• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.516-521
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• 2012

본 연구는 연소기체로부터 $CO_2$ 기체를 포집하는 기포 유동층 흡착 및 재생 반응기 공정의 주요 운전변수의 영향을 조사하기 위해서 단순화된 공정모델을 개발하였다. 반응속도와 반응기에서 고체입자의 평균체류시간을 이용하여 흡착탑과 재생탑에서 각 반응 전환율을 계산하였다. 실험실 규모 기포 유동층 공정에 적용하여 $CO_2$ 포집효율에 대한 온도, 기체유속, 고체순환속도, 연소기체 중 수분농도의 영향을 조사하였다. $CO_2$ 포집효율은 흡착탑의 온도 혹은 유속이 증가함에 따라서 감소하였다. 그러나 연소기체의 수분농도 혹은 재생탑의 온도가 증가함에 따라서 증가하였다. 계산된 $CO_2$ 포집효율은 측정값과 잘 일치하였다. 그러나 본 모델은 $CO_2$ 포집효율에 대한 고체순환속도의 영향과 잘 일치하지 않았다. 이의 해석을 위해서는 기체-고체 접촉효율에 대한 이해가 더 필요하였다.

• KSBB Journal
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• 제14권4호
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• pp.414-421
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• 1999

본 연구에서는 미세조류의 배양액을 통한 빛의 전달특성을 수식적으로 표현하고 이를 바탕으로 광합성 활성을 예측할 수 있는 수학적 모델을 구축하였다. 먼저 미세조류의 배양액에서의 빛의 거동은 Beer-Lambert 식으로서 개략적으로 표현할 수 있었다. 미세조류의 광합성을 산소생산속도로서 나타낸 결과 미세조류의 농도가 높은 경우 낮은 농도에 비하면 단위 부피당 활성은 크게 나타난 반면 단위 건조중량당 활성은 오히려 낮게 나타났다. 이렇게 운전조건에 의존적인 광반응곡선을 예측하기 위하여 국부적인 광합성 활성을 가정하고 이를 전체부피에 대하여 평균하는 방버으로 수학적인 모델을 구축하였다. 또한 실험결과를 이용하여 고유 매개변수를 추정하였으며 예측치와 실험치를 비교한 결과 우수한 일치성을 확인하였다. 모델을 이용하여 광합성 활성에 크게 영향을 미치는 빛의 세기, 세포농도 및 빛의 투과특성과 같은 주요 운전조건에 대하여 그 영향을 살펴보았다. 그 결과 빛의 세기가 강할수록 광합성 활성은 증가하지만 광합성효율은 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. 미세조류의 세포농도의 경우 단위 부피당 산소생산속도를 위한 최적의 농도가 존재함을 알 수 있었으며 이는 조사되는 빛의 세기에 따라 변화하였다. 빛의 투과거리가 짧을수록 광합성 효율은 증가하지만 충분히 강한 빛이 공급될 경우에는 일정한 투과거리까지는 최고치를 유지하였다. 결론적으로 광생물반응기의 성능을 예측하고 최적조건을 결정하는데 제시된 모델이 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.739-746
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• 2008

반응증류 공정은 전형적인 반응공정과 증류공정을 통합하여 증류탑에서 반응과 동시에 분리를 수행하는 공정이다. 반응증류 공정의 가장 큰 장점은 반응 전환율의 제약과 공비점으로 인한 제약을 효율적으로 극복할 수 있다는 데 있다. 본 연구에서는 에스테르화반응으로 얻어지는 대표적인 물질인 메틸 아세테이트를 합성, 생산하는 연속 반응증류 공정의 상세한 수학적 모델을 구성하여 동적 모사 및 동적 최적화를 수행하였다. 상평형을 가정한 평형단 모델에 반응속도 식을 적용하여 분리와 반응이 함께 일어나는 증류탑과 재비기 및 응축기를 수학적 모델로 구성하여 동적모사를 수행하여 실제 공정이 운전되는 시나리오대로 공정전체를 모사함으로써 공정 개시부터의 공정의 동적 특성을 살펴보았다. 이 동적 모델과 연계되어, 반응증류 공정으로 얻어지는 메틸 아세테이트의 순도를 목적함수로 하는 최적화 문제를 구성하여 그 결과로 최적의 원료주입 분율 및 재비기의 열량 및 환류비 등을 구할 수 있었다. 또한 여기서 얻어진 운전 변수의 값을 변화시킬 때 반응 전환율의 변화를 살펴봄으로써, 최적화 문제의 해로 구해진 운전 변수의 값의 타당성을 증명하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제25권4호
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• pp.60-67
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• 2016

