초록 ▼

환경오염에 대한 관심이 나날이 고조되어 가고 있는 현재의 상황에서 화학 공정 산업계는 날로 강화되는 환경 오염 규제 법규를 준수하며 동시에 치열한 산업경쟁에서 살아남기 위해서 생산력을 증대해야 하는 시점에 놓여 있다. 최근 환경 오염에 대한 기업 및 정부의 관심이 고조되어 감에 따라 많은 연구가 진행되어 왔으나 대부분근원적 방지 기술이 아닌 발생된 오염 물질의 처리기술(end-of-pipe treatment technology)에 머무르고 있는 실정이다. 그러나 일단 한번 생산된 폐기물은 완전히 제거하는 것이 불가능하므

환경오염에 대한 관심이 나날이 고조되어 가고 있는 현재의 상황에서 화학 공정 산업계는 날로 강화되는 환경 오염 규제 법규를 준수하며 동시에 치열한 산업경쟁에서 살아남기 위해서 생산력을 증대해야 하는 시점에 놓여 있다. 최근 환경 오염에 대한 기업 및 정부의 관심이 고조되어 감에 따라 많은 연구가 진행되어 왔으나 대부분근원적 방지 기술이 아닌 발생된 오염 물질의 처리기술(end-of-pipe treatment technology)에 머무르고 있는 실정이다. 그러나 일단 한번 생산된 폐기물은 완전히 제거하는 것이 불가능하므로 공정 자체를 개선함으로써 폐기물의 생성을 근본적으로 줄여보고자 하는 것이이 연구의 목적이다.본 연구에서는 연속식 화학 공정에 환경에 관련된 새로운 제한 조건들이 추가될 때 공정을 개선하여 최소의 비용으로 그러한 제한 조건들을 만족시킬 수 있도록 하는 구조 최적화 방법을 모색해 보았다. 이를 위하여 기존의 구조 최적화 방법인 혼합 정수 선형계획법(Mixed Integer Linear Programming)을 풀기 위해 고안되었던 branch and bound method와 Douglas의 계층적 의사결정 절차(hierarchical decision procedure)를 결합하여 HeuristicCombined Branch & Bound Method라는 공정 합성 방법론을 개발하였다. 이 방법의 특징은 공정 구조상의 alternative들을 목구조로 나타내었다는 점과 각 alternative의 경제성평가를 위해 decomposition strategy를 적용했다는 점이다. Douglas의 계층적 절차를 도입하여 설계결정의 단계를 크게 input-output단계, 재회수단계, 분리단계로 나누어input-output 단계부터 순차적으로 설계결정들을 변화시킴으로써 체계적인 alternative의 생성이 가능했다. 기존의 일반적인 공정합성의 경우, 여러 가지 alternative들을 하나의superstructure로 통합하여 나타내는 방법을 쓰기 때문에 문제의 크기가 커지는 데 비해서본 방법을 이용하는 경우, alternative들 중에서 중요한 결정사항들만을 선택하여 목구조로나타내기 때문에 좀 더 효율적으로 alternative들을 찾아내었다. 계층적 접근 방법을 이용하여 찾아진 alternative중에서 가장 비용을 최소화시키는 구조를 찾기 위해서 각alternative에 대한 경제성 평가를 비교하는 알고리즘으로서 Branch and Bound method를이용하였다. 본 연구를 통해서 개발된 Heuristic Combined Branch and Bound Method는기존의 방법들과 비교할 때 다음과 같은 장점을 보이고 있다. 첫째, 모델구성이 간편하며,둘째, 단위공정의 최적화 문제가 독립적으로 subproblem을 구성하기 때문에 복잡한 모델식이 포함되어 있어도 global optimum을 구성할 수 있다는 점, 셋째,목구조를 통해 alternative들을 효과적으로 선별하므로 계산시간을 줄일 수 있다는 점 등이 있다. 개발된 방법의 실제 적용성을 알아보기 위해서, 가장 일반적인 형태의 오염물질 발생 패턴에 대해서 본 연구를 통해서 개발된 방법을 적용시켜 본 결과 매우 효과적으로 최적구조 및 최적 조업 조건을찾아내는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼

Due to growing concerns on the quality of the environmentand increasingly stringent environmental regulations, chemical process industries (CPI)face the requirements to satisfy following two goals simultaneously: increase theproductivity and satisfy the frequently changing environmental

Due to growing concerns on the quality of the environmentand increasingly stringent environmental regulations, chemical process industries (CPI)face the requirements to satisfy following two goals simultaneously: increase theproductivity and satisfy the frequently changing environmental constraints. The mostcommon way to handle the environmental constraints in industry is the end-of-pipetreatment: install a treatment system to the end of the process stream which carries thematerial that violates the environmental regulations. However, this end-of-pipetreatment is also the most expensive way of handling the environmental constrains.Therefore, in this research chemical process modification technology has beendeveloped to prevent environmental pollution by modifying the process with theminimum cost when new constraints are added to the present process. To achieve thisgoal Heuristic Combined Branch and Bound Method was developed which consists ofBranch and Bound Method and Douglas's hierarchical decision procedure. This methodrepresents various design using a tree structure and uses a decomposition strategy tocompare the economic potential of each structure. The Douglas' hierarchical decisionprocedure is divided into three major steps: input-output step, recycle step, separationstep. Alternatives are generated systematically by changing the process structuresequentially from input-output step. Compared to the conventional method which usesa superstructure to represent various alternatives, this method uses a tree structure andefficiently searches the design alternatives for the optimal structure. Branch andBound Method is used to compare the economic potential of alternatives. HeuristicCombined Branch and Bound method has following good properties: 1) the modelformulation is easy, 2) global optimum can be found even though the model is complexbecause the whole problem is divided into several subproblems and solved 3)computation time can be reduced because this method efficiently searches the treestructure for the optimal structure. To test an applicability of this method, we appliedthis method to the general form of the pollution emission problem. This proposedmethod showed good performance for finding optimum structure and optimum operationconditions.

목차 Contents

• 1 서론...7
• 2 연구방법 및 이론...8
• 3 사례연구...12
• 4 고찰...23
• 5 결론...23
• 6 감사...24
• 7 참고문헌...24
• 8 연구수행관련 논문발표 목록서...25
• 9 자체평가서...26
• 10 연구참여인력목록서...27
• 11 연구비 집행내역서...28
• 12 주요기자재 구입목록...29