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한국화학공학회> 화학공학> 발사체 고체추진제의 저장 및 시험 시 안전거리 산정에 관한 연구

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발사체 고체추진제의 저장 및 시험 시 안전거리 산정에 관한 연구

A Study on the Calculation of Minimum Safety Distance during Storage and Combustion Test of Solid Propellants for Launch Vehicles

신안태 ( Ahn-tae Shin ) , 박병문 ( Byung-mun Park ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )
  • : 한국화학공학회
  • : 화학공학 59권2호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 05월
  • : 180-185(6pages)
화학공학

DOI


목차

1. 서 론
2. 이론적 배경
3. 고체추진제 안전거리 분석
4. 결 론
감 사
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한-미 미사일지침 개정으로 우주발사체에 대한 고체추진제 사용 제한이 완전히 해제 됐다. 고체추진제는 1단형 과학로켓 KSR-1과 같이 고체추진제 로켓으로 활용 가능하고, 액체연료 발사체의 추력증강 부스터로도 활용 가능하다. 고체추진제는 액체추진제에 비하여 폭발 위험성이 낮은 장점이 있지만 브라질 알칸타라 발사장 폭발사고와 같이 사고가 일어나면 대형 인명사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 대형 인명사고를 예방하기 위해서는 고체추진제의 저장 및 시험 시 최소한의 안전거리에 대한 검토가 사업의 기획단계 부터 검토되고 반영 되어야 한다. 본 논문에서는 발사체 고체추진제를 안전하게 사용하기 위한 최소한의 안전거리를 저장시설과 시험 시로 구분하여 산정 기준 및 사례를 제시하였다.
In accordance with the revision of the US-Korea missile guidelines, restrictions on the use of solid propellants for space launch vehicles have been completely lifted. The solid propellant can be used as a solid propellant rocket like the KSR-1 (Korea Sounding Rocket-1), and can also be used as a thrust augmentation booster for liquid fuel launch vehicles. It is known that solid propellants have a lower risk of explosion than liquid propellants. but if an accident such as an explosion at the Alcantara Launch Center in Brazil occurs, it can lead to a large-scale personal accident. In order to prevent such large-scale accidents, it is necessary to review and reflect the minimum safety distance during use, storage and combustion test of solid propellants from the planning phase of the project. In this paper, the minimum safety distance for safe use of the solid propellant is presented by dividing it into storage facilities and combustion tests.

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2022-500-000535534

간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 계간
  • : 0304-128x
  • : 2233-9558
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1963-2022
  • : 5364


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60권2호(2022년 05월) 수록논문
최근 권호 논문
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1CaCl2 용융염에서 Ca2+의 Cu 전극에 대한 전기화학적 증착 특성평가

저자 : 황동욱 ( Dong Wook Hwang ) , 이종현 ( Jong Hyeon Lee ) , 정상문 ( Sang Mun Jeong )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 175-183 (9 pages)

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자동차 시장의 확대에 따라 자동차 모터의 필수 소재로 희토류금속인 Nd에 대한 수요가 급증하고 있다. Nd를 제조하기 위하여 Nd2O3와 Ca계 합금의 열 환원반응에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 Nd2O3의 환원제로 사용되는 Ca계 합금인 Ca-Cu를 CaCl2 용융염에서 전기분해반응을 통해 제조하였다. 전기분해반응의 작업 전극과 상대전극으로는 Cu 와이어와 흑연을 각각 사용하였다. 기준전극은 AgCl:CaCl2=1:99 mol%로 혼합한 혼합물에 Ag 와이어를 넣어 제작하였다. 순환전압 전류법 결과에 의하면 -1.8 V의 전위부터 작업전극의 표면에 Ca2+의 증착이 관찰되었으며, CaCl2 염의 온도가 증가할수록 Ca2+의 환원전위가 감소하였다. 시간대전류법 실험을 통해 계산된 Ca2+의 확산계수는 5.4(±6.8)×10-6 ㎠/s으로 나타났다. 또한, Cu 전극에 일정한 전위를 가해 Ca-Cu 액상합금을 제조하였으며 제조된 합금은 EDS line scan을 통해 인가 전위의 증가에 따라 Ca의 전기화학적 삽입이 증가함을 확인하였다. -2.0 V보다 음의 전위를 인가하여 제조한 Ca-Cu 합금의 조성비는 Ca:Cu=1:4임을 확인하였다.


With the expansion of the automobile market, the demand for Nd as an essential rare earth material for automobile motors is rapidly increasing. Research on the calcio-thermic reduction process between Nd2O3 and calcium-based alloys has been extensively studied in order to manufacture Nd. In this study, Ca-Cu, as a reducing for Nd2O3, was prepared by electrolysis in CaCl2 molten salt. Cu wire and graphite were employed as a working electrode and a counter electrode for electrolysis reaction, respectively. The reference electrode was manufactured by putting Ag wire in a mixture of AgCl and CaCl2 at a ratio of 1:99 mol%. The cyclic voltammetry results showed that the deposition of Ca2+ on the surface of working electrode was observed from a potential of -1.8 V, and the reduction potential of Ca2+ decreased as the reaction temperature increased. The diffusion coefficient of Ca2+ calculated by the chronoamperometry experiment was found to be 5.4(±6.8)×10-6 ㎠/s. In addition, Ca-Cu liquid alloy was prepared by applying a constant potential to Cu electrodes. The element ratio of Ca-Cu alloy formed by applying a potential of -2.0 V was found to Ca:Cu=1:4.

