• 대한기계학회논문집B
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• 제40권12호
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• pp.777-784
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• 2016

바나듐 전해질 산화-환원 흐름전지(vanadium redox flow batteries, VRFBs)는 간헐적 에너지 저장 시스템의 에너지 저장장치로 사용된다. VRFBs는 재료 및 동작조건에 따라 성능의 차이를 보이며, 각 성능특성에 따른 VRFBs개발이 요구된다. 본 연구에 사용된 단위셀은 반응면적 $25cm^2$이며, 전해액은 0.6의 충전상태를 나타낸다. 방전전류밀도를 0에서 $520mA/cm^2$ 까지 변화시키면서 동시에 전해질 유량도 5mL/min에서 60mL/min까지 변화시켰다. 동일한 입구 전해액 상태에 따른 방전 성능 평가를 위해 4개의 탱크를 사용한 비순환 시스템을 구축하였다. 본 논문은 유량 및 전류밀도의 변화에 대한 단자전압을 측정하였으며, $25cm^2$ 반응면적을 가지는 바나듐계 산화-환원 유동전지 시스템의 최대전류밀도에 대한 실험식을 도출하였다.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제18권3호
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• pp.133-141
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• 2006

Carbon dioxide was absorbed into the aqueous nanometer sized colloidal silica solution of 0-31 wt% and 2-amino-2-methyl-1-propanol of $0-2kmol/m^3$ in a flat-stirred vessel with the impeller of various sizes and speeds at $25^{\circ}C$ and 0.101 MPa to measure the absorption rate of $CO_2$. The volumetric liquid-side mass transfer coefficient$(k_La)\;of\;CO_2$ was used to obtain the empirical correlation formula containing the rheological behavior of the aqueous colloidal silica solution. Reduction of the measured $k_La$ was explained by the viscoelastic properties of the aqueous colloidal silica solution. The theoretical value of the absorption rate of $CO_2$ was estimated from the model based on the film theory accompanied by chemical reaction and compared with the measured value.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.451-464
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• 2008

삼상 역 유동층은 유동하거나 부유하는 입자의 크기가 매우 작은 경우나 유동입자의 밀도가 액체보다 작은 담체나 접촉매체 또는 촉매전달물질인 경우에 생물반응기, 발효공정, 폐수처리공정, 흡착, 흡수공정 등에 매우 효과적으로 사용될 수 있어서 그 적용성은 날로 증대되고 있다. 그러나, 삼상 역 유동층에 대해서는 많은 연구가 진행되지 않아 왔으며 수력학적 특성에 대한 연구조차도 미흡한 실정이다. 삼상 역 유동층을 이용한 많은 종류의 반응기와 공정들의 운전과 설계 그리고 scale-up을 위해서는 삼상 역 유동층에서 수력학적 특성과 열전달과 물질전달과 같은 이동현상에 대한 정보는 필수적이라는 것은 자명한 사실이다. 따라서, 본 총설에서는 삼상 역 유동층에 대한 정보들을 공학적 측면에서 요약하고 재정리하여서 이 분야의 현장에서 필요한 지식들을 제안하고자 하였다. 본 논문은 수력학적 특성, 열전달 특성 그리고 물질전달 특성의 세 부분으로 이루어져있다. 즉, 수력학적 특성 부분에서는 운전변수가 상 체류량, 기포의 특성 그리고 유동입자의 분산에 미치는 영향을 검토하였으며, 열전달 특성 부분에서는 삼상 역 유동층에서의 운전변수가 열전달 계수에 미치는 영향을 고찰하였고, 열전달 모델에 대한 정리를 하였으며, 물질전달 특성 부분에서는 운전변수가 연속액상의 축방향 분산계수 및 액상 부피물질전달계수에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 또한, 각 절에서 유동입자의 최소유동화속도, 상 체류량, 기포특성, 유동입자의 요동빈도수 및 유동입자의 분산 등과 같은 수력학적 특성과 열전달 계수 그리고 연속액상의 축방향 확산계수와 물질전달계수 등을 예측할 수 있는 상관식들을 제안하였다. 본 총설의 마지막 절에서는 삼상 역 유동층의 공업적 응용을 위해 앞으로 더 연구해야하는 내용에 대해 제안을 하였다.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제21권2호
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• pp.109-117
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• 2009

Absorption rate of carbon dioxide was measured in the aqueous xanthan gum (XG) solution in the range of 0~0.15 wt% containing diisopropanolamine (DIPA) of $0{\sim}2\;kmol/m^3$ in a flat-stirred vessel with an impeller of 0.05 m and agitation speed of 50 rpm at $25^{\circ}C$ and 101.3 kPa. The volumetric liquid-side mass transfer coefficient ($k_La$) of $CO_2$, which was obtained by the measured physical absorption rate, was correlated with the viscosity and the elastic behavior of XG solution such as Deborah number as an empirical formula. The chemical absorption rate of $CO_2$ ($R_A$), which was estimated by the film theory using the measured $k_La$ and the known kinetics of reaction between $CO_2$ and DIPA, was compared with the measured rate. The aqueous XG solution with elastic property of non-Newtonian liquid made $k_La$ and $R_A$ increased compared with Newtonian liquid based on the same viscosity of the solution.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제21권4호
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• pp.430-437
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• 2011

