• 제목, 요약, 키워드: Bubble Column

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Trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 gas hold-up 변화 연구 (Gas hold-up variation with pore size of tray in trayed bubble column)

  • 양정훈;양정일;김학주;천동현;이호태;정헌
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.133.1-133.1
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    • 2010
  • 슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기 내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 실험에 사용된 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m의 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축공기를 이용하였다. Tray의 기공크기는 1.1 mm부터 14.0 mm까지 변화시키면서 높이별 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 포집율의 변화를 균일흐름 영역과 불균일 흐름 영역에서 그 양상이 다르게 나타났다. 즉 균일계 영역에서는 기공의 크기가 1.1 mm부터 2.9 mm까지 증가시면 기체포집율이 감소하는 반면 2.9 mm 이상에서는 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면 불균일 흐름 영역에서는 전반적으로 기공의 크기가 작아질수록 기체포집율이 증가하였다. 또한 각각의 흐흠 영역에서의 기체포집율 증가정도는 확연한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 이것은 흐름영역의 유체거동에 따라서 기포와 tray 기공사이의 상호작용 메커니즘이 달라지기 때문인 것으로 보인다.

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미세기포 산기장치를 적용한 타워형 생물반응기의 산소전달 및 수력학적 특성 (Oxygen Transfer and Hydraulic Characteristics in Bubble Column Bioreactor Applied Fine Bubble Air Diffusing System)

  • 이승진;고경한;고명한;양재경;김용국
    • 대한환경공학회지
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    • v.34 no.11
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    • pp.772-779
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    • 2012
  • 본 연구에서는 원뿔형으로 개발된 미세기포형 산기관의 성능향상을 위하여 운용적 측면에서 실험과 전산모사적 방법을 이용하였다. 산기관 잠김깊이의 변화에 대해 성능실험이 용이한 실증 규모의 타워형 생물반응기에 산기관을 장착하여, 잠김깊이가 표준산소전달계수($K_{L}a_{20}$) 및 표준산소전달효율(SOTE) 등 산소전달 성능에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 또한, 2상 유동에 관한 유체역학적 전산모사를 이용하여 산기관 수와 잠김깊이에 대한 유동현상을 파악함으로써 산소전달 성능변화에 대한 원인을 규명하였다. 산소전달 성능실험결과, 산기관의 잠김깊이를 6 m에서 12 m로 증가시킴에 따라 표준산소 전달계수는 7% 증가하였으나 표준산소전달효율은 39~72% (5.6 %/m)로 대폭 상승하였다. 유동 해석결과, 산기관의 수가 증가함에 따라 공기 체적분율 및 공기와 시험수의 유속 모두 증가하였으며, 공기와 시험수의 유속 경향은 유사하게 나타났다. 잠김깊이가 증가함에 따라서 공기 체적분율, 공기 및 시험수의 유속은 조금씩 감소하는 경향을 나타냈다. 선회 병류유동은 기포류의 확산과 상승속도를 결정하는 주요 인자로서 선회강도가 과도하게 큰 경우에는 기포 체류시간과 체류량이 감소되므로 산소전달 성능을 저하를 예측할 수 있었다.

CO2 가스 기포 누출 탐지 기술 개발을 위한 예비 연구 (A preliminary study on the development of detection techniques for CO2 gas bubble plumes)

  • 금병철;조진형;신동혁
    • 한국마린엔지니어링학회지
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    • v.38 no.9
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    • pp.1163-1169
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    • 2014
  • $CO_2$ 가스 기포 탐지 기술 개발을 위한 예비연구로 인위적으로 발생시킨 수층의 $CO_2$ 가스 기포 플룸을 다중빔음향측심기, 단일빔음향측심기 그리고 천부지층탐사기(SBP)를 이용해서 탐지 비교하였다. 인위적으로 발생시킨 기포의 상승속도는 가스 탱크에서 압축된 가스의 강제적인 누출이 영향을 미쳐 기존 자료보다 높게 나타나는 것으로 판단된다. 다중빔음향측심기는 단일빔 음향장비에 비하여 넓은 범위를 탐지할 수 있고 가스 누출 위치 및 수층에서 가스 플룸의 3차원적인 정보를 제공하고 있다. 따라서 다중빔음향측심기는 단일빔의 음향장비 보다 더 뚜렷한 가스 플룸을 탐지할 수 있으나, 상호보완적으로 동시에 운영하면 보다 효과적인 탐지기술을 확립할 수 있다. 향후, 본 연구는 특정가스의 음향학적 특징을 파악하여 정량적, 정성적 탐지 기술 향상에 기여하고자 한다.

