경원테크 뉴스레터 - 2016. 02
Barracuda - FCC 반응기 사이클론 마모감소를 위한 수치해석 모델의 적용
새해 인사 드립니다.
안녕하세요. 경원테크 고진영 부장입니다.
우선 새로운 한 해를 시작하면서 화목하고 건강한 가정이 되시길 바라겠습니다. 한 해를 시작하면서 작년을 되돌아 봤을 때 누구나 자기 자신을 평가하는 시간을 가지지 않을까 생각됩니다. 보통 기혼자는 배우자 분이 이런 평가를 대신해주기도 하고, 저 같은 경우 굳이 평가를 바라지 않아도 알아서 해줄 때도 있지만 늘 그렇듯 인색한 성적표를 받곤 합니다. 하지만 조금 다른 기준으로 말씀 드리자면 저희가 만든 뉴스레터를 받아보시는 것 만으로도 우리사회에서 중요한 역할을 담당하고 있다고 자부하셔도 좋을 것 같습니다. 학회 혹은 기술적인 문제가 있는 자리에서 보다 나은 결과를 얻고 문제를 해결하기 위해 저희와 노력하셨기 때문입니다.
저희가 만나 뵙는 분들의 연령대가 다양하기는 하지만 조금 편하게 이야기할 자리를 가지게 되면 자연스럽게 자녀들의 교육 문제가 화제에 오르곤 합니다. 거기에는 사교육에 대해서 우려하는 목소리도 있고 영어와 수학만큼은 중요하게 생각해도 괜찮지 않느냐는 의견도 일부 계십니다. 지금의 교육환경이 수학으로 대학가고, 영어로 먹고 산다는 이야기가 나올 만큼 점수에 신경을 쓰지 않을 수 없는 분위기인 것 같습니다. 글로벌한 세계에서 자녀에게 영어의 중요성은 쉽게 설명이 가능할 것 같습니다. 하지만 수학이 왜 중요한지와 나중에 어떻게 활용되는지에 대해서 확신을 가지고 이야기해줄 수 있으면 자녀들의 동기유발에 도움이 되지 않을까 싶습니다.
저희 회사는 플라즈마 관련 소프트웨어를 직접 개발하고 있고, 열유동과 관련된 해석 소프트웨어를 취급하기 때문에 어쩌면 수학과 가장 가까운 일을 하고 있습니다. 고등학교에서 배운 미분적분, 극한, 기하, 행렬, 확률 등의 내용과 대학에서 배운 편미분 방정식, 라플라스 정리, 벡터, 테일러 급수, 포텐셜 이론, 최적화 그리고 조금 다른 분야인 프로그래밍, 객체지향 등의 기본적인 지식이 있어야지만 격자를 만들고 지배방정식을 컴퓨터가 계산할 수 있는 프로그램을 완성할 수 있기 때문입니다. 달마가 동쪽으로 간 이유는 영원한 미제로 남을지 몰라도 뉴스레터를 받으시는 분들이라면 너무나도 당연하게 소프트웨어 개발이 모든 수학공부의 중요한 활용 사례라는 사실을 잘 이해하실 걸로 생각합니다. 하지만 이공계가 아닌 사람들에게 이런 내용을 설명하는 것이 고등학생들에게 수학이 왜 필요한지 설명하는 것 만큼이나 어려운 일이라 생각됩니다.
그리고 최근에는 국산 소프트웨어를 개발하는 것이 국가적으로 얼마나 중요한 일인지 설명하는 것 또한 저희가 소프트웨어를 개발하는 것만큼이나 어렵다는 걸 느낍니다. 많은 분들이 2000년대초 불어 닥친 닷컴 열풍을 기억하실 겁니다. 그 당시 청년취업자들에게 양질의 취업기회를 제공하고 첨단IT 기술을 발전시키겠다는 의도로 6개월과정의 전산관련 학원이 엄청난 전산인력을 쏟아 냈었습니다. 그 결과 기존의 전산업계의 작업 단가를 낮추고 작업결과물의 질을 낮추는 악순환을 지켜봐야 했습니다. 그런 좋은 정책 의도를 국산 소프트웨어의 개발 방향에 쏟아 부었더라면 지금도 왜 수학을 공부해야 하는지 모르는 학생들에게 들어가는 막대한 사교육비를 국가 차원에서 유용하게 활용하고, 가정에서는 아빠들이 수학 교습비 만큼은 조금 덜 아까워하지 않았을까 하는 생각도 듭니다.
