• 한국환경과학회지
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• 제3권3호
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• pp.263-271
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• 1994

A detachment of biofilm was investigated in an inverse fluidized bed biofilm reactor(IFRBR). The biofilm thickness, 5 and the bioparticle density, Pm were decreased by the increase of Reynolds number, Re and the decrease of biomass concentration, h. The correlations were expressed as $\delta$=6l.6+16.33$b_c$-0.004Re and Ppd=0.3+0.027$b_c$- 2.93x$l0^{-5}$ no by multiple linear regression analysis method. Specific substrate removal rate, q was derived by F/M ratio and biofilm thickness as q=0.44.+0.82F/M-5.Ix10$-4^{$\delta$}$. Specific biofilm detachment rate, bds was influenced by FIM ratio and Reynolds number as $b_{ds}$=-0.26+0.26F/M+ 2.17$\times$$10^{-4}$Re. Specific biofilm deachment rate in an IFBBR was higher than that in a FBRR(fluidized bed biofilm reactor) because of the friction between air bubble and the bioparticles.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.678-686
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• 2016

본 연구에서는 내경 0.3 m, 높이 2.4 m인 기-고 유동층 반응기 내에서 수직 방향의 내부 구조물과 shroud 노즐 분산판이 기포 흐름에 미치는 영향을 CPFD (Computational Particle-Fluid Dynamics)를 이용하여 모델링을 수행하였다. 층 물질로는 Metal-grade 실리콘 입자(MG-Si)가 사용되었으며 $d_p=149{\mu}m$, ${\rho}_p=2,325kg/m^3$, $U_{mf}=0.02m/s$이다. 전체 층물질의 양은 75 kg이며 정적층(static bed) 높이는 0.8 m이다. 수직 내부 구조물이 기포 상승속도에 미치는 영향을 파악하였다. 내부 구조물이 분산판으로부터 0.45 m 높이에 설치되었을 때 기포의 분쇄가 일어났다. 유동층의 압력강하 및 수직 고체체류량 분포는 내부 구조물의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 하지만 내부 구조물이 제트에 너무 가까운 경우 기포가 분쇄되지 않고 내부 구조물을 우회하여 상승하였으며 내부 구조물이 없는 경우나 0.45 m 높이에 설치된 경우에 비해 더 빠른 속도로 상승하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집
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• pp.97-100
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• 2000

유동층 열교환기 (Fluidized Bed Heat Exchanger; FBHE) 는 온도 균일성이라는 유동층의 특징을 이용하여 적당한 전열면적을 갖는 열교환관을 층 내 설치하여 일정한 양의 열을 전열시키는 것으로, 최근 순환유동층 연소로의 scale-up 을 통한 열용량 증대와 함께 고온의 재순환물질로부터 열을 회수, 연소로의 온도제어 및 열회수율의 극대화를 얻고자 재순환부에 연결하여 사용하고 있다. 또한, 가압순환유동층의 개발과 더불어 유효열전달 면적의 증대를 통한 상대적인 연소로 소형화를 위해 채택되고 있다. 특히, 유동층 열교환기는 전체 공정에서 20-60% 의 열을 회수할 수 있어, 열전달에 있어 매우 중요한 역할을 차지한다.(중략)

• 대한환경공학회지
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• 제35권10호
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• pp.710-716
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• 2013

대기 오염, 기후 변화 등 환경 문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체할 에너지에 많은 관심이 집중되고 있다. 폐바이오매스의 에너지화 분야에서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 폐목질계 바이오매스의 급속열분해는 바이오매스 에너지화 기술 중 하나로 액상 연료를 생산할 수 있다. 바이오매스의 급속열분해에는 주로 기포유동층 반응기가 쓰이고 있으며, 기포유동층 급속열분해 반응기에서는 반응물에 열을 효과적으로 전달하기 위하여 고체입자의 유동매체를 이용한다. 이러한 기포유동층 반응기에서 유동층 내 고체 입자의 움직임과 혼합은 기포의 거동에 영향을 받는다. 이로 인해 열전달 현상이 달라지고 결과적으로는 폐목질계 바이오매스의 급속열분해 반응 속도가 변한다. 따라서 본 연구에서는 기포유동층 반응기 내부의 수력학적 특성과 폐목질계 바이오매스 급속열분해 반응에 관한 연구를 수행하였다. 반응기내의 기체-고체 유동에 대해 Eulerian-Granular 방법을 사용하여 반응기를 시뮬레이션 하였으며, two-stage semi-global reaction model로 폐바이오매스의 급속 열분해반응을 모사하였다. 결과를 살펴보면, 유동층 내에서 기포들이 생성되고 상승하면서 크기가 증가한다. 이러한 기포의 거동에 의해 기포 주위의 고체 입자는 여러 방향으로 움직이게 된다. 고체 입자상의 활발한 움직임으로 바이오매스 입자가 유동층에 골고루 퍼져 일차 반응이 유동층 전반에서 일어난다. 그리고 일차 반응 중 타르가 생성되는 반응 속도가 가장 높게 나타난다. 그 결과 기체상 생성물 중 타르가 약 66 wt.%로 가장 많이 발생한다. 반면 이차 반응은 유동층에서보다 freeboard에서 더 많이 일어난다. 따라서 기포의 거동이나 입자의 움직임에 의한 영향은 일차 반응보다 상대적으로 적을 것으로 판단된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.152-156
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• 2016

