Part 20. 하루 100톤을 만들려면 - Design Capacity 결정

“이 프로젝트의 생산능력은 하루 100톤입니다.”

 

프로젝트 초기 회의에서 고객이 이렇게 이야기했다고 가정해보겠습니다.

 

처음 들으면 아주 간단한 요구사항처럼 보입니다.

 

하루 100톤을 생산하면 됩니다. 그렇다면 설계도 하루 100톤에 맞추면 될까요?

 

그렇지 않습니다.

 

엔지니어에게 100 ton/day라는 숫자는 설계의 결과가 아니라 설계의 출발점에 가깝습니다.

 

하루 100톤을 만들기 위해서는 실제로 공장이 몇 시간 동안 운전되는지, 1년 중 며칠을 생산하는지, 정기보수 기간은 얼마나 되는지, 공정의 정상 운전률은 어느 정도인지, 향후 생산량이 증가할 가능성이 있는지까지 함께 검토해야 합니다.

 

그리고 이 숫자가 결정되는 순간부터 펌프의 유량, 배관의 Size, 열교환기의 Duty, 탱크의 용량, 압축기의 Capacity, Utility 사용량 등 수많은 설계값이 따라오기 시작합니다.

 

즉, Design Capacity는 플랜트 전체의 크기를 결정하는 숫자입니다.

 

 

1. “하루 100톤”이라는 말부터 다시 생각해보자

 

프로젝트 회의에서 고객이 다음과 같이 요구했다고 하겠습니다.

“제품을 하루 100톤 생산할 수 있는 플랜트를 만들어 주세요.”

 

여기서 엔지니어가 바로 100 ton/day를 설계 기준으로 사용하는 것은 위험합니다.

 

왜냐하면 100 ton/day가 정확히 무엇을 의미하는지 아직 정의되지 않았기 때문입니다.

 

예를 들어 다음과 같은 질문이 필요합니다.

 

• 하루 24시간 계속 생산하는 것인가?
• 1년 365일 생산하는 것인가?
• 정기보수를 위해 공장을 멈추는 기간은 없는가?
• 설비 고장이나 비정상 운전은 고려하지 않는가?
• 정상 운전에서는 100 ton/day를 생산하는 것인가?
• 최대 운전 시 100 ton/day를 생산하는 것인가?
• 향후 수요 증가를 고려할 것인가?
• 제품 생산량은 원료 투입량 기준인가, 최종 제품 기준인가?

같은 “100톤”이라는 숫자라도 어떤 기준을 적용하느냐에 따라 플랜트의 실제 규모는 크게 달라질 수 있습니다.

 

공정 플랜트의 Capacity는 일반적으로 일정 시간 동안 처리하거나 생산할 수 있는 물질의 양으로 표현하며, 실제 생산량은 설비가 항상 최대 Capacity로 운전되는 것은 아니기 때문에 Design Capacity와 실제 생산량 사이에는 차이가 발생합니다.

 

따라서 엔지니어가 가장 먼저 해야 할 일은 “100톤이 정확히 어떤 의미의 100톤인가?” 를 정의하는 것입니다.

 

 

2. Design Capacity란 무엇인가

 

Design Capacity는 플랜트를 설계할 때 기준으로 삼는 생산 또는 처리능력입니다.

 

쉽게 말하면,

“이 플랜트는 어느 정도의 생산량을 처리할 수 있도록 설계할 것인가?”

 

를 나타내는 값입니다.

 

예를 들어 프로젝트에서 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

Product Design Capacity = 100 ton/day

 

이 숫자가 정해지면 단순히 제품 생산량만 결정되는 것이 아닙니다.

 

물질수지를 통해 필요한 Feed 유량을 계산하고, 그 결과를 바탕으로 주요 설비와 배관을 설계하게 됩니다.

 

예를 들어 제품 수율이 90%라고 가정하면 필요한 Feed는 단순히 100 ton/day가 아닙니다.

 

\[ \text{Feed Required} = \frac{\text{Product Capacity}}{\text{Yield}} \]

 

제품 생산량이 100 ton/day이고 수율이 90%라면,

\[ \text{Feed Required} = \frac{100}{0.90} = 111.1\ \text{ton/day} \]

 

즉, 제품은 하루 100톤을 생산하지만 공정에는 하루 약 111.1톤의 Feed가 필요할 수 있습니다.