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2리튬-황 전지용 프리스탠딩 플렉서블 S/CNT/NiO 전극의 제조 및 전기화학적 특성

저자 : 신윤정 ( Yun Jung Shin ) , 이원열 ( Won Yeol Lee ) , 김태윤 ( Tae Yun Kim ) , 문승근 ( Seung-guen Moon ) , 김은미 ( En Mei Jin ) , 정상문 ( Sang Mun Jeong )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 184-192 (9 pages)

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수열합성을 통해 합성한 다공성 NiO는 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제하기 위하여 리튬-황 전지의 전극에 사용되었다. 리튬-황 전지의 전극은 경제적이고 간단한 진공 여과 방법을 이용하여 집전체와 바인더가 없는 프리스탠딩 플렉서블 전극으로 제작되었다. 다공성 NiO를 첨가한 S/CNT/NiO 전극은 순수 S/CNT 전극에 비해 125 mA h g-1 증가한 877 mA h g-1 (0.2 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후 84% (S/CNT: 66%)의 우수한 용량 유지율을 나타내었다. 이는 방전 과정 중에서 NiO와 리튬 폴리설파이드의 강한 화학적 결합에 의하여 리튬 폴리설파이드의 전해질로 용출되는 것을 억제하여 나타난 결과이다. 또한 S/CNT/NiO 전극의 유연성 테스트를 위해 1.6 × 4 ㎠의 파우치셀로 제작하여 폴딩한 상태와 하지 않은 상태에서 모두 620 mA h g-1의 안정적인 사이클 특성을 나타내었다.


Porous NiO synthesized via hydrothermal synthesis was used in the electrodes of lithium-sulfur batteries to inhibit the elution of lithium polysulfide. The electrode of the lithium-sulfur battery was manufactured as a freestanding flexible electrode using an economical and simple vacuum filtration method without a current collector and a binder. The porous NiO-added S/CNT/NiO electrode exhibited a high initial discharge capacity of 877 mA h g-1 (0.2 C), which was 125 mA h g-1 higher than that of S/CNT, and also showed excellent retention of 84% (S/CNT: 66%). This is the result of suppressing the dissolution of lithium polysulfide into the electrolyte by the strong chemical bond between NiO and lithium polysulfide during the charging and discharging process. In addition, for the flexibility test of the S/CNT/NiO electrode, the 1.6 × 4 ㎠ pouch cell was prepared and exhibited stable cycle characteristics of 620 mA h g-1 in both the unfolded and folded state.

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3황산 촉매를 이용한 글루코오스로부터 5-HMF 및 레불린산 생산을 위한 동역학적 연구

저자 : 한석준 ( Seokjun Han ) , 이승민 ( Seung Min Lee ) , 김준석 ( Jun Seok Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 193-201 (9 pages)

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바이오매스로부터 얻는 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)과 레불린산(LA; levulinic acid)는 그린 플랫폼 화학물질로, 폭넓은 응용분야를 가지며 바이오연료 및 바이오 화학물질로써 사용된다. 본 연구에서는, 글루코오스(D-glucose) 분해로부터 레불린산 형성의 kinetic를 다양한 온도 및 황산 농도를 통해 연구하였다. 실험은 황산 촉매(1-3 wt%)을 사용하였으며, 온도(140-200 ℃)는 넓은 범위에서 수행되었다. 글루코오스 용액은 10 ml 황산 용액에 글루코오스 1g을 용해시켜 만들었다. 반응 속도는 온도에 따라 증가하였고 활성화 에너지는 이전에 보고된 값과 유사한 경향을 보였다. 5-HMF의 최대 농도에 대한 반응 시간은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한, 산 농도가 증가함에 따라 5-HMF의 분해속도가 빨라졌다. 황산 촉매의 농도가 증가함에 따라 레불린산의 최대 농도에 도달하는 시간이 줄어들었다. 온도를 계속 높이는 것은 레불린산의 최대 농도를 감소시켰고 휴민의 양을 증가시켰다. 결과를 통해 얻은 kinetic parameters는 5-HMF과 레불린산의 mechanism를 이해하는데 도움을 준다. 또한, 이 연구의 결과는 바이오매스에서 고농도의 레불린산 및 5-HMF를 얻어내는데 유용한 정보를 제공한다.


