• Environmental Engineering Research
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• 제19권4호
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• pp.345-354
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• 2014

In this paper, effects of physical configurations and operating conditions on bubble column performance were analyzed in terms of bubble hydrodynamic and mass transfer parameters. Bubble column with 3 different dimensions and 7 gas diffusers (single / multiple orifice and rigid / flexible orifice) were applied. High speed camera and image analysis program were used for analyzing the bubble hydrodynamic parameters. The local liquid-side mass transfer coefficient ($k_L$) was estimated from the volumetric mass transfer coefficient ($k_La$) and the interfacial area (a), which was deduced from the bubble diameter ($D_B$) and the terminal bubble rising velocity ($U_B$). The result showed that the values of kLa and a increased with the superficial gas velocity (Vg) and the size of bubble column. Influences of gas diffuser physical property (orifice size, thickness and orifice number) can be proven on the generated bubble size and the mass transfer performance in bubble column. Concerning the variation of $k_L$ coefficients with bubble size, 3 zones (Zone A, B and C) can be observed. For Zone A and Zone C, a good agreement between the experimental and the predicted $K_L$ coefficients was obtained (average difference of ${\pm}15%$), whereas the inaccuracy result (of ${\pm}40%$) was found in Zone B. To enhance the high $k_La$ coefficient and absorption efficiency in bubble column, it was unnecessary to generate numerous fine bubbles at high superficial gas velocity since it causes high power consumption with the great decrease of $k_L$ coefficients.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제31권3호
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• pp.249-253
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• 2004

생물반응기의 형태에 따른 인삼부정근의 생장과 ginsen-side의 생산능력에 대하여 조사한 결과, 원형의 상부와 하부에 5 cm의 bubble column을 가진 bulb type bubble bioreactor (BU)에서 건물중은 41.92 g으로 가장 많이 증가하였으며, cylindric tube bioreactor (CT)에서 건물중이 38.55g으로 가장 낮게 나타났다. 이들 두 생물반응기의 초기 kLa 값은 BU 생물반응기에서 6.98 h$^{-1}$로 가장 높게 측정되었고, 반대로 bubble column이 없는 CT 생물반응기에서 5.25 h$^{-1}$으로 가장 낮게 측정되었다. 그러나 이와 같은 초기 kLa값의 차이는 부정근내의 이차대사산물인 ginsenoside의 함량에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 또한 BU 생물반응기에서 bubble column의 길이를 기존의 5 cm에서 10 cm로 연장시켰을 때, 초기 kLa값이 6.52 h$^{-1}$에서 7.80 h$^{-1}$로 증가하면서 인삼부정근의 생장을 42.13 g에서 50.30 g으로 약 16% 증가시킨 것으로 나타났다.

• 생명과학회지
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• 제12권5호
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• pp.577-583
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• 2002

$\beta$-glucuronidase 유전자를 형질전환한 담배에서 여러 조직중에서 가장 activity가 높은 줄기에서 현탁세포를 유도하여 생장 및 발현 양상을 조사하였다. Flask culture와 2.5 L bubble column culture시 세포의 성장에는 큰 차이가 없었지만 $\beta$-glucuronidase의 발현은 bubble column culture시 약 2850 U/mg으로 95배 향상되는 결과를 나타내었다. 하지만 두 경우 모두 $\beta$-glucuronidase의 생산량이 증가와 감소를 반복하는 양상을 나타내었다. 이것은 외래 단백질의 생산과 파괴가 반복적으로 일어나는 것으로 추정이 된다. 또한 bubble column culture의 생산성을 향상시키기 위해 중요한 영양분인 sucrose을 30 g/L로 두 번 첨가한 경우, 다른 영양분의 고갈로 인하여 세포의 최종 생산량은 향상되지가 않았고 $\beta$-glucuronidase는 안정적으로 생산되었지만 최종 생산량은 향상되지가 않았다. 하지만 세포의 크기가 감소하여 배양기 운전이 쉬워지는 장점이 있었고 이것은 세포의 고농도 배양을 통한 재조합 단백질 생산성을 향상시키는 유리하게 작용할 것이다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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• pp.220-223
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• 2002

본 연구에서는 자체 제작한 2L 규모의 bubble-column photobioreactor에서 H. pluvialis의 배양을 시도하였고 astaxanthin의 축적량 증가를 유도하기 위하여 배양시작 20일 후에 light stress를 주었다. 이 방법을 통하여 대조구에 비하여 68%의 건조균체중량 증가와 215%의 astaxanthin 축적량 증가를 유도할 수가 있었고, bubble-column photobioreactor를 이용한 유도배양이 H. pluvialis의 배양에 적합함을 알 수가 있었다.

