• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.102-108
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• 2020

오늘날 석유화학, 정밀화학, 대기오염 방지산업 등에서 증류, 흡수, 추출, 탈거 등 물질분리 단위공정으로 주로 충전탑을 사용해 왔다. 충전탑은 가스-액체, 가스-가스 시스템에서의 물질들과의 접촉에 의해 운전되어 진다. 이러한 충전탑은 낮은 압력손실, 경제적 효율, 고온성 액체물질 적용, 유지보수 용이, 유해가스 처리 등의 운영에서 장점들을 가진다. 충전탑의 성능은 충진물을 통해 가스와 액체를 고르게 분산함으로써 우수한 성능을 보이며, 이는 충전탑 설계에 있어 중요한 인자로 고려되어진다. 본 실험에서는 충진물에 대한 액체부하 및 가스용량인자에 따른 건조압력손실, 수력학적 압력손실, 액체함량 변화에 대한 기하학적 특성에 대하여 연구하였다. 결과로부터 설계인자와 운전조건 등의 유해가스 처리에 필요한 인자를 도출하였다. 임의 충진물인 raschig super-ring에 대한 건조압력손실을 측정한 결과, 가스용량인자가 증가할수록 일정하게 선형적으로 증가하였고, 가스용량인자가 0.630 ~ 3.448 kg^-1/2 m^-1/2 S^-1에서 건조압력손실은 1.892 ~ 47.312 mmH₂O m^-1로 기존 산업현장에서 보편적으로 사용되는 35 mm pall-ring보다도 낮은 압력손실을 보였다. 그리고 raschig super-ring에 대한 수력학적 압력손실을 측정한 결과, 고유 액체부하에 대하여 가스용량인자가 증가할수록 압력손실도 함께 증가함을 확인하였고, 액체부하 변화에 따른 가스용량인자가 1.855 ~ 2.323 kg^-1/2 m^-1/2 S^-1으로 20% 증가할 때, 압력손실은 약 17% 증가하는 것으로 나타났다. 마지막으로, 충진물 체적에 관한 액체함량은 가스용량인자에 의존된 액체부하 매개변수로서 액체부하 변화에 따른 가스용량인자 약 3.84 kg^-1/2 m^-1/2 S^-1까지는 거의 일정한 액체함량을 보였으나, 그 이상에서는 급격하게 증가하였다.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.131-137
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• 2022

현재 반도체 공정에서 다양한 by-product 및 미사용 가스가 배출되고 있다. 오염물질을 함유한 배기는 일반적으로 유기, 산, 알칼리, 열, 캐비넷 배기 등으로 분류하며, 각각의 배기 특성에 맞는 대기 방지설비에서 처리 후 배출된다. 유기 배기 물질로서 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC)은 산소 함유 탄화수소, 유황 함유 계 탄화수소 및 휘발성 탄화수소를 총칭하는 물질이고, 알칼리 배기의 주요성분은 암모니아(NH₃), 수산화테트라메틸암모늄(Tetramethylammonium hydroxide, TMAH)등이 있다. 본 연구의 목적은 유기와 알칼리 배기가스를 동시에 처리하기 위해 직접 연소 및 로 내 온도를 일정하게 유지하여 연소 특성 파악하고 NO_X 저감률을 분석하고자 진행하였다. VOC는 Acetone, IPA(isopropyl alcohol), PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate)을 사용하였으며, 알칼리 배기 대표 물질로는 암모니아를 사용하였다. 실험 변수로는 온도와 당량 비(equivalence ratio, ER)로 배기가스 특성을 살펴보았다. 물질별 단독 및 혼합 연소테스트를 진행하였다. VOC 단독 테스트 결과 당량 비 1.4 조건에서 완전 연소가 일어남을 확인하였다. 암모니아는 당량 비 감소에 따라 산소 및 질소산화물의 농도가 감소하였다. 혼합 연소 운전 결과 배기가스 조성 내 질소산화물의 대부분은 일산화질소였으며 이산화질소는 10 ppm 부근으로 검출되었다. 전체적으로 질소산화물의 농도는 반응온도가 증가하면서 산화반응이 활성화되어 감소하는 경향을 나타나지만 이산화탄소의 농도는 증가하는 경향을 확인하였다. 전기열원을 적용한 무 화염 연소 기술을 적용하였을 때 VOC 및 암모니아 연소가 원활하게 일어남으로써 현재 별도로 운전되는 유기 및 알칼리 배기 시스템보다 경제성 및 공간적인 측면에서 장점이 있다고 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권6호
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• pp.697-703
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• 2023

