}C$로 가정하여 $-30^{\circ}C$로 정하였다. 전산모사를 위한 열역학 모델식으로는 Peng-Robinson 상태방정식을 적용하였으며, 냉매 혼합물의 각 성분에 대한 순수성분의 온도에 따른 증기압을 잘 추산하기 위해서 새로운 Alpha function을 이용하였다. 한편, 냉매 혼합물의 각각의 이성분계 실험 데이터를 잘 추산하기 위한 혼합규칙으로는 van der Waals 혼합규칙을 사용하였다. 한편 전체공정의 전산모사를 위해서 Invensys사의 PRO/II with PROVISION 8.2를 활용하였으며, 압축기의 소요동력을 최소화시키기 위해서 2단 압축공정을 사용하였으며. 첫 번째 압축기 후단의 최적 압력은 6bar이며 이때 총 소요동력은 755.7kW임을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a computer simulation has been performed for the refrigeration cycle using mixed refrigerants in order to decrease the process stream temperature to $-20^{\circ}C$. Refrigerant supply temperature was assumed to be $-30^{\circ}C$ considering the temperature differ...

주제어

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  • 한편 냉동 사이클의 모사에 적합한 올바른 열역학 모델식으로는 1976년에 고안된 Peng-Robinson 상태 방정식을 활용하였다[6]. 본 연구에서는 냉매의 공급온도를 -30℃로 정하였으며, 증발기의 Heat duty는 1.0x106 Kcal/hr로 가정하였다.
  • 364bar까지 압축하는데 필요한 동력을 추산하면 된다. 여기에서 압축기의 효율은 70%를 가정하였다. 압축기의 총 소요 동력을 최소화시키기 위해서 이단 압축공정을 사용하였는데 이것은 그림 5에 나타낸 것과 같이 압축기와 압축기 사이에 Inter-cooler를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
증기 재압축을 활용한 냉동 사이클은 어떻게 구성되어 있는가? 증기 재압축을 활용한 냉동 사이클은 원리상 압축-응축-팽창-중발의 4단계로 구성되어 있다. 냉매로써의 선정 조건은 외부 공기가 냉동 시스템으로 새어 들어가지 않게 하기 위하여 증발기 온도에서의 냉매의 증기압은 대기압보다 높아야 한다.
증발기 온도에서의 냉매의 증기압은 대기압보다 높아야 하는 이유는? 증기 재압축을 활용한 냉동 사이클은 원리상 압축-응축-팽창-중발의 4단계로 구성되어 있다. 냉매로써의 선정 조건은 외부 공기가 냉동 시스템으로 새어 들어가지 않게 하기 위하여 증발기 온도에서의 냉매의 증기압은 대기압보다 높아야 한다. 반면에 고압장치에서의 높은 초기 투자비용과 운전비용 때문에 응축기 온도에서의 증기압이 너무 높으면 안된다.
냉매의 총 순환유량은 증발기로 주입되는 냉매의 유량을 결정하게 되면 팽창밸브와 기액 분리기에 대한 전산모사를 수행하여 비례관계를 통해서 결정할 수 있는 이유는? 팽창밸브를 거친 냉매 혼합물이 기상과 액상이 서로 분리되어 기액 분리기를 통해서 기상류는 압축기 전단으로 바로 주입되고 액상류는 증발기로 주입된다. 따라서 냉매의 총 순환유량은 증발기로 주입되는 냉매의 유량을 결정하게 되면 팽창밸브와 기액 분리기에 대한 전산모사를 수행하여 비례관계를 통해서 결정할 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. J.M.Smith, H.C. Van Neww & M.M. Abbott, "Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics", 6th Edition, McGraw-Hill, 2001. 

  2. 조정호, 김성태, 박종기, "PRO/II with PROVISION을 이용한 화학공정의 모사", 도서출판 아진, 2004. 

  3. 조정호 "Aspen plus를 이용한 화학공정의 모사", 멀티 정보사, 2001. 

  4. HYSYS Quick Start Guide, Aspen Technology. 

  5. ChemCAD User Manual, Chemstation. 

  6. Peng, D.Y. and Robinson, D.B., "A new two-constant equation of state", Ind. Eng. Chem. Fundam., 15, 59-64, 1976. 

  7. Twu, C.H., Bluck, D., Cunningham, J.R., and Coon, J.E., "A cubic equation of state with a new alpha function and new mixing rule" Fluid Phase Equil., 69, 33-50, 1991. 

  8. 조정호, "순수한 프로판 냉매를 사용한 액화석유가스 냉동사이클의 모사에 관한 연구", 한국가스학회지, Vol.10, No.1, 38-42, 2006. 

  9. Richardson, R.N., and Butterworth, J.S., "The performance of propane/isobutane mixtures in a vapour-compression refrigeration system" Int. J. Refrig., Vol. 18, No. 1,58-62, 1994. 

  10. Fernando, P, Palm, B., Lundqvist, P., and Granryd, E., "Propane heat pump with low refrigerant charge: design and laboratory tests" International Journal of Refrigeration, 27, 761-773, 2004. 

  11. Karlinowsky, P., Hwang, Y., Radermacher, R., and Hashimi, S.A., "Application of waste heat powered absorption refrigeration system to the LNG recovery process" International Journal of Refrigeration, 32, 687-694, 2009. 

  12. Purkayatha, B., and Bansal, P.K., "An experimental study on HC290 and a commercial liquidfied petroleum gas (LPG) mix as suitable replacements for HCFC22", 21, 3-17, 1998. 

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