국산 소프트웨어 개발은 고등학교에서부터 수학적 기초가 다져지고, 대학에서 전공에 대한 깊이 있는 이해를 바탕으로 하는 만큼 6개월짜리 단기 교육과정으로 육성할 수 있는 분야는 분명 아닙니다. 비록 이런 사업이 단기간 내에 수익성으로 연결될 확률이 크지는 않겠지만, 지금 시작하지만 않으면 향후에 해외 기술종속이 심화되면 될수록 더 큰 손실로 돌아올 거라는 건 우리나라가 핸드폰이나 자동차 산업을 육성하지 않았을 때를 가정해보면 누구나 쉽게 공감할 수 있을 겁니다. 무엇보다도 단거리 육상 선수에게 제 아무리 투자를 해도 기골이 장대한 유럽선수의 체력적 한계를 극복하기가 쉽지 않겠지만 소프트웨어 개발은 두뇌가 우수해야 하는 우리민족에게는 경쟁력이 충분한 산업이라는 생각도 듭니다.
저희 회사 분위기 자체가 기술지원과 관련해서는 책임을 다하려는 바른생활 어린이 컨셉을 가지고 있습니다. 그리고 회사 수익의 상당부분을 자체 소프트웨어 개발에 재투자하고 있습니다. 이러한 회사 상황을 아시는 분들은 결코 쉽지 않은 길을 가는 것에 대해 격려와 호의를 보여 주시고 그런 점에 저희는 항상 감사드리고 있습니다. 저희도 혼자 이 길을 가는게 아니라 전산수치해석 클러스터라는 12개사가 참여한 국산 소프트웨어 개발사와 함께 가고 있어 그렇게 심심하거나 외롭지는 않습니다. 최근에는 전북대를 비롯하여 이러한 국산 소프트웨어 육성에 뜻을 가지는 몇몇 대학과 MOU를 맺고 인재육성과 활용 방안 등에 대해 머리를 맞대고 있습니다.
2018년부터 소프트웨어 교육이 정규교과로 들어온다고 합니다. 이건 우리나라뿐만이 아니라 미국9개주, 일본, 중국, 이스라엘, 에스토니아, 핀란드 등에서 일찌감치 고등학교 필수과목으로 지정을 했습니다. 이들 국가 모두 미래에는 소프트웨어 개발능력이 국가의 경쟁력을 좌우한다는 확신에서 비롯되었습니다. 이러한 국가적인 관심과 인프라들이 밑거름 되어 저희가 기울이는 노력들이 좋은 결실을 맺을 수 있을 것으로 기대합니다. 우리가 사회에서 열심히 일하는 이유 중에 하나는 후손에게 보다 나은 세상을 물려주고자 하는 마음에서 각자의 역할을 수행해 나가는 게 아닐까 생각합니다. 만약 경원테크에서 자체 개발한 소프트웨어가 소기의 성과를 올린다면 우리 자녀들이 창의력을 펼칠 수 있는 사회로 접어 들었다는 신호탄이 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다. 많은 관심과 성원 부탁 드리며 새해에는 뜻한시 모든 일들이 좋은 결과를 맺으시길 기원합니다.
CAE사업팀 고진영 배상
SEMICON Korea 2016 전시회 참가
올해로 29회째를 맞는 "SEMICON KOREA 2016" 가 1/27(수) ~ 29(금) 서울 코엑스에서 ‘Connect to the Future, Markets, Technology, and People’를 주제로 전 세계 반도체 장비와 재료산업을 선도하는 20개국 530개 이상 업체가 참가하여 역대 최대 규모로 열렸습니다.
저희 경원테크도 반도체 제조공정에서 사용되는 식각과 증착과정을 시뮬레이션 할 수 있는 자체개발 소프트웨어인 K-SPEED 를 소개하여 관련업체 엔지니어들로 부터 큰 호응을 받았습니다. 또한 범용CFD 열유동해석 소프트웨어인 SimericsMP 역시 격자생성의 용이함과 첨단 소프트웨어 공학을 적용하고도 설계팀에서도 쉽게 사용할 수 있는 기능으로 많은 관심을 받았습니다.