 

여기에 부산물, Recycle, Purge, 공정 손실 등을 고려하면 실제 Material Balance는 더욱 복잡해집니다.

 

결국 Design Capacity는 물질수지의 기준점이 되는 숫자입니다.

 

 

3. 하루 100톤이면 시간당 얼마인가

 

다음 질문은 자연스럽게 이어집니다.

“하루 100톤이면 시간당 몇 톤을 처리해야 할까?”

 

24시간 연속 운전한다고 단순하게 가정하면,

\[ Q_{\text{hourly}} = \frac{Q_{\text{daily}}}{24} \]

 

따라서,

\[ Q_{\text{hourly}} = \frac{100}{24} = 4.17\ \text{ton/h} \]

 

즉, 하루 100톤 생산을 위해서는 평균적으로 시간당 약 4.17톤의 제품을 생산해야 합니다.

 

그런데 여기서도 끝이 아닙니다. 실제 플랜트에서는 1년 내내 24시간 운전하지 않을 수 있기 때문입니다.

 

 

4. 1년에 며칠을 운전할 것인가

 

예를 들어 이 플랜트가 1년에 330일 운전한다고 가정해보겠습니다.

 

그러면 연간 생산량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

\[ Q_{\text{annual}} = Q_{\text{daily}} \times N_{\text{operating days}} \]

 

따라서,

\[ Q_{\text{annual}} = 100\ \text{ton/day} \times 330\ \text{day/year} = 33,000\ \text{ton/year} \]

 

즉, 100 ton/day × 330 day/year = 33,000 ton/year입니다.

 

여기서 중요한 것은 100 ton/day와 33,000 ton/year가 서로 다른 Capacity 표현이라는 점입니다.

 

프로젝트에서는 두 값이 모두 사용될 수 있습니다.

 

• ton/day : 일일 생산능력
• ton/h : 시간당 생산능력 또는 처리량
• ton/year : 연간 생산능력

어떤 값을 사용할지는 프로젝트의 목적과 운전 방식에 따라 달라집니다.

 

 

5. 그런데 왜 365일을 곱하지 않을까

 

여기서 초보 엔지니어가 자주 하는 실수가 있습니다.

 

“1년은 365일이니까 100 ton/day × 365일 = 36,500 ton/year 아닌가?”

 

물론 수학적으로는 맞습니다. 하지만 플랜트의 실제 운전은 365일 연속 생산과 같지 않습니다.

 

정기보수(Shutdown Maintenance), Inspection, Cleaning, Catalyst 교체, Equipment Maintenance, 공정 전환 등의 이유로 생산하지 않는 시간이 발생할 수 있기 때문입니다.

 

그래서 플랜트 Capacity를 연간 생산량으로 환산할 때는 실제 운전일수 또는 Operating Factor 등을 고려해야 합니다. 공정설계 자료에서도 시장의 연간 수요를 시간당 생산량과 운전일수로 연결해 플랜트 규모를 산정하는 접근을 사용합니다.

 

예를 들어 연간 운전일수를 330일로 설정했다면,

\[ N_{\text{operating}} = 365 - N_{\text{shutdown}} \]

 

정기보수로 35일을 생산하지 않는다면,

\[ N_{\text{operating}} = 365-35 = 330\ \text{day/year} \]

 

가 됩니다. 이 작은 숫자의 차이가 플랜트의 전체 설계 규모를 바꿀 수 있습니다.

 

 

6. Capacity와 Utilization은 같은 말이 아니다

 

여기서 한 가지 중요한 개념이 등장합니다.

 

바로 Utilization입니다. Capacity와 Utilization은 비슷하게 들리지만 서로 다른 개념입니다.

 

간단하게 생각하면, Capacity는 “얼마나 만들 수 있는가”이고,

 

Utilization은 “그 능력을 얼마나 사용하고 있는가”입니다.