5-HMF(5-Hydroxymethylfurfural) and LA(levulinic acid) derived from biomass are green platform chemicals, which have a wide of potential applications as biofules and biochemicals. In this study, the kinetics of LA formation from glucose decomposition with various concentration of sulfuric acid at different temperature was investigated. The experiments were performed in a broad temperature (140-200 ℃), using H2SO4 (1-3 wt%) as the catalyst. Glucose solution was made by dissolving 1 g of glucose in 10 ml of H2SO4 solution. The reactions rates increased with temperature and the activation energy showed a similar tendency to previous reported values. Reaction time for maximum concentration of 5-HMF decreased as the temperature increased. Furthermore, the decomposition of 5-HMF was fast as the acid concentration increased. Reaction time to reach maximum concentration of levulinic acid was reduced as the acid concentration increased. Continuing to raise the temperature decreased the maximum concentration of levulinic acid and increased the amount of humins. On the basis of results, kinetic parameters help to understand mechanism of LA and 5-HMF. In addition, this study provides useful information to achieve high concentration of LA and 5-HMF from biomass.

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4고분자전해질 연료전지의 전극 열화 과정에서 고분자막에 석출된 백금에 관한 연구

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 권혜진 ( Hyejin Gwon ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 202-207 (6 pages)

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고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전극 열화에 대한 연구는 전극상에서 Pt의 입자 성장 및 활성면적 감소에 대한 연구가 대부분이다. 고분자막과 접해 있는 전극촉매 Pt의 열화는 고분자막 열화에 영향을 주는데, 이와 관련된 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 전극촉매 열화 가속 시험 과정에서 열화된 Pt가 고분자막 내부에 석출되는 현상과 그 영향에 대해서 연구하였다. 백금 열화 속도를 가속화시키기 위해 전압 변화(0.6 V ↔ 0.9 V)를 30,000 사이클까지 반복했다. Cathode에 산소를 유입하면서 전압 변화 사이클을 반복했을 때 질소를 유입했을 때 보다 막 내부에 석출된 Pt의 양이 더 많았다. 전압 변화 사이클 횟수가 증가할수록 막 내부에 석출된 Pt의 양이 증가하였고, cathode에서 용해된 Pt가 anode 쪽으로 이동해 20,000 사이클에서는 막 내부에 전체적으로 균일한 분포를 보였다. 이와 같은 전극촉매 열화 가속 시험과정에서 고분자막의 수소투과 전류밀도는 거의 변하지 않아서, 석출된 Pt가 고분자막의 내구성에는 영향을 주지 않음을 확인하였다.


The study on electrode degradation of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was mainly studied on the particle growth and active area reduction of Pt on the electrode. The degradation of the electrode catalyst Pt in contact with the membrane affects the deterioration of the polymer membrane, but there are not many studies related to this. In this study, the phenomenon of the deposition of deteriorated Pt inside the polymer membrane during the accelerated electrode catalyst degradation test and its effects were studied. The voltage change (0.6 V ↔ 0.9 V) was repeated up to 30,000 cycles to accelerate the platinum degradation rate. When the voltage change cycle was repeated while oxygen was introduced into the cathode, the amount of Pt deposited inside the film was larger than when nitrogen was introduced. As the number of voltage change cycles increased, the amount of Pt deposited inside the membrane increased, and Pt dissolved in the cathode moved toward the anode, showing a uniform distribution throughout the membrane at 20,000 cycles. In the process of the accelerated electrode catalyst degradation test, the hydrogen crossover current density of the membrane did not change, and it was confirmed that the deposited Pt did not affect the durability of the membrane.

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5우리나라 전통 숯가마로부터 생산된 숯의 특성분석

저자 : 안기선 ( Ki Sun An ) , 곽이구 ( Lee Ku Kwak ) , 김홍건 ( Hong Gun Kim ) , 유승곤 ( Seung Kon Ryu )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 208-216 (9 pages)

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우리나라 전통 숯가마로부터 제조된 검탄 및 백탄의 표면형상과 흡착특성을 정량적으로 분석한 결과, 모든 시료의 열분석과 원소분석 등 물성은 제조회사마다 차이가 났고 백탄은 검탄에 비하여 확실히 열분해온도와 탄소함유량이 높았다. 숯의 표면형상으로부터 활성화는 목재의 축방향을 따라 발생하고 활성화정도가 증가함에 따라 대기공의 벽면에 반경방향으로 새로운 기공이 발달하여 기공들이 서로 관통됨을 알 수 있었다. BET 등온흡.탈착곡선은 대부분 낮은 상대압력에서 탈착이 안되는 이력현상을 보이므로서 미세공이 많이 발달된 Type I으로 분류되기 보다는 Type IV의 이력현상 경로와 겹쳐지는 숯 만의 독특한 탈착곡선을 보이고 있다. 낮은 압력 이력(low-pressure hysteresis)현상은 흡착질이 숯의 미세공 입구를 팽창시켜 끼이고는 탈착시에 빠져나오지 않기 때문이다. 따라서 분석된 비표면적값과 세공 크기분포도 등 숯의 흡착특성은 정확한 값을 나타내지 않는다. 이러한 특성값은 제조회사에 따라 다를 뿐만아니라 한 조각의 숯이라도 채취한 부위에 따라 크게 달랐다. 따라서, 우리나라 전통숯의 정량적 특성값을 제시하는 일은 쉽지 않고 흡착제나 특수한 용도로 응용하기 위하여는 각각의 목적에 맞는 일정 수준의 성능을 갖도록 품질기준을 제시할 필요가 있다.


