이번 편은 필자의 사견으로 가장 중요한 편이라고 생각합니다. P&ID, 음식점으로 비유하면 1급 비밀 레시피로도 불리는 P&ID는 실제 Plant가 운전되는데 어떤 운전으로 되는지를 상세하게 표현한 도면입니다.그래서 모든 제조업에서는 PFD도 그렇지만 가장 우선적으로 P&ID가 유출되지 말아야 할 문서라고 말씀드릴 수 있습니다.오늘 P&ID에 대한 이야기를 자세히 풀어보겠습니다.1. PFD가 완성되었다. 그런데 공장을 지을 수 있을까? 지난 Part 43에서는 Beer to Zero Project의 전체 공정을 하나의 PFD(Process Flow Diagram)로 정리했습니다. 원료인 맥주가 들어오고, 저장탱크를 거쳐, 가열되고, 알코올이 분리되고, 증기는 응축되어 회수되고, 최종적으로 무알코올 맥주..

1. 모든 장비의 설계가 끝났다면, 공정도 완성된 것인가? Beer to Zero Project의 설계팀은 지금까지 무알콜 맥주 생산공장의 공정을 하나씩 설계해 왔습니다. 먼저 프로젝트의 기본 개념을 정하고, 맥주에서 알코올을 제거하는 방법을 선정했습니다. 이후 Material Balance와 Energy Balance를 통해 물질과 에너지의 흐름을 계산하고, Process Simulation으로 공정 조건을 검토했습니다. 계산 결과를 바탕으로 Tank, Pump, Heat Exchanger, Condenser, Vacuum System을 설계했습니다. 여기에 CIP System과 Utility Balance까지 검토하면서 공장 운영에 필요한 주요 설계 항목을 구체화했습니다. 각각의 설계 문서만 보면 큰..

1. 수많은 설계 계산은 어떻게 하나의 공정이 되는가? 무알콜 맥주 생산 공장을 설계한다고 가정해 보겠습니다. 원료 맥주가 들어오면 알코올을 분리하고, 분리된 알코올은 별도로 회수합니다. 알코올이 제거된 맥주는 냉각 과정을 거쳐 저장 탱크로 이동합니다. 이 과정에서 펌프는 액체를 이송하고, 열교환기는 필요한 온도를 만들어 주며, 진공 시스템은 분리 공정에 필요한 압력 조건을 유지합니다. 지금까지 우리는 각 장비의 용량을 계산하고, 열교환 면적을 결정하고, 펌프의 양정을 검토하고, 공장에 필요한 Utility를 산정했습니다. 그렇다면 이 모든 장비는 어떤 순서로 연결되어야 할까요? 각 장비에 들어가는 물질의 유량과 온도는 얼마이며, 한 장비에서 나온 물질은 다음 장비에서 어떻게 변화할까요? 이 질문에 답하..

1. 장비를 설계했다고 공장이 완성되는 것은 아니다 무알콜 맥주 생산 공장의 주요 장비가 하나씩 완성되기 시작했습니다. 맥주에서 알코올을 분리하는 장치가 결정됐고, 증기를 회수하기 위한 응축기를 설계했습니다. 액체를 이송할 펌프와 제품을 저장할 탱크도 선정했습니다. 진공 시스템과 CIP(Clean-in-Place) 시스템까지 설계 범위에 포함됐습니다. 이제 각 장비를 연결하면 공장을 가동할 수 있을까요? 아직 아닙니다. 응축기는 냉각 에너지가 필요하고, 증발 공정은 열을 공급받아야 합니다. 펌프와 압축기는 전력을 소비하며, 자동제어 밸브는 압축공기를 필요로 할 수 있습니다. 탱크 내부를 질소로 치환하거나 제품의 산화를 억제해야 한다면 질소 공급 시스템도 검토해야 합니다. CIP 시스템 역시 세척수와 온수..

1. 생산이 끝난 공정에는 무엇이 남는가?무알콜 맥주 생산설비의 시운전이 끝났습니다. 원료 맥주는 공정으로 투입되고, 증류 또는 막분리 등의 공정을 통해 알코올이 제거됩니다. 제품은 냉각과 저장을 거쳐 다음 생산 단계로 이동합니다. 하지만 생산이 끝났다고 해서 설비 내부까지 깨끗해진 것은 아닙니다. 탱크 벽면에는 맥주 성분이 남을 수 있고, 배관 내부에는 액체가 잔류할 수 있습니다. 열교환기에서는 제품 성분이 열전달 표면에 부착될 수 있으며, 밸브와 연결부에는 세척하기 어려운 공간이 존재할 수 있습니다. 이러한 잔류물을 충분히 제거하지 않으면 다음 생산 배치의 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 제품의 맛과 향이 변하거나, 미생물에 의한 오염 위험이 증가하거나, 이전 제품의 성분이 다음 제품으로 넘어갈 가능..

1. 공정에서 만들어진 맥주는 어디로 가는가? 지난 Part 38에서는 공정 내부의 압력을 낮추고 증기를 이동시키기 위한 Vacuum System Design을 살펴보았습니다. 이번에는 공정에서 생산된 액체를 저장하고 다음 공정으로 전달하는 설비, Tank Design을 알아보겠습니다. 무알코올 맥주를 생산하는 공정을 생각해 보겠습니다. 맥주가 알코올 제거 설비를 통과했다고 해서 곧바로 포장 라인으로 이동하는 것은 아닙니다. 제품의 품질을 확인해야 할 수도 있고, 다음 공정의 처리 속도에 맞춰 유량을 조절해야 할 수도 있습니다. 생산 설비와 포장 설비의 운전 일정이 일치하지 않는다면 중간에 제품을 저장할 공간도 필요합니다. 이때 엔지니어가 가장 먼저 검토해야 할 장비가 저장 탱크(Storage Tank)..