liminfoAspen Plus Reference
Aspen Plus 모델/물성/유닛오퍼레이션 레퍼런스
Aspen Plus Reference 소개
Aspen Plus 레퍼런스는 AspenTech의 Aspen Plus 공정 시뮬레이션 소프트웨어를 위한 실용적인 빠른 참조 가이드입니다. 플로우시트 설정(성분 입력, 단위, 스트림 조건)부터 물성 모델 선택, 장치 모델링, 분석 도구까지 시뮬레이션 전체 워크플로를 다룹니다. 물성 모델 항목에서는 비극성 탄화수소에 Peng-Robinson/SRK, 극성 비전해질에 NRTL/UNIQUAC/WILSON, 전해질에 ELECNRTL, 석유 정제에 GRAYSON/BK10 등 선택 기준을 제공합니다.
장치 모델 항목에는 혼합기/분배기(FSplit, SSplit), 열교환기(HeatX, 간이/상세 Shell & Tube, LMTD 계산), 가열기/냉각기, 플래시 드럼(Flash2 VLE, Flash3 VLLE, Decanter LLE), 펌프, 압축기(등엔트로피/다변, 다단 중간냉각)가 포함됩니다. 증류 섹션에서는 RadFrac(엄밀 MESH 방정식, 순도·회수율 설계사양), DSTWU(Winn-Underwood-Gilliland 간이법), 흡수탑/탈거탑(RadFrac 무응축기/무리보일러 모드, RateSep 속도론 모델)을 다룹니다.
반응 및 분석 도구 항목에서는 RGibbs(깁스에너지 최소화, 연소/개질/가스화), RStoic(양론 + 전환율), RYield(질량 수율), RCSTR(완전혼합), RPlug(관형 반응기, Power Law/Langmuir-Hinshelwood 속도식)를 다룹니다. 분석 도구로는 민감도분석, 설계사양(Design Spec) 역산, Calculator 블록, 수렴 설정(Wegstein, Tear Stream), 에너지/핀치 분석, 물성 분석(Txy, Pxy, 잔류곡선), 최적화(SQP), 경제성 분석(CAPEX/OPEX/NPV/IRR)이 포함됩니다.
주요 기능
- 물성 모델 선택 가이드: Peng-Robinson, SRK, NRTL, UNIQUAC, WILSON, ELECNRTL, GRAYSON, BK10과 적용 기준
- NRTL/UNIQUAC 활동도계수 모델의 이진 상호작용 파라미터와 UNIFAC 그룹기여법 추정
- 장치 모델: Mixer/Splitter, HeatX(간이/상세), Heater/Cooler, Flash2/Flash3/Decanter, Pump/Compressor
- RadFrac 엄밀 증류: 이론단수, 공급단, 응축기/리보일러 유형, 환류비, 순도·회수율 설계사양
- DSTWU 간이 증류: Winn-Underwood-Gilliland법으로 최소단수, 최소환류비, 실제단수 추정
- 반응기 모델: RGibbs(평형), RStoic(양론), RYield(수율), RCSTR(CSTR), RPlug(PFR + 속도식)
- 분석 도구: 민감도분석, Design Spec 역산, Calculator 블록, 최적화(SQP), 에너지/핀치분석
- 수렴 설정(Wegstein/Broyden/Newton), Tear Stream 관리, 석유 원유 Assay 입력과 가상성분 생성
자주 묻는 질문
Aspen Plus에서 물성 모델을 어떻게 선택하나요?
비극성 탄화수소와 가스에는 Peng-Robinson 또는 SRK 상태방정식을 사용합니다. 극성 액상 혼합물(알코올, 케톤, 아민)에는 NRTL(LLE에 최적), UNIQUAC, WILSON 등 활동도계수 모델이 적합합니다. 전해질 시스템에는 ELECNRTL, 석유 정제에는 GRAYSON(수소 포함) 또는 BK10을 사용합니다. 고압 시스템은 입방 상태방정식(PENG-ROB, SRK, BWR-LS)이 잘 맞습니다.
RadFrac과 DSTWU의 차이는 무엇인가요?
RadFrac은 단별로 전체 MESH(물질수지, 평형, 합산, 열수지) 방정식을 풀어 상세 설계와 최적화에 적합한 엄밀 모델입니다. DSTWU는 Winn-Underwood-Gilliland 간이법으로 최소단수(Nmin), 최소환류비(Rmin), 실제단수, 공급단 위치를 빠르게 추정합니다. 예비 설계에 DSTWU, 상세 시뮬레이션에 RadFrac을 사용하세요.
RGibbs, RStoic, RPlug는 언제 사용하나요?
RGibbs는 반응식 없이 깁스 자유에너지를 최소화하여 평형 조성을 계산하며, 연소·개질·가스화에 적합합니다. RStoic은 명시적 양론식과 전환율이 필요하며, 잘 정의된 반응에 사용합니다. RPlug은 Power Law, Langmuir-Hinshelwood 등 속도론 표현과 온도 프로파일이 있는 관형 반응기 모델입니다. RCSTR은 속도론이 있는 완전혼합 반응기입니다.
Aspen Plus에서 Design Spec은 어떻게 사용하나요?
Design Spec은 조작 변수를 조정하여 목표 사양을 맞추는 역산 기능입니다. 목표 변수(예: 탑상 몰분율)를 정의하고, 사양값(예: 0.99)을 설정하고, 조정할 변수(예: 환류비)와 탐색 범위(예: 1.0~10.0)를 지정합니다. Aspen은 Secant, Wegstein, Newton 등 수렴 방법으로 반복 계산하여 해를 찾습니다.
Tear Stream이란 무엇이며 수렴이 왜 중요한가요?
Tear Stream은 재순환 루프를 "절단"하여 반복 계산하는 지점입니다. 솔버가 Tear Stream의 초기값을 추정하고, 플로우시트를 계산한 뒤, 결과와 추정값을 비교하여 수렴할 때까지 반복합니다(허용오차 보통 유량 0.0001). Wegstein이 기본 방법이며, 수렴 실패 시 초기값 개선, Tear Stream 위치 변경, Damping Factor 적용을 시도하세요.
민감도 분석은 어떻게 수행하나요?
Model Analysis Tools > Sensitivity에서 변화시킬 독립변수(예: 환류비 R/D), 범위와 간격(예: 1.0~5.0, step 0.5), 관찰할 종속변수(예: 탑상 순도)를 설정합니다. Aspen이 각 포인트에서 시뮬레이션을 실행하고 결과 표와 그래프를 생성합니다. 최적화 전 파라미터 영향을 파악하는 데 필수적입니다.
HeatX와 Heater 블록의 차이는 무엇인가요?
Heater는 출구 온도와 압력을 지정하는 단일 스트림 유틸리티로, Duty가 결과로 계산됩니다. HeatX는 고온·저온 두 스트림이 있는 열교환기 모델입니다. 간이 모드에서는 UA 또는 출구 온도를 지정하고, 상세 모드에서는 Shell & Tube 형상을 입력하여 전열계수를 엄밀 계산합니다. HeatX는 LMTD, 보정계수, 필요 면적을 계산합니다.
석유 원유는 Aspen Plus에서 어떻게 처리하나요?
Properties > Petroleum에서 Assay 데이터를 입력합니다: TBP(진비점) 또는 ASTM D86 증류곡선, API 비중, 유황 함량. Aspen이 지정 간격(10~50C)으로 가상성분(Pseudo Component)을 생성하며, 각 성분은 비점(Tb), 분자량(MW), 비중(SG)으로 특성화됩니다. BK10 또는 GRAYSON 물성 모델을 사용하세요.