본 연구에서는 P507을 포함하고 있는 추출수지를 사용하여 중희토류 원소인 Gd, Tb, Dy의 흡 탈착 반응 메커니즘을 고찰하고 분리를 위한 최적 크로마토그래피법의 반응조건을 도출하였다. 흡 탈착 반응 메커니즘은 흡착등온식인 Langmuir, Freundlich 흡착등온식과, 흡착속도모델인 유사 1차, 2차 반응속도식을 적용하여 고찰하였다. 중희토류 원소의 흡착반응은 단분자층으로 일어난다고 가정하여 흡착등온식을 적용하였고, 잘 일치하여 흡착반응이 단분자층으로 이루어짐을 추측할 수 있었다. 시간별 실험을 진행하여 유사 1차, 2차 반응속도식에 적용한 결과 유사 2차 반응속도식이 추출수지의 중희토류 흡착 메커니즘을 더 잘 표현하였고, 평형흡착량의 실험값은 이론값에 부합하였다. 크로마토그래피법을 이용하여 용리액 HCl 0.25 M 농도조건에서 ${\alpha}^{Tb}_{Gd}=1.24$, ${\alpha}^{Dy}_{Tb}=1.03$으로 분리계수 1이상의 높은 분리조건을 확인하였다. HCl 용리액을 사용하였을 때, 용리액의 농도가 높을수록 분리도는 감소하고 용출구간은 줄어드는 경향을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제26권3호
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• pp.347-350
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• 2015

본 논문에서는 친환경 촉매 중 하나인 이온성액체를 이용한 이소부탄 알킬레이션 반응에 대해서 연구하였다. 산성 이온성액체 중 하나인 1-Octyl-3-methylimidazolium-bromide-aluminum chloride를 촉매로 사용하였다. 최적의 반응조건을 규명하기 위하여 액체공간속도, 반응온도 및 이온성액체의 조성에 따른 반응성능에 대하여 조사하였다. 일정한 실험 조건에서 반응온도의 경우 $80^{\circ}C$에서 최적의 반응성능을 보였고 이온성액체의 조성은 음이온 비가 0.56인 경우 우수한 반응특성을 보였다. 또한 반응조건에 따른 생성물의 수율을 예측할 수 있는 모델식을 통계학적 접근을 통해 완성하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.1527-1532
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• 2013

본 휘발성유기화합물인 아세트알데하이드와 MEK(methylethylketone)의 광촉매분해특성을 회분식 광반응기를 이용하여 연구하였다. 광촉매분해반응의 주요 반응변수인 아세트알데하이드와 MEK의 초기농도, 수분함량, 그리고 반응온도의 영향을 조사하였다. 아세트알데하이드와 MEK의 광촉매 분해속도에서 어느 일정농도까지는 초기농도가 증가할수록 증가하나, 그 이상에서는 완만한 증가형태를 보이며, 분해반응형태는 Langmuir-Hinselwood 모델이었다. 아세트알데하이드와 MEK의 광분해반응에 있어 수분은 inhibitor 역할을 수행하였다. 그리고 아세트알데하이드와 MEK 분해반응에 있어 최적의 반응온도는 $45^{\circ}C$이었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.501-504
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• 2008

