[논문자료] 테일러 반응기 내의 입자응집과 분해에 관한 수치 연구

출처: 픽사베이

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테일러 반응기(Taylor reactor)는 Fig. 1과 같이동심의 두 실린더로 구성되며, 외부 실린더는 고정된상태로 내부 실린더의 회전에 의해 유동이 발생한다. 축 방향의 유동이 없을 때, 테일러 반응기내의 유동은 반경방향의 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)에 의해 결정되며 다음과 같이 정의된다.

 

여기서, r2는 내부 실린더의 반지름, ω2는 내부실린더의 각속도, D는 반응기의 간극, 그리고 ν는유체의 동점성 계수를 나타낸다. 내부 실린더의 각 속도가 느릴 경우, 반응기내 유동은 쿠에트 유동(Couette flow)으로 유지되지만, 회전 속도가 특정 임계수를 초과하게 되면 유동이 불안정해져 테일러 와류(Taylor vortex)가 형성된다. 유동 영역의 기준이 되는 임계 레이놀즈 수(Recr)는 반응기 형상에 따라 다르며 임계 레이놀즈 수와 반경방향 레이놀즈 수의 비(R=Re/Recr)로 반응기의 유동 영역을 결정 지을 수 있다. 내부 실린더의 회전만을 다룰 경우, 일반적으로 반응기의 내부 유동은 실린더의 회전수에 따라 라미나 쿠에트 유동 (Laminar Couette flow), 라미나 와류 유동(Lamianr Vortex flow), 웨이비 와류 유동(Wavy Vortex flow), 그리고 난류 와류 유동(Turbulent Vortex flow)로 구분된다. (1)

 

논문 출처:  https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201616853628739

해석 모델의 타당성을 알아보기 위하여 내부 실린더의 각 속도가 각각 165 rpm과 211 rpm일 때의 실험결과와 해석결과를 비교하였으며, 결과는 Fig. 4와 같다. Serra 등(20)과 Serra & Casamitjana(21,22)의 실험 데이터를 사용하였으며, 실험과 동일한 조건으로 수치해석을 수행하였다. Fig. 4의 세로 축, d는 무차원화된 평균 입자크기를 나타내며, 평균 입자 크기인 L43과 초기 입자 크기인 L0의 비를 의미한다. 여기서 L43은 부피 평균된 입자 크기를 의미하며 수치해석을 통하여 얻어진 값이다. 평균 입자 크기는 초기에 가파른 성장을 보이며 일정 시간 이후에 일정한 크기로 수렴하였다. 초기 2000 s까지는 실험 결과와 약간의 오차를 보이는데, 이것은 화학반응을 고려하지 않고 일정 크기의 입자가 형성되었다는 가정하에 해석을 수행한 것에 기인한다. 하지만, 이후 평균 입자는 일정한 크기로 수렴하며 최종 입자 크기가 실험 결과와 유사하게 나온 것을 확인할 수 있다.

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다목적용 반응기 벤치형 / 스탠드형

다목적 반응기 종류는 벤치 Type과 스탠드 Type 반응기로 구분합니다. 벤치형 반응기는 실험용 반응기의 기본 구성으로 되어있으며 조작이 간편하고 설치 공간의 제약이 적은 compact 한 디자인으로 다양한 연구 목적에 맞게 사용이 가능합니다. 스탠드형 반응기는 반응 효율과 속도 증가를 위해 별도의 교반기가 장착된 고압 반응기로 수열합성반응, 회전반응, 열분해반응, 자전 연소반응, 폭쇄 반응 등의 다양한 연구 목적에 활용됩니다.

촉매 반응
화학	- 원유를 증류하여 여러 물질로 나눈 후, 수소화, 수소첨가 분해, 접촉분해, 이성질화, 알킬화 등의 공정을 거쳐 석유제품의 가치를 높임 - 열분해 공정이나 전기화학 공정을 제외하면 대부분 화학 물질을 제조 공정에는 촉매를 사용 - 고분자 물질을 제조할 때도 라디칼 중합 공정을 제외한 거의 대부분의 공정을 촉매로 사용하여 조작 - 발전소나 질산 공장에서 방출되는 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 (Selective catalytic reduction: SCR) 공정
환경	- 일산화탄소를 산화시켜 이산화탄소와 물로 전환시키고, 질소산화물은 질소와 산소로 환원하여 오염 물질을 제거 - 산성비와 오존 공해의 원인 물질인 질소 산화물을 환원하여 제거하므로 환경오염을 방지 - 촉매 연소 기술을 이용하여 환경호르몬 등 휘발성 유기 물질을 제거하거나 광촉매로 물이나 대기 중 오염 물질을 제거 - 공기청정기 안에 장착된 촉매가 가스(아황산 다이옥신), 냄새(담배, 악취) 등을 99% 제거하여 - 환경오염 방지를 위하여 수소첨가 황 제거 공정

수열합성 반응
적용 분야	환경	폐유기 용제, 농약, 페놀, 등의 난분해성 액상 폐기물 등 제약 연구, 제조 등
	의약	제약 연구, 제조 등
	화학	화학물질 연구 및 생산, 전기화학 분해, 독성 물질 연구 및 제거 등
	원자력	부식재료 시험 및 개발 등
활용 분야	BaTiO3 분말	캐패시터, 서미스터, 센서 통신용 필터, 마이크로웨이브 필터, 대용량 메모리, 열 감지기 등
	ZnO	산화아연 박막 제조 등

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