• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.235-247
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• 2020

Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO₂ 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H₂SO₄ 상과 HI_X 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO₂ 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO₂ 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I₂ 및 H₂O를 결정 변수로 SO₂ 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO₂ 전환율이 10% 일때 H₂O 및 I₂ 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO₂ 전환율이 98% 일 때 H₂O가 1% 그리고 I₂가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HI_X 상내 H₂SO₄ 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I₂와 H₂O를 결정 변수로 설정하였을 때, H₂O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I₂ 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.

• 한국환경농학회지
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• 제30권3호
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• pp.310-315
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• 2011

폐미역을 이용한 생물흡착제의 중금속 제거능력을 조사하기 위해 lab-scale의 생물흡착시스템에서 최적조건을 구명하고, lab-scale의 생물흡착시스템의 최적조건하에서 large-scale PBCC 시스템의 중금속 제거능력을 조사하였다. Lab-scale 생물흡착시스템별 중금속 제거능력은 PBCC보다 CSTR이 뛰어났지만 CSTR은 폐수유입속도가 48 L/day이상에서 완전혼합상태를 유지하지 못하여 안정적인 운전이 가능한 PBCC가 적합하였다. Cu용액의 유입속도 및 농도별 Cu 제거능력은 유입속도 12 L/day 및 유입농도 10 mg/L일 때 Cu용액 처리량이 가장 뛰어났으나 경제적인 부분을 검토한 결과 유입속도 24 L/day 및 유입농도 100 mg/L가 적절할 것으로 판단되었다. 처리단계별 Cu 제거능력은 컬럼을 연속식으로 배열하는 것이 Cu 제거효율이 높았다. 중금속 종류별 제거능력은 Pb, Cr의 처리효율이 높았고 Cu용액 이외의 다른 중금속 용액들도 Cu와 동등한 수준 이상의 처리효율을 나타내었다. Lab-scale의 PBCC 시스템을 27배 규모로 scale-up한 large-scale PBCC 시스템의 Cu 제거능력은 138 L로 lab-scale의 5 L와 비교하였을 때 동등한 수준을 유지하였다. 따라서 중금속 처리를 위한 최적 폐미역 활용 생물흡착시스템은 PBCC 시스템인 것으로 판단되나, 실제 중금속 폐수에 본 최적시스템을 적용하기 위해서는 중금속 폐수 특성에 따른 적용성 연구가 추가로 진행되어야 할 것으로 판단된다.