[공정실험] 증류(Distillation)

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소개글
[공정실험] 증류(Distillation)에 대한 자료입니다.
목차
1. Theory
가. 증류방법과 종류

1) 차별 증류 (differential distillation)
2) 플래시 증류 (Flash Distillation)
3) 단증류(differential distillation)
4) 정류(Rectification)
나. 정류장치의 구조

다. 물질수지, 에너지수지
1)물질수지
2) 에너지수지
라. 환류비(reflux ratio)
1) McCabe-Thiele 방법
2) 조작선 그리기과정
(1)이성분계(binary system)에 대한 물질수지
(2)완성된 조작선식 세우기
(3)환류비 적용
(4)조작선 그리기
바. 최소 환류비, 무한 환류비, 최적 환류비
1) 최소 환류비
2) 무한 환류비
3) 최적 환류비
사. 기․액 평형관계
아. 비점도표 및 기․액 평형도표
자. Gas Chromatography
1) 기체크로마토그래피의 기초
2) 기기장치 (The Instrument)
3) 크로마토그램 (Chromatogram)
4) 운반기체 (Carrier Gas)
5) 주입부 (Injection Port)
6) 분리관 (Columns)

2. Data & Results1.
가. GC Calibration data(표준 물질) Calculation by MATLAB
나. 각 order별 equation
다. Feed, Top, Bottom의 GC 측정 결과
라. Distillation 실험 결과

3. Analysis
가. MATLAB을 이용한 검량선 작성
1) 기본 Code(1st order)
나. Top, Feed, Bottom에서의 Volume fraion을 통한 Molefraction Calculation
다. Estimation by McCabe-Thiele Method
라. PID Control의 관점에서 바라본 Distillation

4. Discussion
가. 실험이 실패한 원인에 대한 분석
1) Feed의 volume fraction에 대한 잘못된 예측 / 개선방향
2) 온도 제어/농도 제어에 대한 고찰
나. 공정모사를 통한 실험 재예측 / 설계
1) 동일 Feed Condition : 26.8℃, 4.1845mol/min, q=0
2) Reboiler에서 유입된 열량 값을 실험과 같게 한 경우
다. EOS 선택 기준

5. Reference


본문내용
1. Analysis
1.1. MATLAB을 이용한 검량선 작성
1.1.1. 기본 Code(1st order)
clc
clear all

x = [0 2.71252 11.67165 19.80605 27.09749 31.81689 46.34915 56.10379 67.07956 84.55401 100]; % 해당 Area Ratio
y = [0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]; % 주입한 물질의 Volume 비

X=[x(1);x(2);x(3);x(4);x(5);x(6);x(7);x(8);x(9);x(10);x(11)];
Y= [y(1) 1; y(2) 1; y(3) 1; y(4) 1;y(5) 1;y(6) 1; y(7) 1;y(8) 1;y(9) 1;y(10) 1;y(11) 1];

data = inv(Y'*Y)*Y'*X; %Calibration을 위한 계산

a= data(1) %검량선 방정식에 들어갈 계수
b= data(2)

x_plot = 0:0.001:1;
n=max(size(x_plot));

for i = 1:n
y_plot(i)=a*x_plot(i)+b; % 0~1까지 0.001 단위로 검량선 ploting
end

figure,plot(y_plot, x_plot, 'r', x, y, 'rx')
title('Methanol-1st order');
xlabel('Peak Area %');
ylabel('Volume fraction');
v=[0,100,0,1];
axis(v);

- Order를 증가시켜야 하는 경우 아래의 코드에 y(x)^n을 추가하여 Matrix의 space값을 늘려준다.
Y= [y(1)^2 y(1) 1;y(2)^2 y(2) 1;y(3)^2 y(3) 1;
y(4)^2 y(4) 1;y(5)^2 y(5) 1;y(6)^2 y(6) 1;
y(7)^2 y(7) 1;y(8)^2 y(8) 1;y(9)^2 y(9) 1;y(10)^2 y(10) 1;
y(11)^2 y(11) 1];

- Y matrix가 11X3 Matrix가 나오기 때문에 계산값은 Data Matrix는 3X1 Matrix가 된다. 그에 따라 data mtrix의 각 Element에 대해서 받아줄 variable은 3개를 만들어야 한다. 그 값을 받아준 요소가 2차 방정식의 각 계수가 되므로 그것을 통해 plotting을 실시할 때 2nd order equation으로 plotting을 해주면 된다.
a= data(1)
b= data(2)
c= data(3)
for i = 1:n
y_plot(i)=a*x_plot(i)^2+b*x_plot(i)+c;
end

- 이와 같은 방식으로 Plotting을 하면 4th order까지 검량선을 그려낼 수 있다. Calibration을 위한
참고문헌
1.1. McCabe, Smith, Harriot. 『Unit Operations of Chemical Engineering』, McGrawHill, 2006
1.2. 김화용, 여영구, 임경희, 『화학공학열역학』, McGrawHill, 2005
1.3. Incopera, DeWitt, Bergmann, Lavine, 『Fundamentals of Heat and Mass transfer』, Wiley, 2005