기포탑 반응기에서 Chlorella HA-1의 $CO_2$ 고정화 특성 ($CO_2$ Fixation by Chlorella HA-1 Cultured in Bubble Columns.)

  • 성기돈;이진석;신철승;김미선;박순철;김승욱
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • v.26 no.1
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    • pp.1-6
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    • 1998
  • 수직 관형 반응기(기포탑)에서 담수성 미세조류인 Chlorella HA-1의 $CO_2$고정화 특성을 조사하였다. Chlorella HA-1의 배양액은 균체 자체에 의한 음영효과(self-shading effect)로 균체의 농도가 증가하면 빛의 투과 깊이는 급격하게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 기포탑 반응기에서의 균체 생산성은 반응기의 직경에 반비례하여 가장 작은 직경 2 cm 반응기에서 균체 생산성과 $CO_2$고정화 속도가 각각 1.097 g/1와 1048 g CO$_2/\m^2$-day로 가장 높았다. 그러나 직경 2 cm 반응기의 경우 photoinhibition현상이 나타났으며 그 결과 최종 균체 농도는 직경 3.5cm반응기의 7.84g/l에 비해 30%낮은 5.65g/l이었다. 기포탑 반응기의 직경이 2 cm이상이면 $CO_2$ 고정화 속도가 급격하게 떨어지는 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 $CO_2$ 고정화 속도의 감소는 광합성에 필요한 빛이 반응기 내부로 충분히 전달되지 않아 대부분의 미세조류가 $CO_2$ 고정화에 빛을 효율적으로 활용할 수 없었기 때문으로 생각된다. 기포탑 반응기에 공급하는 $CO_2$가스 유량을 증가시키면 미세조류의 생산성이 높아졌으며 반응기의 직경이 커질수록 생산성의 상승 효과는 뚜렷하였다. 이와 같은 균체의 생산성 향상은 균체가 명-암영역으로 활발하게 이동하여 빛의 활용 효율을 높일 수 있었기 때문으로 생각된다. 따라서 반응기내 미세조류가 명-암 영역으로 활발하게 이동하도록 하는 장치 또는 운전기술의 적용이 필요함을 보여준다.

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Off-gas Column Test를 이용한 하수처리장 심층포기시스템의 산소전달 매개변수(α와 F)의 산정 (Evaluation of the Oxygen Transfer Parameters (α and F) of a Coarse Bubble Aeration System by Off-gas Column Test)

  • 김철웅;임세호;신동록;이지영;박재한;안윤희;고광백
    • 한국물환경학회지
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    • v.22 no.6
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    • pp.1119-1122
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    • 2006
  • Aeration by using diffusers usually requires approximately 50~90% of the total electricity needed to operate WWTP (WasteWater Treatment Plant)s. Accurate evaluation of the oxygen transfer efficiency for an aeration system, and recommendation of a better alternative may help saving WWTP operational costs. Appropriate techniques and methods to achieve this purpose have not been introduced in Korea. In this study, in-process analysis was performed for a coarse bubble aeration system by the off-gas method to evaluate its applicability in Korea. To accomplish this analysis, an off-gas test, unsteady-state clean water test and steady-state off-gas column test was conducted and comparisons to other aeration systems were made. The ${\alpha}$ and the F estimated from the results of the unsteady-state clean water test and the steady-state off-gas column test were 0.61 and 0.90 respectively in a coarse bubble aeration system. The comparison of P.E tube diffusers laid out single spiral roll and ceramic dome diffusers laid out full floor coverage showed that the oxygen transfer efficiency of the coarse bubble aeration system was less than or similar to other aeration systems. But, airflow rates per unit area were 4~5 times greater than other aeration systems. In regards to the oxygen transfer efficiency for airflow rates per unit area, a retrofit to higher efficiency diffusers was urgently needed. This study showed proved that off-gas methods can apply to evaluate diffuser performances to estimate operating factors and to compare other aeration systems in Korea.

