화학 공정을 최적화하기 위한 주요 방법론은 무엇인가요?

Question

화학 공정을 최적화하기 위해 사용되는 주요 방법론에는 어떤 것들이 있으며,

각 방법론이 어떤 원리와 기법을 기반으로 하고 있는지 설명해 주실 수 있나요?

그리고 공정 시뮬레이션, 수학적 모델링, 실험 설계와 같은

접근 방식이 공정 최적화에서 어떻게 활용되는지 구체적인

사례를 통해 설명해 주시면 이해하기가 쉬울것 같습니다.

Answer 1

안녕하세요.

화학 공정을 최적화하기 위해 주로 사용되는 방법론은 공정 시뮬레이션, 수학적 모델링, 실험 설계(Design of Experiments, DOE) 입니다.

공정 시뮬레이션은 소프트웨어를 사용하여 실제 공정을 가상으로 재현하고, 온도, 압력, 물질 흐름 등 변수를 조정하여 최적 조건을 찾는 방식입니다. Aspen plus 같은 도구가 대표적이며, 예를 들어 정유 공정에서 에너지 소비를 최소화하는 열교환기의 설계 조건을 도출하는 데 활용됩니다.

수학적 모델링은 화학 반응과 공정의 물리적, 화학적 현상을 수식으로 표현한 후 최적화를 수행합니다. 미분방정식이나 선형/비선형 프로그래밍 기법을 사용하며, 반응속도 모델을 통해 촉매 성능을 개선하거나 공정 전반의 생산량을 예측할 수도 있습니다.

실험 설계는 실험 조건을 체계적으로 계획하여 변수와 결과 간의 관계를 분석하는 접근법입니다. 예를 들어 촉매 개발 과정에서 온도와 압력을 조합하여 반응 효율을 최적화하는 경우가 이에 해당합니다. 이를 통해 작은 실험으로 최적화 결과를 얻을 수 있습니다.

감사합니다.