차세대 재생산성 에너지로 각광을 받고 있는 바이오디젤은 현재 주로 알칼리촉매를 이용하는 화학공정으로 생산하고 있으나 고에너지 요구성이며 대규모 생산시 폐수발생 등 환경오염 유발요인이 있기 때문에 친환경 생물공정의 필요성이 대두되고 있다. 생물촉매 리파제(lipase)를 이용하는 친환경 생물공정은 화학공정에 비해 다양한 장점을 제공하고 있으나 고가의 효소생산 비용문제로 실용화에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용의 생물학적 바이오디젤 생산 시스템 구축을 위해 고활성의 효소 개발, 경제적 재조합 대량생산, 반복 재사용을 위한 효소고정화 등을 통해 고효율의 생산반응계를 개발하였다. 우선 바이오디젤 생산공정에 적합한 리파제로서 CalB(Lipase B of Candida antarctica)를 선택하고 분자 진화기술을 이용하여 효소활성을 17배 향상시킨 CalB14를 개발하였다. CalB14를 효모 발현시스템을 이용하여 경제적 대량생산하기 위해 단백질분비를 획기적으로 개선할 수 있는 맞춤형 분비융합합인자기술(TFP technology)을 이용하여 재조합 CalB를 2 grams/liter 수준으로 분비생산하였다. 생산된 효소를 반복 재사용이 가능하도록 다양한 레진에 고정화하였고 최적의 바이오디젤 전환반응용 고정화효소를 개발하였다. 고정화효소를 효율적으로 재사용하기 위해 바이오디젤 생산용 고정상반응기(packed-bed reactor)를 제작하였으며 기질을 12시간내에 95% 이상 바이오디젤로 수십회 이상 반복전환할 수 있는 경제적인 생물학적 바이오디젤 전환 시스템을 구축하였다.
The residence time distribution of liquid flow in a 4.0cm diameter column packed with porous $Al_2O_3$ spheres of 0.37cm diameter were measured with pulse injections of a tracer under cocurrent trickling flow conditions. The mean residence time of liquid flow and liquid hold-up calculated by the transient curve of tracer were unaffected by gas flow rates under experimental ranges of liquid flow rates from 2.4 to $4.5(kg/m^2\;sec)$ and gas flow rates from 0 to $0.13(kg/m^2\;sec)$. The axial dispersion coefficient of liquid stream and apparent diffusivity of tracer in a micropore of solid particle were estimated from the response curve of tracer. The calculated Peclet No. were increased in ranges of 68-to 82 with a increasing of liquid mass velocity, and the external effective contacting efficiency between liquid and solid which can be expressed. by $(D_i)_{app}/D_i$ varied in ranges of 0.54 to 0.68 depending on the liquid flow rates. The gas to liquid(water) volumetric mass transfer coefficient were determined from desorption experiments with oxygen at $25^{\circ}C$ and 1 atm. The measured mass transfer coefficients were increased with liquid flow rates and the effect of gas flow rates on the mass transfer coefficient was insignificant.
A kinetic study for nitrate removal by anion exchange resin was performed using continuous column reactors. Kinetic approach from the packed bed showed the reaction rate constant k$_1$ was 0.07~0.17 $\ell$/mgㆍhr and maximum exchange quantity q$_{o}$ was 27.75~31.81 mg/g. The results from the continuous column well agreed with that from the batch reactor. An economic analysis of the water treatment plant by anion exchange resin with a regenerating system was performed to design plant and process. Based on the treatment of 20 mg/$\ell$ nitrate-contained wastewater of 10,000 gallons per day to 2 mg/$\ell$, total capital cost and total annual cost are estimated to be 836 million wons and 211 million wons, respectively.y.
