• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.111.2-111.2
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• 2010

삼상슬러리 기포탑 반응기의 설계 및 Scale-up을 위하여 기포탑의 직경변화에 따른 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상의 Similarity를 검토하고, 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상과 슬러리 기포탑 반응기의 운전변수 및 반응물들의 물성들과의 연관성을 고찰하기 위하여 삼상슬러리 기포탑의 물질전달계(System)에서 주요 파라메타를 도출하였으며, 이들 파라메터들을 이용하여 슬러리 기포탑반응기의 물질전달 Scaling을 검토하였다. 물질전달계의 주요제어인자로는 기체-액체 부피물질전달계수($k_La$), 슬러리상의 확산도($D_{SL}$), 기포탑의 직경(D), 기포탑 반응기에 유입되는 기체의 유입속도($U_G$), 기포탑 반응기 내부의 연속상인 슬러리상의 표면장력(${\sigma}_{SL}$), 슬러리상과 기체상간의 밀도차(${\rho}_{SL}-{\rho}_G$) 그리고 슬러리상의 점도(${\mu}_{SL}$)등 슬러리 상의 물성을 선정하였으며 중력가속도(g)를 선정하였다. 물질전달계의 Scling을 검토하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였다. 실험적으로 측정된 물질전달계수와 Scaling에 의해 예측된 물질전달계수를 비교 검토함으로써 본 연구의 Correlation의 적용범위를 제시하였다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 1993년도 가을 학술발표회 초록집
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• pp.1004-1004
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• 1993

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권4호
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• pp.459-464
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• 2009

가압 삼상슬러리 기포탑에서 탑의 직경변화에 따라 기체-액체 물질전달 특성을 고찰하였다. 기체 유속, 운전압력, 액체점도, 슬러리상에서 고체입자의 양 그리고 탑의 직경이 기체-액체 부피물질전달계수에 미치는 영향을 결정하였다. 운전변수들이 물질전달계수에 미치는 영향은 기포탑의 직경이 변화함에 따라 다르게 나타났다. 기체-액체 부피물질전달계수는 기체유속이나 운전압력이 증가함에 따라 증가하였으나, 기포탑의 직경, 액체의 점도 그리고 슬러리상에 고체입자의 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 기체-액체 물질전달계수가 기체유속 증가에 따라 증가하는 경향과 액체의 점도가 증가함에 따라 감소하는 경향은 기포탑의 직경이 증가함에 따라 점차 감소하였다. 그러나, 운전압력과 슬러리상에 포함된 고체입자의 농도가 기체-액체 물질전달계수에 미치는 영향은 기포탑의 직경이 변화함에 따라 큰 영향을 받지 않았다. 본 연구의 실험범위에서 기체-액체 물질전달계수는 다음 식과 같은 실험변수의 상관식으로 나타낼 수 있었다. $k_La=0.02D^{-0.26}U_G^{0.28}P^{0.43}{\mu}_L^{-0.04}S_c^{-0.35}$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.720-726
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• 2009

가압으로 운전되는 삼상슬러리 기포탑에서 기포 체류량과 압력강하를 목적함수로하여 기포탑의 설계 및 scale-up을 위한 수력학적 similarity를 고찰하였다. 또한, 본 연구에서 선택한 각 실험변수가 기포탑의 직경변화에 따라 기포탑 내 기포 체류량에 미치는 영향을 분석하였다. 슬러리 기포탑에서 기체체류량 및 압력강하의 결정에 영향을 미치는 주요 인자로써 기체유속($U_G$), 연속 슬러리 상의 점도(${\mu}_{SL,eff}$) 및 표면장력(${\rho}_{SL}$), 운전압력의 변화에 따라 변화하는 기체상의 밀도(${\rho}_G$)와 슬러리 밀도(${\rho}_{SL}$)의 차($\rho_{SL}$-${\rho}_G$), 기포탑 내부에서 단위길이 당 압력강하(${\Delta}P/L$), 기포탑의 직경(D) 그리고 기포탑에서 다상흐름에 작용하는 중력의 영향을 고려하기 위해 중력가속도(g) 등을 선정하였다. 선정된 7개의 슬러리 기포탑의 수력학적 특성에 영향을 미치는 파라메타들과 3개의 기본차원들로부터 차원해석에 의해 수력학적 특성을 지배하는 4개의 무차원 군을 도출하였다. 도출된 무차원 군인 레이놀즈 수, 프라우드 수 그리고 웨버 수 등이 기포탑에서 기포체류량에 미치는 영향을 검토하였다. 기포탑 내부에서의 압력강하와 기체 체류량 등을 무차원 군의 상관식으로부터 효과적으로 예측할 수 있었다. 본 연구의 결과는 가압슬러리 기포탑의 설계 및 scale-up 등에 매우 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.359-364
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• 2010

