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에탄 열분해 공정에서 관형 반응기 내벽 온도 조건이 부산물 생성에 미치는 영향

EFFECT OF INNER WALL TEMPERATURE CONDITION OF TUBULAR REACTOR ON PRODUCTION OF BY-PRODUCT FOR ETHANE CRACKING PROCESS

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.21 no.3 = no.74, 2016년, pp.110 - 117  

신찬영 (국민대학교 일반대학원 기계공학과) ,  김혜준 (국민대학교 일반대학원 기계공학과) ,  안준 (국민대학교 기계시스템공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is a essential to minimize production of by-products for economically effective petrochemical process. In order to find key factor to achieve the effective process, 2-dimensional computational fluid dynamics considering a variety of physics such as convective and radiative heat transfer and therm...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • [2]을 통해 유추할 수 있다. 더불어 해의 타당성 관점에서 관형 반응기 내 에탄 열분해에 관한 기존의 논문들은 특정 케이스에 국한되어 본 연구에 대한 비교자료로써 활용하기 어려워, 다음절에서 이어지는 내용인 다양한 물리적 상황에 대한 고려를 통해 본 연구의 신뢰성을 확보하고자 노력하였다.
  • 후)계산비용">계산 비용 또한 증가될 것으로 예측하였다. 따라서 본 연구는 다각형 격자(polygonal mesh)를 생성하고 확장비(stretching ratio)를 1.1로 설정하여 계산 영역의 큰 형상비를 극복하고자 노력하였다. 또한 벽면 근처는 따로 사각형 격자 층(prism layer)을 생성하여 벽면 효과가 해석에 충분히 반영될 수 있도록 격자를 생성하였다.
  • 따라서 본 연구는 에틸렌 생산을 위한 에탄 열분해 반응기에서 벽면 온도 조건이 부산물 생성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 등온 벽면 조건을 가정, STAR-CCM+ 10.04 버전을 활용하여 전산유체역학 해석을 진행하고자 한다.

가설 설정

  • 후)복사항을">복사 항을 나타낸다. 복사 강도는 spectral과 directional의 함수로 정의할 수 있는데 회체 가정(gary assumption)을 통해 directional만의 함수로 가정하였다. 탄화수소의 경우
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전산 유체 해석이 에틸렌 화학공업관련 분야에서 큰 강점을 가지게 된 이유는 무엇인가? 석유화학공업에서 발생하는 많은 문제들 중 특히 공정 비용 측면에서, 부산물은 열분해 공정 이후 진행되는 정제 공정 에서 발생하는 비용적인 문제와 직접적인 관련이 있다. 에틸렌 생산을 위한 에탄 열분해 과정의 경우, 운전 조건에 따라 에틸렌 선택도(selectivity)가 변하는 것으로 알려져 있으며 정제 공정의 비용을 최소화하기 위하여 관형 반응기 내 물질및 열전달 특성과 화학 반응에 대한 상세한 연구가 필요로 하게 되고 그에 따라 전산 유체 해석이 본 분야에서 큰 강점을 가지게 된다.
전산 유체 해석 중 1차원 해석의 한계점은 무엇인가? 하지만 종래의 연구들은 주로 1차원 해석이 대부분이며 컴퓨터의 발전과 함께 최근에 2차원 해석과 함께 반경 방향 구배에 대한 연구들이 진행 되어 오고 있다. 1차원 가정은 반경 방향에 대해 국소적으로 분포하는 부산물들과 결합을 일으키는 혼합의 영향을 적절하게 고려할 수 없어 부산물 생성 메커니즘과 출구 수율을 예측하는 데 많은 어려움이 있다고 알려져 있다[2].
관형 반응기란 어떤 장치인가? 관형 반응기는 열분해(thermal cracking), 중합 공정 (polymerization process), 의약품 생산 공정(pharmaceutical process) 등 다양한 화학 공정 산업에서 중요하게 사용되는 설비 중 하나로 유체의 유동과 함께 열전달 및 화학 반응이 동시에 일어나는 복합적인 장치이다. 관형 반응기에 대한 설계는 앞서 언급한 다양한 물리적인 현상에 대한 이해와 실험을 통한 경험의 축적을 바탕으로 진행되고 있으며, 주로 실험실 규모(pilot plant)의 기초 실험과 함께 스케일 업(scale-up) 과정이 뒤를 잇는다.
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참고문헌 (6)

  1. 2005, Schmidt, L.D., "The Engineering of Chemical Reactions," Second edition, Oxford university press. 

  2. 2004, Van Geem, K.M., Heyndericks, G.J. and Marin, G.B., "Effect of Radial Temperature Profile on Yields in Steam Cracking," AIChE, Vol.50, pp.173-183. 

  3. 1979, Sundaram, K.M. and Froment, G.F., "A Comparison of Simulation Models for Empty Tubular Reactors," Chemical Engineering Science, Vol.34, pp.117-124. 

  4. 2006, Grag, R.K., Krishnan, V.V. and Srivastava, V.F., "Prediction of Concentration and Temperature Profiles for non-isothermal Ethane Cracking in a pipe reactor," Korean J. Chem. Eng., 23(4), pp.531-539. 

  5. 1976, Froment, G.F., Vand de steene, B.O. and Van Damme, P.S., "Thermal Cracking of Ethane and Ethane-Propane Mixtures," Ind. Eng. Chem., Process Des. Dev., Vol.15, No.4. 

  6. 1995, Baldyga, J. and Pohorecki,R., "Turbulent micromixing in chemical reactors a review," Chem. Eng. J., Vol.58, pp.183-195. 

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