liminfoHYSYS Reference
HYSYS 시뮬레이션/열역학모델/유닛 레퍼런스
HYSYS Reference 소개
Aspen HYSYS 레퍼런스는 Aspen HYSYS를 이용한 공정 시뮬레이션의 모든 핵심 사항을 다루는 상세하고 검색 가능한 가이드입니다. 시뮬레이션 기반 설정부터 시작합니다. 물성 패키지 선택(탄화수소용 Peng-Robinson, 극성 액상용 NRTL, MEG/MeOH 등 수소결합계용 CPA, H2S/CO2 산성가스용 Sour PR), 1,500종 이상의 화학종 데이터베이스, NBP/MW/SG 추정을 이용한 가상 성분(Hypo Component) 생성, 증류 곡선 데이터(TBP, ASTM D86, D1160) 입력과 유사 성분 자동 생성을 위한 Oil Manager를 포함합니다.
스트림 사양(자유도 C+2, 온도/압력/유량/조성), 열/동력 에너지 스트림, 모든 주요 장치 모델을 다룹니다. 혼합기/분배기, 열교환기(Simple End Point, Weighted, Steady State Rating - TEMA 사양 및 Ft 보정계수 0.75 이상), 분리기(2상 및 3상 V-L-L), 펌프 커브를 포함한 펌프, 압축기(단열/다변 효율 72~85%), Joule-Thomson 효과를 포함한 밸브, Beggs and Brill/OLGA 다상류 압력강하 상관식을 포함한 배관 모델을 수록합니다.
고급 모델링 기능도 상세히 문서화합니다. 증류탑(엄밀 Inside-Out 솔버와 컬럼 사양, Nmin/Rmin 추정을 위한 간이 FUG법), 반응기 모델(CSTR, 축방향 프로파일 PFR, Gibbs 평형, 아레니우스 반응속도식을 포함한 전환율 반응기), 재순환 루프 수렴(Wegstein법과 허용 오차 설정), 설계 사양을 위한 Adjust/Set 연산, 파라미터 최적화를 위한 Case Study, PID 제어기 튜닝(Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, Auto-Tune)을 포함한 동적 시뮬레이션, API 521 기준 감압 해석(15분 내 7 barg 목표), 하위 흐름도 모듈화를 포함합니다.
주요 기능
- 물성 패키지 선택 가이드: Peng-Robinson, SRK, NRTL, UNIQUAC, CPA, Sour PR, ASME Steam과 적용별 권장사항
- 자유도(C+2), 플래시 결과, Oil Manager 증류 곡선 입력(TBP, ASTM D86)을 포함한 스트림 사양 레퍼런스
- 열교환기(Simple/Weighted/Rating), 분리기, 펌프, 압축기, 밸브, 배관의 장치 모델 상세 정보
- Inside-Out 솔버, 컬럼 사양(환류비, 회수율, 순도), 간이 FUG법을 포함한 증류탑 설정 가이드
- CSTR, PFR, Gibbs, 전환율 반응기와 아레니우스 반응속도식(A, Ea, 반응차수)을 포함한 반응기 모델링 가이드
- Wegstein법, 허용 오차 파라미터, 가속 계수를 포함한 재순환 루프 수렴 설정
- PID 제어기 튜닝(Ziegler-Nichols, Cohen-Coon)과 API 521 기준 감압 해석을 포함한 동적 시뮬레이션
- 파라미터 변동 Case Study, 설계 사양 Adjust/Set, KPI 모니터링 내장 스프레드시트 등 분석 도구
자주 묻는 질문
Aspen HYSYS에서 올바른 물성 패키지를 어떻게 선택하나요?
탄화수소 시스템(석유/가스)에는 Peng-Robinson(PR)을 표준으로 사용하고 SRK를 대안으로 씁니다. 극성/화학 시스템에는 극성 액상 혼합물에 NRTL, 고분자에 UNIQUAC, 완전 혼합 액상에 Wilson을 사용합니다. 특수한 경우: CPA는 MEG/메탄올 같은 수소결합계, Sour PR은 H2S/CO2 산성가스, ASME Steam은 스팀 물성에 적합합니다. 극성+비극성 혼합에는 PRSV를 사용합니다.
HYSYS에서 물질 스트림에 몇 개의 사양이 필요한가요?
