Moon, Joo Hyun;Lee, Seong Hyuk;Yoon, Kee Bong;Kim, Ji Yoon
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.18
no.4
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pp.56-62
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2014
The present study investigated numerically heat and mass transfer characteristics of a fixed bed reactor by using a computational fluid dynamics (CFD) code of Fluent (ver. 13.0). The temperature and species fraction were estimated for different porosities. For modeling of the catalyst in a fixed bed tube, catalysts were regarded as the porous material, and the empirical correlation of pressure drop based on the modified Eugun equation was used for simulation. In addition, the averaged porosities were taken as 0.545, 0.409, and 0.443 and compared with non-porous state. The predicted results showed that the temperature at the tube wall became higher than that estimated along the center line of tube, leading to higher hydrogen generation by the endothermic reaction and heat transfer. As the mean porosity increases, the hydrogen yield and the outlet temperature decreased because of the pressure drop inside the reformer tube.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.2
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pp.66-73
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2017
This study was to evaluate the influential parameters such as intial Cs concentration, reaction temperature, contact time and pH variation of solution on Cs adsorption. Using the experimental data, adsorption kinetics, isotherms and thermodynamic properties were analyzed. The Cs ion adsorption of the zeolite X was effective in the range from pH 5 to 10 and reached equilibrium after 60 minutes. The adsorption kinetics and isotherms of Cs ion with the zeolite X was described well by the pseudo-second-order kinetic and Langmuir isotherm model. The maximum adsorption capacities of Cs ion calculated from Langmuir isotherm model at 293~333 K were from 303.03 mg/g to 333.33 mg/g. It was found that thermodynamic property of Cs ion absorption on the zeolite X was spontaneous and endothermic reaction. The experimental data were fitted a second-order polynomial equation by the multiple regression analysis. The values of the dependent variable calculated by this best fitted model equation were in very good agreement with the experimentally obtained values.
The adsorption of methyl green dye using an activated carbon from an aqueous solution was investigated. Adsorption experiments were carried out as a function of the adsorbent dose, initial concentration, contact time and temperature. The Langmuir isotherm model showed a good fit to the equilibrium adsorption data. Based on the estimated Langmuir separation factor, ($R_L=0.02{\sim}0.106$), this process could be employed as the effective treatment (0 < $R_L$ < 1). It was found that the adsorption was a physical process with the adsorption energy (E) value range between 316.869 and 340.049 J/mol obtained using Dubinin-Radushkevich equation. The isothermal saturation capacity obtained from brunauer emmett teller (BET) model increased with increasing the temperature. The kinetics of adsorption followed a pseudo second order model. The free energy and enthalphy values of -5.421~-7.889 and 31.915 kJ/mol, respectively indicated that the adsorption process follows spontaneous endothermic reaction. The isosteric heat of adsorption increased with the increase of equilibrium adsorption amounts, and the total interaction of the adsorbent - adsorbate increased as the surface coverage increased.
The batch experiments by response surface methodology (RSM) have been applied to investigate the influences of operating parameters such as temperature, initial concentration, contact time and adsorbent dosage on 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) adsorption with an activated carbon prepared from waste citrus peel (WCAC). Regression equation formulated for the 2,4-DCP adsorption was represented as a function of response variables. Adequacy of the model was tested by the correlation between experimental and predicted values of the response. A fairly high value of $R^2$ (0.9921) indicated that most of the data variation was explained by the regression model. The significance of independent variables and their interactions were tested by the analysis of variance (ANOVA) and t-test statistics. These results showed that the model used to fit response variables was significant and adequate to represent the relationship between the response and the independent variables. The kinetics and isotherm experiment data can be well described with the pseudo-second order model and the Langmuir isotherm model, respectively. The maximum adsorption capacity of 2,4-DCP on WCAC calculated from the Langmuir isotherm model was 345.49 mg/g. The rate controlling mechanism study revealed that film diffusion and intraparticle diffusion were simultaneously occurring during the adsorption process. The thermodynamic parameters indicated that the adsorption reaction of 2,4-DCP on WCAC was an endothermic and spontaneous process.
