• Title/Summary/Keyword: 기체입자전환공정

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열분해법을 이용한 실리콘 나노입자 형성과정 수치해석 연구

  • U, Dae-Gwang;Ha, Su-Hyeon;Kim, Myeong-Jun;Hang, Zhang;Kim, Tae-Seong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.02a
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    • pp.117-117
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    • 2010
  • 나노입자 제조 기술이 점차 발전하면서 금속산화물, 반도체용 및 태양전지용, 신소재 등 다양한 응용분야에 사용하고 있다. 따라서 이와 같은 나노입자 제조방법으로는 펄스 레이저 용사법(pulsed laser ablation), 플라즈마 아크 합성법(plasma arc synthesis), 열분해법(pyrolysis), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)법 등과 같은 기상공정이 많이 사용되고 있다. 기상공정은 기존의 공정에 비해 고순도 입자의 대량 생산, 다성분 입자의 화학적 균질성 유지, 비교적 간단하고 깨끗한 공정 등의 장점을 가지고 있다. 기상공정에서 일반적인 입자 형성 메커니즘은 기체 상태의 화학 물질이 물리적 공정 혹은 화학 반응에 의해 과포화상태에 도달하게 되며, 이 때 동질 핵생성(homogeneous nucleation)이 일어나고 생성된 핵(nuclei)에 기체가 응축되고 충돌, 응집하면서 입자는 성장하게 된다. 열분해법은 실리콘 나노입자를 생산하는 기상공정 중 하나이다. 일반적으로 열분해 공정은 지속적으로 열이 가해지는 반응기 내에 반응기체인 $SiH_4$을 주입하고, 운반기체는 He, $H_2$, Ar, $N_2$ 등을 사용하였을 때, 높은 열로 인해 $SiH_4$가 분해되며, 이 때 가스-입자 전환 현상(gas to particle conversion)이 일어나 실리콘 입자가 형성된다. 그러나 입자 형성과정은 $SiH_4$ 농도, 유량, 작동 압력, 온도 등 매우 다양한 요소에 영향을 받는다. 고, 복잡한 화학반응 메커니즘에 의해 명확히 규명되지는 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 복잡한 화학반응을 해석하는 상용코드 CHEMKIN 4.1.1을 이용하여 열분해 반응기 내에서의 실리콘 입자 형성, 성장, 응집, 전송 모델을 만들고 이를 수치해석하였다. 표면 반응, 응집, 전송에 의한 입자 성장 메커니즘을 포함하고 있는 aerosol dynamics model을 method of moment법으로 해를 구하였으며, 이를 실험 결과와 비교하여 모델링을 검증하였다. 또한 반응기의 온도, 압력, 가스 농도, 유량 등의 요소를 고려하여 실리콘 나노입자를 형성하는 최적의 조건을 연구하였다.

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Slug Characteristics in a Bubbling Fluidized Bed Reactor for Polymerization Reaction (기포유동층 고분자 중합 반응기에서의 슬러그 특성)

  • Go, Eun Sol;Kang, Seo Yeong;Seo, Su Been;Kim, Hyung Woo;Lee, See Hoon
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.58 no.4
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    • pp.651-657
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    • 2020
  • Fluidization processes in which solid particles vividly move like gas or liquid have been widely used in various industrial sectors, such as thermochemical energy conversion and polymerization processes for general purpose polymer resins. One of the general purpose polymer resins, LLDPE(Linear low-density polyethylene) resins have been produced in bubbling fluidized bed processes in the world. In a bubbling fluidization polymerization reactors, LLDPE particles with relatively larger particle size and low density are fluidized by hydrogen gas for polymerization reaction. Though LLDPE polymerization reactors are one of bubbling fluidization processes, slugs that have negative impact for reaction exist or occur in these processes. Therefore, the fluidization state of LLDPE particles was investigated in a simulation model similar to a pilot-scale polymerization reactor (0.38 m l.D., 4.4 m High). In particular, the effect of gas velocity (0.45-1.2 m/s), solid density (900-199 kg/㎥), solid sphericity (0.5-1.0), and average particle size (120-1230 ㎛), on bed height and fluidization state were measured by using a CPFD(Computational particle-fluid dynamics) method. With CPFD analysis, the occurrence of a flat slug was visualized. Also, the change in particle properties, such as particle density, sphericity, and size, could reduce the occurrence of slug and bed expansion.

Fabrication of SiC Converted Graphite by Chemical Vapor Reaction Method(II) (화학적 기상 반응법에 의한 탄화규소 피복 흑연의 제조(II))

  • 윤영훈;최성철
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.36 no.1
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    • pp.21-29
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    • 1999
  • The effects of density and pore size distribution of substrate in preparing SiC conversiton layer on graphite substrate were investigated. The chemical reaction for formation of SiC conversion layer was occurred at substrate surface or below surface through SiC gas infiltration. It was supposed that the pore size distribution required for the sufficient SiO gas infiltration and the continuous chemical reaction during conversion process was in the range of 1.0∼10.0$\mu\textrm{m}$. In the stress analysis of SiC layer with finite element method (FEM), the residual stress distribution due to thermal mismatch was shown. However, the compressive stress was measured in SiC layer by X-ray diffraction, it was presumed that the residual stress distribution of SiC layer was mainly influenced by the constraining effect of interlayer between SiC layer and graphite substrate, and the densification behaviro and the grain growth in SiC conversion layer.

