공정 흐름도 시뮬레이션 (Process Flowsheet Simulation)
쉽게 풀면
공장 하나를 통째로 짓기 전에, 컴퓨터 화면에서 반응기, 분리탑, 열교환기 같은 장치 아이콘을 배관으로 연결해 가상의 공정을 먼저 만들어 볼 수 있습니다. 공정 흐름도 시뮬레이션은 이렇게 만든 공정도에 원료의 양과 조성, 온도, 압력 같은 조건을 입력하면, 각 장치를 거치면서 물질과 에너지가 어떻게 변하는지 계산해 전체 공정의 결과를 보여주는 프로그램입니다. 마치 레고 블록으로 공장 모형을 조립한 뒤, 물과 재료를 흘려보내면 각 블록에서 무슨 일이 일어나는지 컴퓨터가 대신 계산해주는 것과 비슷합니다. 실제 설비를 짓기 전에 다양한 조건을 시험해보고 최적의 공정 조건을 찾는 데 활용됩니다.
왜 중요한가
공정 흐름도 시뮬레이션은 대규모 화학 공장을 설계하기 전에 물질수지, 에너지수지, 장치 규격을 미리 검토할 수 있게 해주어 설계 오류와 비용을 크게 줄여줍니다. 화학공학 논문에서는 새로운 공정 개념의 경제성이나 효율성을 평가할 때 필수적인 도구로 활용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 새 공정이 얼마나 많은 에너지를 쓰는지 계산했다는 뜻입니다.
시뮬레이션 결과를 이용해 증류탑의 운전 조건을 더 효율적으로 조정했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
공정 흐름도 시뮬레이션은 각 장치를 단위공정(unit operation) 모듈로 모델링하고, 이들을 연결한 전체 공정에서 물질수지와 에너지수지를 동시에 만족시키는 방식으로 계산이 이루어집니다. 정상상태(steady-state) 시뮬레이션과 시간에 따른 변화를 다루는 동적(dynamic) 시뮬레이션으로 나뉘며, 목적에 따라 선택해 사용합니다. 상용 소프트웨어들은 다양한 열역학 물성 모델을 제공해 사용자가 계에 맞는 모델을 선택하도록 하고 있습니다.
주의할 점
공정 흐름도 시뮬레이션의 정확도는 사용된 열역학 모델과 물성 데이터의 신뢰도에 크게 좌우되므로, 계와 조건에 적합한 모델을 선택하는 것이 중요합니다. 시뮬레이션 결과는 실험이나 실제 운전 데이터로 검증할 필요가 있으며, 이상적인 가정만으로는 실제 공정과 차이가 발생할 수 있습니다.