FCC 반응기 사이클론 마모감소를 위한 수치해석 모델의 적용
Abstract
마라톤 석유회사(MPC’s)의 정제설비에서 FCC(유동층 접촉분해공정) 반응기 내부의 개조는 반응 사이클론의 심각한 마모를 완화하기 위한 목적으로 계획되었다. 가스입자 흐름에 대한 구체적인 계산모델은 반응 사이클론에서 마모패턴을 계산하기 위해서 만들어졌다. 재검토된 모델들간의 마모 특성들은 서로 비교되었으며 기존의 설비의 검증모델과도 대조되었다.
BACKGROUND & OVERVIEW
FCCU(유동층 접촉분해공정 설비)는 가솔린 생산에 특히 초점이 맞춰진 많은 정제공정에서 중요한 역할을 한다. FCCU는 무겁고 저급한 공급원료를 가솔린이나 경유 그리고 다른 가벼운 가스형태와 같이 높은 가치를 가지는 다양한 제품으로 변환시킨다. 이러한 공정은 공급원료의 넓은 범위를 허용하므로 매우 유연할 뿐만 아니라 운전조건과 촉매를 변화시킴으로써 다양한 혼합제품의 생산에 이용될 수 있다.
일반적인 FCCU의 개략도는 그림1 과 같이 주로 반응기와 재생용기로 구성되어 있다. 무거운 탄화수소를 함유한 공급원료는 고온 촉매입자로 주입되어 빠르게 증발된다. 가스입자 혼합물은 상층부로 빠르게 이동하면서 가벼운 분자가스를 형성하고 촉매입자 상에서 코크스 형태로 침착 되는 것과 같이 빠르게 반응한다. 상층부의 정상에서 빠져나갈 때 쯤 촉매는 생성된 기체흐름에서 분리된다. 남아있는 탄화수소들은 반응용기 내부 또는 외부에 있을 수 있는 스트리퍼 부분(Stripper Section)에 있는 촉매로부터 제거된다. 코크스는 프로세스를 구동하는 열을 제공하는 과정에서 촉매를 세정하면서 재생용기에 있는 폐촉매입자를 연소시킨다. 일단 재생이 되면 촉매는 반응기 라이저(Reactor Riser)의 바닥면으로 재 공급된다..
정제과정의 경제성을 다룰 때 가장 중요한 인자는 성능과 신뢰성이다. 둘 중에서 더욱 중요한 운전 신뢰성이다. 예기치 않은 짧은 정전은 전환이나 선택 중에 발생하는 작은 생산손실보다 생산능력을 잃어버림으로 작업자에게 더 큰 손실을 가져다 줄 수 있다. 성능은 바람직하지 않은 생산품의 발생을 최소화하면서 공급원료를 원하는 제품으로 얼마나 효율적으로 변환시킬 수 있을지에 대한 것이다. 신뢰성은 성능저하 없이 얼마나 오랫동안 장비가 지속적으로 안정되게 작동되는 지와 관련되어 있다. 대부분의 FCCU 설비에서 가끔 순환하는 촉매의 충돌로 인한 마모로 인해 신뢰성은 종종 한계를 가지게 된다. 한편, 반응기와 재생 사이클론은 마모발생이 일어나는 주요 부위가 꽤 자주 발생한다.
CATLETTSBURG FCC UNIT
Catlettsburg의 FCC(Fluid Catalytic Cracking) 설비는 원래 1983년에 세계 최초의 RCC(Reduced Crude Conversion)설비로 의뢰 받아 제작되었다. UOP와 Ashland 사가 공동으로 명목상 43kbpd의 용량으로 개발하였다. 반응기와 라이저 시스템은 탄화수소의 부분압력을 최소화하고 남아있는 공급원료의 완전하고 빠른 증발을 위해서 낮은 압력에서 작동되었다. RCC 설비는 2003년 전체 정유설비의 리모델링 작업의 일환으로 FCC 설비로 전환되었다. 그 결과 수소처리 공급이 가능한 총 95kbpd의 용량을 가지는 FCC 설비로 설계되었다. 설비압력은 증가하였고 2단 재생기는 완전연소가 가능하게 전환되었다.
