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한국화학공학회> 화학공학> CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계

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CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계

Design of Hazardous Fume Exhaust System in Vacuum Pressure Impregnation Process Using CFD

장준규 ( Jungyu Jang ) , 유엽 ( Yup Yoo ) , 박현도 ( Hyundo Park ) , 문일 ( Il Moon ) , 임백규 ( Baekgyu Lim ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 조형태 ( Hyungtae Cho )
  • : 한국화학공학회
  • : 화학공학 59권4호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 11월
  • : 523-533(11pages)
화학공학

DOI


목차

1. 서 론
2. 공정 개요 및 CFD 시뮬레이션
3. 결과 및 해석
4. 결 론
감 사
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진공가압함침공정(Vacuum Pressure Impregnation, VPI)은 발전기, 전동기 등 대형 회전기에 사용되는 고정자 권선에 에폭시 계열의 레진을 코팅시켜 물성을 강화하는 공정이다. VPI 공정 중 진공과 가압과정에서 에폭시 레진의 기화에 의해 레진 가스가 발생하고, 함침공정이 끝나고 경화를 위해 탱크 개방 시 레진 가스가 제거되지 않고 탱크 밖으로 유출된다. 유출된 레진 가스가 작업장 전체에 확산 시 화재, 폭발 및 호흡기 문제와 같은 안전 환경 문제가 있으므로 공정 내 레진 가스 배출시스템이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 VPI 공정에서 발생한 레진 가스를 배출하는 시스템을 설계하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 공기 유입구·배출구의 위치에 따른 배출효율에 대한 사례연구를 진행하였다. 본 연구의 최적의 배출시스템을 활용 시 1,800초 이내 90%이상의 레진 가스를 배출할 수 있으며, 레진 가스의 폭발하한계(Low Explosive Limit, LEL)이하로 레진 가스의 분율을 낮출 수 있었다.
Vacuum Pressure Impregnation (VPI) is a process that enhances physical properties by coating some types of epoxy resins on windings of stator used in large rotators such as generators and motors. During vacuum and pressurization of the VPI process, resin gas is generated by vaporization of epoxy resin. When the tank is opened for curing after finishing impregnation, resin gas is leaked out of the tank. If the leaked resin gas spreads throughout the workplace, there are safety and environmental problems such as fire, explosion and respiratory problems. So, exhaust system for resin gas is required during the process. In this study, a case study of exhaust efficiency by location of vent was conducted using Computational Fluid Dynamics (CFD) in order to design a system for exhausting resin gas generated by the VPI process. The optimal exhaust system of this study allowed more than 90% of resin gas to be exhausted within 1,800 seconds and reduced the fraction of resin gas below the Low Explosive Limit (LEL).

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2022-500-000908522

간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 계간
  • : 0304-128x
  • : 2233-9558
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1963-2022
  • : 5344


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60권1호(2022년 02월) 수록논문
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1Polyaniline을 이용한 CNT fiber 유연 전극 기반의 비효소적 글루코스 검출

저자 : 송민정 ( Min-jung Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-6 (6 pages)

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최근 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 증가하면서 유연 전극 소재 개발에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 헬스케어용 웨어러블 센서들은 체온이나 심장 박동, 혈당, 혈중 산소 농도 등 신체 정보들의 실시간·지속적인 모니터링과 정확한 진단, 검출이 가능해야 하기 때문에 고성능 유연 전극 소재의 개발이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber; CNT fiber) 기반의 유연 전극 소재의 성능을 개선시키기 위해 CNT fiber 위에 전기화학적 중합(electrochemical polymerization) 공정을 통해 polyaniline (PANI) layer를 합성하고, 이에 대한 전기화학적 특성 분석과 비효소적 글루코스(glucose) 검출 특성을 확인하였다. 제작된 PANI/CNT fiber 전극의 표면 분석은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 진행되었으며, 전극의 전기화학적 특성 및 글루코스에 대한 센싱 성능은 시간대전류법(CA)과 순환전압 전류법(CV), 전기화학 임피던스법(EIS)을 이용하여 분석되었다. PANI/CNT fiber 전극의 전기화학적 특성은 bare CNT fiber 전극에 비해 작은 electron transfer resistance와 낮은 peak separation potential, 증가된 전극 면적을 나타내며, 이런 향상된 특성들 덕분에 글루코스 검출에 대한 센싱 성능이 개선되었다. 따라서, 본 연구를 기반으로 다양한 나노구조체를 도입하고 접목을 통해 고성능 CNT fiber 기반의 유연 전극 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.