최근 대기오염으로 인한 환경오염을 줄이고자 국제 산업계의 노력의 일환으로 국제해사기구(IMO)의 규제 발효등으로 이어지고 있다. IMO는 EEXI,EEDI,CII 등 선박에서 나오는 대기오염을 줄이기 위해 각종 규제를 발효시키고 선박에서 소모되는 전력을 줄여 에너지를 절약하는 방안을 추진하고 있다. 선박에서 사용되는 전력의 대부분은 전동기가 차지한다. 선박에 설치된 전동기 중 큰 부하를 차지하는 기관실 송풍기는 수요와 관계없이 정속운전으로 운전하기 때문에 주파수제어를 통한 에너지절감을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 발전기의 과급기에 연소공기를 공급하는 발전기 송풍기의 전동기 주파수를 제어하여 에너지 절감에 대한 실효성을 입증하였다. 송풍기 주파수 입력에 따른 과급기출구 온도의 출력 데이터를 기반으로 시스템을 모델링하고, 과급기 출구온도를 목표값으로 하여 주파수를 제어하는 PI 제어계를 형성하여 과급기 설계기준 출구온도를 유지하면서 송풍기의 주파수 제어를 통해 연간 15,552kW 전력소모량을 절감하였다. 송풍기 팬 주파수 제어를 통한 에너지절감액의 유효성은 하계(4월~9월) 및 동계(3월~10월) 기간동안 검증하였으며 이를 토대로 실습선의 연간 6,091천원의 유류비 절약과 이산화탄소 8.5Ton, SOx 2.4kg, NOx 7.8kg의 대기오염물질 저감을 달성하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.14-23
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기중에 부유되어 있는 입자들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 화산 지역, 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지, 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어 진다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져 올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지 입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 입자의 유입각에서 라그랑지안 방법을 적용하여 압축기 날개 유로로 부유된 입자의 궤적을 예측하고 입자의 충돌에 의한 충격량을 계산하였다. 아울러 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 해석하였다. 세라믹과 연강에 대한 날개 표면의 마모량을 계산하였으며, 이러한 예측들을 통하여 표면에의 코팅 등의 개선책을 찾을 수 있었다.

• 공업화학
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• 제31권1호
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• pp.7-12
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• 2020

충북의 북부지역에서 한약재 부산물로서 황기 줄기가 대량 생산되고 있으나, 이러한 부산물들은 특별한 수요처가 없이 밭에 폐기물로 버려지고 있다. 본 연구에서는 이 폐기물을 재활용하고자, 황기 줄기를 사용하여 바이오차를 제조하였다. 이 바이오차를 사용하여 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온의 제거특성을 고찰하였다. 50과 100 mg/L 카드뮴 이온을 처리하기 위하여 흡착 평형 실험이 이루어졌을 때, 카드뮴의 제거효율은 각각 100과 95%를 나타내었다. 또한, 50과 100 mg/L 망간 이온을 제거하기 위하여 5 h의 반응이 이루어졌을 때, 각각 36.1과 37.9 mg/g 최대 흡착량을 얻을 수 있었다. 위의 실험 결과, 카드뮴과 망간 이온의 제거공정에서 황기 줄기 바이오차는 활성탄보다 4배 이상의 흡착량을 나타내었다. 그리고 황기 줄기 바이오차와 활성탄 표면의 화학 구조를 관찰하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 분석한 결과, 황기 줄기 바이오차는 활성탄과 비교하여 산소 함량과 O/C의 비율이 각각 2.1과 2.4배 증가함을 알 수 있었다. 또한, 망간 이온의 제거능력을 향상시키기 위하여 온도 변화에 의한 운전이 이루어졌으며, 45 ℃로 4 h에서 흡착 평형에 도달하였으며 50과 100 mg/L 망간 이온은 각각 92, 53%의 제거효율을 나타내었다. 결과적으로 이러한 실험 결과들은 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온을 친환경적이며 경제적으로 처리하는 새로운 제거 기술에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 공업화학
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• 제29권3호
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• pp.278-282
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• 2018