• 한국위험물학회지
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• 제6권2호
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• pp.95-104
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• 2018

Gas-liquid bubble column reactors are extensively used in industrial processes. A detailed knowledge of bubble size distribution is needed for determining the mass transfer in gas-liquid film. Experimental data on bubble size distribution and liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) were used to calculate the estimated time to saturation in bubble column reactor. Also, the gas flux was evaluated to the liquid-side mass transfer coefficient($k_L$) and solubility data for hydrogen sulfide($H_2S$) and chlorine($Cl_2$) absorption into water. Simulation results show that $H_2S$ absorption time to 50 % of saturation concentrations are 611 sec and 1,329 sec when bubble diameters are 0.5 mm and 4.5 mm, while absorbing 1 % $H_2S$ gas. In case of $Cl_2$, absorption time range 657 to 1,400 sec when bubble size range 0.5 mm to 4.5 mm, while absorbing 1 % $Cl_2$ gas. Calculated simulation results can be used in the design of emergency relief bubble reactors.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제5권3호
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• pp.172-176
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• 1995

Citrate is mainly produced from fungi and oxygen transfer has been known as one of the important factors in citric acid production. A bubble column bioreactor was used for citrate production after pellet was initially made using a stirred bioreactor for the inoculation. The relationship between the pellet size of Aspergillus niger and the oxygen transfer was elucidated by considering morphological characteristics of the pellet. The pellet size was determined by adjusting the impeller speed in the stirred bioreactor and the optimum diameter of the pellet was observed to be 2.2 mm under the experimental conditions. Pellet was maintained quite stable in the bubble column bioreactor and production of citric acid was significantly improved by maintaining optimal pellet conditions in the bubble column bioreactor.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.505-510
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• 2012

기포탑 반응기에서의 기체 체류량은 기포의 크기 분포 및 상승 속도와 밀접한 연관성을 갖는다. 따라서 많은 연구자들에 의하여 기포탑 반응기 내에 기포의 크기를 제어하기 위한 연구들이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 스파져 이외의 영역에서도 기포의 거동을 제어하고 기체 체류량을 증진시키기 위하여 다단형 기포탑 반응기를 사용하였다. 특히, 3 종류의 서로 다른 크기의 반응기를 사용하여 다단 다공판이 기포의 유동 특성에 미치는 효과를 확인하였다. 나아가 개별 기포가 다공판을 통과하였을 때의 쪼개짐 빈도수 및 크기 분포 변화에 대하여 관찰함으로써 다공판의 영향에 대한 이해를 넓혔다. 또한 다양한 다공판 배치 형태에 따른 유동 특성을 관찰함으로써 다단형 기포탑 반응기에서의 다공판 설치에 대한 기준을 제시할 수 있었으며, 이를 바탕으로 높이 22 m, 직경 0.36 m의 벤치 스케일 다단형 기포탑 반응기를 제작하여 그 성능을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.304-309
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• 2012

동력학적 기체유출방법(dynamic gas disengagement method)과 이중전기저항 탐침방법(dual electrical resistivity probe method)을 동시에 사용하여 기포탑에서 큰 기포와 작은 기포의 크기를 구별하였다. 기포탑의 일정한 운전조건에서 기포탑 내부에 체류하는 큰 기포와 작은 기포의 체류량은, 기포탑에 유입되는 기체의 유입을 차단한 후 시간의 흐름에 따른 기포탑 내부의 압력강하 변화를 측정하여 동력학적 기체유출방법에 의해 측정하였다. 기포의 크기와 빈도수는 동력학적 기체유출방법에 의해 큰 기포와 작은 기포의 체류량을 측정하는 동일한 운전조건에서 측정하였으며 이들 자료들로부터 기포의 크기에 따른 기포의 체류량을 결정하였다. 기포탑에서 큰 기포와 작은 기포의 크기결정은 동력학적 기체유출방법에 의해 얻은 큰 기포와 작은 기포의 체류량과 이중전기저항 탐침법에 의해 구한 크기의 범위를 아는 기포들의 체류량을 비교하여 결정하였다. 여과된 압축 공기와 물을 기체상과 연속액상을 사용하였으며, 기포탑의 직경은 0.102 m이고 높이는 1.5 m이었다. 기포탑에서 큰 기포와 작은 기포의 경계 크기는 4.0~5.0 mm 이었는데, 기체의 유속이 낮은 범위에서는 큰 기포와 작은 기포의 경계 크기가 5.0 mm 정도이었으나 기체의 유속이 상대적으로 큰 범위에서는 큰 기포와 작은 기포의 경계 크기가 4.0 mm 정도가 되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권12호
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• pp.4395-4407
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• 2023

Bubble columns are widely encountered in several industries, especially in the field of nuclear safety. The Eulerian-Eulerian and the Eulerian-Lagrangian methods are commonly used to investigate bubble columns. Eulerian approaches require additional tasks such as strict volume conservation at the interface and a predefined well-structured grid. In contrast, the Lagrangian approach can be easily implemented. Hence, we introduce a fully Lagrangian approach for the simulation of bubble columns using the discrete bubble model (DBM) and moving particle semi-implicit (MPS) methods. Additionally, we propose a rigorous method to estimate the volume fraction accurately, and verified it through experimental data and analytical results. The MPS method was compared with the experimental data of Dambreak. The DBM was verified by analyzing the terminal velocity of a single bubble for each bubble size. It agreed with the analytical results for each of the four drag correlations. Additionally, the improved method for calculating the volume fraction showed agreement with the Ergun equation for the pressure drop in a packed bed. The implemented MPS-DBM was used to simulate the bubble column, and the results were compared with the experimental results. We demonstrated that the MPS-DBM was in quantitative agreement with the experimental data.

• 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.