As the demand for wearable devices increases, many studies have been studied on the development of flexible electrode materials recently. In particular, the development of high-performance flexible electrode materials is very important for wearable sensors for healthcare because it is necessary to continuously monitor and accurately detect body information such as body temperature, heart rate, blood glucose, and oxygen concentration in real time. In this study, we fabricated the nonenzymatic glucose sensor based on polyaniline/carbon nanotube fiber (PANI/CNT fiber) electrode. PANI layer was synthesized on the flexible CNT fiber electrode through electrochemical polymerization process in order to improve the performance of a flexible CNT fiber based electrode material. Surface morphology of the PANI/CNT fiber electrode was observed by scanning electron microscopy. And its electrochemical characteristics were investigated by chronoamperometry, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy. Compared to bare CNT fiber electrode, this PANI/CNT fiber electrode exhibited small electron transfer resistance, low peak separation potential and large surface area, resulting in enhanced sensing properties for glucose such as wide linear range (0.024~0.39 and 1.56~50 mM), high sensitivity (52.91 and 2.24 μA/mM·cm2), low detection limit (2 μM) and good selectivity. Therefore, it is expected that it will be possible to develop high performance CNT fiber based flexible electrode materials using various nanomaterials.

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2PEMFC 고분자막의 어닐링 온도가 내구성에 미치는 영향

저자 : 이미화 ( Mihwa Lee ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박유준 ( Yujun Park ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 7-11 (5 pages)

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고분자전해질 연료전지의(PEMFC)의 제막 과정에서 성능 및 내구성을 위해 건조와 어닐링의 열처리 과정이 필요하다. 본 연구에서는 고분자막 내구성 향상을 위한 최적의 어닐링 온도에 대해 연구하였다. 125~175 ℃ 온도 범위에서 어닐링하였고, 각 어닐링 온도에서 내구성의 기초 자료로 열 안정성 및 수소투과도를 측정하였다. 펜톤 반응과 OCV holding에 의해 전기화학적 내구성을 분석했다. 165 ℃ 어닐링 온도가 열 안정성과 수소투과도 면에서 최적의 온도였다. 펜톤 반응에서 165 ℃에서 어닐링한 막의 불소유출속도가 제일 낮고, OCV holding 실험에서도 165 ℃에서 어닐링한 막의 수명이 제일 길어, 165 ℃가 고분자막의 내구성을 위한 최적의 온도임을 확인했다.


In the membrane forming process of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), drying and annealing heat treatment processes are required for performance and durability. In this study, the optimal annealing temperature for improving the durability of the polymer membrane was studied. It was annealed in the temperature range of 125~175 ℃, and thermal stability and hydrogen permeability were measured as basic data of durability at each annealing temperature. The electrochemical durability was analyzed by Fenton reaction and open circuit voltage (OCV) holding. The annealing temperature of 165 ℃ was the optimal temperature in terms of thermal stability and hydrogen permeability. In the Fenton reaction, the fluorine emission rate of the membrane annealed at 165 ℃ was the lowest, and the lifespan of the membrane annealed at 165 ℃ was the longest in the OCV holding experiment, confirming that 165 ℃ was the optimal temperature for the durability of the polymer membrane.

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3Cathode 개방형 고분자연료전지 스택 내구성 평가

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 김현석 ( Hyeonsuck Kim ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 12-19 (8 pages)

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소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다.


Cathode open-type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) stacks, which are widely used in small transport-type PEMFC, have a problem with poor durability. Through the accelerated durability test of the 13-cell PEMFC stack, we tried to find the cause of the degradation of the stack and to contribute to the improvement of the durability of the cathode open stack. A hydrogen/air boundary is formed during start-up/shut-down (SU/SD) due to the structural problem of the cathode open stack in which the cathode is open to the atmosphere and it is difficult to maintain airtightness, thereby deteriorating the cathode. In this study, it was possible to evaluate the durability in a relatively short time by reducing the 54% of the initial performance by repeating SU/SD 1,800 times on the cathode open stack. After dismantling the stack, each cell was divided into two and the performance was analyzed. Overall, the anode outlet MEA, which facilitates air inflow, showed more severe electrode deterioration than the inlet MEA, confirming that the hydrogen/air boundary formation during SU/SD is the main cause of degradation.

