순차모듈 모사 (Sequential Modular Simulation)
한 줄 정의: 공정을 이루는 각 장치를 독립된 계산 모듈로 보고, 흐름 방향을 따라 장치별로 순서대로 계산해 나가는 공정 모사 방식입니다.
쉽게 풀면
순차모듈 모사는 공정을 반응기, 증류탑, 열교환기 같은 개별 상자(모듈)로 나누고, 원료가 들어가는 첫 장치부터 차례로 계산해 다음 장치로 결과를 넘겨주는 방식입니다. 마치 조립 라인에서 앞 공정의 결과물이 뒤 공정으로 순서대로 넘어가는 것과 비슷합니다. 각 장치의 계산 방법을 별도의 모듈로 만들어두었기 때문에 사용자가 이해하기 쉽고, 특정 장치만 따로 검토하기도 편리합니다.
왜 중요한가
순차모듈 방식은 상용 공정 모사 프로그램에서 오랫동안 기본 계산 방식으로 채택되어 왔으며, 장치 단위로 계산 흐름을 눈으로 확인할 수 있어 교육 및 실무에서 널리 쓰입니다. 이 때문에 많은 화학공학 논문에서 여전히 표준적인 공정 검증 도구로 활용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"제안된 공정은 sequential modular simulation 방식으로 각 단위공정을 순차적으로 계산하여 검증하였다."
장치별로 순서대로 계산을 진행해 공정을 검증했다는 의미입니다.
"재순환 흐름이 존재하는 공정에서는 sequential modular simulation의 수렴을 위해 tear stream을 도입하였다."
재순환 구조 때문에 계산 순서를 끊어주는 가상의 흐름을 이용해 반복 계산을 수렴시켰다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
순차모듈 방식은 각 장치 모듈이 입력을 받아 출력을 계산하는 함수처럼 작동하며, 재순환 흐름이 있을 경우 흐름을 임의로 끊은 뒤(tear stream) 반복 계산으로 수렴시키는 절차가 필요합니다. 이 방식은 직관적이지만 최적화 문제로 확장할 때는 방정식지향 방식보다 불리한 경우가 많습니다.
주의할 점
재순환 구조가 복잡하거나 장치 간 상호작용이 강한 공정에서는 반복 계산의 수렴이 느리거나 실패할 수 있으며, 전체 공정을 동시에 최적화하기에는 방정식지향 방식보다 제약이 있습니다.