폐수 열원 히트펌프 시스템은 목욕탕, 공장 또는 하천수 등을 히트펌프의 열원으로 사용한다. 증발기는 폐수로부터의 오염을 완화시키기 위하여 휜이 없는 나관식(bare tube) 열교환기가 주로 사용되고 있다. 대부분의 열 저항은 관외를 흐르는 폐수측에 생성되는 파울링에 의한 것이며, 히트펌프의 성능을 급격하게 감소시킨다. 따라서 본 연구에서는 나관식 열교환기 하부에서 버블 유동층을 형성시키고 세정 볼을 사용하여 관 외측의 파울링을 저감시키는 장치를 개발하였다. 실험 조건으로, 냉수온도 $20^{\circ}C$, 폐수 온도 $40^{\circ}C$, 관 내측 유량 100L/h, 수조 내 물의 양 50L, 열교환기 면적 $0.161m^2$ 이다. 실험결과 세정 볼 없이 버블유동층만 형성한 경우에는 버블유동층이 없는 경우에 비해 파울링에 의해 생성된 열 저항이 약 56% 감소되었으며, 세정 볼의 개수 밀도가 8,000(Number of $ball/m^3$) 일 때, 파울링에 의해 생성된 열 저항은 버블유동층 및 세정 볼이 없을 때와 비교하여 약 86% 감소되었다.

• 한국자원리싸이클링학회:학술대회논문집
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• 한국자원리싸이클링학회 2005년도 추계정기총회 및 제26회 학술발표대회 고분자리싸이클링기술 특별심포지엄
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• pp.75-82
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• 2005

바이오매스 열분해는 에너지와 가치있는 화학물질의 원료를 얻을 수 있는 유망한 방법 중의 하나이다. 열분해 반응기의 최적운전조건을 결정하기 위하여 기포유동층 반응기에서 상수리나무와 낙엽송의 열분해를 수행하였다. 온도, Uo/Umf, L/D가 생성물의 수율과 조성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 상수리나무와 낙엽송 톱밥으로 유동층 급속열분해를 수행하였다. 반응온도, Uo/Umf, L/D, 원료주입량의 효과를 결정하였고, 최적조건은 다음과 같다 : $T\;=\;400^{\circ}C,\;U_o/U_{mf}\;=\;3.0,\;L/D\;=\;2.0$. 바이오오일의 최대 수율은 약 55%이었고, 주요 조성은 carbohydrate류, guaiacol류, furan류, phenol류, syringol류 화합물이었다. 생성가스는 CO, $CO_2$, 저분자 탄화수소이었고, 조성을 이용하여 측정한 가스수율은 계산치와 일치하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제9권2호
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• pp.72-78
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• 2006

혐기성 소화조의 단면적/용량 비를 일정하게 한 상태에서 반응조 직경만을 달리한 반응조에 유기물 부하율에 따른 소화조 운전효율을 평가하였다. $0.4\;kg\;COD/m^3{\cdot}d$의 낮은 유기물 부하율에서는 반응조 직경에 관계없이 높은 처리 효율을 나타내어 반응조 형상에 따른 처리효율 차이는 없었다. $6\;kg\;COD/m^3{\cdot}d$의 유기물 부하율에서는 반응조 직경에 따라 전혀 다른 처리효율이 관측되었다. 즉, 직경 6.4 cm 반응조에서는 휘발성산의 축적과 낮은 COD 제거효율이 관측되었으나 직경 3 cm 반응조에서는 높은 COD 제거효율이 관측되었고 휘발성산의 축적도 일어나지 않았다. 이러한 차이가 나타나게 된 이유는 직경이 작은 반응조의 경우에는 생성된 가스의 부상에 의해 슬러지층의 유동화가 원활하게 일어난데 반해 직경이 큰 반응조의 경우에는 그렇지 못한 것이라고 판단된다. $20\;kg\;COD/m^3{\cdot}d$의 높은 유기물 부하율에서는 반응조 직경과는 관계없이 극히 낮은 처리효율을 나타내어 높은 유기물 부하에서는 반응조 형상과 처리효율과는 관계가 없는 것으로 나타났다. 따라서 혐기성 소화조의 효율적인 start-up은 슬러지층의 유동화가 중요한 인자이며 동일 단면적/용량 비에서 반응조 직경이 작을수록 유리한 것으로 나타나 반응조 형상도 반응조 운전효율에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.535-543
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• 2022