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4고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박민정 ( Minjeong Park ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 20-24 (5 pages)

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고분자전해질 연료전지 (PEMFC) 장기 사용과정에서 스택요소의 부식 및 공급 가스의 오염에 의해 막전극 합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.


In the process of long-term use of PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells), chemical degradation of membrane electrode assembly (MEA) occurs due to corrosion of stack elements and contamination of supply gas. In this study, we investigated whether chemically degraded MEA can be recovered by acid washing. The performance was measured and compared in a PEMFC cell after contamination with iron ions and washing with an aqueous sulfuric acid solution. The performance was reduced by about 25% by 0.5 ppm iron ion contamination, and 97.1% performance recovery was possible by washing of 0.15 M sulfuric acid. The membrane resistance was increased due to iron ion contamination of the polymer membrane, and the ionic conductivity was restored by washing the iron ions from the membrane while minimizing the loss of the electrode catalyst by washing with a low-concentration sulfuric acid aqueous solution. The possibility of solving the decrease in durability caused by chemical contamination of PEMFC MEA by the acid washing was confirmed.

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5스팀 절감량 예측을 위한 흑액 다중 효용 증발 공정 모델 개발

저자 : 김유림 ( Yurim Kim ) , 임종훈 ( Jonghun Lim ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 김태복 ( Taebok Kim ) , 박한신 ( Hansin Park ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 25-33 (9 pages)

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본 연구에서는 흑액 증발공정에 소비되는 스팀의 절감량을 예측하기 위해 증발기 수에 따른 다중 효용 증발공정 모델을 개발하였다. 개발한 공정 모델은 흑액의 예열 및 증발 과정으로 구성되어 있고, 스팀 사용량을 예측하기 위해 가상의 재비기가 추가되었다. 시뮬레이션 결과, 2중 효용 증발기에서 스팀 사용량은 48.9% 감소하였고, 증발기 수가 증가함에 따라 스팀 사용량이 감소하여 8중 효용 증발기에서 최대 76.5% 감소함을 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 증발기 수에 따른 포화증기의 잠열 회수량, 스팀 사용량, 각 증발기의 포화증기 생산량으로 분석하여 최적의 증발기 수 도출을 위한 방안을 제시하였다.


This study developed the black liquor evaporation process models using the multiple-effect-evaporator according to the number of effects to predict steam consumption. The developed models were divided into the black liquor preheating and evaporation processes, and a virtual reboiler was added to predict steam consumption. In simulation results, the steam consumption in the double-effect-evaporator was decreased by 48.9 %, and as the number of effects increased, the steam consumption was decreased. Finally, the steam consumption in the octuple-effectevaporator was decreased by 61.2 %. Also, this study suggests a strategy for deriving the optimal number of effects in the process by analyzing the latent heat recovered from the saturated vapor produced in the multiple-effect-evaporator and the amount of saturated vapor produced by each effect.

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6재생에너지 기반 청정 수소 운송 에너지 시스템 모사 연구

저자 : 이준헌 ( Joon Heon Lee ) , 류준형 ( Jun-hyung Ryu )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 34-50 (17 pages)

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파리 기후 협약 이후 온실 가스 감축은 전세계적으로 가장 중요한 문제이다. 특히 상당한 온실 가스를 배출하는 교통운송 부문의 화석 연료 감축이 시급하다. 본 논문에서는 이에 대한 대안으로 재생에너지원에서 생산된 전기 에너지로 수소를 생산하여 수소 자동차에 연료로 공급하는 그린 모빌리티 에너지 시스템의 경제성을 검토하였다. 시스템 설계에 필요한 재생에너지 발전, 수전해 통한 수소 생산, 수소 저장과 충전소 등 여러가지 결정사항들에 대해 9 가지 시나리오를 구성하여 그에 대한 최적 설계 및 운영 비용을 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 경험은 현실적 수소 에너지 시스템을 구축하는데 활용될 수 있을 것이다.