Aspergillus terreus NRRL 1960 was immobilized on various alginate gel beads, Celites, and polyurethane foam cubes, and the comparisons were made for the production of itaconic acid according to the types and sizes of each carrier. The levels of itaconic acid produced from Ca- alginate and Sr-alginate were similar, and the addition of bentonite to Ca- and Sr-alginate resulted in an increase of itaconic acid. The addition of 1.67% bentonite and 0.33% starch to Sr-alginate (SABS bead) produced higher level of itaconic acid (11.59 g/1) than other gel beads. A decrease in the size of Celite increased the itaconic acid production, and the smallest size of Celites, R- 634, produced 6.37 g/l of itaconic acid. Among various types of polyurethane foam cubes, HR 08 (2X2X2 cm) produced about 19 g/l of itaconic acid, which was more efficient than other carriers. In a repeated batch culture using immobilized cells on polyurethane foam cubes (HR 08, 2X2X2 cm), the stability of itaconic acid production was maintained up to 4 batches. Also, the possibility of itaconic acid production by continuous culture was shown in a packed-bed reactor.
Catalytic decomposition and reduction of NO have been carried out on copper loaded mordenites in a packed bed flow reactor. For the decomposition of NO, $Cu^{\circ}/HM$ exhibited higher activities than CuO/HM at high copper content, which may be related to the difference in the amount of $Cu^{2+}$ ions and the reducibility of CuO between $Cu^{\circ}/HM$ and Cuo/HM. However, $Cu^{\circ}/HM$ showed higher reduction activities than CuO/HM at low copper content. This result may be dependent on the difference in the amount of high-reducibility CuO between $Cu^{\circ}/HM$ and CuO/HM.
Zoogloea ramigera 115, well known type of bacteria to produce slime in sewage plants, was selected for biopolymer production. The extracted biopolymer showed high uptake capacity of metals such as cadmium and zinc. Especially the fermentor broth itself showed high adsorption of metal and could be used a biosorbent without an additional separation process. Biopolymer was immobilized into beads of calcium alginate and used in a packed bed reactor for the purpose of valued metals recovery. The biopolymer showed high removal efficiencies of 80% or greater for Cu, Cd, Mn and Zn, and high stability in sorption-desorption-resorption experiments. The immobilized biopolymer systems were found to be comparable to other metal removal systems such as ion exchange resins and to be of potential industrial application value.
Experiments were performed to measure the critical heat flux (CHF) on a vertical surface abutting a coarse packed bed of spherical particles. This geometry is representative of a CANDU reactor calandria tubesheet facing the end shield cavity during the in-vessel retention (IVR) phase of a severe accident. Deionized light water was used as the working fluid. Low carbon steel shielding balls with diameters ranging from 6.4 to 12.7 mm were used, allowing for the development of an empirical correlation of CHF as a function of shielding ball diameter. Previously published data is used to develop a more comprehensive empirical correlation accounting for the impacts of both shielding ball diameter and heating surface height. Tests using borosilicate shielding balls demonstrated that the dependence of CHF on shielding ball thermal conductivity is insignificant. The deposition of iron oxide particles transported from shielding balls to the heating surface is verified to increase CHF non-trivially. The results presented in this paper improve the state of the knowledge base permitting quantitative prediction of CHF in the CANDU end shield, refining our ability to assess the feasibility of IVR. The findings clarify the mechanisms governing CHF in this scenario, permitting identification of potential future research directions.
