독성가스 제거용 기포탑 반응기의 설계인자 모사
Model Simulation of Design Parameters for Bubble Column Reactors To Remove Toxic Gases
초록/요약
본 연구에서는 최적화 된 반응기 디자인 기법을 예측하기 위한 기포탑반응기(Bubble column reactor) 내 산성가스(Acidic gas)의 흡수를 모사하였다. 모델에 모사된 H2S(황화수소)와 Cl2(염소)의 흡수율은 기포 크기, 반응기 크기 그리고 공탑 가스 속도(Superficial gas velocity)에 따라 다르게 나타났다. 벽면 효과(Wall effect)를 무시하고 액상의 가스 확산율, 물질전달율, 가스 체류량과 해리반응을 계산하기 위해 본 연구에서는 스톡스-아인슈타인 모델(Stokes-Einstein model)을 채택하였다. 계산된 H2S(황화수소)와 Cl2(염소)의 액상물질전달계수(Liquid-side mass transfer coefficient)는 온도 298 K에서 0.013 cm/sec와 0.012 cm/s였다. 기포의 지름을 4.5 mm라 가정하고 가스의 농도가 10 % 였을 때의 포화시간은 266 ~ 280 sec 범위였다. 100 mm Φ × 500 mm length 반응기에서 공탑 가스 속도를 1 cm/s라 가정하였을 때, 포화시간은 두 가스 대상으로 약 40 분으로 나타났다. 또한, 모사 결과는 오리피스 크기(Orifice size)와 기포 크기와 매우 밀접한 관계가 있다. 반응기의 온도가 증가할수록 흡수되는 가스 질량은 감소하였다. 계산된 설계기법은 긴급 저감용 기포 반응기 디자인에 접목될 수 있다.
more목차
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 및 목적 1
2. 연구 방법 3
Ⅱ. 이론적 고찰 5
1. 액상 물질전달계수(kL) 모델 5
1.1 확산(Diffusion) 5
1.2 무차원수(Dimensionless number) 8
2. 반응기 내 수력학적 인자 10
2.1 기포 비표면적(Bubble specific surface area) 10
2.2 공탑 가스 속도의 영향 10
2.2.1 체적물질전달계수(Volumetric mass transfer) 10
2.2.2 가스 체류량(Gas holdup) 11
2.2.3 유체 흐름 영역(Fluid flow regime) 11
2.3 반응기 설계 13
2.3.1 가스 분산 장치(Sparger) 13
2.3.2 기포탑 직경과 높이 선정 13
3. 가스의 이온화 14
3.1 평형 상수(Equilibrium constant) 14
3.2 헨리 상수(Henry's constant) 16
3.3 H2S와 Cl2의 평형모델 18
4. 모사조건 20
Ⅲ. 결과 및 고찰 21
1. 모사결과 21
1.1 포화시간 계산 23
1.2 평형도달시간 계산 27
1.3 가스 이온 농도 29
Ⅳ. 결론 33
참고 문헌 35
부록 39
Abstract 44