Since the Paris climate agreement, reducing greenhouse gases has been the most important global issue. In particular, it is necessary to reduce fossil fuels in the mobility sector, which accounts for a significant portion of total greenhouse gas emissions. In this paper, we investigated the economic feasibility of green mobility energy supply chains, which supply hydrogen as fuel to hydrogen vehicles based on electricity from renewable energy sources. The design and operation costs were analyzed by evaluating nine scenarios representing various combinatorial possibilities such as renewable energy generation, hydrogen production through water electrolytes, hydrogen storage and hydrogen refueling stations. Simulation calculations were made using Homer Pro, widely used commercial software in the field. The experience gained in this study could be further utilized to construct actual hydrogen energy systems.

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7Mathematical Modelling and Simulation of CO2 Removal from Natural Gas Using Hollow Fibre Membrane Modules

저자 : Boram Gu

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 51-61 (11 pages)

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Gas separation via hollow fibre membrane modules (HFMM) is deemed to be a promising technology for natural gas sweetening, particularly for lowering the level of carbon dioxide (CO2) in natural gas, which can cause various problems during transportation and process operation. Separation performance via HFMM is affected by membrane properties, module specifications and operating conditions. In this study, a mathematical model for HFMM is developed, which can be used to assess the effects of the aforementioned variables on separation performance. Appropriate boundary conditions are imposed to resolve steady-state values of permeate variables and incorporated in the model equations via an iterative numerical procedure. The developed model is proven to be reliable via model validation against experimental data in the literature. Also, the model is capable of capturing axial variations of process variables as well as predicting key performance indicators. It can be extended to simulate a large-scale plant and identify an optimal process design and operating conditions for improved separation efficiency and reduced cost.

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8전기화학 증착법을 이용한 그래핀 개질 Indium Tin Oxide 전극 제작 및 효소 전극에 응용

저자 : 왕설 ( Xue Wang ) , 시키 ( Ke Shi ) , 김창준 ( Chang-joon Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 62-69 (8 pages)

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그래핀은 부피에 비해 표면적이 넓고 뛰어난 기계적 물성과 전기전도성을 가지며 생체적합성이 우수하다. 본 연구에서는 전기화학적 방법을 이용하여 indium tin oxide (ITO) 글래스 슬라이드 표면에 산화그래핀을 증착·환원시킨 전극을 제작하였고 그래핀으로 표면 개질된 ITO의 전기화학적 특성을 조사하였다. 산화그래핀의 증착과 환원에 순환전압전류법을 사용하였다. 주사전자현미경과 에너지 분산형 X-선 분광법을 사용하여 그래핀이 코팅된 ITO 표면을 관찰하였다. 순환전압전류법과 전기화학 임피던스 분광법을 사용하여 제작된 전극들의 전기화학 특성을 평가하였다. 사이클 수와 주사 속도는 산화그래핀 증착과 환원도에 상당한 영향을 미쳤으며 제작된 전극의 전기화학 특성도 달랐다. ITO 전극에 비하여 그래핀으로 표면 개질된 ITO는 전극 계면에서의 전하 전달 저항이 낮았고 더 많은 전류를 생산하였다. 그래핀으로 표면 개질된 ITO 표면에 고정화된 포도당 산화효소는 포도당을 산화시키며 성공적으로 전자들을 생성하였다.


Graphene has a large surface area to volume ratio and good mechanical and electrical property and biocompatibility. This study described the electrochemical deposition and reduction of graphene oxide on the surface of indium tin oxide (ITO) glass slide and electrochemical characterization of graphen-modified ITO. Cyclic voltammetry was used for the deposition and reduction of graphene oxide. The surface of graphen-coated ITO was characterized using scanning electron microscopy and energy dispesive X-ray spectroscopy. The electrodes were evaluated by performing cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The number of cycles and scan rate greatly influenced on the coverage and the degree of reduction of graphene oxide, thus affecting the electrochemical properties of electrodes. Modification of ITO with graphene generated higher current with lower charge transfer resistance at the electrode-electrolyte interface. Glucose oxidase was immobilized on the graphene-modified ITO and has been found to successfully generate electrons by oxidizing glucose.

