질소 생산시스템의 공정 시뮬레이션을 위한 Membrane 모델에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 질소 생산시스템의 공정 시뮬레이션을 위해 Membrane의 수학적인 모델을 제시하고 케이스 스터디를 수행하였다. 질소 생산시스템은 해양플랜트나 선박에서 (공기로부터 산소를 분리하여) 질소를 생산하기 위한 시스템으로 생산된 질소는 가연성 가스를 위한 Inert Gas로 많이 사용된다. 질소 생산시스템에는 PSA(Pressure Swing Adsorption)타입과 Membrane 타입이 있는데, 본 연구에서는 널리 사용되는 Membrane 타입을 선정하였다. 최적의 설계를 위해서는 공정 시뮬레이션이 수행되어야 하는데, 해양플랜트 공정분야에서 널리 사용되고 있는 Aspen HYSYS에서는 Membrane을 위한 모델이 제공되지 않고 있다. 그래서 본 연구에서 Aspen HYSYS에서 질소 생산시스템을 시뮬레이션하기 위해 Membrane의 수학적인 모델을 제시하였다. 제시된 Membrane의 수학적인 모델은 가스와 액체 혼합물의 분리를 예측하는데 가장 널리 사용되는 Solution Diffusion Model을 기반으로 하고 있다. 그리고 Membrane의 대표적인 4가지 유동에 대해서 소개하고, 본 연구에서 선정된 Countercurrent 유동에 대한 이상적인 모델을 소개하였다. 본 모델을 이용하여 계산하기 위해 가정한 가정들과 계산을 위해 사용한 Chen·s modification을 소개하였다. 제시된 Membrane의 수학적인 모델을 이용하여 케이스 스터디를 수행하였다.