상부 반응용기의 대략적인 구조는 그림1에 나타내었다. 용기 내부의 직경은 7.9 미터이다. 현재 FCC 반응기 사이클론은 30년동안 운영되었고 기계적 한계수명에 다다랐다. 설비가 교체되는 동안 마모현상이 사이클론의 크로스 오버 덕트에서 발견되었다. 새로운 사이클론은 다음 설비 교체 시 설치될 예정이다. 변경사항은 마모를 다음과 같이 마모를 완화시키기 위해서 계획되었다. 출구 라이져(Outlet Riser)의 위쪽 부분의 확대, 새로운 사이클론의 설계 및 설치, 사이클론으로 향하는 출구 라이져 연결 덕트의 확대, 그리고 출구 라이져에 있는 와류방지 배플의 장착 등이 검토되었다. 추가로 출구 라이져와 연결 덕트간 변환에 의해 추가 옵션이 고려되었다. 이러한 연구의 목적으로 1차변경안을 참조한 안과 이런 변화와 경사진 부분을 포함한 2차안이 마련되었다.
MPC는 Catlettsburg FCCU 장비에서 발생하는 과도한 마모의 근본적인 원인에 대해서 자세히 이해할 수 있기를 바랬으며 재설계를 위한 몇몇 방안들에 대해서도 부식의 정도와 심각성을 최소할 수 있는 방안을 평가하길 원했다. 이러한 두 가지 목적을 달성하기 위해서 전산유체역학(CFD) 방법이 FCC 사이클론 시스템에서 관련부분의 자세한 3D 수치모델을 생성하기 위해 사용되었다. 이 수치모델의 타당성은 먼저 정제과정에서 관찰되는 마모와 같이 내장된 경우에 예측할 수 있는 마모특성을 비교함으로써 정립되었다. 추가적인 케이스는 두 개의 대안설계방안의 마모성능을 평가하기 위해 수행되었다.
COMPUTATIONAL MODEL
CPFD(Computational Particle Fluid Dynamics) 방법이 반응기 상부에 위치한 내부 가스입자유동을 해석하기 위해서 사용되었다. CPFD방법은 3차원에서 과도상태의 유체와 입자질량, 운동량 그리고 에너지방정식을 계산한다. 유체는 불연속입자를 가지는 강한 결합으로 표현되는 내비어스토크 방정식으로 표현된다. 입자의 운동량은 다상유동과 MP-PIC(Particle-In-Cell) 수치해석기법이 적용되어왔는데 이러한 방식은 연속체 입자와 운동이 결합된 라그랑지 방법으로 표현되고 있다. CPFD 해석방법은 상용소프트웨어인 바라쿠다를 사용했는데 이 소프트웨어는 다루기 힘든 마모관련 연구를 포함해서 입자유동문제에 있어 광범위하게 검증되었다. 바라쿠다 VR이 이 마모연구에 사용되었다.
그림2와 같이 3D 모델링은 1차 분리챔버, 출구라이져 그리고 상세하게 모델링된 사이클론이 하나가 포함된 10개의 교차 덕트로 이루어져 있다. 그림2에서 볼 수 있듯이 계산격자는 587,000의 직교격자로부터 만들어졌다. 수치해석 모델링 결과는 스칼라계산을 위해 190,000 개의 셀과 벡터계산을 위한 619,000개의 셀표면 그리고 촉매유동장의 계산을 위해 160만개의 입자가 사용되었다. 바라쿠다 VR 모델에서 사용되는 셀의 개수는 분립체, 고체상의 이산화를 위해 추가된 서브그리드 해상도로 인해 일반 범용CFD 소프트웨어에 비해 작은 경우가 종종 있다. 반응기의 형상, 와류방지를 위한 배플 그리고 싸이클론 튜브들을 포함하는 내부의 형상은 모델에는 반영되어 있지만 그림2 에서는 볼 수 없다.