Surface morphology and adsorption characteristics of black and white charcoals prepared from Korean traditional kiln were quantitatively analyzed. TGA and elemental analysis of charcoals were different from produced kiln, and thermal degradation temperature and carbon content of white charcoals were apparently higher than those of black charcoals. Surface morphology shows the activation progressed through the longitudinal direction of woods and new micropores were developed to radial direction on the surface of macropores as the furthermore activation resulting in the pore connection. BET adsorption isotherms show that there are low-pressure hysteresis due to the no desorption of adsorbates, which resulted in unique Type of charcoals overlapping Type I and Type IV. Such a low-pressure hysteresis is occurred from expansion of adsorbates, which were embedded in the micropore entrances and did not get out during the desorption run. The characteristics of charcoals such as specific surface area and pore size distribution did not show correct values depending on not only produced company but also sampling sites of one piece of charcoal. Therefore, it is not easy to suggest the quantitative characteristics of charcoals prepared from Korean traditional kiln. On the other hand, preparation the quality standard of charcoal is necessary for their special uses such as adsorbent.

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6PEMFC 고분자 막의 전기화학적 열화과정에서 OCV 감소 및 회복 거동을 통한 비가역적 열화 연구

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 217-222 (6 pages)

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고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 고분자 막의 전기화학적 내구성을 가속적으로 평가하는 개회로 전위 유지(OCV holding) 과정에서 OCV 변화 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 내구성이 각기 다른 세 종류의 MEA(membrane electrode assembly)의 실험데이터를 이용한 실험식을 만들어 비교 및 검토하였다. 막 내부에 라디칼 제거제가 없는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 383 h, 막 내부에 라디칼 제거제가 있는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 각각 1,000, 1,650 h이었다. 고분자 막의 열화는 활성화에 의해 회복이 가능한 가역적 열화와 회복이 되지 않은 비가역적 열화로 구분했다. 고분자 막의 비가역적 열화는 수소투과도 증가로 나타나는데 수소투과도 변화가 세 MEA 모두 비가역적 열화 상수 c와 유사한 형태를 보였다. 회복이 되지 않은 비가역적 열화가 시작되는 것은 수소투과도 증가로 나타나고, 수소투과도 증가로 인해 OCV가 회복되지 않아서 OCV 회복선의 기울기가 감소하고 이를 실험식의 상수 c 값의 증가로 확인할 수 있었다.


It is very important to analyze the OCV change behavior during the open circuit potential holding (OCV holding) process, which accelerates the evaluation of the electrochemical durability of the PEMFC membrane. In this study, an empirical formula using the experimental data of three MEAs with different durability was created and compared. The durability evaluation time of the reinforced membrane MEA without radical scavenger inside the membrane was 383 h, and the durability evaluation time of the reinforced membrane MEA with radical scavenger inside the membrane was 1,000 and 1,650 h, respectively. The degradation of the membrane was divided into the reversible degradation that can be recovered by activation and the irreversible degradation that is not recovered. The irreversible degradation of the membrane was indicated by an increase in hydrogen permeability, and the change in hydrogen permeability was similar to the irreversible degradation constant c of all three MEAs. The initiation of irreversible deterioration without recovery is indicated by an increase in hydrogen permeability, and the OCV is not recovered due to an increase in hydrogen permeability, so the slope of the OCV recovery line (ORL) decreases, which can be confirmed by an increase in the constant c value of the empirical formula.

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7주성분 분석과 서포트 벡터 머신을 이용한 폴리스티렌 중합 반응기 이상 진단 모델 개발

저자 : 정연수 ( Yeonsu Jeong ) , 이창준 ( Chang Jun Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 223-228 (6 pages)

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화학공정에서 의도되지 않게 발생하는 이상은 큰 사고를 유발할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 신속하게 이상의 원인을 감지하고 판별하는 이상 진단 모델이 필요하다. 하지만, 이상 진단을 연구하는 대부분 연구의 경우, 상용프로그램에서 공정 시뮬레이션을 이용하여 이상 데이터를 생성하고 이를 이용하여 연구한 방법론을 적용하고 있다. 이는 실제 공정상에서 이상을 포함하는 실제 데이터를 얻는 데 많은 제약이 있음을 의미한다. 본 연구에서는 실제 폴리스티렌 반응기에서 얻은 이상 데이터와 정상 데이터를 분석하여 적절한 이상 진단 모델을 설계하고자 하였다. 먼저, 정상 데이터를 분석하여 세 가지의 조업 모드가 존재함을 확인하였으며, 모드 판별을 위한 모델을 SVM (Support Vector Machine)을 이용하여 만들었다. 각 조업 모드 별로 PCA (Principal Component Analysis)를 이용하여 이상 진단 모델을 만들었으며, 실제 이상 데이터를 이용하여 계산한 결과 신속하게 이상을 진단할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 모델을 통해, 실제 사고가 발생하는 경우 신속한 대처가 가능하며, 이는 잠재적인 손실의 감소에 기여할 수 있음을 의미한다.


