다목적 최적화를 이용한 RPSA 공정의 최적 운전 및 설계 = Optimal operation and design of RPSA process using multiobjective optimization
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2001
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 대학원: 화학공학과 2001. 2
발행연도
2001
작성언어
한국어
주제어
KDC
570.323 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
x, 78p. : 삽도 ; 26 cm.
소장기관
다목적 최적화를 이용하여 Rapid Pressure Swing Adsorption(RPSA) 공정을 모사 및 최적화함으로써, 공정 성능을 향상시키기 위한 운전 조건 및 설계 조건을 찾았다. 공기로부터 산소를 분리하는 RPSA 공정의 최적운전 전략을 수립하기 위하여 수학적 방법에 의거하여 최적화를 수행하였다. 이를 위한 전 단계로 RPSA 공정에 대한 동적 상태 및 주기적 정상 상태에 대한 상세 수학적 모델을 수립하고 동적 모사를 수행하였다. 동적 모사를 통하여 대상 공정의 동적 응답을 해석하고, 이에 따라 공정의 성능을 측정할 수 있는 성능 지수를 도입하였다. 수립된 수학적 모델과 공정의 운전조건 등을 고려하여 목적 함수, 운전 및 설계의 구속 조건 등을 도입하였으며 이를 바탕으로 최적화 문제를 수립하였다. RPSA와 같은 주기적 공정은 연속 공정의 경우와 같은 정상 상태가 존재하지 않으므로 주기적 정상 상태에 대하여 최적화를 수행하였다. 최적 주기 시간, 원료 가스의 압력, 원료 가스의 온도, 유량 등의 운전 조건과 설계 조건으로 흡착탑의 길이를 구하였으며, 다른 운전 조건의 여러 경우와 비교하였다. 수학적 방법에 의한 최적화를 통하여 얻어진 결정 변수의 값이 주어진 구속 조건과 모델식을 만족시키며 목적 함수를 극소화시키는 것을 확인하였다.
더보기Main objectives of this study are to optimize the rapid pressure swing adsorption processes for optimal operation and design using the application of the multiobjective optimization technique. This study performed optimization based on the mathematical method for the optimal operation strategy of RPSA process. The optimization models are composed to increase the purity of desired product, to save work to operate this process and to raise the recovery of oxygen at the exit of the bed. As the prior step of the optimization, the mathematical model is developed to include both dynamic conditions and cyclic steady states as well as the rigorous dynamic simulations are performed. In order to investigate this work, operating conditions such as feed pressure, feed temperature, feed flow rate and cycle time, and design specifications such as bed length are treated as decision variables.
The optimal results obtained are verified using dynamic simulation. This study examines the effects of various design parameters and operating conditions on the separation performance of the rapid pressure adsorption process at cyclic steady state.
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