강원지역 산림에서 수목들의 가지치기로 인하여 발생되는 목재 폐기물의 재활용 처리 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 3종류(낙엽송, 향나무, 소나무) 폐목재를 활용한 흡착 실험에 의하여 수중에 함유된 메틸렌 블루의 제거능력이 우수한 생물흡착제로 향나무를 선별하였다. 그리고, 메틸렌 블루 제거효율을 향상하고자 0.4 g/100 mL의 향나무를 주입하여 반응 4 h 흡착하였을 때, 수중에 용해된 100, 200, 300 mg/L의 메틸렌 블루는 각각 98, 93, 81%의 제거효율을 나타내었다. 흡착제 농도 변화에 의한 흡착평형 자료들은 Freundlich식보다 Langmuir식에 잘 부합됨을 알 수 있었다. 또한, 메틸렌 블루 농도 변화에 의한 동력학적 실험으로부터, 생물흡착 속도식은 유사 2차 반응식에 보다 적합함을 알 수 있었다. 고농도 메틸렌의 블루 제거능력을 증가시키기 위하여, 300과 400 mg/L 메틸렌 블루를 210 rpm 교반속도로 4 h 운전하였을 때, 각각 92, 76% 제거효율을 나타내었다. 따라서 이러한 실험 결과들은 수중에 용해된 메틸렌 블루를 경제적으로 처리하는 새로운 생물흡착 기술에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 한국가스학회지
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• 제1권1호
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• pp.56-63
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• 1997

본 연구에서는 실제현장에 활용할 수 있는 가스파이프라인 네트워크의 최적화 모델을 개발하기 위해 먼저 구조 설계에 있어서 네트워크 알고리즘 중 MCST(Minimum Cost Spanning Tree) 알고리즘을 도입하여 전반적인 구조를 결정하고, 기존 방법의 단점을 보완하기 위해 Constrained Derivative 방법을 적용하였다. 또한 모델 개발 시, 압축기$\cdot$밸브등의 갑작스런 운전상태의 변화와 파이프의 파열 둥으로 인한 유동저해 현상을 예측할 수 있는 파이프라인 해석모델과 연계할 수 있도록 고려하여 설계하였다. 각 절점과 간선간의 압력 및 유량, 즉 파이프라인 배관망에서 필요한 수요량을 적절히 공급할 수 있는 파이프라인 망의 직경과 길이를 최소의 비용으로 결정하는 복합형 파이프라인 네트워크 최적설계 모델을 개발하였다 개발된 모델을 전형적인 천연가스 파이프라인 네트워크에 적용하여 최적설계를 수행한 결과, 보다 작은 파이프 직경과 낮은 절점 압력으로도 각 절점에서의 수요량을 공급할 수 있도록 설계할 수 있었으며, 원래의 시스템과 비교하여 약 $40\%$정도의 비용 절감효과를 볼 수 있었다. 또한, 기존의 국내 수도권 배관망에 대해 본 모델을 적용하여 새로운 설계모형을 제안함으로써 초기설계나 향우 추가 확장되는 부분의 배관망에 대해서도 경제성을 고려하여 최소비용의 네트워크 구성을 할 수 있음을 확인하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제44권4호
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• pp.504-511
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• 2016

