• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.184-193
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• 2020

One of the technical methods to increase the volumetric energy density of hydrogen is to pressurize the gaseous hydrogen and then contain it in a rigid vessel. Especially for automotive systems, the compressed hydrogen storage can be found in cars as well as at refueling stations. During the charging the pressurized hydrogen into a vessel, the temperature increases with the amount of stored hydrogen in the vessel. The temperature of the vessel should be controlled to be less than a limitation for ensure stability of material. Therefore, the accurate estimation of temperature is of significance for safely storing the hydrogen. In this work, three well-known cubic equations of state (EOSs) were adopted to examine the accuracy in regenerating thermodynamic properties of hydrogen within the temperature and pressure ranges for the compressed hydrogen storage. The formulations representing molar volume, internal energy, enthalpy, and entropy were derived for Redlich-Kwong (RK), Soave-Redlioch-Kwong (SRK), and Peng-Robinson (PR) EOSs. The calculated results using the EOSs were compared with literature data given by NIST. It was revealed that the accuracies of RK and SRK EOSs were satisfactorily compatible and better than the results by PR EOS.

• Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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• 제23권E1호
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• pp.10-15
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• 2007

The gas hydrates are probably most sensitive to climate change since they are stable only under specific conditions of high pressure and low temperature. One of the main factors responsible for formation of gas hydrates is the saturation of the gases with water vapor. Quantitative phase equilibrium data and understanding of the roles of water component in the phase behavior of the heterogeneous water-hydrocarbon-hydrate mixture are of importance and of engineering value. In this study, the water content of ethylene gas in equilibrium with hydrate and water phases were analyzed by theoretical and experimental methods at temperatures between 274.15 up to 291.75 K and pressures between 593.99 to 8,443.18 kPa. The experimental and theoretical enhancement factors (EF) for the water content of ethylene gas and the fugacity coefficients of water and ethylene in gas phase were determined and compared with each other over the entire range of pressure carried out in this experiment. In order to get the theoretical enhancement factors, the modified Redlich-Kwong equation of state was used. The Peng-Robinson equations and modified Redlich-Kwong equations of state were used to get the fugacity coefficients for ethylene and water in the gas phase. The results predicted by both equations agree very well with the experimental values for the fugacity coefficients of the compressed ethylene gas containing small amount of water, whereas, those of water vapor do not in the ethylene rich gas at high temperature for hydrate formation locus.

• 공업화학
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• 제7권1호
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• pp.67-74
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• 1996

313.2K, 343.2K 그리고 373.2K 온도와 압력 6.0MPa에서 35.0MPa 범위까지 이산화탄소와 방향족 탄화수소인 1,2,3,4-tetrahydro -1-naphthol($={\alpha}$-tetralol)과의 상평형 실험을 각 온도에서 압력을 변화시키면서 수행하였다. 상평형 장치는 기상과 액상을 동시에 순환시키는 순환형이 사용되었으며, 실험분석은 미량시료채취법으로 시료를 채취하여 분석하였다. 이산화탄소와 ${\alpha}$-tetralol계의 실험은 기상과 액상에서의 상평형데이터 및 혼합물 밀도의 측정이 실험조건별로 이루어졌다. 실험결과 일정압력에서 이산화탄소의 용해도는 액상에서 온도가 증가함에 따라 감소하였고, 기상에서 ${\alpha}$-tetralol의 용해도는 온도가 증가할수록 증가하였다. 혼합물 밀도는 압력이 증가할수록 기상, 액상 모두 혼합물 임계밀도쪽으로 접근해 감을 알 수 있었다. 또한 열역학적 해석을 위하여 3차 상태방정식인 Peng-Robinson식을 이용하여 이산화탄소 -${\alpha}$-tetralol계의 실험치를 상호 연관시켜 이론치를 계산하여 실험치와 비교한 결과 AAD가 K(1)의 경우 1.08%~8.98%이고 K(2)의 경우는 45.71%~72.34% 이었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권7호
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• pp.2697-2711
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• 2023

In this study, the validity of reducing the number of gas turbine stages designed for a nitrogen Brayton cycle coupled to a sodium-cooled fast reactor was assessed. The turbine performance was evaluated through computational fluid dynamics (CFD) simulations under different off-design conditions controlled by a reduced flow rate and reduced rotational speed. Two different multistage gas turbines designed to extract almost the same specific work were selected: two- and three-stage turbines (mid-span stage loading coefficient: 1.23 and 1.0, respectively). Real gas properties were considered in the CFD simulation in accordance with the Peng-Robinson's equation of state. According to the CFD results, the off-design performance of the two-stage turbine is comparable to that of the three-stage turbine. Moreover, compared to the three-stage turbine, the two-stage turbine generates less entropy across the shock wave. The results indicate that under both design and off-design conditions, increasing the stage loading coefficient for a fewer number of turbine stages is effective in terms of performance and size. Furthermore, the Ellipse law can be used to assess off-design performance and increasing exponent of the expansion ratio term better predicts the off-design performance with a few stages (two or three).