 

Capacity Utilization은 일반적으로 실제 생산량을 생산능력으로 나누어 표현할 수 있습니다.

\[ \text{Capacity Utilization} = \frac{\text{Actual Production}} {\text{Capacity}} \times 100 \]

 

예를 들어 100 ton/day의 Capacity를 가진 플랜트가 실제로 하루 평균 80톤을 생산한다면,

\[ \text{Capacity Utilization} = \frac{80}{100} \times100 = 80\% \]

 

입니다. 여기서 중요한 점이 하나 있습니다.

 

80% Utilization이라고 해서 플랜트가 설계를 잘못했다는 뜻은 아닙니다.

 

시장 수요가 하루 80톤이라면 100 ton/day Capacity의 플랜트를 운전하면서 80%를 사용하는 것이 경제적으로 타당할 수도 있습니다.

 

반대로 시장에서 하루 100톤을 요구하는데 플랜트 Capacity가 80 ton/day라면 문제가 됩니다.

 

따라서 Capacity는 기술적인 문제이면서 동시에 사업적인 문제입니다.

 

 

7. 그렇다면 실제 설계유량은 100 ton/day일까?

 

이제 본격적인 엔지니어링 문제가 시작됩니다.

 

고객이 100 ton/day를 요구했다고 해서 모든 장치를 정확하게 100 ton/day에 맞춰 설계하는 것은 아닙니다.

 

플랜트에는 정상 운전(Normal Operation), 최대 운전(Maximum Operation), 최소 운전(Minimum/Turndown)과 같은 여러 운전 조건이 존재하기 때문입니다.

 

예를 들어 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

 

운전 조건	생산량
Minimum Operation	50 ton/day
Normal Operation	80 ton/day
Design Capacity	100 ton/day
Maximum/Design Case	110 ton/day

 

이런 식으로 운전 범위를 설정할 수 있습니다.

 

물론 실제 값은 공정의 특성과 고객 요구사항에 따라 결정해야 합니다.

 

여기서 Design Capacity는 단순히 평균 생산량을 의미하는 것이 아니라 설비와 공정이 만족해야 하는 설계 기준점이라는 점이 중요합니다.

 

 

8. Design Margin은 얼마나 줄 것인가

 

“그러면 100 ton/day를 요구했으니 110 ton/day로 설계하면 안전한 것 아닌가?”

 

이번에는 반대로 이런 질문이 나옵니다.

 

실제 엔지니어링에서는 설계 여유(Design Margin)를 어느 정도 적용할지 결정해야 합니다.

 

예를 들어 고객 요구 Capacity가 100 ton/day이고 10%의 Capacity Margin을 적용한다면,

\[ Q_{\text{design}} = Q_{\text{required}} \times (1+\text{Design Margin}) \]

 

따라서,

\[ Q_{\text{design}} = 100 \times (1+0.10) = 110\ \text{ton/day} \]

 

가 됩니다.

 

그렇다면 모든 장치를 110 ton/day에 맞춰 설계하면 될까요?

 

그것도 아닙니다. Design Margin은 무조건 크게 잡는 것이 좋은 것이 아니기 때문입니다.

 

Margin을 지나치게 크게 잡으면 장비가 불필요하게 커지고, 배관 Size가 커지고, Pump와 Compressor의 용량이 커지고, Utility 사용량과 CAPEX까지 증가할 수 있습니다.

 

반대로 Margin이 지나치게 작으면 실제 운전에서 Capacity 부족이 발생할 수 있습니다.

 

따라서 Design Margin은

“혹시 모르니 크게 잡는 숫자”가 아니라 기술적·사업적 근거를 가지고 결정해야 하는 설계조건

 

입니다.

 

 

9. 모든 장비가 같은 Capacity를 가지는 것은 아니다

 

여기서 한 단계 더 들어가 보겠습니다.

 

플랜트의 Design Capacity가 100 ton/day라고 해서 모든 Equipment의 Capacity가 동일한 것은 아닙니다.

 

오히려 실제 공정에서는 각 Equipment마다 처리해야 하는 유량이 다릅니다.

 

예를 들어, Feed → Reactor → Separator → Product 순서의 간단한 공정이 있다고 생각해보겠습니다.

 

Feed가 110 ton/day 들어오더라도 Reactor에서 반응하면서 일부 물질이 소비되고, Separator에서 부산물이 제거되고, 일부는 Recycle될 수 있습니다.

