외부순환 공기부양반응기에서 낮은 주파수의 압력 변동

최근호 ( Keun Ho Choi )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제4호, 665~674페이지(총10페이지)

외부순환형 공기부양반응기에서 낮은 주파수의 압력 변동에 대해 연구하였다. 상승관과 하강관의 상부와 하부에 설치된 내압관의 액면을 휴대폰으로 촬영하는 방법으로 빠른 주파수의 변동이 제거된 압력을 측정하였다. 자기상관함수와 교차상관함수의 계산을 통해 압력의 주기적인 변동을 확인하였다. 기체속도가 일정하여도 순환액체의 관성으로 인해 압력은 물론이고 상승관과 하강관내의 기체체류량도 주기적으로 변동하였다. 일반적으로 기체유속이 증가할수록 압력 변동의 강도는 커졌다. 비분산 액체높이가 0.04 m일 때 압력 변동의 주기는 기체속도가 0.14 ms^-1에서 극대값을 보여주었다. 이는 기체속도가 커질수록 순환 액체속도의 증가율은 둔화하고 효과적으로 순환하는 액체의 부피가 감소하므로 순환액체의 관성이 극대값을 보이기 때문이다.

TAG Low-frequency, Pressure fluctuations, Airlift reactor, Periodic characteristics

의약품 중간체 생산 공정의 전사적 자원 관리 및 생산 계획 수립을 위한 최적 의사결정 시스템

정창주 ( Changjoo Jeong ) , 조설희 ( Seolhee Cho ) , 김지용 ( Jiyong Kim )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 346~355페이지(총10페이지)

의약 중간체 제조 공장을 포함한 정밀 화학 산업에서 생산 계획 및 전사적 자원 관리(enterprise resource planning) 관한 의사 결정은 기업 운영 효율성 최적화에 매우 주요한 연구 주제이다. 기존의 의사 결정 시스템은 공장 간의 자원 관리와 공장내 생산 계획이 분리되어, 전사적 관점에서의 전역 해를 도출하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 무선 식별 시스템(Radio Frequency Identification; RFID) 기반의 실시간 물류 관리 시스템을 이용하여 의약품 중간체 산업의 전사적 자원 관리와 최적 생산 계획 수립을 동시에 수행할 수 있는 의사결정 플랫폼을 개발하고, 실제 제조 공정에 적용하여 그 효과를 분석한다. 기존의 분리된 운영 체제와는 달린 본 연구에서 제안하는 통한 의사결정 플랫폼은 원료주문...

TAG Enterprise resource planning, Process scheduling, Pharmaceutical plant, optimization

프로필렌의 화재 및 폭발 위험성 평가를 위한 온도 200 oC에서 산소농도와 압력의 변화에 따른 실험적 연구

최유정 ( Yu-jung Choi ) , 최재욱 ( Jae-wook Choi )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 356~361페이지(총6페이지)

프로필렌은 석유화학제품의 제조 시 기초 유분으로 산업 공정에서 널리 사용되고 있으며, 새로운 물질을 제조하기 위하여 200 oC 이상의 온도에서 합성되고 있다. 그러나 프로필렌은 인화성 가스로써 화재 및 폭발의 위험성이 존재하므로, 이를 방지하기 위하여 불활성 가스 중 가격이 저렴하고 공기 중 가장 많이 존재하는 질소를 주입하여 사용한다. 본 연구에서는 프로필렌-질소-산소를 사용하여 온도 200 oC에서 압력의 변화(0.10MPa, 0.15MPa, 0.20 MPa, 0.25 MPa)에 따른 실험적 연구를 수행하였다. 산소농도가 21%일 때 압력이 0.10 MPa에서 0.25 MPa로 상승할수록 폭발 하한계는 2.2%에서 1.9%로 감소하였으며, 폭발 상한계는 14.8%에서 17.6%로 증가하였다. 또한 최소산소농도는 10.3%에서 10.0% 로 감소하...

TAG Propylene, Explosion limit, Minimum oxygen concentration, Explosion pressure, Pressure rise rate

케나프 기반 합성가스 생산을 위한 공정 설계 및 경제성 평가

변재원 ( Jaewon Byun ) , 박호영 ( Hoyoung Park ) , 강동성 ( Dongseong Kang ) , 권오석 ( Oseok Kwon ) , 한지훈 ( Jeehoon Han )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 362~368페이지(총7페이지)

합성가스는 화학제품 및 수송연료의 원료로 이용되며, 최근 목질계 바이오매스의 가스화를 통한 합성가스 생산기술에 대한 연구가 다수 진행되었다. 케나프는 높은 생산성과 이산화탄소 흡수율을 가지는 목질계 바이오매스로 이산화탄소 저감을 위한 대체자원으로서 활용 가능성이 높다. 본 연구는 케나프 가스화 실험연구 데이터를 바탕으로 상용 수준의 케나프 가스화 공정을 개발하고, 해당 공정의 타당성 및 실현가능성을 평가하는 연구로서, 케나프 가스화 통합공정 설계, 열교환망 설계, 기술경제성 평가로 구성된다. 개발된 공정으로부터 생산되는 합성가스의 최소판매가격은 1 GJ당 9.55 달러로, 합성가스의 시장가격보다 낮은 것을 확인하였다.