기체는 반응기 라이저의 출구에 위치한 Multiple disengager arms의 끝부분에서 일차 분리챔버로 들어오게 된다. 압력경계 조건은 사이클론 출구에 적용하였다. 압력경계조건은 또한 또 다른 아홉 개의 교차 덕트의 끝단에도 적용하였다. 이러한 압력 값들은 사이클론의 입구에서 시간변화에 따른 모니터링 포인트로부터 얻을 수 있고 열개의 교차 덕트간에 시간평균 기체 분포를 비슷하게 유지하기 위해 미세하게 조정하였다.
압력경계 조건은 역시 1차 분리챔버의 바닥에 사용하였으며 스트리버 하단으로부터 전반적인 기체의 유입을 허용하는 동안 소용돌이 치는 입자의 흐름을 가지는 혼합된 가스의 유출을 가능하게 한다. 기체의 최소량은 사이클론 dipleg의 바닥에서 빠져나가도록 사용되었다. 시스템 압력은 약 2기압으로 유지하였다.
1450kg/m3의 밀도를 갖는 FCC촉매 입자들이 시간당 454톤 이상의 유량으로 disengage arms로 유입된다. 입자는 모든 경계조건에서 배출되는 조건이 허용되었다. 일부의 입자는 계산 초기 시간에 적당한 밀폐압력을 생성하기 위하여 사이클론 dipleg에 배치되었다.
해석의 주요 관심사는 해석 영역과 마모의 심각성이기 때문에 단순화된 가정으로 해석의 복잡성을 줄였다. 화학반응은 무시되었고 가스의 화학종은 하나로 모사하였다. 전체시스템은 805K의 등온조건이다.
마모 인덱스는 내화재 표면의 충돌을 도표로 정의되었고 마모 인덱스는 다음과 같이 계산된다.
Cα는 충돌각도에 따른 계수이고, m은 입자의 무게, v는 입자의 속도이다. 각도의 계수 Cα는 깨지기 쉬운 매질의 마모 특성을 시뮬레이션 하기 위해 표면에 수직으로 충돌한 값이 최대가 되는 값으로 세팅 되었다. 표본 각도 상관 곡선은 Tylly(10) 또는 Karri와 Davuluri(11)에 의해 보고 되었다. 속도의 지수는 문헌을 바탕으로 2.5에서 5.0사이의 범위로 정의된다(Mills and Mason(12) 또는 Karri and Davuluri를 참조).
특히, Mills and Mason은 관 곡부에서 마모는 속도의 3.5 또는 4.5 승에 비례한다고 제안하였다. 더 작은 값은 보수적인 결과를 보인다. 합리적인 질량의 지수 값에 관한 문헌은 거의 출간되지 않았다. 몇몇 자료는 큰 입자들은 작은 입자의 등가 질량보다 마모에 더 큰 영향을 준다고 제안했으나(Karri and Davuluri 참조) 결론에 이르지는 못했다. 1.5의 질량 지수는 더 큰 입자가 충돌하는 영역 쪽으로 마모를 왜곡하지만 이후의 분석은 1.0의 질량 지수는 비슷한 결과를 보였다.
함수 식은 모든 입자 p에 대해 합산 후 해당 벽 표면에 충돌되어 시간 T와 표면적으로 정규화된다. 이 모델은 입자 특성 파라미터(개별 입자에 정의된 질량, 속도 충돌각)에 의존적이다. 이러한 마모도는 충돌기반의 마모를 계산하기 위해서는 분립체로서의 입자는 필수적으로 모델링 되어야 하며 오일러-라그랑지 수식이 필요하다.
MODEL VALIDATION
해석모델은 우선 기존의 알려진 마모특성의 형태를 검증하기 위해 계산되었다.
10초간의 해석시간 동안 촉매의 체류시간분포(RTD)는 그림3과 같다. 촉매 중 일부는 회전하는(swirl) 기류를 가지는 출구라이져(outlet riser)로 이동하게 되고 10개의 교차공간에 분포하게 된다. 사이클론으로 들어가는 모든 입자는 4초 이하의 체류시간을 가진다. 따라서 10초간는 입자유동패턴의 준정상상태를 설명하기에 충분하다고 간주하였다. 마모모델과 테이터의 시간평균은 10초에 활성화되고 전체 계산은 30초동안 실시하였다. 총30초간의 시뮬레이션의 유효성은 1차 분리챔버의 바닥을 통한 유동과 출구라이져를 통한 촉매유동의 분리량을 모니터링 하므로써 확인할 수 있다. 이러한 유량은 4초이내에 준정상 상태 값에 도달하였다. 이러한 전체 계산시간은 유동특성을 보여주는 시간에 비해 7배이상 큰 값으로 의미 있는 시간 평균 결과를 제공한다.