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.485-489
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• 2019

Hydrogen is known to be a clean fuel which does not generate a green house gas during the combustion. However, about 8 kg of carbon dioxide is generated during the course of producing 1 kg of hydrogen through reforming, water gas shift reaction and pressure swing adsorption in order to obtain a high purity hydrogen over 99.999% by volume. In this work, carbon dioxide generation is estimated according to four kinds of natural gas compositions supplied by Korea Gas Corporation and regarding natural gas as pure methane. For the simulation of the modeling, PRO/II with PROVISION V10.2 at AVEVA was utilized and Peng-Robinson equation of state with Twu's alpha function was selected.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.136-152
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• 2017

본 연구에서는 $CO_2$ 제거 용매로써 메탄올 수용액을 사용하는 $Rectisol^{(R)}$공정을 모델링하기 위한 열역학 모델식으로는 PC-SAFT(Perturebed-Chain Statistical Associating Fluid Theory) 상태방정식과 액체활동도계수 모델식을 기본으로 조합된 Two-model approach식{NRTL(Non Random Two Liquid) + Henry + Peng-Robinson}을 비교하였다. 또한 PC-SAFT 상태방정식의 이성분계 상호작용 매개변수와 Two-model approach식의 Henry 상수를 새롭게 결정하기 위해서 273.25K과 262.35K에서 $CO_2$와 메탄올 간의 흡수평형실험을 수행하고 회귀분석을 하였다. 그리고 새롭게 결정한 매개변수의 정확성은 실험 데이터의 추산결과를 통해 검증하였다. 이러한 모델식과 검증한 매개변수를 사용하여 $CO_2$ 제거공정을 모델링 하였다. 그 결과 Two-model approach식을 사용한 경우가 PC-SAFT EOS을 사용한 경우에 비해 $CO_2$ 99.00% 제거하기 위해 요구되는 메탄올 용매 유량이 약 43.72% 더 높게 추산되었으며, 증류탑에서의 냉각수 소모량은 39.22%정도, 스팀소모량은 43.09%정도 더 소요됨을 알 수 있었다. 결론적으로 고압에서 운전되는 $Rectisol^{(R)}$ 공정을 Henry관계식의 도움을 받는 액체활동도계수 모델식을 사용하여 모델링을 하는 경우 PC-SAFT 상태방정식을 사용한 경우에 비해서 크게 설계된 다는 것을 알 수 있었다. 이러한 이유는 액상에 대한 용해도가 낮은 가스성분이 일정한 온도에서 액상에 녹아드는 양은 기상의 분압에 비례하여 증가하는 것으로 계산되는 Henry 관계식의 특성 때문에 메탄올에 대해 용해도가 큰 $CO_2$의 경우 메탄올과 $CO_2$간의 흡수특성을 잘 예측하지 못하는 것을 알 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제19권3호
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• pp.9-17
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• 2015

한국에서 소비되는 대부분의 천연가스는 배관을 통한 수송을 위하여 높은 압력으로 압축되고, 수요처에 공급되기 전에 정압기지에서 다시 감압된다. 감압과정에서 간단하고 효율적인 설치를 위해 팽창밸브가 사용되었으나 팽창밸브에서는 압축을 통해 회수되는 에너지가 없다. 따라서 팽창밸브와 동일한 감압 기능을 수행하면서 압력에너지를 축일로 회수하여 전력을 생산할 수 있는 터보팽창기가 팽창밸브의 대안으로 제시되었다. 본 연구에서는 중압 정압기지에서 팽창밸브의 평균 입구, 출구 압력조건인 68.7 bar에서 23 bar로 감압될 때 입구의 온도, 유량조건에 따라서 생산 가능한 전력을 이론적으로 계산하였다. Peng-Robinson 상태방정식을 이용하여 천연가스를 순수한 메탄으로 고려한 경우와 소량의 질소와 탄화수소의 혼합물로 고려한 경우에 대한 열역학적 물성을 계산하였다. 2013년 공급량을 기준으로 터보팽창기 도입을 통해 회수 가능한 이론적인 최대 전력생산량은 순수한 메탄의 경우 1596 MW, 혼합물의 경우 1567 MW로 추산되었다.