TAG Syngas, Kenaf, Process design, Techno-economic feasibility

Pulling rate, rotation speed 및 melt charge level 최적화에 의한 쵸크랄스키 공정 실리콘 단결정의 O₂ 불순물 최소화 설계

전혜준 ( Hye Jun Jeon ) , 박주홍 ( Ju Hong Park ) , 블라디미르아르테미예프 ( Vladimir Artemyev ) , 황선희 ( Seon Hee Hwang ) , 송수진 ( Su Jin Song ) , 김나영 ( Na Yeong Kim ) , 정재학 ( Jae Hak Jung )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 369~380페이지(총12페이지)

대부분의 단결정 실리콘 잉곳은 초크랄스키(Czochralski(Cz)) 공정으로 제조된다. 그러나 단결정 실리콘 잉곳을 제품화 및 태양 전지 기판으로 가공하였을 때 산소 불순물이 있는 경우 낮은 효율성을 나타내는 경향이 있다. 단결정 Si-잉곳의 생산을 위해서는 용융 Si를 녹인 다음 단결정 Si의 시드(Seed)로 결정화하는 초크랄스키(Cz) 공정을 도입한다. 용융된 다결정 Si-덩어리를 단결정 Si-잉곳으로 결정성장 될 때, 열 전달은 Cz-공정의 구조에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서 고품질 단결정 실리콘 잉곳을 얻기 위해 Cz-공정의 최적화된 설계를 구성하였다. 결정 성장 시뮬레이션로부터 결정성장을 위한 Pulling rate 및 Rotation speed에 최적의 변수값을 형성하기 위해 사용되었으며, 변형된 Cz-공정...

TAG Czochralski process, Crystal growth simulation, Oxygen, Si-Ingot, Melt charge level, Optimization

100% 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급을 위한 태양광, 풍력 및 바이오 발전의 통합 전략 및 경제성 평가

황해진 ( Haejin Hwang ) , 문준영 ( Junyoung Mun ) , 김지용 ( Jiyong Kim )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 381~389페이지(총9페이지)

본 연구에서는 다양한 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템 구축하고, 각 시스템의 최적 전력 공급 비용을 비교분석 하였다. 특히, 풍력 및 태양광 등 대표적인 신재생에너지 생산 기술과 더불어 대형 에너지 저장 시스템 및 바이오매스 기반 전력 생산 기술을 포함함으로써, 신재생에너지 자원의 간헐성 및 에너지 공급과 수요의 불균형의 한계를 극복하였다. 본 연구에서 제안한 6가지의 신재생 에너지원 기반 전력 공급 시스템을 실제 제주도 전력 공급 문제에 적용함으로써, 제주도 지역의 최적 에너지 시스템을 규명하였으며, 다양한 에너지 생산 기술의 조합의 효과를 분석하였다. 분석 결과, 태양광 및 풍력 기반 전력 공급 단가는 각각 0.18, 0.28 $/kWh로 개별 자원 기반의 에너지 생산 시스템의 기존 전력망을 통한 공급 단가에 비해 경쟁력이 낮았다. 또한 자원...

TAG Renewable energy, Hybrid system, Economic evaluation, EES, Optimization

포화시작점에서의 운전을 위한 제어방법

안광노 ( Gwang Noh Ahn ) , 임상훈 ( Sanghun Lim ) , 성수환 ( Su Whan Sung ) , 이지태 ( Jietae Lee )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 390~395페이지(총6페이지)

몇몇 포화를 갖는 공정에서 경제적인 운전점이 포화시작점에 있게 된다. 고전적인 피드백 제어기는 포화시작점에서 동특성이 급박하게 바뀌고 포화가 된 상태에서는 피드백을 위한 정보가 없기 때문에 사용할 수가 없다. 포화점과 동특성이 알려져 있고 바뀌지 않을 때는 모델예측제어 같은 최적화를 기반으로 하는 방법들이 어려움 없이 이 제어 문제를 처리할 수 있다. 그렇지 않으면, 이 포화점과 등특성을 추적하는 적응 방법이 첨가되어야 한다. 여기서는, 이 제어 문제를 해결할 수 있는 매우 간단한 방법들로서, 최근의 slope seeking method와 relay feedback method에 기반한 두가지 제어 방법을 제안한다. 포화현상을 갖는 이차 액위제어 공정에 적용한 모사를 통하여 그 성능을 검사하였다. 모사결과는 제안하는 본 제어 방법들이 포화시작점을 5% 이내...