도막을 통한 이산화탄소의 확산과 수산화칼슘과의 반응을 고려한 콘크리트 탄산화 모델을 구축하여, 촉진 탄산화 실험을 통해 모델의 타당성을 확인하였다. 일련의 실험과 모델화, 수치해석을 통해 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 확산 투과 이론에 근거한 도막의 평가값을 비정상 확산-반응 탄산화 해석의 입력조건으로 이용함으로써 도막의 중성화 억제효과를 높은 정확도로 예측할 수 있었다. 2) 확산-반응 탄산화모델과 실험결과의 감도해석을 통해 수산화칼슘 확산계수는 1e-12($m^2/s$)에서, 탄산화반응 속도는 5e-5($m^3/mol/s$)에서 높은 상관성을 나타내었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제31권4호
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• pp.35-42
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• 2017

구획실 내부의 고온 메탄연료에서 발생하는 백드래프트 현상에 대해 FDS v6를 이용한 LES를 수행하였다. EDC 연소모델을 적용하였고 여기 필요한 화학반응기구에 대해서는 5가지를 검토하여 백드래프트에 대한 예측성능을 검토하였다. 구획실 내, 외부의 온도, 연료, 속도 및 압력분포에 대한 수치계산 결과고찰과 실험에서 얻어진 압력변화와의 비교를 수행하였다. FDS v6에서 기본적으로 제공하는 EDC 연소모델을 적용하면 LES 기법을 이용하여 백드래프트에 대한 수치계산이 가능함을 확인하였다. 그러나, 결합되는 화학반응기구에 따라서 백드래프트에 대한 예측성능이 큰 차이를 보였다. FDS에서 EDC 연소모델을 적용하여 백드래프트에 대한 LES를 수행할 경우에는 연료특성에 맞는 화학반응기구의 적합성을 우선 검토하는 것이 필요함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.249-256
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• 2021

본 논문에서는 화학기상침투법(CVI) 공정으로 제작되는 탄소/탄소 복합재의 밀도화 과정을 수치해석적으로 연구하였다. 이를 위해 선행 연구에서 개발된 전산유체역학 모델과 반응로 내 주요 화학 반응 모델을 연계한 다중물리 수치해석 모델을 이용하여, 섬유 프리폼의 밀도와 공극률 변화를 다양한 측면에서 분석하였다. 특히 프리폼 주변 기체 유동의 형태에 따른 밀도화 변화를 알기 위해, 특정 형상의 구조물을 프리폼 주변에 배치시켜 유동을 변화시킨 후 프리폼의 밀도화를 계산하였다. 총 4가지 다른 형태의 구조물로 해석한 결과 프리폼 주변의 유동 형태 및 속도 분포를 구조물 형상으로 제어할 수 있었으며, 프리폼의 평균 밀도를 높이거나 밀도 편차를 감소시키는 것이 가능함을 확인하였다. 본 연구에서는 실제 산업 현장에서 사용되는 반응로와 공정 조건을 모델로 이용하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제29권3호
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• pp.3-10
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• 2020

일메나이트의 선택염화를 통해 제조한 합성루타일을 유동층에서 CO와 Cl₂ 혼합가스를 이용하여 염화시켜 TiO₂의 염화반응 속도에 미치는 반응 온도, 시간, CO가스와 Cl₂가스의 분압 비($p_{Cl_2}/p_{CO}$)의 영향에 대하여 조사하였다. $p_{Cl_2}/p_{CO}$가 높을 때 TiCl₄의 전환율은 감소하였으며, 화학양론 계산결과와 실험결과를 비교하였을 때 Cl₂가스 보다 CO가스의 분압이 더 큰 영향을 미친 것으로 판단되었다. 따라서 실험 결과를 입자의 기공을 고려한 모델에 대입하였을 때 합성 루타일의 염화반응은 화학반응율속으로 결정되었고, 활성화에너지는 53.77 kJ/mol로 계산되었다.