마모현상이 가장 많이 발생될 걸로 예상되는 영역은 그림3과 같다. 마모도는 특정값 이상의 영역만 표시되었고, 붉은 색은 마모도가 높을 것을 의미한다. 이를 통해 가장 심한 세 영역을 볼 수 있다. 첫째 사이클론 입구의 짧은 변, 둘째 사이클론 입구의 상단면, 셋째 사이클론 몸체의 입구부분이다.
이전 장비 교체시 정밀검사 보고서는 이러한 영역 대부분에서 광범위한 손상이 있었음을 보여준다. 사이클론마다 손상위치와 정도는 변화되었다. 하지만 일반적인 패턴은 동일한것을 알 수 있다. 일부 경우에는 내화물이 순환하는 촉매에 노출되어 금속이 노출될 정도로 손상을 입었다. 또한 드물게 촉매로 인해 금속벽을 따라 구멍이 생기는 경우도 있다. 이러한 두 사례는 그림4에 나타내었다.
마모 모델의 결과가 정량적이더라도 의미 있는 마모도 값을 정의하기 위해서는 추가적인 자료가 요구되는 것을 인지해야 한다. 모델이 전적으로 질량, 속도와 벽면의 충돌 각도를 기반으로 한다. 실제로 마모는 표면 매질, 내화재의 설치 절차, 입자 성분, 입자 모양 등과 같이 광범위한 추가적인 요소들에 의존적일 수 있다. 따라서 사전 검사의 보고 자료를 비교함으로써 우려할 만한 마모도의 한계 값이 얼마인지 구분할 수 있다. 확인된 한계값 이하의 마모도 값은 허용될 만 하다. 기준 모델과 현장 관찰(?) 간의 비교를 바탕으로 모델은 검증되었고 기준 모델과 다른 대안들을 비교하는데 준비가 되었다고 간주된다.
MODEL RESULTS AND FINDINGS
그림5는 베이스라인 모델과 비교했을 때 두 가지 설계방안 사이에서 마모의 형태와 심각성을 보여주고 있다. 두 가지 설계방안은 마모형태와 심각성을 크게 줄일 수 있다. 해석결과는 사이클론 입구부분에서 과거에 문제가 있었던 마모도 보다 큰 값은 없는 것으로 예측되었다. 설계1안과 비교했을 때 설계2안이 사이클론 몸체의 입구영역에서 보다 마모를 덜 발생시키는 것을 볼 수 있다.
설계방안들로부터 마모감소의 원인은 그림6에 분명히 나타난다. 시간 평균된 입자의 속도는 그림의 좌측 및 중앙 열에서 볼 수 있다. 두 개의 그림이 각각 수직과 수평으로 절단된 면을 보여준다. 세 가지 설계는 방안1의 중간과 방안2의 바닥 면에서 제일 윗줄에 있는 베이스라인과 비교하였다.
높은 평균입자속도를 가지는 영역은 최대 마모가 발생하는 지역과 동일한 크로스오버의 윗쪽과 짧은 면에서 발생하는 게 분명하다. 두 가지 설계방안 모두 이러한 최대속도는 감소한다. 이것은 다소 넓은 단면을 가지는 유동영역에서 예상된다. 그러나 예상할 수 없는 점은 덕트를 통해 유동분포가 얼마나 되는지 이다. 두 가지 설계방안은 입자수송을 위해 절단단면의 이용과 수평 및 수직, 그리고 평균입자 속도를 줄이는데 있어 보다 효율적이다.