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Application of Gas to Particle Conversion Reaction to increase the DeSOx/DeNOx Efficiency under Pulsed Corona Discharge (DeSOx/DeNOx 효율 개선을 위한 펄스 코로나 방전하에서 기체미립자 전환반응의 적용)

  • Choi, Yu-ri;Kim, Dong-Joo;Kim, Kyo-Seon
    • Journal of Industrial Technology
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    • v.18
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    • pp.249-258
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    • 1998
  • In this paper, we investigated the post-combustion removal of nitrogen oxide($NO_x$) and sulfur oxide($SO_x$) which is based on the gas to particle conversion process by the pulsed corona discharge. Under normal pressure, the pulsed corona discharge produces the energetic free electrons which dissociate gas molecules to form the active radicals. These radicals cause the chemical reactions that convert $SO_x$ and $NO_x$ into acid mists and these mists react with $NH_3$ to form solid particles. Those particles can be removed from the gas stream by conventional devices such as electrostatic precipitator or bag filter. The reactor geometry was coaxial with an inner wire discharge electrode and an outer ground electrode wrapped on a glass tube. The simulated flue gas with $SO_x$ and $NO_x$ was used in the experiment. The corona discharge reactor was more efficient in removing $SO_x$ and $NO_x$ by adding $NH_3$ and $H_2O$ in the gas stream. We also measured the removal efficiency of $SO_x$ and $NO_x$ in a cylinder type corona discharge reactor and obtained more than 90 % of removal efficiency in these experimental conditions. The effects of process variables such as the inlet concentrations of $SO_x$, $NH_3$ and $H_2O$, residence time, pulse frequencies and applied voltages were investigated.

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A Model on a Bubbling Fluidized Bed Process for CO2 Capture from Flue Gas (연소기체로부터 CO2를 포집하는 기포 유동층 공정에 관한 모델)

  • Choi, Jeong-Hoo;Youn, Pil-Sang;Kim, Ki-Chan;Yi, Chang-Keun;Jo, Sung-Ho;Ryu, Ho-Jung;Park, Young-Cheol
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.50 no.3
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    • pp.516-521
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    • 2012
  • This study developed a simple model to investigate effects of important operating parameters on performance of a bubbling-bed adsorber and regenerator system collecting $CO_2$ from flue gas. The chemical reaction rate was used with mean particles residence time of a reactor to determine the extent of conversion in both adsorber and regenerator reactors. Effects of process parameters - temperature, gas velocity, solid circulation rate, moisture content of feed gas - on $CO_2$ capture efficiency were investigated in a laboratory scale process. The $CO_2$ capture efficiency decreased with increasing temperature or gas velocity of the adsorber. However, it increased with increasing the moisture content of the flue gas or the regenerator temperature. The calculated $CO_2$ capture efficiency agreed to the measured value reasonably well. However the present model did not agree well to the effect of the solid circulation rate on $CO_2$ capture efficiency. Better understanding on contact efficiency between gas and particles was needed to interpret the effect properly.

The TiO2 based electrode consisting binary catalysts which is prepared by anodization for water oxidation application (양극산화법을 통해 제조한 IrO2-RuO2 촉매를 포함하는 고성능 수전해 산소발생용 TiO2 나노튜브 전극)

  • Yu, Hyeon-Seok;O, Gi-Seok;Lee, Gi-Baek;Choe, Jin-Seop
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2016.11a
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    • pp.191.2-191.2
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    • 2016
  • $TiO_2$는 우수한 화학적 및 물리적 안정성 때문에 수전해 장기간 사용에 적합한 전기화학 전극으로 여겨진다. 큰 표면적을 갖는 $TiO_2$를 제조하기 위한 수많은 방법 중 양극산화(anodization)는 비교적 간단하고 저렴한 공정으로 인하여 매우 실용적인 방법으로서 알려져 있다. 특히, 고도로 정렬 된 $TiO_2$ 나노튜브($TiO_2$ NTs) 의 경우에는 분말상과 달리 전극제조를 위해 추가적인 접착제를 필요하지 않다. 그러나, $TiO_2$는 일반적으로 절연 특성을 나타내기 때문에 전극의 활용을 위해서는 본질적으로 촉매의 사용이 불가피하다. 다수의 전기 촉매 중, $IrO_2$$RuO_2$는 수전해 분야에 잘 알려진 산화 촉매이다. 그럼에도 불구하고, 특유의 높은 종횡비 때문에 $TiO_2$ 나노튜브에 전기 촉매를 균일하게 도핑하는 것은 많은 어려움이 따른다. 이를 해결하기 위한 방법으로 $RuO_2$를 도핑하기 위한 단일공정 $TiO_2$ 양극산화 기술이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 2원 촉매($IrO_2$$RuO_2$)를 $TiO_2$ 나노튜브에 도핑하기 위한 단일공정 양극산화 기술에 대하여 연구하였다. 전구물질로써 $KRuO_4$($RuO_2$ 전구체)와 IrOx 나노입자(IrOx NPs, $IrO_2$ 전구체)를 사용하였다. 특히, IrOx를 나노 입자는 $IrCl_3$로부터 중간 매체로 합성된다. IrOx는 단일공정 양극산화 중에 $TiO_2$ 나노튜브 상에 도핑 가능한 이온 형태인 $IrO_4$-로 전환될 수 있다. 제조된 시료는 열처리 후 바로 전극으로 사용되었으며 SEM, XPS, TEM, ICP-OES 등으로 정성, 정량 분석을 수행하였다. LSV와 EIS를 통해 전기화학적 성능 평가가 이루어졌으며, LSV를 통해 포집한 기체는 가스 크로마토그래피를 사용하여 정량분석한 후 그 효율을 측정하였다.

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