Batch adsorption studies including equilibrium, kinetics and thermodynamic parameters for the adsorption of new fuchsin dye using granular activated carbon were investigated with varying the operating variables such as initial concentration, contact time and temperature. Equilibrium adsorption data were fitted into Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich and Temkin isotherms. Adsorption equilibrium was mostly well described by Langmuir Isotherm. From the estimated separation factor of Langmuir ($R_L$ = 0.023), and Freundlich (1/n = 0.198), this process could be employed as an effective treatment for the adsorption of new fuchsin dye. Also based on the adsorption energy (E = 0.002 kJ/mol) from Dubinin-Radushkevich isotherm and the adsorption heat constant (B = 1.920 J/mol) from Temkin isotherm, this adsorption is physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption reaction processes were confirmed following the pseudo second order model with good correlation. The intraparticle diffusion was a rate controlling step. Thermodynamic parameters including changes of free energy, enthalpy, and entropy were also calculated to predict the nature of adsorption. The change of enthalpy (92.49 kJ/mol) and activation energy (11.79 kJ/mol) indicated the endothermic nature of adsorption processes. The change of entropy (313.7 J/mol K) showed an increasing disorder in the adsorption process. The change of free energy found that the spontaneity of process increased with increasing the adsorption temperature.
The equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of adsorption of murexide by granular activated carbon were investigated. The experiment was carried out by batch experiment with the variables of the amount of the adsorbent, the initial concentration of the dye, the contact time and the temperature. The isothermal adsorption equilibrium was best applied to the Freundlich equation in the range of 293 ~ 313 K. From the separation factor (${\beta}$) of Freundlich equation, it was found that adsorption of murexide by granular activated carbon could be the appropriate treatment method. The adsorption energy (E) obtained from the Dubinin- Radushkevich equation shows that the adsorption process is a physical adsorption process. From the kinetic analysis of the adsorption process, pseudo second order model is more consistent than pseudo first order model. It was found that the adsorption process proceeded to a spontaneous process and an endothermic process through Gibbs free energy change ($-0.1096{\sim}-10.5348kJ\;mol^{-1}$) and enthalpy change ($+151.29kJ\;mol^{-1}$). In addition, since the Gibbs free energy change decreased with increasing temperature, adsorption reaction of murexide by granular activated carbon increased spontaneously with increasing temperature. The entropy change ($147.62J\;mol^{-1}\;K^{-1}$) represented the increasing of randomness at the solid-solution interface during the adsorption reaction of murexide by activated carbon.
Equilibrium, kinetics, and thermodynamics of adsorption of acid black 1 (AB1) by coal-based granular activated carbon (CGAC) were investigated with the adsorption variables of initial concentration of dye, contact time, temperature, and pH. The adsorption reaction of AB1 by activated carbon was caused by electrostatic attraction between the surface (H+) of activated carbon and the sulfite ions (SO3-) and nitrite ions (NO2-) possessed by AB1, and the degree of reaction was highest at pH 3 (97.7%). The isothermal data of AB1 were best fitted with Freundlich isotherm model. From the calculated separation factor (1/n) of Freundlich, it was confirmed that adsorption of AB1 by activated carbon could be very effective. The heat of adsorption in the Temkin model suggested a physical adsorption process (< 20 J mol-1). The kinetic experiment favored the pseudo second order model, and the equilibrium adsorption amount estimated from the model agreed to that given by the experiments (error < 9.73% ). Intraparticle diffusion was a rate controlling step in this adsorption process. From the activation energy and enthalpy change, it was confirmed that the adsorption reaction is an endothermic reaction proceeding with physical adsorption. The entropy change was positive because of an active reaction at the solid-liquid interface during adsorption of AB1 on the activated carbon surface. The free energy change indicated that the spontaneity of the adsorption reaction increased as the temperature increased.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.5
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pp.379-388
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2014
The purpose of this study is to investigate the effect of capsulated slurry phase change material (PCM) on the thermal crack in mass concrete by experimental work and FEM analysis. In this study, three conditions of samples were prepared for evaluating the level of hydration heat, i.e., a material condition, a cement paste condition and a concrete condition. Also, a compressive strength test was conducted for FEM inverse analysis. Based on the results of the experiment, exothermic function coefficients of concrete with encapsulated slurry PCM were deducted by the inverse analysis. After that, they applied to FEM analysis of the mass scale concrete structures. From the results of this experiment, $31^{\circ}C$ capsulated slurry PCM had no super cooling phenomenon in the material condition. In the cement condition, hydration heat decreased by 34.61J when PCM of 1g was mixed. In the concrete condition, PCM of 6% was deducted as the best level in hydration heat absorption. In FEM inverse analysis, rate coefficient of reaction gradually decreased when PCM mixing ratio increased. But, temperature-rise coefficient increased when PCM mixing ratio exceeded 6%. For the inversed exothermic function coefficients applying to large scale concrete structures, a thermal cracking index increased by 0.05 when PCM of 1% was mixed.