The effects of the agitation and aeration rates on the production of serratiopeptidase (SRP) in a 5-L fermentor (working volume 2-l) were systematically investigated using Serratia marcescens NRRL B-23112. The dissolved oxygen concentration, pH, biomass, SRP yield, and maltose utilization were all continuously measured during the course of the fermentation runs. The efficiencies of the aeration and agitation were evaluated based on the volumetric mass transfer coefficient ($K_La$). The maximum SRP production of 11,580 EU/ml with a specific SRP productivity of 78.8 EU/g/h was obtained with an agitation of 400 rpm and aeration of 0.075 vvm, which was 58% higher than the shake-flask level. The $K_La$ for the fermentation system supporting the maximum production (400 rpm, 0.075 vvm) was 11.3 $h^{-1}$. Under these fermentor optimized conditions, kinetic modeling was performed to understand the detailed course of the fermentation process. The resulting logistic and Luedeking-Piret models provided an effective description of the SRP fermentation, where the correlation coefficients for cell growth, SRP formation, and substrate consumption were 0.99, 0.94, and 0.84, respectively, revealing a good agreement between the model-predicted and experimental results. The kinetic analysis of the batch fermentation process for the production of SRP demonstrated the SRP production to be mixed growth associated.

• 태양에너지
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• 제15권3호
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• pp.3-14
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• 1995

태양열 이용 축열식 직접접촉 열교환기의 실제 적용을 위한 작동조건도출 및 열교환기내 열전달 특성 규명을 위하여 작동유체를 물보다 가벼운 경우(Texaterm)와 무거운 경우 두가지를 실제 태양열 집열회로상에서 실험하였다. 작동유체가 물보다 가벼운 경우와 무거운 경우에 대해 실제 태양열 집열회로상에서 작동하여 최적 열전달을 위한 작동유체드럽형성과 유동을 도출하였고, 작동유체가 무거운 경우가 가벼운 경우보다 열손실계수가 높음을 알 수 있었다. 작동유체가 축열유체보다 가벼운 경우와 무거운 경우에 대해 실제 태양열 직열회로에서 실험한 결과, 작동유체가 가벼운 경우 체적 열전달계수는 $1.848{\times}10^{-3}w/cm^3^{\circ}C$, 효율은 73%이고 무거운 경우는 $0.128{\times}10^{-2}w/cm^3^{\circ}C$, 효율은 82%로 작동유체가 무거운 경우가 보다 좋은 것으로 나타났다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제48권3호
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• pp.344-357
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• 2020

Streptococcus zooepidemicus 유래의 세포외 고분자물질인 히알루론산(hyaluronic acid) (HA)을 대량 생산하기 위해, 균주 개량, 생산배지 및 배양공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. HA 고생산성 변이주를 선별하기 위해 약 99%의 사멸률을 보이는 ethylmethane sulfonate (EMS) 처리조건을 적용해서, 지속적인 random screening 방법으로 고생산성, 고안정성의 변이주들을 선별할 수 있었다. HA를 고농도로 생산하기 위해서는, 이 균주의 생화학 및 배양생리적 특성에 기반한 최적 배지개발이 필수적이라고 판단하여, one-factor-at-a-time (OFAT), full factorial design (FFD), steepest ascent method (SAM) 및 response surface method (RSM) (반응표면분석법)을 순차적으로 적용하여 통계적 배지 최적화 실험을 수행하였다. 최적 배지조성에서 플라스크 배양에 의한 HA 생산성은 5.38 g/l로서, 이전 배지(3.54 g/l)에 비해 약 52% 향상된 생산량을 얻을 수 있었다. 또한 선별된 우량균주와 최적화된 생산배지를 이용하여 5 L 발효조에서 배양공정 최적화 연구를 수행하였다. 이 균주의 생리학적 특성을 고려할 때, HA 생산성을 높이기 위해서는 (배양 중 HA 축적으로 인해 고점도를 띠는) 배양액으로의 충분한 용존산소 공급이 매우 중요한 요인인 것으로 판단되었다. 따라서 용존산소 공급과 밀접하게 관련있는 발효조의 교반시스템(교반 날개 종류, 크기 및 배치 등) 및 교반속도에 대한 최적화 연구를 수행하였다. 그 결과, 교반축 하부에는 Rushton turbine-type, 상부에는 marine-type의 확장된 교반날개(기존 대비 직경 1.3배 확장)가 설치된 경우, 450 rpm에서 강화된 혼합력과 충분한 용존산소 공급으로 인해 HA 생산성이 기존 플라스크 배양 대비 약 1.8배(9.79 vs. 5.38 g/l) 더 높은 것으로 확인되었다. 최종적으로 HA 배양공정의 scale-up 가능성을 확인하기 위해, pilot 규모의 50 L 발효조 배양을 최대 300 rpm의 교반속도에서 수행하였다. 처음으로 시도한 50 L 배양임에도 불구하고, HA 최대 생산성 면에서 볼 때, 5 L 발효조 결과와 거의 동일한 수준(98.5%) (9.11 vs 9.25 g/l)의 생산량을 얻을 수 있었다. 반면 지수기 성장단계인 배양 15시간까지의 50 L 배양의 HA 평균생산속도(r_p)는 0.46 g/l/hr로서 0.62 g/l/hr인 5 L 배양 대비 약 74% 정도에 머무는 것으로 나타났다. 따라서 생산 발효조의 scale-up 시, 생산균주의 전단응력 민감성(shear damage)을 함께 고려하면서, 산소전달계수(k_La)를 기반으로 하는 교반시스템에 대한 체계적인 연구가 진행된다면, HA 생산속도도 증가될 수 있는 긍정적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.