In chemical processes, unintended faults can make serious accidents. To tackle them, proper fault diagnosis models should be designed to identify the root cause of faults. To design a fault diagnosis model, a process and its data should be analyzed. However, most previous researches in the field of fault diagnosis just handle the data set of benchmark processes simulated on commercial programs. It indicates that it is really hard to get fresh data sets on real processes. In this study, real faulty conditions of an industrial polystyrene process are tested. In this process, a runaway reaction occurred and this caused a large loss since operators were late aware of the occurrence of this accident. To design a proper fault diagnosis model, we analyzed this process and a real accident data set. At first, a mode classification model based on support vector machine (SVM) was trained and principal component analysis (PCA) model for each mode was constructed under normal operation conditions. The results show that a proposed model can quickly diagnose the occurrence of a fault and they indicate that this model is able to reduce the potential loss.

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8부유 및 퇴적의 분체 조건이 화재폭발 특성에 미치는 영향

저자 : 한우섭 ( Ou-sup Han ) , 서동현 ( Dong-hyun Seo ) , 최이락 ( Yi-rac Choi ) , 임진호 ( Jin-ho Lim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 229-236 (8 pages)

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동일 분체특성의 분진이 평균입경, 농도, 분진조건(부유 또는 퇴적) 변화에 따른 화재폭발 위험성을 조사하였다. 이를 위해 20L분진폭발시험장치, 열중량분석장치, 연소속도시험장치(UN시험법)를 사용하였다. 4종 분진(Sugar, Mg, Al, Zr)의 입경이 서로 다른 8개 분진 시료에 대하여 부유 분진의 폭발특성과 화염전파속도(FPV), 그리고 퇴적분진의 화염확산속도(FSV)를 조사하였다. 부유 분진 조건에서 Mg 및 Al 분진은 입경이 감소하면 폭발 위험성이 증가하였지만, Sugar는 입경 변화에 따른 폭발 위험성의 영향이 거의 나타나지 않았다. 부유 분진의 화염전파속도(FPV)는 마이크로 범위에서의 입경 변화보다 마이크로에서 나노로 입경이 감소하면 크게 증가하였다. 퇴적층의 화염확산속도(FSV)는 수평면(기울기 0°)보다 경사면(기울기 30°)에서 증가하는 경향을 나타냈으며, 경사면(기울기 30°) 퇴적층 조건에서는 상방 전파가 하방 전파보다 높게 나타났다.


An experimental investigation was conducted on the influences of median size, dust concentration, dust condition (cloud and layer) for the fire and explosion hazard assessment of dusts with the same powder property. For this purpose, tests have been performed in accordance with 20 L explosion sphere, thermogravi- metric analyze, combustion rate tester (UN method). We investigated the explosion characteristics and flame propagation velocity (FPV) in dust cloud and the flame spread velocity(FSV) over dust layer on 8 dust samples with different particle sizes of 4 types of dusts (Sugar, Mg, Al, Zr). An explosion hazard increased with decreasing particle size in Mg and Al dust clouds, but sugar did not show the effect of explosion hazard due to particle size change in dust clouds. The flame propagation velocity (FPV) of suspended dusts increased significantly when the particle size decreased from micro to nano than the variation of particle size in micro range. The flame spread velocity (FSV) over dust layer showed a tendency to increase over the inclined dust layers (30° slope) rather than the horizontal dust layers (0° slope). The flame spread rate (FSV) over dust layers increased on the inclined dust layer (30° slope) rather than the horizontal dust layer (0° slope) and was higher upward flame than the downward flame in condition of inclined dust layers(30° slope).

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9잔류 용매 제거를 위한 (+)-dihydromyricetin의 에탄올 전처리 건조

저자 : 이희건 ( Hee-gun Lee ) , 김진현 ( Jin-hyun Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 237-242 (6 pages)

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본 연구에서는 정제된(+)-dihydromyricetin로부터 잔류 용매를 효과적으로 제거할 수 있는 건조 방법을 개발하였다. 에탄올 전 처리를 통한 회전 증발(rotary evaporation)에 의해 잔류 아세톤 농도를 ICH 규정치(5,000 ppm) 이하로 효율적으로 제거하였다. 또한 잔류 에탄올 역시 물 첨가를 통한 회전 증발로 ICH 규정치(5,000 ppm)를 충족시켰으며 잔류 수분 함량은 4% 이내였다. 모든 건조 온도(35, 45, 55 ℃)에서 잔류 용매는 건조 초기에 급격히 제거되었으며 건조 효율은 건조 온도가 높을수록 증가하였다. 건조 메커니즘 조사 결과, 에탄올 전 처리에 의한 잔류 용매 제거는 아세톤-에탄올 혼합물의 높은 증기압과 아세톤-에탄올 간의 수소 결합과 연관됨을 알 수 있었다.


