• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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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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• 2010.06a
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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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.3
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• pp.505-510
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• 2012

The gas hold-up has a strong relationship with the size distribution and rising velocities of bubbles in a bubble column. Therefore, many previous researchers have studied on the hydrodynamics focusing on the bubble size variation in bubble column. In this study, the bubble behavior was influenced by partitioning porous plates installed at a certain height in a trayed bubble column. The gas hold-up was increased in non-sparging region (H/D > 5) as well as sparging region. We identified the effect of the partitioning porous plate using three trayed bubble columns with different reactor geometries. Furthermore, the bubble break-up frequency and size distribution were observed before and after individual bubbles penetrated through the plate. The arrangement of the plates was also investigated using a 0.15-m-in-diameter bubble column. Based on the result, we applied this design concept to a 0.36-m-in-diameter, 22 m tall trayed bubble column and identified the effect of the partitioning porous plate on the gas hold-up increase.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.26 no.1
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• pp.1-6
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• 1998

The characteristics of $CO_2$ fixation by Chlorella HA-1 cultured in bubble columns were studied to achieve high photosynthetic rates per basal area. The influence of experimental conditions such as the diameter of a bubble column and gas flow rate, on photosynthesis of Chlorella HA-1 was investigated. The maximum productivity and the overall $CO_2$ fixation rate obtained in a 0.15 L bubble column was 1.09 g dry biomassa-day and 1048 g CO$_2/\m^2$-day, respectively. Light limitation has been observed in the bubble columns having a diameter larger than 3.5 cm.. As the reactor volume increased, the decrease of the $CO_2$ fixation rate was remarkable. High gas flow rate was helpful to mitigate the light limitation problem.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.7 no.3
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• pp.573-579
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• 1996

Effects of operating variables on the conversion of the formation reaction of meta boric acid from ortho boric acid in a laboratory-scale bubble column reactor were investigated to obtain the basic data which are indispensable for the design, scale-up, control, development and operation of industrial bubble column reactors. Reaction time and pressure, particle size of reactant and gas flow rate were chosen as experimental variables. Effects of the experimental variables on the gas holdup in the bubble column reactor were also discussed in relation to the conversion of reaction. From the results of this study, the optimum conditions were drawn as follows : Reaction time ; 35~40(min), reaction pressure ; 92~95(kPa), particle size ; under $0.6{\times}10^{-3}(m)$, gas flow rate ; 0.07~0.08(m/s).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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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.

• KSBB Journal
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• v.5 no.1
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• pp.59-67
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• 1990

Enzymatic hydrolysis of insoluble cellulose was performed in a bubble column with tangential flow ulrafiltration membrane unit. The reactor was operated in a batch mode as well as semi-continuous and continuous with continuous removal of products through the tangential flow ultrafiltration membrane. The optimum superficial gas velocity was 1-3cm / sec so as to avoid bubble coalescence and enzyme denaturation. In continuous and selni-cotinuous process, the conversion was gradually increased but the total reduced sugar concentration was drcastically dereased with the dilution rate. It was concluded that the bubble column attaching tangential flow ultrafiltration membrane unit was effective on continuous hydrolysis of cellulose and recovery of enzyme.

• KSBB Journal
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• v.17 no.2
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• pp.142-147
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• 2002

The decomposition of hydrogen peroxide was used for supplementing the oxygen during batch xanthan fermentations in a bubble column bioreactor in order to escape the oxygen transfer limitation that occurred at the high viscosity of culture broths. The xanthan production, however, was inhibited reversibly by dosing hydrogen peroxide. On the other hand, fluidized particles of glass beads with 8 mm diameter led to high gas-liquid oxygen transfer rates in three-phase fluidized beds, which resulted in higher space-time yields of the xanthan production compared to in the bubble column bioreactors.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.43 no.2
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• pp.272-277
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• 2005

Characteristics of bubbling behavior and bubble properties were investigated in a gas-liquid countercurrent bubble column of in diameter 0.152 m and 3.5 m in height, respectively. Effects of gas and liquid velocities and bubble distribution mode(even, wall-side, central or asymmetric distribution) on the bubble properties such as chord length, frequency, rising velocity and holdup in the reactor were measured and examined by means of dual resistivity probe method. The bubble size, frequency and holdup increased with increasing gas($U_G$) or liquid velocity($U_L$). The rising velocity of bubbles increased with increasing $U_G$, whereas decreased with increasing $U_L$. The uniformity of bubble size distribution and bubble holdup decreased when the distribution mode of bubbles at the gas distributor was changed from even to wall-side, central or asymmetric. The central distribution of bubbles was better than asymmetric mode but worse than wall-side distribution, in considering the bubble holdup and uniformity of distribution.