 

따라서 각 Equipment의 설계 유량은 서로 달라질 수 있습니다.

 

예를 들어,

\[ F_{\text{feed}} \neq F_{\text{reactor}} \neq F_{\text{separator}} \neq F_{\text{product}} \]

 

가 될 수 있습니다.

 

특히 Recycle Stream이 존재하는 공정에서는 더욱 그렇습니다.

 

예를 들어 외부에서 들어오는 Fresh Feed가 100 ton/day인데 Recycle이 50 ton/day 존재한다면 Reactor를 통과하는 총 유량은 단순히 100 ton/day가 아닙니다.

\[ F_{\text{reactor}} = F_{\text{fresh}} + F_{\text{recycle}} \]

 

따라서,

\[ F_{\text{reactor}} = 100+50 = 150\ \text{ton/day} \]

 

가 될 수 있습니다.

 

이 때문에 Design Capacity를 결정하는 작업은 단순히 제품 생산량 하나를 정하는 작업이 아니라 전체 Material Balance의 기준을 만드는 작업이라고 볼 수 있습니다.

 

 

10. Capacity가 정해지면 장비의 크기가 따라온다

 

이제 프로젝트의 전체 그림을 보면 Design Capacity가 왜 중요한지 명확해집니다.

 

예를 들어 최종적으로 제품 100 ton/day를 생산하는 플랜트를 설계한다고 가정해보겠습니다.

 

1. 먼저 Product Capacity가 결정됩니다.
2. Feed Condition과 Yield를 바탕으로 Feed Flow를 계산합니다.
3. Material Balance를 작성합니다.
4. 각 Stream의 Flow Rate가 결정됩니다.
5. 각 Stream을 처리하는 Equipment의 Capacity가 결정됩니다.
6. Pump, Compressor, Heat Exchanger, Reactor, Separator, Tank 등의 Size를 결정합니다.
7. Piping Size를 결정합니다.
8. Utility Consumption을 계산합니다.
9. 전기, 냉각수, Steam, Nitrogen, Instrument Air 등의 Utility System을 설계합니다.

결국, 하나의 “100 ton/day”라는 숫자가 플랜트 전체 설계의 출발점이 됩니다.

 

 

11. Tank는 Capacity를 어떻게 다르게 봐야 할까

특히 Tank에서는 Capacity 개념이 더욱 재미있습니다.

 

Pump와 같은 Equipment는 보통 유량으로 Capacity를 표현하지만 Tank는 Volume과 Residence Time이 중요합니다.

 

예를 들어 어떤 공정에서 하루 100톤의 제품을 생산하고, Product Tank에 2일분의 생산량을 저장한다고 가정해보겠습니다.

단순 계산으로 필요한 저장량은,

\[ V_{\text{required}} = Q_{\text{daily}} \times T_{\text{storage}} \]

 

입니다. 따라서,

\[ V_{\text{required}} = 100\ \text{ton/day} \times 2\ \text{day} = 200\ \text{ton} \]

 

입니다.

 

하지만 여기서 바로 200 m³ Tank를 선정할 수 있는 것은 아닙니다.

 

물질의 Density, Tank Operating Level, Working Volume, High Level, Low Level, Freeboard 등을 고려해야 하기 때문입니다.

 

밀도가 0.8 ton/m³라고 단순 가정하면,

\[ V_{\text{working}} = \frac{200}{0.8} = 250\ \text{m}^3 \]

 

가 됩니다.

 

그리고 실제 Tank Design에서는 Working Volume만 고려하는 것이 아니라 운전 및 안전상의 여유를 추가로 검토해야 합니다.

 

이처럼 같은 “100 ton/day”라는 Capacity라도 Equipment의 종류에 따라 Capacity를 표현하고 설계하는 방식이 달라집니다.

 

 

12. 너무 작게 설계해도 문제이고, 너무 크게 설계해도 문제다

 

Design Capacity를 결정하는 과정에서 엔지니어가 항상 고민하는 부분이 있습니다.

 

바로 Overdesign과 Underdesign 사이의 균형입니다.