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9Optimization and Packed Bed Column Studies on Esterification of Glycerol to Synthesize Fuel Additives - Acetins

저자 : Pradima J Britto , Rajeswari M Kulkarni , Archna Narula , Sunaina Poonacha , Rakshita Honnatagi , Sneha Shivanathan , Waasif Wahab

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 70-79 (10 pages)

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Biodiesel production has attracted attention as a sustainable source of fuel and is a competitive alternate to diesel engines. The glycerol that is produced as a by-product is generally discarded as waste and can be converted to green chemicals such as acetins to increase bio-diesel profitability. Acetins find application in fuel, food, pharmaceutical and leather industries. Batch experiments and analysis have been previously conducted for synthesis of acetins using glycerol esterification reaction aided by sulfated metal oxide catalysts (SO4 2-/CeO2-ZrO2). The aim of this study was to optimize process parameters: effects of mole ratio of reactants (glycerol and acetic acid), catalyst concentration and reaction temperature to maximize glycerol conversion/acetin selectivity. The optimum conditions for this reaction were determined using response surface methodology (RSM) designed as per a five-level-three-factor central composite design (CCD). Statistica software 10 was used to analyze the experimental data obtained. The optimized conditions obtained were molar ratio - 1:12, catalyst concentration - 6 wt.% and temperature -90 ℃. A packed bed reactor was fabricated and column studies were performed using the optimized conditions. The breakthrough curve was analyzed.

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10Eosin Biosorption from Aqueous Solution on Two Types of Activated Sludge

저자 : Farsi Cherifa , Cherifi Hakima , Yous Radhia , Hanini Salah , Khalladi Razika

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 80-85 (6 pages)

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In wastewater treatment processes huge quantities of sludge are produced continuously each year. This work investigated the reuse of two types of sludge as biosorbents of a toxic dye. The potential of granular and filamentous fungus dried sludge for the elimination of eosin from aqueous solution was studied in batch system. The effect of initial concentration and temperature was examined. Maximum uptake was observed at 100 mg l-1 and 30 ℃. The maximum removal rate was 92% for the granular sludge and 90% for the filamentous one. Equilibrium was attained after 30 min for the studied dye concentrations. The equilibrium uptake increased with the initial eosin concentration. The Freundlich and Langmuir adsorption models were also investigated. The reuse of disposed sludge as adsorbent could be a solution for the valorization of such dangerous waste to resolve two environmental problems at the same time.

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1메탈폼 지지체를 이용한 액체연료 분해반응 촉매의 흡열특성

저자 : 문정인 ( Jeongin Mun ) , 김나리 ( Nari Kim ) , 정병훈 ( Byunghun Jeong ) , 정지훈 ( Jihoon Jung )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 481-486 (6 pages)

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극초음속 비행체의 비행 중에 발생되는 열 문제를 해결하기 위해 탑재된 연료의 분해반응 시 나타나는 흡열효과를 이용하는 냉각기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HZSM-5를 촉매로 사용하여 n-dodecane 연료의 분해반응을 수행하였으며, 촉매 분해반응의 흡열효과를 극대화하고 코크생성을 억제하기 위해 촉매를 메탈폼에 코팅하였다. 반응기는 외경 1.27 cm의 스테인리스 스틸 흐름형 반응기를 사용하였다. HZSM-5를 메탈폼에 코팅한 촉매를 사용한 촉매 분해 반응 결과 흡열량은 최대 2887 kJ/kg, 기상전환율은 34% 이었으며, 메탈폼의 코크생성량은 촉매를 코팅함에 따라 촉매를 코팅하지 않은 것에 비해 약 56% 감소하였다.

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2피치로 코팅된 Nano Silicon Sheets/Graphite 음극복합소재의 전기화학적 특성

저자 : 이태헌 ( Tae Heon Lee ) , 이종대 ( Jong Dae Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 487-492 (6 pages)

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본 연구에서는 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. NaCl을 주형으로 하여 스토버 법 및 마그네슘 열 환원법을 통해 실리콘 시트를 제조하고, 양친성 물질인 SDBS로 흑연과 결합시켜 실리콘 시트/흑연을 합성하였다. THF를 용매로 석유계 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재를 제조하였고, 음극복합소재의 물리적 특성은 XRD, SEM, EDS와 TGA를 통해 분석하였다. 전기화학적 특성은 LiPF6 (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%)의 전해액을 사용해 전지를 제조하여, 충·방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 전기화학적 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 실리콘 조성이 증가함에 따라 방전 용량이 증가하였고, 장기 안정성은 감소하는 경향을 보였다. 30 wt% 실리콘 조성을 갖는 실리콘 시트/흑연 복합소재에 피치를 코팅한 음극복합소재는 1228.8 mAh/g의 높은 초기 방전 용량을 보였으며, 50사이클 이후 용량 유지율은 77%로 실리콘 시트/흑연 복합소재에 비해 안정성이 개선됨을 알 수 있었다.