GTL(Gas-to-Liquids)공정 중 합성가스 제조공정(Reforming Process)인 ATR(Auto-Thermal Reforming), SCR(Steam Carbon Reforming), POx(Partial Oxidation)의 시뮬레이션 연구를 수행하였다. Reforming 공정에서 생산된 합성가스는 GTL 합성유 제조공정인 FT(Fischer-Thropsch) 반응기로 주입되며, 합성유 생산에 최적의 효율을 보이는 H2/CO 비(합성가스에 포함된 반응물비)는 2.0으로 알려져 있다. FT공정은 합성가스를 원료로 고온 및 고압 반응을 거쳐 GTL 공정의 최종 생산품인 FT합성유를 제조하는 공정이다. 본 연구에서는 FT공정 효율 극대화를 위해 reforming 공정에서 생성되는 합성가스 내 H2/CO의 비를 2로 수렴토록 모사조건을 설정하였으며, 상기 조건을 만족하는 reforming 공정들의 운전 온도 및 feed 조성을 분석하고 비교하고자 한다. 현재 GTL 플랜트관련 산업계에 적용 혹은 주 연구대상인 reforming 공정으로는 ATR, SCR, POx 공정이 있다. ATR 공정은 $850{\sim}1100^{\circ}C$에서 메탄, 스팀 및 산소를 원료로 활용하여 H2 및 CO를 생산하는 공정으로 발열/흡열 반응이 상존하여 에너지 비용이 낮지만 공정구조 상 열회수설비 및 ASU(Air Separation Unit)이 필요하기에 CAPEX(초기설비 설치비용)가 높은 편이다. SCR공정은 CH4, Steam 및 CO2를 연료로 하기에 이산화탄소가 일정부분 포함된 가스전에도 적용이 가능하나 공정 운전 중 지속적으로 외부에서 열을 공급해야 하기에 에너지 투입비용이 높은편이며, 탄소침적의 문제가 있어 대용량 플랜트에는 적합하지 않다. POx공정은 약 $1,500^{\circ}C$의 고온에서 CH4가 O2에 의해 부분 산화되는 방식으로 촉매가 필요없어 설비비가 타 공정에 비해 저렴하나 생산가스의 H2/CO비가 다소 낮아 전체적인 GTL 공정효율이 저하되는 단점이 있다. 상기 세 공정은 GTL 산업계에서 실증 및 효율증대를 위해 주로 연구되는 공정이기에 본 연구의 분석대상으로 설정하였다. 본 연구에서는 상용공정모사기인 Aspen Plus를 활용하여 reforming 공정별로 FT합성공정의 최적 조건(H2/CO=2)을 만족하는 합성가스 생산조건 분석 및 비교를 수행할 예정이다. 운전조건인 공정 운전온도 및 feed 가스조성 등을 모사하기 위해 합성가스 reforming 공정을 모델링하고 공급유량 및 압력 등의 운전변수는 GTL국책과제 1단계 연구수행 결과를 토대로 선정하고자 한다. GTL공정의 경우, 설비의 운전조건이나 연료가스의 구성 및 유량에 따라 적합한 reforming 공정이 다르기에 본 시뮬레이션 결과를 향후 GTL 플랜트 공정모델 설계시 reforming 공정선정에 참고자료로 활용하고자 한다.
This study investigated the chelation of a sorghum bran extract using iron (Fe) as a new natural colorant. The composition of the sorghum bran extract and chelation conditions were both examined. The thermal properties of the chelated colorants were analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and a thermal analyzer system(TGA). The sorghum bran extract solution showed a maximum absorbance at 281 nm based on UV/Vis spectrophotometry. According to the chelation pH conditions, pH 7.5 was the most effective. The chelation of the sorghum bran extract increased rapidly when increasing the iron concentration up to 2 mg/L, with no further chelation at a higher concentration. The particle size distribution curve for the chelated tannin revealed four groups: $4.5{\sim}17{\mu}m$, $20{\sim}42{\mu}m$, $45{\sim}80{\mu}m$, and $83{\sim}160{\mu}m$. In a DSC analysis, endothermic peaks attributed to the pyrolysis of the extract and chelated tannin were found at $318^{\circ}C$ and $415^{\circ}C$, respectively. In a TGA analysis, the chelation was shown to increase the final degradation temperature from $253^{\circ}C$ to $382^{\circ}C$, confirming that the chelation improved the thermal stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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