 

Capacity를 너무 작게 잡으면

• 생산 목표를 달성하지 못할 수 있습니다.
• Pump가 필요한 유량을 공급하지 못할 수 있습니다.
• Heat Exchanger의 열부하가 부족할 수 있습니다.
• 배관에서 Pressure Drop이 증가할 수 있습니다.
• 특정 Equipment가 Bottleneck이 될 수 있습니다.
• 향후 생산량 증가에 대응하기 어려워집니다.

 

Capacity를 너무 크게 잡으면

• Equipment Size가 커집니다.
• 초기 투자비(CAPEX)가 증가합니다.
• Utility Consumption이 증가할 수 있습니다.
• 저부하 운전에서 제어가 어려워질 수 있습니다.
• 실제 생산량 대비 설비가 과도하게 커질 수 있습니다.

즉,

좋은 설계는 가장 큰 설비를 만드는 것이 아니라 필요한 Capacity를 정확하게 정의하는 것입니다.

 

실제로 플랜트의 성능이 설계 Capacity보다 크게 떨어지면 단위 생산량당 자본비용과 운영비 부담이 커질 수 있기 때문에 Capacity와 실제 운전성능의 관계는 경제성 측면에서도 중요합니다.

 

 

13. 그래서 Design Capacity를 결정할 때 무엇을 확인해야 하는가

 

실제 프로젝트에서 Design Capacity를 결정할 때는 적어도 다음 항목을 확인해야 합니다.

 

① Market Demand

가장 먼저 시장에서 실제로 얼마나 필요한지를 확인해야 합니다.

 

100 ton/day라는 숫자가 고객의 실제 수요인지, 장기적인 예상 수요인지, 또는 향후 증설을 포함한 목표인지 구분해야 합니다.

 

② Production Target

최종적으로 얼마를 생산해야 하는지를 정의합니다.

 

예를 들어, 100 ton/day Product와 같이 최종 제품 기준을 명확하게 합니다.

 

③ Operating Days

1년에 몇 일 생산할 것인지 결정합니다.

 

예를 들어, 330 day/year인지, 350 day/year인지에 따라 Annual Production이 달라집니다.

 

④ Operating Hours

24시간 연속 운전인지, 2교대인지, Batch Operation인지 확인해야 합니다.

 

특히 Batch Plant라면 단순히 ton/day를 24시간으로 나누는 방식으로는 Capacity를 정의할 수 없습니다.

 

⑤ Yield

Feed가 최종 제품으로 얼마나 전환되는지 확인해야 합니다.

 

Yield가 80%인지 95%인지에 따라 필요한 Feed Capacity가 크게 달라집니다.

 

⑥ Design Margin

예상되는 생산량 변동과 향후 수요 증가 등을 고려하여 필요한 Design Margin을 검토합니다.

 

⑦ Turndown

최대 Capacity만큼이나 중요한 것이 Minimum Stable Operation입니다.

 

100 ton/day까지 운전할 수 있는 장비라도 20 ton/day에서는 제대로 제어되지 않을 수 있습니다.

 

따라서 정상 운전범위와 Turndown Capability를 함께 검토해야 합니다.

 

⑧ Future Expansion

향후 생산량 증가가 예상된다면 처음부터 모든 설비를 크게 만드는 대신,

 

Phase 1 + Future Expansion 개념으로 설계하는 것도 방법입니다.

 

 

14. 결국 Capacity는 하나의 숫자가 아니다

 

처음에는 프로젝트의 Capacity가 단순히 100 ton/day 하나의 숫자라고 생각했습니다.

 

하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 하나의 플랜트에는 여러 종류의 Capacity가 존재합니다.

 

예를 들어 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

 

구분	의미
Required Capacity	고객 또는 시장이 요구하는 생산능력
Normal Capacity	정상적인 운전 조건에서의 생산능력
Design Capacity	설비 및 공정을 설계하기 위한 기준 Capacity
Maximum Capacity	허용 가능한 최대 운전 Capacity
Minimum Capacity	안정적으로 운전할 수 있는 최소 Capacity
Annual Capacity	연간 생산능력
Installed Capacity	설치된 설비가 이론적으로 제공할 수 있는 Capacity

 

프로젝트마다 용어의 정의와 사용 방식은 달라질 수 있으므로, 실제 Design Basis에서는 각 Capacity의 정의를 명확하게 문서화하는 것이 중요합니다.