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3Kinetics, Isotherm and Adsorption Mechanism Studies of Letrozole Loaded Modified and Biosynthesized Silver Nanoparticles as a Drug Delivery System: Comparison of Nonlinear and Linear Analysis

저자 : Mahsa Pourshaban , Elham Moniri , Raheleh Safaeijavan , Homayon Ahmad Panahi

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 493-502 (10 pages)

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We prepared and investigated a biosynthesized nanoparticulate system with high adsorption and release capacity of letrozole. Silver nanoparticles (AgNPs) were biosynthesized using olive leaf extract. Cysteine was capped AgNPs to increase the adsorption capacity and suitable interaction between nanoparticles and drug. Morphology and size of nanoparticles were confirmed using transmission electron microscopy (TEM). Nanoparticles were spherical with an average diameter of less than 100 nm. Cysteine capping was successfully confirmed by Fourier transform infrared resonance (FTIR) spectroscopy and elemental analysis (CHN). Also, the factors of letrozole adsorption were optimized and the linear and non-linear forms of isotherms and kinetics were studied. Confirmation of the adsorption data of letrozole by cysteine capped nanoparticles in the Langmuir isotherm model indicated the homogeneous binding site of modified nanoparticles surface. Furthermore, the adsorption rate was kinetically adjusted to the pseudo-second-order model, and a high adsorption rate was observed, indicating that cysteine coated nanoparticles are a promising adsorbent for letrozole delivery. Finally, the kinetic release profile of letrozole loaded modified nanoparticles in simulated gastric and intestinal buffers was studied. Nearly 40% of letrozole was released in simulated gastric fluid with pH 1.2, in 30 min and the rest of it (60%) was released in simulated intestinal fluid with pH 7.4 in 10 h. These results indicate the efficiency of the cysteine capped AgNPs for adsorption and release of drug letrozole for breast cancer therapy.

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4담수 사용 NaBH4 가수 분해반응에 의한 수소발생

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 김태호 ( Taeho Kim ) , 김익균 ( Ikgyun Kim ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 503-507 (5 pages)

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이동용 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 수소발생용으로써 NaBH4는 많은 장점을 갖고 있다. 야외에서 PEMFC가 이송형으로 사용될 때 증류수대신 담수를 이용해 NaBH4 가수분해하면 경제적이다. 그래서 본 연구에서는 NaBH4 가수분해 과정에 증류수대신 담수를 이용해 수소를 발생시켰다. 활성탄 담지 Co-P-B/C 촉매를 사용해 NaBH4 가수분해 특성에 대해 연구하였다. 담수는 NaBH4 가수분해과정에서 4수화물을 발생시키지 않았고, 증류수는 4수화물 부산물이 생성되어 가수분해과정에서 많은 물이 소모되어서 NaBH4 25% 이상 고농도에서 반응 종료시점에는 건조한 부산물과 미반응 NaBH4가 남았음을 확인하였다. 이 결과 담수를 사용했을 때 NaBH4 25% 이상 고농도에서 증류수보다 수소 수율과 수소발생속도가 더 높아 무인항공기등 이송형 연료전지에도 적용하기에 적합함을 보였다.

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5PEMFC에 사용되는 강화막과 비강화막의 Fenton 반응에 의한 열화 비교

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 이미화 ( Mihwa Lee ) , 박지상 ( Jisang Park ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 508-513 (6 pages)

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고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 내구성을 향상시키기 위해서는 필수적으로 고분자막의 내구성이 향상되어야한다. 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 e-PTFE 지지체와 라디칼 제거제(Radical Scavenger)가 첨가된다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 들어간 강화막(Reinforced Membrane)과 비강화막(Non-reinforced Membrane)의 화학적 내구성을 Fenton 반응에 의해 비교하고자 하였다. 라디칼 제거제가 첨가되지 않은 고분자막의 Fenton 실험에서는 작게 절단한 시편의 단면을 통한 과산화수소 용액과 철이온의 흡수율이 강화막에서 더 높아 불소유출농도가 더 높게 나타났다. 라디칼 제거제의 종류와 첨가량에 따라 강화막의 불소유출농도가 3배 이상의 큰 차이가 발생해서 라디칼 제거제의 영향이 지지체의 영향보다 강한 것을 알 수 있었다.