실리콘 카바이드 입자(평균 입도 123 ㎛)의 유동층 태양열 흡열기의 성능 및 효율에 영향을 미치는 입자 거동 해석을 위해 MP-PIC 모델을 이용하여 전산모사를 수행하였고, 기존 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 특히, 본 연구에서는 실험적으로 접근하기 어려운 유동층 표면 부근에서의 거동을 모사함으로써 흡열 성능과 입자 거동과의 상호 영향을 분석하였다. CPFD 모사결과는 입자층 및 프리보드에서의 평균 고체체류량과 압력요동 등 수력학적 특성 실험결과를 잘 예측하였다. 입자 흡열기에서 1차적으로 태양열 에너지를 흡수하여 층 내부로 전달하는 층 표면 부근에서의 국부 고체체류량은 입자층 내 기포거동에 따라 중심부에서 상대적으로 낮은 값을 나타내는 불균일 분포를 나타내었다. 프리보드 영역에서 국부 고체체류량은 기체속도가 증가할수록 축방향과 각 높이에서의 횡방향에서 불균일성이 증가하였고, 이는 입자 흡열기의 프리보드 영역 내 비산된 입자에 의해 반사된 태양광 에너지 손실과 연관된 압력강하 상대표준편차 증가의 원인임을 나타내었다. 입자 흡열기 내 기체속도 증가에 따른 국부적인 기체 및 입자 속도의 변화에 대한 고찰을 통해, 유동층 내 국부적인 입자거동 특성은 Geldart B 입자 물성과 관련된 입자층 내 기포 거동과 밀접하게 연관됨을 확인하였다. 유동층 입자 흡열기의 성능 척도인 일사량 당 유동기체의 출입구 온도차(∆T/I_DNI)는 입자 층 표면 및 표면 상부 프리보드 영역 내 압력요동 RSD와 상관관계가 매우 높음을 확인하였고, 이 결과는 흡열기 성능 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권4호
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• pp.651-657
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• 2020

고체 입자들이 유체처럼 움직이는 유동층 공정은 에너지 전환 공정뿐만 아니라 범용 고분자 수지의 생산 공정에도 이용되고 있다. 범용 고분자 수지 중의 하나인 LLDPE(Linear low density polyethylene)도 기포 유동층 공정을 통해 전세계에서 생산되고 있다. 입자 크기에 비해 밀도가 낮은 LLDPE 입자들은 고분자 중합 반응을 위해 공급되는 수소에 의해서 유동화된다. 그러나 LLDPE 생산 공정은 기포유동층 공정임에도 불구하고 발생한 슬러그로 인하여 반응에 영향을 끼쳐 공정의 효율 저하를 불러올 수 있다. 이에 본 연구에서는 상용 고분자 반응기를 모사한 pilot 규모의 고분자 합성 반응기(0.38 m l.D., 4.4 m High)와 동일한 시뮬레이션 모델을 구축하여 LLDPE 입자의 유동화 상태를 고찰하였다. 특히 기체 유속(0.45-1.2 m/s), 고체 입자 밀도(900-1900 kg/㎥), 입자 구형도(0.5-1.0), 입자 크기(120-1230 ㎛)의 변화에 따른 슬러그 특성을 세밀하게 고찰하기 위하여 전산입자유체해석(Computational particle-fluid dynamics, CPFD)을 이용하였다. CPFD를 통해서 일부 실험자들만 고찰할 수 있었던 flat slug의 발생을 시각적으로 구현하였으며 밀도, 구형도, 크기 등의 고체의 물리적 특성을 변화시킴에 따라 슬러그 발생을 저감시킬 수 있음을 확인하였다.

• 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.