Milking center wastewater (MCW) has a relatively low ratio of carbon to nitrogen (C/N ratio), which should be separately managed from livestock manure due to the negative impacts of manure nutrients and harmful effects on down-stream in the livestock manure process with respect to the microbial growth. Simultaneous nitrification and denitrification (SND) is linked to inhibition of the second nitrification and reduces around 40% of the carbonaceous energy available for denitrification. Thus, this study was conducted to find the optimal operational conditions for the treatment of MCW using an attached-growth biofilm reactor; i.e., nitrogen loading rate (NLR) of 0.14, 0.28, 0.43, and $0.58kg\;m^{-3}\;d^{-1}$ and aeration rate of 0.06, 0.12, and $0.24\;m^3\;h^{-1}$ were evaluated and the comparison of air-diffuser position between one-third and bottom of the reactor was conducted. Four sand packed-bed reactors with the effective volume of 2.5 L were prepared and initially an air-diffuser was placed at one third from the bottom of the reactor. After the adaptation period of 2 weeks, SND was observed at all four reactors and the optimal NLR of $0.45kg\;m^{-3}\;d^{-1}$ was found as a threshold value to obtain higher nitrogen removal efficiency. Dissolved oxygen (DO) as one of key operational conditions was measured during the experiment and the reactor with an aeration rate of $0.12\;m^3\;h^{-1}$ showed the best performance of $NH_4-N$ removal and the higher total nitrogen removal efficiency through SND with appropriate DO level of ${\sim}0.5\;mg\;DO\;L^{-1}$. The air-diffuser position at one third from the bottom of the reactor resulted in better nitrogen removal than at the bottom position. Consequently, nitrogen in MCW with a low C/N ratio of 2.15 was successfully removed without the addition of external carbon sources.
Rigorous multiscale modelling and simulation of the MTR for WGSR was carried out to accurately predict the behavior of process variables and the reactor performance. The MTR consists of 4 fixed bed tube reactors packed with heterogeneous catalysts, as well as surrounding shell part for the cooling purpose. Considering that fluid flow field and reaction kinetics give a great influence on the reactor performance, employing multiscale methodology encompassing Computational Fluid Dynamics (CFD) and process modeling was natural and, in a sense, inevitable conclusion. Inlet and outlet temperature of the reactant fluid at the tube side was $345^{\circ}C$ and $390^{\circ}C$, respectively and the CO conversion at the exit of the tube side with these conditions approached to about 0.89. At the shell side, the inlet and outlet temperature of the cooling fluid, which flows counter-currently to tube flow, was $190^{\circ}C$ and $240^{\circ}C$. From this heat exchange, the energy saving was achieved for the flow at shell side and temperature of the tube side was properly controlled to obtain high CO conversion. The simulation results from this research were accurately comparable to the experimental data from various papers.
Lee, Sang Baek;Jo, Jin-Oh;Jang, Dong Lyong;Mok, Young Sun
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.30
no.6
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pp.577-585
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2014
A series of experiments using atmospheric-pressure non-thermal plasma coupled with transition metal catalysts were performed to remove ethylene from agricultural storage facilities. The non-thermal plasma was created by dielectric barrier discharge, which was in direct contact with the catalyst pellets. The transition metals such as Ag and $V_2O_5$ were supported on ${\gamma}-Al_2O_3$. The effect of catalyst type, specific input energy (SIE) and oxygen content on the removal of ethylene was examined to understand the behavior of the hybrid plasma-catalytic reactor system. With the other parameters kept constant, the plasma-catalytic activity for the removal of ethylene was in order of $V_2O_5/{\gamma}-Al_2O_3$ > $Ag/{\gamma}-Al_2O_3$ > ${\gamma}-Al_2O_3$ from high to low. Interestingly, the rate of plasma-catalytic ozone generation was in order of $V_2O_5/{\gamma}-Al_2O_3$ > ${\gamma}-Al_2O_3$ > $Ag/{\gamma}-Al_2O_3$, implying that the catalyst activation mechanisms by plasma are different for different catalysts. The results obtained by varying the oxygen content indicated that nitrogen-derived reactive species dominated the removal of ethylene under oxygen-lean condition, while ozone and oxygen atoms were mainly involved in the removal under oxygen-rich condition. When the plasma was coupled with $V_2O_5/{\gamma}-Al_2O_3$, nearly complete removal of ethylene was achieved at oxygen contents higher than 5% by volume (inlet ethylene: 250 ppm; gas flow rate: $1.0Lmin^{-1}$; SIE: ${\sim}355JL^{-1}$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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