In this study, a drying method that can effectively remove residual solvent from (+)-dihydromyricetin was developed. Residual acetone concentration was efficiently removed below ICH-specified value (5,000 ppm) by simple rotary evaporation with ethanol pretreatment. In addition, the residual ethanol met the ICH-specified value (5,000 ppm) by simple rotary evaporation through the addition of water, and the residual moisture also met the specified value (<4%) for active pharmaceutical ingredients. At all the drying temperature (35, 45, and 55 ℃), a large amount of the residual solvent was initially removed during the drying, and the drying efficiency increased when increasing the drying temperature. Removal of residual solvent by ethanol pretreatment was shown to be related to high vapor pressure of acetone-ethanol mixture and hydrogen bonding between acetone and ethanol.

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10정전발전 기반 바람에너지 수확장치의 최적화 및 고전압 생성을 위한 활용 방안

저자 : 장순민 ( Sunmin Jang ) , 라윤상 ( Yoonsang Ra ) , 조수민 ( Sumin Cho ) , 감동익 ( Dongik Kam ) , 신동진 ( Dongjin Shin ) , 이희규 ( Heegyu Lee ) , 최부희 ( Buhee Choi ) , 이세혁 ( Sae Hyuk Lee ) , 차경제 ( Kyoung Je Cha ) , 서경덕 ( Kyoung Duck Seo ) , 김형우 ( Hyung Woo Kim ) , 최동휘 ( Don

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 243-248 (6 pages)

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휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.


As the scope of use of portable and wearable electronic devices is expanding, the limitations of heavy and bulky solid-state batteries are being revealed. Given that, it is urgent to develop a small energy harvesting device that can partially share the role of a battery and the utilization of energy sources that are thrown away in daily life is becoming more important. Contact electrification, which generates electricity based on the coupling of the triboelectric effect and electrical induction when the two material surfaces are in contact and separated, can effectively harvest the physical and mechanical energy sources existing in the surrounding environment without going through a complicated intermediate process. Recently, the interest in the harvest and utilization of wind energy is growing since the wind is an infinitely ecofriendly energy source among the various environmental energy sources that exist in human surroundings. In this study, the optimization of the energy harvesting device for the effective harvest of wind energy based on the contact electrification was analyzed and then, the utilization strategy to maximize the utilization of the generated electricity was investigated. Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG) using fluttering film was developed, and design optimization was conducted. Moreover, the safe high voltage generation system was developed and a plan for application in the field requiring high voltage was proposed by highlighting the unique characteristics of TENG that generates low current and high voltage. In this respect, the result of this study demonstrates that a portable energy harvesting device based on the contact electrification shows great potential as a strategy to harvest wind energy thrown away in daily life and use it widely in fields requiring high voltage.

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1In Vitro Evaluation of Antioxidant Potential of Date Palm Collected in Algeria using Electrochemical and Spectrophotometrical Techniques

저자 : Cheyma Bensaci , Zineb Ghiaba , Messaouda Dakmouche , Assia Belfar , Mahdi Belguidoum , Fatima Zohra Bentebba , Mokhtar Saidi , Mohamed Hadjadj

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 153-158 (6 pages)

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In this study, we will determined the total phenolic content (TPC) and the antioxidant activity of the methanolic extract (ME) of date palm (Phoenix dactylifera. L) fruits (DPF) of four native cultivars from Algeria: Ghars (Gh), Chtaya (Cht), DeglaBeïda (DB) and Tinissine (Tns). The TPC of ME of DPF was measured by using Folin-Ciocalteu. Thereafter, the antioxidant capacity of various extracts was determined using DPPH test, reducing power and superoxide anion test. These results showed that dates had strongly scavenging activity on DPPH. The value of IC50 for DPPH radical test was 0.077 mg/ml in Cht. Also, Cht cultivar showed the best-reducing power, which was significantly higher than the other varieties. The less IC50 value in cyclic voltammetry method (CV), which meets the highest effective antioxidant, was 0.006 mg/ml in methanolic extract of Cht.

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2CNT Fibers의 전기화학적 특성 및 비효소적 글루코스 검출 성능 고찰

저자 : 송민정 ( Min-jung Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 159-164 (6 pages)

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부착형(attachable) 타입의 웨어러블 디바이스 적용을 위한 패브릭(fabric)이나 텍스처(textiles) 타입의 고성능 전극 소재 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 유연 전극 소재로 탄소나노튜브 섬유(CNT fibers)를 응용하고 자, CNT fibers의 전기화학적 특성과 이를 적용한 비효소적 글루코스 센싱 성능을 확인하였다. CNT fibers의 표면 구조는 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성 및 센싱 성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. CNT fibers 전극은 낮은 capacitive current와 산화-환원 화학종과 전극 계면 간의 효율적인 direct electron transfer에 의한 우수한 electrochemical activity 등 향상된 전기화학적 특성으로 인해 높은 감도와 넓은 선형 농도 범위, 그리고 낮은 검출 한계 등 우수한 센싱 특성을 보였다. 따라서, 본 연구는 CNT fibers 기반의 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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3마이크로미터 크기의 실리카 입자를 이용한 UV 경화형 눈부심 방지 코팅 필름 제조