TAG Control on the Saturation Edge, Extremum Seeking Control, Relay Feedback Control, Vaporization, Chemical Reaction

이산화탄소 원료 공급의 불확실성을 고려한 미세조류 기반 바이오 디젤 공급 네트워크 최적화

안유찬 ( Yuchan Ahn ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 한지훈 ( Jeehoon Han )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 396~407페이지(총12페이지)

전세계적으로 화석 연료가 고갈 되면서 화석 연료를 대체할 수 있는 자원이 필요한 실정이며, 대체 자원으로는 바이오 연료가 각광을 받고 있다. 바이오 연료는 바이오 매스로부터 생산되는데 바이오 매스는 바이오 연료 및 바이오 화학제품 생산이 가능한 재생 가능 자원이다. 특히, 화석 연료를 대체하기 위하여 이산화탄소와 바이오 매스를 이용하여 바이오 연료(바이오 디젤)를 생산하는 연구가 주목을 받고 있다. 바이오 매스를 기반으로 하여 바이오 디젤을 생산하기 위해서는 바이오 디젤 생산에 필요한 원료(예, 이산화탄소, 물)와 잠재적인 바이오 매스 리파이너리 용량 및 설치위치, 생산된 바이오 디젤의 수요 도시까지의 공급을 모두 고려하는 공급 네트워크 개발이 필요하다. 바이오 매스를 이용한 바이오 디젤 공급 네트워크에 대하여 많은 연구가 수행이 되었지만, 미세조류 기반...

TAG Microalgae, Biodiesel, Supply chain network, Carbon dioxide, Uncertainty, Optimization

AE-SOM을 이용한 EVA 생산 공정 이상 검출 및 진단

박병언 ( Byeong Eon Park ) , 지유미 ( Yumi Ji ) , 심예슬 ( Ye Seul Sim ) , 이규황 ( Kyu-hwang Lee ) , 이호경 ( Ho Kyung Lee )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 408~415페이지(총8페이지)

본 연구에서는 auto-encoder와 self-organizing map을 결합한 auto-encoder with self-organizing map(AE-SOM) 기법을 이용하여 EVA 생산공정의 이상을 검출 및 진단하였고, Granger의 인과분석을 통해 이상 검출 데이터의 이상 전파 방향을 확인하였다. 분석 데이터는 1년 7개월 간의 조업데이터를 이용하였으며, autoclave 반응기의 조업 변수를 주로 분석하였다. 데이터 전처리 과정에서 데이터의 표준화를 먼저 진행하고, 조업의 각 grade의 sample 수를 동일하게 200개 임의로 추출하였다. 이후 AE-SOM을 적용하여 각 grade의 best matching unit (BMU)를 도출하였다. 각각의 BMU를 기준으...

TAG Fault Detection, Fault Isolation, Auto-encoder, Self-organizing map

100 kW 이상의 태양광 발전단위에서 전방 잡초 그림자 영향 분석에 의한 비정상 데이터 표준화 연구

김홍명 ( Hong Myeong Kim ) , 이유리 ( Yu Ri Lee ) , 정재학 ( Jae Hak Jung )  한국화학공학회, Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) [2020] 제58권 제3호, 416~423페이지(총8페이지)

대부분의 태양광 발전시설물은 평지에 설치가 되는 것이 일반적이지만 소형 발전시설의 경우는 경사진 임야 등에 설치되는 경우도 많다. 그 외에는 드물게 건물의 옥상이나 콘크리트 위에 설치되는 경우가 있으나 이는 대부분 25 kW 미만의 소규모 설치이다. 일반 평지나 임야 등에 설치가 될 경우 관리를 지속적으로 하지 않으면 잡초가 자라고 일정 높이 이상 자라게 된 잡초는 태양광 모듈에 그림자의 영향을 줄 수 있게 된다. 그러나 잡초가 조금 자란 것이 영향을 주는지 주지 않는지 판단하기 힘들고 지속적인 관리를 위해서는 관리 비용이 발생하기 때문에 잡초가 태양광 발전에 영향을 주는 시점에서 정확하게 관리를 해준다면 가장 최소한의 관리비용으로 최대한의 태양광 발전량을 가져 올 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 잡초가 의한 태양광 모듈의 발전에 영향을 미치...

TAG Photo voltaic power generation, Shadow effect, Solar module, 100 kW string

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