직경이 0.152 m인 삼상슬러리 기포탑에서 연속 슬러리상 영역(${\varepsilon}_f$), 기포영역(${\varepsilon}_b$) 그리고 기포의 후면에서 기포와 같이 상승하는 소용돌이 영역인 wake 영역(${\varepsilon}_w$)의 세 종류의 기능영역을 분류하여 이들 각 영역의 체류량을 구하였다. 기포탑에서 기포영역과 wake 영역의 체류량은 전기저항 탐침법에 의해 결정하였다. 기체유속($U_G$)과 슬러리상에서 고체입자의 농도($S_c$)가 삼상슬러리 기포탑에서 각 기능영역의 체류량에 미치는 영향을 검토하였다. 슬러리 기포탑에서 기체유속이 증가하면 연속 슬러리상의 체류량은 감소하였으나, 기포와 wake의 체류량은 증가하였다. 슬러리상에서 고체입자의 농도가 증가함에 따라 연속 슬러리상 영역의 체류량은 증가하였으나, 기포와 wake 영역의 체류량은 감소하는 경향을 나타내었다. wake 영역의 체류량은 기포영역 체류량의 15~40% 정도를 나타났으며, 기체유속이 증가함에 따라 wake 영역의 기포영역에 대한 분율은 감소하였다. 본 연구의 범위에서 세 기능영역의 체류량은 각각 실험 변수의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.83-88
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• 2011

점성슬러리 기포탑에서 작은 기포의 체류량 특성에 대해 고찰하였다. 정압 강하방법(Static pressure drop method)에 의해 구한 기포탑 내부전체 기포체류량과 이중저항탐침법(dual resistivity probe method)에 의해 구한 큰 기포의 체류량으로부터 기포탑 내부에 체류하는 작은 기포의 체류량을 구할 수 있었다. 기체유속, 연속액상의 점도 그리고 슬러리 상중에 포함된 고체입자의 분율이 전체 기체체류량, 큰 기포의 체류량 그리고 작은 기포의 체류량에 미치는 영향을 검토하였다. 점성슬러리 기포탑에서 작은 기포의 체류량은 기체의 유속이 증가하면 증가하였으나 연속액상의 점도와 슬러리상에 포함된 고체입자의 분율이 증가하면 감소하였다. 기포탑 내부에 체류하는 전체 기포 체류량 중 작은 기포 체류량의 분율은 기체유속이 증가하면 증가하였으나 연속액상의 점도와 슬러리상에 포함된 고체입자의 분율이 증가하면 감소하였다. 기포탑 내부에 체류하는 작은 기포는 큰 기포의 상승속도에 영향을 미치지 못하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.200-205
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• 2011

