분리막 접촉기를 통한 이산화탄소의 흡수거동 예측을 위한 공정모사를 위해 시스템의 흡수제로 탄산칼륨 수용액을 선정하였고, 시스템에서의 이산화탄소와 관련된 가역반응을 고려하였으며, 사용된 반응속도상수, 평형상수, 용해도 그리고 확산계수는 탄산이온의 농도와 온도의 함수로 사용하였다. 또한 분리막 접촉기 공정모사를 위한 조작 조건으로 중공사막의 기공상태는 비젖음성 조건을 선택하였으며, 이러한 조작조건하에서 이산화탄소 분리거동을 다양한 공정변수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 혼합기체의 압력변화에 대해 고찰하였다. 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동을 확인할 수 있었고, 흡수제의 유속 증가에 따라 이산화탄소의 흡수속도가 점차 증가함을 확인할 수 있었으며, 분리막 접촉기에서 혼합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 영향 및 흡수제의 재사용에 따른 흡수속도를 확인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통해 분리막 접촉기의 구성 및 조작에 필요한 각각의 인자들이 흡수속도에 미치는 영향과 예측, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다.
분리막 접촉기를 통한 이산화탄소의 흡수거동 예측을 위한 공정모사를 위해 시스템의 흡수제로 탄산칼륨 수용액을 선정하였고, 시스템에서의 이산화탄소와 관련된 가역반응을 고려하였으며, 사용된 반응속도상수, 평형상수, 용해도 그리고 확산계수는 탄산이온의 농도와 온도의 함수로 사용하였다. 또한 분리막 접촉기 공정모사를 위한 조작 조건으로 중공사막의 기공상태는 비젖음성 조건을 선택하였으며, 이러한 조작조건하에서 이산화탄소 분리거동을 다양한 공정변수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 혼합기체의 압력변화에 대해 고찰하였다. 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동을 확인할 수 있었고, 흡수제의 유속 증가에 따라 이산화탄소의 흡수속도가 점차 증가함을 확인할 수 있었으며, 분리막 접촉기에서 혼합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 영향 및 흡수제의 재사용에 따른 흡수속도를 확인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통해 분리막 접촉기의 구성 및 조작에 필요한 각각의 인자들이 흡수속도에 미치는 영향과 예측, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다.
To predict the absorption behavior of carbon dioxide on membrane contactor, an aqueous potassium carbonate solution as an absorbent. The reversible reactions of carbon dioxide with chemicals were considered, and the physicochemical properties of reaction rate constants, equilibrium constants, solubi...
To predict the absorption behavior of carbon dioxide on membrane contactor, an aqueous potassium carbonate solution as an absorbent. The reversible reactions of carbon dioxide with chemicals were considered, and the physicochemical properties of reaction rate constants, equilibrium constants, solubilities and diffusion coefficients were used as a function of concentration of carbon dioxide and the temperature. A non-wetted mode was also used as an operating condition of the membrane contactor. In these operation conditions, the effect of the following system parameters were studied : the concentration of potassium carbonate, the velocity of the absorbent and the pressure of the mixture gas. The absorption behavior of carbon dioxide caused by a facilitated transport was observed as the increment of the concentration of the absorbent. The absorption rate of carbon dioxide was increased as the absorbent velocity was increased. Furthermore, it was found that the pressure if the mixture gas and the reuse number of absorbent affect severely the absorption rate of carbon dioxide. The absorption behavior was successfully predicted by the computer simulation using the system parameters which are important for design and operation of the membrane contactor.
