"Love, Peace & Styrene"의 두 판 사이의 차이

2021년 12월 7일 (화) 02:04 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : Toluene과 Methanol을 이용한 Styrene Monomer 제조 공정 설계 및 최적화

영문 : Design and Optimization of Styrene Monomer Manufacturing Process Using Toluene & Methanol

과제 팀명

Love, Peace & Styrene

지도교수

정연수 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 오*렬(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 김*서

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 엄*정

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 최*빈

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 톨루엔(Toluene)으로 스티렌(Styrene Monomer ; SM)을 생성하는 반응기 설계

◇ 제품의 분리와 미반응 원료의 재순환을 위한 분리 공정 설계

◇ 공정 구조 평가 및 최적화

◇ 최적화한 설계를 토대로 PFD 작성

◇ 기존 에틸벤젠(Ethylbenzene) 공정과의 가격 비교

개발 과제의 배경

◇ 스티렌(Styrene; CAS Number : 100-42-5)은 단 냄새 내지 자극성 냄새가 나는 무색 또는 황색을 띠는 기름성의 액체물질이다. SM은 세계에서 가장 중요한 모노머 중 하나이며, 산업에서 주로 PS(Polystyrene), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), SAN (Styrene-Acrylonitrile), SBR(Styrene-Butad iene Rubber), UPR (Unsaturated Polyester Resin) 등의 합성수지의 원료로 사용되는 화학물질이다. 주로 운송기구, 생활용품, 건축용 용품 등을 제조하는데 사용되는 중요한 물질이다.

Table. 1. SM을 원료로 제조된 합성수지와 합성고무의 산업용도

◇ Fig 1.에 나타낸 그래프들을 통해 SM을 원재료로 사용하는 합성수지들의 시장 성장성을 확인할 수 있다. SM의 수요 역시 꾸준히 많아질 것으로 예측되며, SM 제조 공정에 대한 개선과 최적화가 필요하다.

Fig 1. PS, ABS, SAN, UPR 의 시장 성장 분석 그래프

◇ 국내 SM 시장의 연간 수급표를 통해 2013년부터 국내수요에 비해 수출이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 국내 석유화학업계의 수출 비중이 43%에 달하는 중국의 기술력 발전 때문인데, SM의 중국 내 자급률이 증가함에 따라 한국 SM 수출 시장이 줄어들게 되었다고 볼 수 있다. 따라서 중국 내의 수요를 확보하고 대안시장을 성장시키기 위해 가격 경쟁력을 높일 수 있는 자체적인 SM 공정 개선이 필요하다.

Fig 2. SM의 연간 수급표

◇ 일반적으로 공정의 개선을 통한 생산 단가 절감은 1. 유틸리티 2. 생산성 3. 수율 향상을 통해 이루어진다. 독립적인 위의 변수들을 비교함으로써 SM의 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 최적의 공정 개선 방법을 찾는다. 이것을 위해

첫째, 유틸리티와 생산성, 수율 향상을 통한 생산 원가 절감의 효과를 계산한다.

둘째, 이들의 비교를 통해 가장 효용성이 높은 공정 개선 방법을 찾는다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 톨루엔을 원료로 사용하는 SM 반응기를 설계하여 반응물질의 물리적, 화학적 특성을 이용하여 최적의 반응 조건을 찾는다.

◇ 반응기를 바탕으로 I/O, recycle structure를 통해 설계한 반응기의 유출물을 분리할 수 있는 분리 공정 시스템을 설계한다.

◇ 설계한 시스템의 열교환망 설계를 통해 SM 제조 공정 내의 에너지 효율 향상을 도모한다.

◇ 설계한 공정 구조의 Alternatives를 생산이익, 수율, heat duty, 생성물 유량 등의 기준을 이용하여 평가 및 최적화하고, 최종 설계를 기존 공정과 비교분석한다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

설계를 사양한다..

제품의 요구사항

◇ 스타이렌 생성물 순도 99.7% 이상(ASTM D 2827-92)

◇ 연산 150,000톤 이상

◇ 기존 공정 대비 생산 이익 2배 이상

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+◇ 톨루엔을 원료로 사용하는 SM 반응기를 설계하여 반응물질의 물리적, 화학적 특성을 이용하여 최적의 반응 조건을 찾는다.
+◇ 반응기를 바탕으로 I/O, recycle structure를 통해 설계한 반응기의 유출물을 분리할 수 있는 분리 공정 시스템을 설계한다.
+◇ 설계한 시스템의 열교환망 설계를 통해 SM 제조 공정 내의 에너지 효율 향상을 도모한다.
+◇ 설계한 공정 구조의 Alternatives를 생산이익, 수율, heat duty, 생성물 유량 등의 기준을 이용하여 평가 및 최적화하고, 최종 설계를 기존 공정과 비교분석한다.
 ===관련 기술의 현황===