저자 : 김태형 ( Tae Hyoung Kim ) , 송기창 ( Ki Chang Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 165-173 (9 pages)

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눈부심 방지(Anti-glare, AG) 코팅 필름은 액정 디스플레이, LED 조명, 터치 패널 등 다양한 디스플레이 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 UV 경화형 코팅 용액 내에 충전제로써 마이크로미터 크기의 실리카 입자를 첨가하여 눈부심 방지 효과를 부여하고자 하였다. 이 과정 중 실리카 입자의 크기, 함유량, 교반 시간, 다른 크기의 실리카 입자의 혼합 비율이 코팅 도막의 haze 값과 가시광선 투과도에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 실리카 입자의 크기가 클수록, 또한 실리카 입자의 함유량이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 가시광선 투과도는 감소하였다. 반면 교반 시간은 haze 값과 투과도에 큰 영향을 주지 못하였다. 또한 큰 크기의 실리카의 혼합 비율이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 이와 반대로 가시광선 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

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4Fabrication of K-PHI Zeolite Coated Alumina Hollow Fiber Membrane and Study on Removal Characteristics of Metal Ions in Lignin Wastewater

저자 : Xuelong Zhuang , Min Chang Shin , Byeong Jun Jeong , Seung Hwan Lee , Jung Hoon Park

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 174-179 (6 pages)

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Recently, hybrid coal research is underway to upgrade low-grade coal. The hybrid coal is made by mixing low-grade coal with bioliquids such as molasses, sugar cane, and lignin. In the case of lignin used here, a large amount of lignin is included in the wastewater of the papermaking process, and thus, research on hybrid coal production using the same is attracting attention. However, since a large amount of metal ions are contained in the lignin wastewater from the papermaking process, substances that corrode the generator are generated during combustion, and the amount of fly ash is increased. To solve this problem, it is essential to remove metal ions in the lignin wastewater. In this study, metal ions were removed by ion exchange with a alumina hollow fiber membrane coated with K-Phillipsite (K-PHI) zeolite. The alumina hollow fiber membrane used as the support was prepared by the nonsolvent induced phase separation (NIPS) method, and K-PHI seeds were prepared by hydrothermal synthesis. The prepared K-PHI seed was seeded on the surface of the support and coated by secondary growth hydrothermal synthesis. The characteristic of prepared coating membrane was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDX), and the concentration of metal ions before and after ion exchange was measured by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES). The extraction amount of K+ is 86 mg/kg, and the extraction amount of Na+ is 54.9 mg/kg. Therefore, K-PHI zeolite membrane has the potential to remove potassium and sodium ions from the solution and can be used in acidic lignin wastewater.

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5발사체 고체추진제의 저장 및 시험 시 안전거리 산정에 관한 연구

저자 : 신안태 ( Ahn-tae Shin ) , 박병문 ( Byung-mun Park ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 180-185 (6 pages)

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한-미 미사일지침 개정으로 우주발사체에 대한 고체추진제 사용 제한이 완전히 해제 됐다. 고체추진제는 1단형 과학로켓 KSR-1과 같이 고체추진제 로켓으로 활용 가능하고, 액체연료 발사체의 추력증강 부스터로도 활용 가능하다. 고체추진제는 액체추진제에 비하여 폭발 위험성이 낮은 장점이 있지만 브라질 알칸타라 발사장 폭발사고와 같이 사고가 일어나면 대형 인명사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 대형 인명사고를 예방하기 위해서는 고체추진제의 저장 및 시험 시 최소한의 안전거리에 대한 검토가 사업의 기획단계 부터 검토되고 반영 되어야 한다. 본 논문에서는 발사체 고체추진제를 안전하게 사용하기 위한 최소한의 안전거리를 저장시설과 시험 시로 구분하여 산정 기준 및 사례를 제시하였다.

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6Fuzzy 가중치를 반영한 배출 저감 규제의 타당성 분석

저자 : 윤종수 ( Daniel Jongsoo Yoon ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 186-190 (5 pages)

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규제당국은 유해 물질 배출을 저감 하는 규제를 시행하면서, 규제 이행에 따른 다양한 활동의 편익/비용 비율로 그 타당성을 제시한다. 그리고 비율 산정과정에서 규제 관련 속성의 중요도 가중치를 반영한다. 그런데, 전문가들은 가중치 설문 응답에서 애매함을 보이고 있으며, 정확한 의사 결정을 위해서는 이를 제거해야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 퍼지-계층화 방법론을 이용하여 타당성여부를 적용하고, 이를 2019년 11월 시행된 우리나라의 '배출 저감 계획'규제 타당성 평가에 적용하였다.