물질 스트림은 C+2개의 사양(자유도)이 필요하며, C는 성분 수입니다. 온도와 압력(또는 기상 분율과 압력), 유량(몰/질량/체적), 조성(몰 또는 질량 분율)을 지정해야 합니다. 또는 T+P와 개별 성분 유량을 지정할 수 있습니다. HYSYS는 플래시 계산을 수행하여 상태(기상/액상/이상), 엔탈피, 엔트로피, 밀도, 점도, 열용량을 결정합니다.
열교환기의 Simple, Weighted, Rating 모드의 차이점은 무엇인가요?
Simple(End Point) 모드는 출구 온도 또는 UA 값을 지정하고 Q = UA * LMTD * Ft로 계산합니다. Weighted 모드는 교환기를 구간별로 나누어 물성 변화를 고려하므로 상변화 시나리오에서 더 정확합니다. Steady State Rating 모드는 상세 TEMA 기하 사양을 입력받아 전열계수와 압력강하를 계산합니다. Ft 보정계수는 실용 설계에서 0.75 이상이어야 합니다.
HYSYS에서 증류탑을 어떻게 설정하나요?
탑 유형을 정의합니다(응축기+재비기가 있는 Distillation, 없는 Absorber, 재비기만 있는 Reboiled Absorber). 이론단수, 공급단 위치, 환류비와 탑상 유량 또는 성분 회수율과 순도 같은 2개의 컬럼 사양을 지정합니다. HYSYS는 기본적으로 Inside-Out 수렴법을 사용합니다. 미수렴 시 초기 온도/유량 추정값을 입력하거나, 감쇠 계수를 조정하거나, 사양을 완화한 후 점진적으로 조이세요.
간이 증류 계산과 엄밀 시뮬레이션은 언제 각각 사용하나요?
간이(Fenske-Underwood-Gilliland) 방법은 예비 설계에서 최소 단수(Nmin), 최소 환류비(Rmin), 실제 단수, 공급단 위치를 빠르게 추정하는 데 사용합니다. 경질/중질 핵심 성분과 분배(예: 탑저 LK 1%, 탑상 HK 1%), 응축기/재비기 압력, R/Rmin 비(보통 1.2~1.5)를 지정합니다. 상세 설계, 최적화, 측류 인출, 펌프어라운드, 다중 공급이 있는 경우에는 엄밀 시뮬레이션으로 전환합니다.
HYSYS에서 화학 반응을 어떻게 모델링하나요?
Simulation Basis > Reactions에서 4가지 유형의 반응을 정의합니다. Conversion(전환율 직접 지정), Equilibrium(Keq 또는 깁스 자유에너지), Kinetic(r = A*exp(-Ea/RT)*C_A^a*C_B^b, 빈도인자 A와 활성화에너지 Ea), Heterogeneous Catalytic(촉매반응). Reaction Set을 Fluid Package에 연결합니다. CSTR은 완전혼합(체적 또는 체류시간), PFR은 축방향 프로파일을 포함한 관류, Gibbs Reactor는 반응식 없는 평형 계산, Conversion Reactor는 간단한 양론 전환에 사용합니다.
HYSYS에서 재순환 루프를 어떻게 수렴시키나요?
재순환 스트림에 Recycle 연산을 추가합니다. HYSYS는 Wegstein법(기본) 또는 Direct Substitution으로 가정값(입구)과 계산값(출구)을 비교합니다. 수렴 허용 오차: 온도 0.01 C, 압력 0.1 kPa, 유량 0.01%, 조성 0.001로 설정합니다. 최대 반복 횟수 50~100회를 허용합니다. 수렴이 느리면 Wegstein 가속 파라미터를 -5~0 사이로 조정합니다. 어려운 경우에는 재순환 스트림의 좋은 초기 추정값을 제공하세요.
HYSYS에서 동적 시뮬레이션과 PID 제어기는 어떻게 설정하나요?
Simulation > Dynamic으로 동적 모드로 전환합니다. 추가 정보가 필요합니다: 장치 체적/홀드업, 제어밸브 Cv 값, 압력-유량 관계. PID 제어기에서 PV(측정변수), SP(설정값), OP(제어밸브 출력 0~100%), 동작방향(정/역)을 정의합니다. Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, 내장 Auto-Tune으로 튜닝합니다. Kc(비례이득), Ti(적분시간, 분), Td(미분시간)를 설정합니다. 동적 모드는 기동, 정지, 비정상 시나리오 분석에 필수적입니다.