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6Iron Oxide(Ⅱ, Ⅲ)와 Valine을 이용한 키토산 나노입자의 약물전달 연구

저자 : 장소현 ( So-hyeon Jang ) , 강익중 ( Ik-joong Kang )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 514-520 (7 pages)

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나노입자에 기초한 약물 전달 시스템(DDS, Drug Delivery System)은 약물 방출의 매개체로서 약물의 방출량을 조절하고 적합한 장소에 전달하여 효능을 향상시키기 위해 사용되어왔다. 독성이 없고 생 분해성인 Chitosan은 좋은 생체 적합성을 가지고, 뛰어난 흡착력을 가져 약물전달체로 제조할 수 있다. 기본 아미노산 중 하나인 Valine은 근육의 성장과 조직의 회복을 돕는 물질이며 다른 아미노산과 함께 혈당 수치를 낮추고 성장호르몬 생산을 증가시키는 필수아미노산이다. 본 연구에서는 Valine을 약물 흡수가 가능한 자성 Chitosan에 흡착시켜 TPP (tripolyphosphate)와의 crosslinking을 통해 약물전달체를 제조한 후, 흡수 및 방출 경향성에 대해 알아보았다. 안정성이 비교적 높은 Fe3O4를 사용하여 약물전달체가 자성을 띠게 만들어 표적 부위로 약물을 전달할 수 있도록 하였다. 최적의 조건에서 제조한 약물전달체를 아미노산의 정색반응인 Ninhydrin test를 통해 흡수 및 방출 경향성을 UV-Vis로 분석하여 확인하고 입자의 크기를 측정함으로써 약물전달체로 적합한 것을 확인하였다.

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7CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계

저자 : 장준규 ( Jungyu Jang ) , 유엽 ( Yup Yoo ) , 박현도 ( Hyundo Park ) , 문일 ( Il Moon ) , 임백규 ( Baekgyu Lim ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 조형태 ( Hyungtae Cho )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 523-533 (11 pages)

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진공가압함침공정(Vacuum Pressure Impregnation, VPI)은 발전기, 전동기 등 대형 회전기에 사용되는 고정자 권선에 에폭시 계열의 레진을 코팅시켜 물성을 강화하는 공정이다. VPI 공정 중 진공과 가압과정에서 에폭시 레진의 기화에 의해 레진 가스가 발생하고, 함침공정이 끝나고 경화를 위해 탱크 개방 시 레진 가스가 제거되지 않고 탱크 밖으로 유출된다. 유출된 레진 가스가 작업장 전체에 확산 시 화재, 폭발 및 호흡기 문제와 같은 안전 환경 문제가 있으므로 공정 내 레진 가스 배출시스템이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 VPI 공정에서 발생한 레진 가스를 배출하는 시스템을 설계하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 공기 유입구·배출구의 위치에 따른 배출효율에 대한 사례연구를 진행하였다. 본 연구의 최적의 배출시스템을 활용 시 1,800초 이내 90%이상의 레진 가스를 배출할 수 있으며, 레진 가스의 폭발하한계(Low Explosive Limit, LEL)이하로 레진 가스의 분율을 낮출 수 있었다.

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8시계열 교차검증을 적용한 2,3-BDO 분리공정 온도예측 모델의 초매개변수 최적화

저자 : 안나현 ( Nahyeon An ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 532-541 (10 pages)

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최근 인공지능에 대한 관심이 높아짐에 따라 화학공정분야에서도 인공지능을 활용한 연구가 많아지고 있다. 그러나 인공지능 기반 모델이 충분히 일반화되지 않아 학습에 이용되지 않은 새로운 데이터에 대한 예측률이 떨어지는 과적합 현상이 빈번하게 일어나고 있으며, 교차검증은 과적합을 해결하는 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 2,3-BDO 분리 공정 온도 예측 모델의 초매개변수 중에서 배치 개수와 반복횟수를 조정하기 위해 시계열 교차검증을 적용하고 일반적으로 사용되는 K 겹 교차검증과 비교하였다. 결과적으로 K 겹 교차검증을 사용했을 때 보다 시계열 교차검증 방식을 사용했을 때 MAPE는 0.61% 증가한 반면 RMSE는 9.06% 감소하였고 학습 시간은 198.29초 적게 소요되었다.