 

특히 “Capacity 100 ton/day”라는 표현만 남겨놓으면 나중에 Client, Process Engineer, Equipment Engineer, Operation Team이 서로 다른 의미로 이해할 가능성이 있습니다.

 

 

15. Beer to Zero Project에서 Capacity를 결정해보자

 

이제 Beer to Zero Project로 돌아와 보겠습니다. 고객이 우리에게 이야기합니다.

“맥주 생산공장에서 발생하는 폐기물과 부산물을 처리해서 하루 100톤 규모의 새로운 제품을 생산하고 싶습니다.”

 

처음에는 간단해 보입니다. Design Capacity = 100 ton/day입니다.

 

하지만 엔지니어링팀에서는 바로 설계를 시작하지 않습니다.

 

먼저 질문을 던집니다.

 

• “100톤은 Product 기준인가?”
• “24시간 운전인가?”
• “연간 몇 일 생산하는가?”
• “정기보수는 언제 하는가?”
• “제품 수율은 얼마인가?”
• “Feed는 어떤 조건으로 공급되는가?”
• “Recycle이 존재하는가?”
• “향후 생산량이 증가하는가?”
• “100 ton/day가 Normal Capacity인가, Design Capacity인가?”

그리고 이 질문에 대한 답을 하나씩 정리합니다.

 

예를 들어 다음과 같이 Design Basis에 기록할 수 있습니다.

 

• Product Design Capacity = 100 ton/day
• Operating Days = 330 day/year
• Operating Hours = 24 hr/day
• Design Margin = 10%
• Design Capacity = 110 ton/day

와 같이 프로젝트의 기준을 만들어 나갈 수 있습니다.

 

그 순간부터 우리가 설계해야 할 플랜트의 크기가 구체적으로 모습을 드러내기 시작합니다.

 

 

16. 숫자 하나가 플랜트를 움직이기 시작한다

 

이제 Process Engineer는 이 숫자를 가지고 Material Balance를 작성합니다.

 

100 ton/day의 Product를 만들기 위해 필요한 Feed는 얼마인지 계산합니다.

 

Feed의 조성과 물성치를 적용합니다. Reaction Yield를 적용합니다. Recycle Stream을 계산합니다. 각 Stream의 Flow Rate를 결정합니다. 그리고 이 숫자들이 Equipment Design으로 넘어갑니다.

 

Pump에는 Flow와 Head가 필요하고, Heat Exchanger에는 Heat Duty와 Flow가 필요하며, Reactor에는 처리량과 Residence Time이 필요하고, Tank에는 Storage Volume과 Operating Level이 필요합니다.

 

배관에는 Design Flow가 필요하고, Utility에는 전체 공정의 Energy Balance가 필요합니다.

 

결국 우리가 처음 회의실에서 들었던 “하루 100톤을 생산해주세요.”라는 한 문장이 수많은 설계 계산으로 연결됩니다.

 

이것이 바로 Design Capacity의 의미입니다.

 

 

17. 엔지니어링에서 중요한 것은 숫자를 정하는 것이 아니라 숫자의 근거를 만드는 것이다

 

Design Capacity를 결정하는 과정에서 가장 중요한 것은 특정 숫자를 계산하는 능력만이 아닙니다.

 

오히려 더 중요한 것은 “왜 이 숫자를 사용했는가?”를 설명할 수 있는 것입니다.

 

예를 들어,

“100 ton/day이기 때문에 110 ton/day로 설계했습니다.”

 

보다는,

“Client의 요구 생산량은 100 ton/day이며, 향후 생산량 변동과 운전상의 여유를 고려하여 10% Design Margin을 적용해 주요 설계 기준을 110 ton/day로 설정했습니다.”

 

라고 설명할 수 있어야 합니다.

 

그리고 그 10%가 정말 필요한지에 대한 근거도 있어야 합니다.

 

왜 10%인지, 왜 20%가 아닌지, 왜 5%가 아닌지, 향후 Expansion을 고려한 것인지, 공정 변동성을 고려한 것인지, 장비의 제조 범위 때문에 적용한 것인지, 이러한 판단의 근거가 남아 있어야 합니다.

