$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

이산화탄소와 에탄 이성분계의 기액 상평형 연구
A Study on the Vapor-Liquid Equilibria for the Binary Sustem of Carbon Dioxide and Ethane 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.14 no.5, 2010년, pp.32 - 37  

김동선 (공주대학교 공과대학 화학공학부) ,  조정호 (공주대학교 공과대학 화학공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 연구에서는 이산화탄소와 에탄 이성분계에 대해서 여러 등온 조건하에서 기액 상평형을 PRO/II with PROVISION (PRO/II) 전산 모사기에 내장되어 있는 Peng-Robinson (PR) 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 이용하여 추산하였다. 또한, 이산화탄소와 에탄 이성분계의 각각의 등온 기액 상평형에 대해서 기포점 압력의 편차의 제곱에 대한 합산값을 목적함수로 하여 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 회귀분석을 통하여 새로 결정하였다. 기존의 PRO/II에 내장되어 있는 이성분계 상호작용 매개변수를 사용한 것과 새로 결정한 매개변수를 사용하여 기포점 압력의 편차의 절대값에 대한 평균값을 각각 비교하였다. 본 연구에서 새로 결정한 매개변수를 이용하여 추산한 결과가 기존의 PRO/II에 내장되어 있는 매개변수를 이용하여 추산한 결과보다 우수함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, vapor-liquid equilibrium (VLE) data at several isothermal temperatures for carbon dioxide and ethane binary systems were estimated using binary interaction parameters (BIP's) in Peng-Robinson (PR) equation of state built-in PRO/II with PROVISION (PRO/II) process simulator. Moreover, B...

주제어

#vapor-liquid equilibria   #Peng-Robinson equation of state   #simulator   #binary interaction parameter  

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 본 연구에서는 이산화탄소와 에탄 이성분계에 대해서 여러 등온 조건하에서 기포점 압력에 대한 AAD(%)를 PRO/II 공정모사기에 내장되어 있는 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 이용하여 계산하였다. 또한 이산화탄소와 에탄 사이의 기액 상평형 실험 데이터를 기포점 압력에 대한 편차를 목적함수로 하여 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 새로 결정하였으며 이에 대한 온도 의존성을 알아보았다. 한편 새로 결정한 이성분계 상호작용 매개변수 값과 기존에 PRO/II에 내장되어 있는 이성분계 상호작용 매개변수 사이에 이산화탄소와 에탄 사이의 기액 상평형 실험 데이터 추산에 대한 정확도를 비교하였다.
  • 본 연구에서는 maximum azeotropic point를 갖는 이산화탄소와 에탄의 이성분계에 대해서 220.00K 와 293.15K 사이의 14개의 등온 기액 상평형 실험 데이터를 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 회귀분석하여 각각 결정하여 온도에 대한 의존성을 알아보았으며, 다음과 같은 세가지 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 이산화탄소와 에탄 이성분계에 대해서 여러 등온 조건하에서 기포점 압력에 대한 AAD(%)를 PRO/II 공정모사기에 내장되어 있는 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 이용하여 계산하였다. 또한 이산화탄소와 에탄 사이의 기액 상평형 실험 데이터를 기포점 압력에 대한 편차를 목적함수로 하여 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 새로 결정하였으며 이에 대한 온도 의존성을 알아보았다.
  • 또한 이산화탄소와 에탄 사이의 기액 상평형 실험 데이터를 기포점 압력에 대한 편차를 목적함수로 하여 PR 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수를 새로 결정하였으며 이에 대한 온도 의존성을 알아보았다. 한편 새로 결정한 이성분계 상호작용 매개변수 값과 기존에 PRO/II에 내장되어 있는 이성분계 상호작용 매개변수 사이에 이산화탄소와 에탄 사이의 기액 상평형 실험 데이터 추산에 대한 정확도를 비교하였다.