락툴로오스는 기존에 화학적인 이성화법을 통해 생산해왔던 기능성 당으로서 프로바이오틱스나 장내균총 개선을 위한 의약품으로 활용되어 왔다. 최근 락툴로오스 화학전환법의 단점인 촉매제거와 부산물제거 에너지손실등의 문제를 해결할 수 있는 생물촉매를 이용한 락툴로오스 전환법이 대두되었다. 본연구에서는 유당의 낮은 용해도와 락툴로오스의 효율적전환을 위해 최적의 효소를 선별하여 무작위 돌연변이법으로 유전자를 개량하여 열내성이 $75^{\circ}C$까지 증진되고 활성이 1.3배 향상된 효소를 선별하였다. 이 효소를 정제하여 사용하는 대신 본 연구에서는 과량 발현시킨 대장균을 Ca-alginate로 고정화하여 $70^{\circ}C$에서 200 g/l의 유당과 회분식으로 반응시켜 43%의 전환 수율을 확인하였다. 반복회분식 실험에서 고정화된 담체는 비교적 안정적이었으며 4회 반복반응 후에도 80% 이상의 활성을 유지하고 있었다. 산업적인 방법을 개발하기 위해 고정화 담체를 이용한 반응기의 운전 최적화와 담체의 안정화를 증진시키는 추가적인 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 열내성 특성을 이용하여 정제된 효소가 아닌 효소를 발현하는 세포자체를 고정화 시킴으로써 경제성있는 생산에 대한 방법론을 제시하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권6호
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• pp.677-686
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• 2006

본 연구의 목적은 기존 정수처리 공정에 하향류식 호기성 생물여과 공정을 설치하였을 때 적정 위치를 선정하고자, 응집/침전 전(Mode A)에 BAF 공정을 설치하였을 때와 응집/침전 후(Mode B)에 BAF 공정을 설치하였을 때의 부유성 입자물질, 유기물, 암모니아성 질소 제거효율을 비교하고자 하였다. 운전결과 입자성물질(turbidity, SS)의 제거효율은 모든 EBCT에 걸쳐 Mode A, B 모두 약 80% 정도의 효율을 보였으며 Mode A에서의 효율이 다소 높은 것으로 조사되었다. 유기물질($BOD_5$) 제거 및 질산화 효율도 90% 이상으로 나타났으며 Mode A에서 의 효율이 더 좋은 것으로 나타났다. 생물막 두께 및 양은 EBCT가 증가할수록 커졌으며, 기질이 유입되는 상부에서 하부에 비해 약 30% 이상 미생물량이 많았다. 비산소소비속도(SOUR)는 기질이 유입되는 반응기 상부, Mode A에서 증가하는 경향을 나타내었으며 약품주입량 비교 시 Mode A가 경제적인 것으로 나타났다. 기존상수처리공정과 Mode A에 대한 경제성 분석결과 연간 응집제를 67%, 염소주입량을 95% 가량 절감할 것으로 조사되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.28-36
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• 2018

자가발전 도서는 내연발전 혹은 PV 발전을 이용하여 전력을 공급하고 있는데, 해양환경에 의한 문제점(경년열화, 염해), 환경오염(매연, 소음, 분진) 및 발전비용(설치비, 유지관리비) 상승 등 전력공급 효율성에 대한 문제점이 대두되고 있다. 한전에서 전력공급을 담당하고 있는 65개 자가발전 도서지역의 2016년 원가회수율은 27%에 불과하며 원가의 73%에 달하는 결손액이 발생되고 있다. 이들 도서지역에서 발생한 결손액의 현황을 보면, 발전분야에서 발생하는 비용은 전체의 91% 정도를 차지하고 있고 운영비용인 변동비(연료비)와 고정비(지급수수료, 수선유지비, 기타비용) 중에서 고정비가 차지하는 비율은 60% 정도이다. 즉, 도서지역 발전효율을 향상시키고 운영체계를 효율화시키는 최적 전력공급방안을 마련하여 운영 결손액을 줄일 필요가 있다. 그러므로 거리상 가까운 여러 개의 도서 발전설비를 한 곳으로 통합하고, 인근 도서지역 간 전력공급에 해저케이블을 이용하면 연료 수송 및 설비 유지관리의 간결화를 도모할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 통합운영 경제성 평가를 통하여, 내연발전 및 PV 발전으로 운영되고 있는 근거리 도서간 통합운영에 유효한 해저케이블 포설 방안(1회선, 2회선, 1회선 루프)을 결정하는 알고리즘을 제시한다. 또한, 제안한 알고리즘을 바탕으로 자가발전도서의 독립운전방식과 비교 분석한 결과, 근거리이며 내연발전으로 운영되나 최대부하가 작은 2개 혹은 3개 도서에 있어서 도서간 통합운영이 경제적인 전력공급방안임을 확인하였다.