 

이것이 바로 Engineering Judgment입니다.

 

 

18. Design Basis는 결국 숫자의 모음이 아니다

 

Part 18에서 Design Basis가 설계의 출발점이라고 이야기했습니다.

 

Part 19에서는 Feed와 Product의 조건을 정의했습니다.

 

그리고 이제 Part 20에서는 그 공정이 얼마나 많은 양을 처리하고 생산할 것인지를 결정했습니다.

 

결국 Design Basis에는 단순히 문장만 들어가는 것이 아닙니다.

 

• 온도
• 압력
• 조성
• 유량
• 생산량
• 운전시간
• 운전일수
• Design Margin
• Turndown
• Utility 조건

과 같은 수많은 숫자가 들어갑니다.

 

그리고 엔지니어링은 이 숫자들을 서로 연결하는 작업입니다.

 

하나의 숫자가 바뀌면 다른 숫자도 바뀝니다.

 

100 ton/day가 120 ton/day로 바뀌면 Feed Flow가 바뀌고, Equipment Size가 바뀌고, Piping Size가 바뀌고, Utility Requirement가 바뀌며, 결국 CAPEX까지 바뀔 수 있습니다.

 

그래서 프로젝트 초기에 Capacity를 잘못 정의하면 뒤에서 아무리 설계를 잘해도 문제가 발생할 수 있습니다.

 

 

하루 100톤이라는 숫자에서 플랜트가 시작된다

 

처음 고객이 말한 요구사항은 단순했습니다.

“하루 100톤을 생산하고 싶습니다.”

 

하지만 엔지니어에게 이 말은 단순한 숫자가 아닙니다. 그 안에는

 

• 무엇을 생산하는가
• 얼마나 생산하는가
• 몇 시간 운전하는가
• 1년에 며칠 운전하는가
• 얼마의 수율을 가지는가
• 얼마의 Design Margin을 적용할 것인가
• 어디까지 안정적으로 운전할 것인가
• 향후 얼마나 확장할 것인가

라는 수많은 질문이 들어 있습니다. 그리고 이 질문에 답한 결과가 Design Capacity가 됩니다.

 

결국 Design Capacity란

“이 플랜트를 어느 정도 규모로 만들어야 하는가?”

 

라는 질문에 대한 엔지니어링의 답입니다.

 

그리고 이 숫자가 결정되는 순간부터 진짜 설계가 시작됩니다.

 

이제 우리는 하루 100톤을 생산하기 위해 무엇이 얼마나 필요한지 계산할 수 있습니다.

 

다음 단계에서는 이 Capacity를 바탕으로 실제 공정의 물질 흐름을 구성하게 됩니다.

 

원료는 얼마나 들어오고, 중간에서 얼마나 변하고, 얼마가 배출되며, 최종적으로 얼마가 제품이 되는가.

 

즉, 다음 설계 단계에서는 “100톤을 만들기 위해 공정 안에서 물질이 어떻게 움직이는가”를 계산해야 합니다.

 

그것이 바로 다음 단계의 Material Balance입니다.

 

 

Beer to Zero Project 연재 순서

 

PART 3. Design Basis — 우리가 무엇을 설계하는가

 

• Part 18. 설계의 출발점 - Design Basis란 무엇인가
• Part 19. 무엇을 넣고 무엇을 만들 것인가 - Feed & Product Condition
• Part 20. 하루 100톤을 만들려면 - Design Capacity 결정
• Part 21. 몇 시간 동안 공장을 돌릴 것인가 - Operating Philosophy
• Part 22. 몇 도와 몇 압력에서 운전할 것인가 - Operating Condition
• Part 23. 설비는 얼마나 견뎌야 하는가 - Design Pressure & Temperature
• Part 24. 공장을 움직이는 에너지는 어디서 오는가 - Utility Condition
• Part 25. 무엇으로 설비를 만들 것인가 - Material of Construction
• Part 26. 어떤 기준으로 설계할 것인가 - Code & Standard
• Part 27. 설계의 기준을 하나의 문서로 묶다 - Design Basis 확정