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9저점도 액 통기 교반용 글라스라이닝 홈베이스 임펠러의 최적 형상

저자 : 고승태 ( Seung-tae Koh )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 542-547 (6 pages)

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글라스 라이닝 임펠러는 강산을 포함한 대부분의 화학물질들에 대해 내부식성이 있고, 또한 평활하고 눌어붙지 않는 표면을 가지며 세정이 용이하고 프로세스에 불순물들을 유입하지 않는 강점을 갖고 있다. 글라스 라이닝 HOMEBASE 임펠러는 저점도 유체에서 고점도 유체까지 폭넓은 점도 범위의 액체를 교반할 수 있도록 개발된 다목적형 대형 교반 임펠러이나, 그중에서도 세포 배양이나 효모의 배양, 맥주 발효 솥 등은 저점도 액의 통기 교반에 많이 사용하며, 특히 공기-수계의 통기성 교반에 많이 적용한다. 구조가 간단하면서도 성능 면에서 경쟁력을 갖는 HOMEBASE 임펠러에 대한 글라스 라이닝은 제작상 임펠러와 샤프트의 접합 면적을 가능한 한 작게 할 수 있도록 상하 분할이 필수적이다. 임펠러의 상하 분할은 혼합 성능에는 거의 영향을 미치지 않지만, 통기 성능을 저하하였다. 본 연구에서는 Glass Lined HOMEBASE 임펠러 형상의 최적화를 위해, 상·하부로 분할된 임펠러 사이의 장착각도차와 임펠러 사이의 간격 및 방해판의 개수가 통기 동력에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다. 상·하부로 분할된 임펠러 사이의 장착각도차와 간격이 통기를 할 때의 동력 Pg와 통기가 없을 때의 동력 P0의 비인 Pg/P0를 저하시킨다는 연구 결과를 통해 Glass Lined HOMEBASE 임펠러 최적 형상과 방해판 조건을 도출하였다.

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10리그노셀룰로오스 섬유 기반 활성탄-첨가 섬유판 필터의 미세먼지 저감장치용 적용가능성 평가

저자 : 양인 ( In Yang ) , 소재민 ( Jae Min So ) , 황정우 ( Jeong Woo Hwang ) , 최준원 ( Joon Weon Choi ) , 이영규 ( Young-kyu Lee ) , 최원실 ( Wonsil Choi ) , 오승원 ( Seung Won Oh ) , 문명철 ( Myoung Cheol Moon )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 548-556 (9 pages)

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본 연구는 부직포의 환경오염 문제를 해결하기 위하여 리그노셀룰로오스 섬유와 야자각 활성탄(CSA)을 이용한 미세먼지-저감 여과필터의 제조 가능성을 조사하였다. CSA의 경우, 휘발성 유기화합물(VOC)과 유해금속의 저감을 위한 여과필터 제조용 원료로서 적용 가능성을 확인하였으며, CSA의 VOC 저감효과는 목섬유보다 5배 이상으로 측정되었다. 돈모, 인모, 돈혈과 같은 단백질계 원료와 낙엽송 수피 열수 추출물을 이용하여 조제한 천연접착제를 적용하여 최소 200 kg/㎥의 목표밀도와 함께 최대 40 wt%의 CSA로 제조된 섬유판은 취급이 가능한 강도를 보유한 것으로 나타났다. 그러나 이 조건에서 제조된 섬유판의 경우, 통기성이 낮아 이를 해결하기 위하여 통기구를 가진 섬유판의 제조가 요구되었다. 활성탄으로 사용한 CSA는 강도 및 성형성을 고려하여 입자의 크기는 2 mesh 이상으로 조절이 필요하였고, 표층에는 목섬유만 심층에는 목섬유와 활성탄으로 구성된 3층 섬유판으로 제조하는 방안이 최적조건으로 도출되었다. 한편 필터지(한지)는 우수한 미세먼지 여과능을 가진 것으로 조사되었으며, 결과적으로 타공 섬유판과 함께 한지로 구성된 여과필터 세트가 부직포로 생산되고 있는 기존 여과필터를 대신하여 실내외 공간에 존재하는 미세먼지 외에 VOC와 유해금속 등의 저감장치용 여과필터로서 사용이 가능한 것으로 나타났다.

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자료제공: 네이버학술정보
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