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7머신 러닝과 데이터 전처리를 활용한 증류탑 온도 예측

저자 : 이예찬 ( Yechan Lee ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 191-199 (9 pages)

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화학 공정의 주요 설비 중 하나인 증류탑은 물질들의 끓는점 차이를 이용하여 혼합물에서 원하는 생산물을 분리하는 설비이며 증류 공정은 많은 에너지가 소비되기 때문에 최적화 및 운전 예측이 필요하다. 본 연구의 대상 공정은 공급처에 따라 원료의 조성이 일정하지 않아 정상 상태로 운전이 어려워 효율적인 운전이 어렵다. 이를 해결하기 위해 데이터 기반 예측 모델을 이용하여 운전 조건을 예측 할 수 있다. 하지만 미가공 공정 데이터에는 이상치 및 노이즈가 포함되어 있어 예측 성능을 향상시키기 위해 데이터 전처리가 필요하다. 본 연구에서는 인공 신경망 모델인 Long shortterm memory (LSTM)과 Random forest (RF)를 사용하여 모델을 최적화한 후, 데이터 전처리 방법으로 Low-pass filter와 One-class support vector machine을 사용하여 데이터 전처리 방법 및 범위에 따른 예측 성능을 비교하였다. 각 모델의 예측 성능과 데이터 전처리의 영향은 R2과 RMSE를 사용하여 비교하였다. 본 연구의 결과, 전처리를 통해 LSTM의 경우 R2은 0.791에서 0.977으로 RMSE는 0.132에서 0.029로 각각 23.5%, 78.0% 향상되었고, RF의 경우 R2은 0.767에서 0.938으로 RMSE는 0.140에서 0.050으로 각각 22.3%, 64.3% 향상되었다.

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8액화천연가스(LNG)를 사용한 수소 생산 및 액화 공정 개발

저자 : 노원준 ( Wonjun Noh ) , 박시환 ( Sihwan Park ) , 이인규 ( Inkyu Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 200-208 (9 pages)

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액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.

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9해수 이용 LNG 재기화 공정의 딥러닝과 AutoML을 이용한 동적모델링

저자 : 신용범 ( Yongbeom Shin ) , 유상우 ( Sangwoo Yoo ) , 곽동호 ( Dongho Kwak ) , 이나경 ( Nagyeong Lee ) , 신동일 ( Dongil Shin )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 209-218 (10 pages)

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ORV의 열교환 효율 향상 및 운전 최적화를 위한, first principle 기반 모델링 연구들이 수행되어왔지만, ORV의 열전달 계수는 시간, 위치에 따라 불규칙한 시스템으로, 복잡한 모델링 과정을 거친다. 본 연구는 복잡한 시스템에 대한 데이터 기반 모델링의 실효성을 확인하고자, LNG 재기화 공정의 실제 운전데이터를 이용해, ORV의 해수 유량, 해수 온도, LNG 유량 변화에 따른 토출 NG 온도 및 토출 해수 온도의 동적 변화 예측이 가능한, FNN, LSTM 및 AutoML 기반 모델링을 진행하였다. 예측 정확도는 MSE 기준 LSTM > AutoML > FNN 순으로 좋은 성능을 보였다. 기계학습 모델의 자동설계 방법인 AutoML의 성능은 개발된 FNN보다 뛰어났으며, 모델 개발 전체소요시간은 복잡한 모델인 LSTM 대비 1/15로 크게 차이를 보여 AutoML의 활용 가능성을 보였다. LSTM과 AutoML을 이용한 토출 NG 및 토출 해수 온도의 예측은 0.5 K 미만의 오차를 보였다. 예측모델을 활용해, 겨울철 ORV를 이용해 처리 가능한 LNG 기화량의 실시간 최적화를 수행하여, 기존 대비 최대 23.5%의 LNG를 추가 처리 가능함을 확인하였고, 개발된 동적 예측모델 기반의 ORV 최적 운전 가이드라인을 제시하였다.

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10Evaluation of Water Softening with the Removal of Calcium Ion by Ion Flotation Approach

저자 : Azadeh Mafi , Gholam Khayati

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 219-224 (6 pages)

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Ion flotation is an efficient method to remove metal ions from aqueous solution. In this work, ion flotation was applied to calcium removal from aqueous solution. The parameters used included sodium stearate (SS) and sodium dodecyl sulfate (SDS) as collectors, 1-butanol and 1-propanol as frothers, pH, and air-flow rate. An L16 orthogonal array was chosen according to the mentioned factors and levels, and experimental tests were conducted according to the Taguchi orthogonal array. The results showed that all of the factors except one had significant effect on the flotation performance. The percentage contribution of parameters showed that type of frother and type of collector made the greatest (43.14%) and the lowest (9.86%) contribution, respectively. In optimal conditions, the recovery of Ca (II) ion was 45.67%. Also, the results illustrated that the Taguchi method could predict calcium removal from aqueous solution by ion flotation with 2.63%. This study showed that the use of ion flotation was an effective method for Ca (II) ion removal from aqueous solution.

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