이론/모형

  • 본 연구에서는 이산화탄소와 에탄 사이의 기액상평형 추산 및 이성분계 상호작용 매개변수의 회귀분석을 위해서 PR 상태방정식을 적용하였으며 이는 식 (1)에 나타내었다.
  • 따라서 탄화수소 성분 이외 성분들에 대한 온도에 따른 증기압 추산에 적용하기에는 적합하지 않다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 이제는 각각의 순수성분의 온도에 따른 증기압 실험 데이터를 성분 각각에 대해서 회귀분석을 통해서 결정하는데 새로운 alpha function을 사용하였다[8]. 이는 식 (6)에 나타내었다.
  • 8K 사이에서 이산화탄소의 온도에 따른 증기압 실험 데이터와 PR 상태방정식에서 식 (5)의 편심인자를 사용하여 증기압을 추산한 결과와 식 (6)의 새로운 alpha function을 이용하여 추산한 결과 사이를 비교하였다. 이산화탄소의 온도에 따른 증기압 실험 데이터는 PRO/II에 내장되어 있는 변형된 형태의 Antoine식의 파라메터를 적용하였으며 이는 아래의 식 (7)과 같은 형태를 취하였다[9].
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이산화탄소를 다량으로 함유하고 있는 천연가스가 최근 들어 관심의 대상이 된 이유는 무엇인가? 과거에는 이산화탄소를 다량으로 함유하고 있는 천연가스는 경제성이 떨어지기 때문에 관심의 대상이 되지 않았으나 최근 들어서 청정연료로써 천연가스에 대한 수요가 증가함에 따라서 다음의 2가지 이유에서 관심의 대상이 되고 있다. 첫째, 탄화수소 중에 이산화탄소가 함유되면 천연가스 사이의 기액 상거동을 예측하기 어렵게 만들기 때문이다. 이산화탄소는 완전 대칭 분자이기 때문에 dipole moment는 0이다[2]. 하지만 이산화탄소의 quadrupole moment 값을 보면 -4.3으로써 비교적 큰 값 임을 알 수 있다[2]. 이산화탄소의 경우에는 dipole과 dipole간의 거리가 멀어서 quadrupole moment 값이 크게 나타나게 되며, 이로 인하여 induced dipole이 생성되게 되므로 탄화수소 사이의 기액 상거동에 대한 추산을 어렵게 만드는 원인이 된다. 특히 이산화탄소와 에탄의 경우에는 등온 조건하에서 maximum azeotropic pressure를 갖는 계를 형성한다. 둘째, 과거에는 이산화탄소가 과량 함유하고 있는 천연가스는 경제성이 없기 때문에 자원으로의 이용가치가 많이 떨어졌으나 현재는 천연가스에 대한 수요가 늘어나면서 이산화탄소를 과량으로 포함하고 있는 천연가스에 대한 관심이 늘어나게 되었으며 또한 에탄은 메탄에 비해서 함유량이 적긴하지만 에탄 크래킹에 의해서 에틸렌을 생산하는 공정에 대한 관심이 증가하면서 에탄만이 이산화탄소와 공비점을 형성하기 때문에 이에 대한 관심이 증가하고 있다.
천연가스의 주성분은 무엇인가? 천연가스는 주성분이 메탄이며 그 밖의 탄화수소 성분으로는 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄 등으로 구성되어 있으며, 비탄화수소 성분으로는 헬륨, 질소, 수분, 이산화탄소 및 황화수소 성분이 함유되어 있다. Table 1에는 산지에 따른 천연가스의 조성을 나타내었다[1].
전처리 공정에서 이산화탄소를 충분히 제거해야 하는 이유는 무엇인가? Table 1에 나타낸 성분들 중에서 비탄화수소 성분들은 전처리 공정을 거치는 동안 제거되거나 혹은 회수되어져야 한다. 이 중에서 이산화탄소는 전처리 공정에서 충분히 제거되지 않으면 천연가스를 액화하는 동안에 Freezing 문제가 발생할 수 있기 때문에 아민 수용액과 같은 용매를 사용하여 반드시 제거해 주어야 한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (11)

  1. Arthur K. Kidnat and William R. Parrish, Fundamentals of Natural Gas Processing, Taylor and Fransis, (2006) 

  2. Prausnits, J. M, Molecular Thermodynamics of Fluid Phase Equilibria, Prentice-Hall, (2004) 

  3. Brown, T.S., Sloan, E.D., and Kidnay, A.J., "Vapor-Liquid Equilibria in the Nitrogen + Carbon Dixoide + Ethane System", Fluid Phase Equilibria, 51, 299-313, (1989) 

    상세보기 crossref

  4. Peng, D.Y., and Robinson, D.B., "A New Twoconstant Equation of State", Ind. Eng. Chem. Fundam., 15, 1197-1203, (1972) 

  5. 조정호, 김영우, "상용성 화학공정모사기를 활용한 혼합냉매 이용 냉동사이클의 전산모사", 산학기술학회 논문지, 10(11), 3253-3259, (2009) 

  6. 조정호, 김영우, "탈에탄탑 설계를 위한 공정 최적화에 대한 연구", 산학기술학회 논문지, 10(12), 3755-3760, (2009) 

  7. Clark, A.Q., Stead, K., "(Vapor+Liquid) Phase Equilibria of Binary, Ternary and Quaternary Mixtures of $CH_{4}, C_{2}H_{6}, C_{3}H_{8}, C_{4}H_{10} and CO_{2}$ ", J. Chem. Thermodynamics, 20, 413-427, (1988) 

    상세보기 crossref

  8. Twu, C.H., D. Bluck, J.R. Cunningham, and J.E. Coon, "A Cubic Equation of State with a New Alpha Function and New Mixing Rule", Fluid Phase Equilibria, 69, 33-50, (1991) 

    상세보기 crossref

  9. Trek, R.E., and Stiel, L.I., "A New Reduced Vapor Pressure Equation", AIChE J., 12, 599-602, (1966) 

    상세보기 crossref

  10. Invensys Inc., Reference Manual Volume I, "Component and Thermophysical Properties", (2008) 

  11. Brown, T.S., Kidnay, A.J., and Sloan, E.D., "Vapor-liquid equilibria in the carbon dioxide-ethane system", Fluid Phase Equilibria, 40, 169-184, (1988) 

    상세보기 crossref

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로