직경 1.0 m인 파일럿 규모 슬러리 기포탑에서 기포체류량의 축방향, 반경방향분포를 고찰하였다. 기체의 유속, 연속 액상의 표면장력 그리고 슬러리상에 포함된 고체입자의 분율이 기포탑 내부 기포의 축방향 및 반경방향 분포에 미치는 영향을 검토하였다. 본 연구의 실험조건 모두에서 체류량은 기포탑의 중심으로부터 반경방향 무차원 거리가 증가함에 따라 감소하였으며, 기포탑의 분산판으로부터 축방향의 무차원의 거리가 증가함에 따라 증가하였다. 기포체류량의 반경방향 불균일도는 기체의 유속이 증가함에 따라 연속 액상의 표면장력이 감소함에 따라 증가하였으나 슬러리상에 포함된 고체입자 분율에는 크게 영향을 받지 않았다. 본 연구의 범위에서 축방향과 반경방향 기포체류량의 분포는 각각의 실험변수의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.112.2-112.2
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• 2010

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기체의 분사 방향에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 분사는 0.6 mm의 pore가 66개로 구성된 perforated plate를 통해서 이루어졌고, 수직방향, 수평방향, 45도 그리고 수직/수평 조합의 네 가지 분사방향에 대해서 실험을 수행하였다. 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축 공기를 이용하였다. 전체적인 기체 포집율은 수직방향의 분사방향에서 가장 높게 측정되었다. 그리고 수직/수평의 조합 분사방향의 경우, 기체 포집율이 가장 낮게 관찰되었다. 이것은 분사방향이 수직/수평으로 서로 엇갈릴 경우, 기포간의 충돌 가능성이 높아지고 bubble coalescence가 증가하였기 때문인 것으로 보인다. 실제로 homogeneous flow regime에서 heterogeneous flow regime으로 전환되는 기체선속도는 분사방향이 수직, 45도, 수평, 수직/수평 조합의 순서로 감소하였다. 즉 이 순서로 기체흐름의 와류가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 Dynamic Gas Disengagement(DGD) 분석을 통하여 큰 기포가 발생하기 시작하는 기체 선속도의 변화를 관찰하였다. 이 경우, 예상되듯이 수직/수평 조합에서는 1.5 cm/sec 기체 선속도에서 큰 기포가 발생하기 시작한 반면 수직 방향 분사의 경우에는 2.5 cm/sec의 보다 높은 기체 선속도에서 관찰되기 시작하였다. 이러한 현상들을 종합하였을 때, 기체 분사방향을 수직으로 일정하게 했을 때, 기포간 출동을 최소화하고 와류발생을 최대한 지연시키며 전체 기체 포집율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.77.1-77.1
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• 2011

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 특히, 반응물은 기체 상태로 반응기에 투입이 되는데, 이 기포입자의 상승하는 힘을 바탕으로 기상/액상/고상이 균일하게 혼합되게 된다. 많은 연구자들이 이러한 기포탑 반응기의 성능을 개선하고자, 다양한 반응기 디자인에 대하여 보고하고 있다. 특히 반응기 내부에 tray를 설치함으로써, 기포 포집율을 증진시기고 액상의 역류를 최소화시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는, 다양한 기공크기를 갖는 tray를 활용함으로써 높이에 따른 기포 포집율의 변화 및 반응기 내에 기포 입자의 거동 특성에 대하여 살펴보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.133.1-133.1
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• 2010

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기 내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 실험에 사용된 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m의 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축공기를 이용하였다. Tray의 기공크기는 1.1 mm부터 14.0 mm까지 변화시키면서 높이별 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 포집율의 변화를 균일흐름 영역과 불균일 흐름 영역에서 그 양상이 다르게 나타났다. 즉 균일계 영역에서는 기공의 크기가 1.1 mm부터 2.9 mm까지 증가시면 기체포집율이 감소하는 반면 2.9 mm 이상에서는 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면 불균일 흐름 영역에서는 전반적으로 기공의 크기가 작아질수록 기체포집율이 증가하였다. 또한 각각의 흐흠 영역에서의 기체포집율 증가정도는 확연한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 이것은 흐름영역의 유체거동에 따라서 기포와 tray 기공사이의 상호작용 메커니즘이 달라지기 때문인 것으로 보인다.