가스의 속도는 입자의 속도에 의해 실질적으로 다루어질 수 있다. 감소된 원인과 보다 균일한 입자의 속도는 그림 6에서 볼 수 있듯이 시간평균 된 가스의 속도로부터 명확하게 알 수 있다. 가스의 속도는 국부적으로 입자의 속도를 초과하기 때문에 이러한 빠른 입자의 속도는 공력저항 의해 발생한 결과가 분명하다. 국부적으로 높은 가스속도는 크로스오버로 들어가는 가스의 갑작스런 방향 변화가 발생시키는 유동 분리의 결과이다. 이러한 분리영역은 두 가지 개선안 모두에서 감소한다. 대안2에서의 고유한 입구각도는 덕트의 바닥을 흐르는 부착된 유동이 증가되었기 때문으로 보인다. 마모는 충돌속도에 매우 의존적이기 때문에 촉매속도와 마모의 감소는 나은 부착흐름이 유효한 단면적의 보다 큰 활용도를 활성화 시킨다.
사이클론의 효율연구는 본 해석에서는 수행되지 않았다. 이 경우, 일차 촉매분리장치는 단지 두 번째 분리를 위해 사용되는 사이클론과 함께 입자의 대부분을 분리하기 위해서 사용된다. 이러한 높은 속도에서 평균입자속도의 감소는 분리효율에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되지는 않는다. 그러나 CPFD모델은 사이클론의 효율과 같이 시스템의 다른 측면에서 변화의 영향을 연구하는데 사용될 수 있다.
CONCLUSIONS
위의 경우는 FCCU에서 입자의 충돌마모의 근본원인을 이해하는데 있어 CPFD 수해해석 접근방식에 기반을 둔 해석모델의 효과적인 사용에 대해 보여주고 있다. 이 모델은 Catlettsburg 정제시설의 운영 경험과 비교하여 검증되었고 최대 마모위치를 정확하게 예측하였다. 검증된 모델은 여기에서 두 가지 경우의 설계 검토 안을 평가하는데 사용되었는데 검토 안의 목적은 마모의 범위와 심각성을 최소화 하는 것이고 미소하게나마 두 번째 설계 안이 보다 효과적임을 보여주고 있다.
FCC에서 마모의 감소는 작동주기와 FCC 설비의 전체적인 수명을 증가시키는데 확실한 장점을 가지고 있다. 이뿐 아니라 예상치 않은 정전과 같은 위험을 줄일 수 있다. 여기에 나타난 MPC Catlettsburg 반응기와 같이 수치모델은 가스-유동 입자흐름에서 대한 통찰력을 제공함으로써 마모를 줄일 수 있는 설계와 재설계를 간편하게 만들어 줄 뿐만 아니라 설계를 변경하기 위한 정상적인 공학적 근거는 확신을 가지고 변경할 수 있게 해준다. 이 해석 기법은 화학반응을 포함하는 것으로 확장할 수 있고 그로 인해 FCCU 변경에 따른 마모뿐만 아니라 성능에 관한 영향을 계산하는데 사용되며 연구(13)에 나타나고 있다.
이런 방식의 반응기 모델링은 다른 설비에도 적용이 되었지만 그것은 여기에 언급된 Catlettsburg 의 업무범위를 벗어난 것이다.
* 본 논문은 지면관계상 요약된 내용을 싣고 있습니다.
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2016년도 봄 총회 및 학술대회
일시 : 2016. 4. 27(수) ~ 29(금)
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한국화학공학회는 54년의 역사를 가지고 있으며, 전국의 화학공학 관련학과(화학공학과, 화학과,공업화학과, 신소재공학과, 환경공학과, 나노공학, 섬유공학과 등), 연구소, 산업체, 기업체 등 약 6,000여명의 회원이 참여하고 있는 국내 최대의 전문 학회입니다. 약 1,200여 편의 논문 발표가 이루어지고, 2,500명 이상의 회원이 참가하는 국내 최대 학회 행사 중의 하나입니다. (홍보전시는 4월 28일(목)~29일(금)
경원테크는 본 학술대회에 전시참가를 할 예정입니다.
대한기계학회 유체공학부문 춘계 학술대회
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연세대학교
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[PumpLinx] 3/17, 4/21, 5/26, 6/23, 7/21 (목)
[CHEMKIN] 3/16, 5/18, 7/20, 9/21, 11/16 (수)
[EnSight] 2/18~19(목-금), 3/8(화), 4/19~20 (화-수)
작성일 : 2016-02-05