• 공업화학
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• 제9권6호
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• pp.924-929
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• 1998

본 연구에서는 고압하에서 이산화탄소와 니트릴계인 아세토니트릴 (acetonitrile)과 아크릴로니트릴 (acrylonitrile)과의 이성분계에 대한 상평형데이터를 얻기 위해 실험을 수행하였다. 실험장치는 정지형으로서 본 실험을 위해 자체 제작하여 사용하였으며, 새로이 설계된 실험장치의 재현성과 정확도를 실험하기 위해 $75^{\circ}C$에서 이산화탄소-아세토니트릴계의 실험을 수행하여 McHugh 등[1]의 실험결과와 비교하였다. 이산화탄소와 아세토니트릴과의 이성분계 상거동 실험은 온도 $55.0^{\circ}C$, $75.0^{\circ}C$, 그리고 $100.0^{\circ}C$에서 실험하였으며, 이때 압력은 2.4~14.5 MPa 범위였으며, 이산화탄소-아크릴로니트릴계의 상평형 실험은 온도 $45.0^{\circ}C$, $65.0^{\circ}C$, $85.0^{\circ}C$, 그리고 $105.5^{\circ}C$와 압력 1.6~13.9 MPa 근처까지 실험하였다. 두 계에 대해 동일한 압력에서 아세토니트릴과 아크릴로니트릴의 용해도는 온도가 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. 또한 두 계에 대한 혼합물 임계곡선에나타내었다. 본 연구에서 실험한 결과를 Peng-Robinson상태방정식에 의해 계산하였으며, 그 결과 실험치와 계산치와의 좋은 일치를 보였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.26-31
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• 2002

Bromotrifluoromethane(halon-1301)과 bromochlorodifluoromethane(halon-1211)은 우수한 열역학적 성질에 의해 소화제로 널리 사용되어 오고 있다. 그러나 halon-1301과 halon-1211의 사용과 생산은 국제 환경조약인 Montreal protocol에 의해 점차 사용이 중지되고 있으며, 본격적인 규제에 대한 대책 마련이 요구되는 시점에 있다. 그리하여, 할론 사용규제와 더불어 각국은 할론 소화제 대신 HFCs를 사용하는 방안이 제시되었으며, 이미 선진국에서는 다양한 종류의 소화제 개발을 발표하고 있다. 본 연구에서는 대체 소화제로서 소화제의 배출시간을 단축시켜주는 가압가스 nitrogen과 halon 대체 물질인 HFCs 계열 물질중 chlorodifluoromethane(HFC-22), pentafluoroethane(HFC-125), 1,1,1,2-tetrafluoroethane(HFC-l34a)을 선정하여 이들간의 이성분계 혼합물에 대한 상호 용해력을 알아보기 위해 상평형을 측정하였다. 상평형은 기-액 순환이 동시에 이루어지는 circultion type 장치에서 측정되었으며, 실험온도는 실제 소화제 저장탱크의 온도범위인 283.15-303.15K로 선정하였고, 압력범위는 이 온도범위에서 탱크에 걸릴 수 있는 최저압력과 최고압력보다 충분히 여유를 두어 3.0-10.0 MPa조건에서 실험하였다. 실험데이터는 Peng-Robinson 상태방정식 및 Wong-Sandler mixing rules을 사용하여 혼합물의 거동을 예측하였고, 이를 실험 결과와 비교 검토하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권3호
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• pp.302-308
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• 2015

본 연구에서는 3-Methylpentane을 포함하는 Ethylene glycol monopropyl ether ($C_3E_1$) 및 Ethylene glycol isopropyl ether ($iC_3E_1$) 계면활성제 혼합물에 대한 2성분계 기-액 상 평형을 서로 다른 온도 조건(303.15, 318.15, 333.15K)에서 측정 및 비교하였다. $C_3E_1$은 분자 내 수소결합과 분자 간 수소결합이 동시에 나타나는 자가 회합 성 물질이므로 상 평형 예측을 어렵게 하는 경향이 있다. 본 연구의 목적은 $C_3E_1$ 혼합물과 그 이성질체인 $iC_3E_1$ 혼합물의 상 평형을 각각 측정 및 비교함으로써, 자가 회합 성 물질의 이성질체가 상 평형에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 것이다. 측정된 시스템은 PR-WS-NRTL, PR-WS-UNIQUAC, 그리고 PR-WS-WILSON 모델을 이용하여 각각 계산하고 각 모델의 성능을 비교하였다. 계산에 사용된 모델은 대부분 좋은 결과를 보여주었으며, 특히 PR-WS-NRTL 모델이 가장 좋은 결과를 나타냈다. 또한 측정 시스템 간의 상 평형 차이가 크게 발생하지 않은 것으로 보아 자가 회합 성 물질의 이성질체가 상 평형에 끼치는 영향은 크지 않음을 알 수 있었다.