고점성 낮은표면장력 매체 기포탑에서 열전달 (Heat Transfer in Bubble Columns with High Viscous and Low Surface Tension Media)

  • 김완태;임대호;강용
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.52 no.4
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    • pp.516-521
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    • 2014
  • 고점성이며 낮은 표면장력 매체로 구성된 기포탑에서 축방향 국부 열전달 계수와 총괄 열전달 계수에 대해 고찰하였다. 기체공탑유속(0.02~0.10 m/s), 액체 점도($0.1{\sim}0.3Pa{\cdot}s$) 그리고 액체 표면장력($66.1{\sim}72.9{\times}10^{-3}N/m$)이 국부 및 총괄 열전달 계수에 미치는 영향을 검토하였다. 열전달 영역은 기포탑 내부 열원과 기포탑 간의 열전달계로 구성하였다. 즉, 기포탑의 중앙에 수직 열원을 설치하여 내부 열원으로 하였다. 열전달 계수는 주어진 운전조건에서 열원에 제공되는 열량과 내부 열원과 기포탑 간의 온도차를 연속적으로 측정하여 결정하였다. 국부 열전달 계수는 기체공탑유속이 증가함에 따라 증가하였으나 기체 분산판으로 부터의 축방향 거리가 증가함에 따라, 액체의 표면장력이 증가함에 따라 감소하였다. 총괄 열전달 계수는 기체공탑유속이 증가함에 따라 증가하였으나 액상의 점도와 표면장력이 증가함에 따라서는 감소하였다. 총괄 열전달 계수는 기체공탑유속, 액상의 점도와 표면장력의 함수로 상관계수 0.91의 상관식을 얻을 수 있었으며 넛셀 수, 레이놀즈 수, 플란틀 수 그리고 웨버 수의 함수로 상관계수 0.92의 상관식으로 나타낼 수 있었다. $$h=2502U^{0.236}_{G}{\mu}^{-0.250}_{L}{\sigma}^{-0.028}_L$$ $$Nu=325Re^{0.180}Pr^{-0.067}We^{0.028}$$.

가압 삼상슬러리 기포탑에서 직경변화에 따른 기체-액체 물질전달 특성 (Mass Transfer Characteristics in Pressurized Three-phase Slurry Bubble Columns with Variation of Column Diameter)

  • 서명재;임대호;신익상;손성모;강용
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.47 no.4
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    • pp.459-464
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    • 2009
  • 가압 삼상슬러리 기포탑에서 탑의 직경변화에 따라 기체-액체 물질전달 특성을 고찰하였다. 기체 유속, 운전압력, 액체점도, 슬러리상에서 고체입자의 양 그리고 탑의 직경이 기체-액체 부피물질전달계수에 미치는 영향을 결정하였다. 운전변수들이 물질전달계수에 미치는 영향은 기포탑의 직경이 변화함에 따라 다르게 나타났다. 기체-액체 부피물질전달계수는 기체유속이나 운전압력이 증가함에 따라 증가하였으나, 기포탑의 직경, 액체의 점도 그리고 슬러리상에 고체입자의 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 기체-액체 물질전달계수가 기체유속 증가에 따라 증가하는 경향과 액체의 점도가 증가함에 따라 감소하는 경향은 기포탑의 직경이 증가함에 따라 점차 감소하였다. 그러나, 운전압력과 슬러리상에 포함된 고체입자의 농도가 기체-액체 물질전달계수에 미치는 영향은 기포탑의 직경이 변화함에 따라 큰 영향을 받지 않았다. 본 연구의 실험범위에서 기체-액체 물질전달계수는 다음 식과 같은 실험변수의 상관식으로 나타낼 수 있었다. $k_La=0.02D^{-0.26}U_G^{0.28}P^{0.43}{\mu}_L^{-0.04}S_c^{-0.35}$.

Effect of fermentor type on biopolymer production with Cordyceps militaris

  • Kim, Kyoung-Ju;Kim, Dong-Hyun;Park, Yang-Ho;Kwun, Kyu-Hyuk;Lee, Jung-Heon
    • 한국생물공학회:학술대회논문집
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    • pp.249-251
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    • 2003
  • The effects of fermentor types on biopolymer production with Cordyceps militaris has been studied in this articles. Since the shear stresses of stirred tank ferementor and bubble column fermentor were different, the mycelium growth and biopolymer production were different. The mycerial growth was high with the bubble column fermentor for the early stage but biopolymer production was lower than that with stirred tank fermentor. The production of biopolymer was closely related to shear stress to the cells and biopolymer production was increased with increased shear stress.

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