To predict the absorption behavior of carbon dioxide on membrane contactor, an aqueous potassium carbonate solution as an absorbent. The reversible reactions of carbon dioxide with chemicals were considered, and the physicochemical properties of reaction rate constants, equilibrium constants, solubilities and diffusion coefficients were used as a function of concentration of carbon dioxide and the temperature. A non-wetted mode was also used as an operating condition of the membrane contactor. In these operation conditions, the effect of the following system parameters were studied : the concentration of potassium carbonate, the velocity of the absorbent and the pressure of the mixture gas. The absorption behavior of carbon dioxide caused by a facilitated transport was observed as the increment of the concentration of the absorbent. The absorption rate of carbon dioxide was increased as the absorbent velocity was increased. Furthermore, it was found that the pressure if the mixture gas and the reuse number of absorbent affect severely the absorption rate of carbon dioxide. The absorption behavior was successfully predicted by the computer simulation using the system parameters which are important for design and operation of the membrane contactor.
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문제 정의
흡 수액이 외부로 흐르는 시스템으로 설계하이 곰징모사 를 수행하여다. 이러한 조긴하에서의 이산화탄소 부리 거동을 다양한 곰정빈수 즉, 흡수제의 농도와 유속, 훈 합기체의 압력변화에 대해 고찰하고자 하였다.
가설 설정
다공성 중공사막의 외부로 액상인 흡수제가 흐르고, 내부인 모듈로 기상인 혼합기체가 흐르는 본 시스템에 대한 중공사막 집촉기의 공정모사를 위하여 중공 사막 하나에 대한 지배방정식을 유도할 수 있으뗘, 액 상에 대하여 다음과 같은 가정을 도입하였다
또한, 중공사막 내부로 흐르는 혼합기체의 압력과 조성은 일정하다고 가정하있다.
이처럼 흡수기가 중공사막 외부로 흐를 경우 흐름 싱'태는 흡수제가 증공사막 대부로 흐를 때에 비하여 훨씬 더 복잡하며 해식이 쉽지 않다 이를 보다 효과적으로 해석하기 위해 본 인구에서는 Htippele-l 자유 표먼 이론을 도이하였는데[8], 이 모델은 유체가 어떠 한 끌질전달도 일어나지 앉는 자유표면이라 가정한 경 계로 각각의 중공사박을 둘러싸고 있다고 가정하였으며, 중공사막간의 상호자묨도 없는 것으로 간주하였다. 중곰사마의 충신률이이상일 경우 시-묨할 수 없는 제약이 따르며, 중공사막이 같은 거리의 규칙적인 베 열을 이루고 있다는 가정하메서 단일 중곰사막에 대한 해석을 진체 모듈로 확장시킬 수 있다.
제안 방법
륨 수용익을 선점하였고, 시스댐에서의 이산화탄소와 관련된 가역반 음을 고려하있으미. 사욤된 반응속도상수, 평형상수, 욤 해도 그리고 확산게수는 탄산이온이 농도와 온도의 함 수로_ 나타냄으로씨 폭넑은 범위메서 곰정모사의 수행 이 가능하도록 하였다 특히 분리막 접촉기 공정모사 를 위한 조작 조건으로 중공사믹의 기공상태는 비 젖음 싱 조건을 선택하였으며, 기체가 중공사막 내부로. 흡 수액이 외부로 흐르는 시스템으로 설계하이 곰징모사 를 수행하여다.
이론/모형
차분근사법을 사용하여 얻은 비선형 연립상미분방정식은 4차 Runge- Kutta 밤냅을 이욤히여 헤를 구하였다. 공정모사는 게인용 킴퓨터를 이용하였으며, 사묭된 프로그램은 Fortran언어로 작심되었다
이에 대한 초기조건 은 식 (7)과 갇이 설정할 수 있으며. 중탄산이온의 경우에는 반응식으로부터 평헝식을 유도하여 사용하였다.
편미분방정식의 헝데를 취하고 있는 시스템 지배방 정시의 수치헤석을 위헤 차분근사법(finite difference approximaiionJ's- 사묨하있으며. 차분근사법을 사용하여 얻은 비선형 연립상미분방정식은 4차 Runge- Kutta 밤냅을 이욤히여 헤를 구하였다. 공정모사는 게인용 킴퓨터를 이용하였으며, 사묭된 프로그램은 Fortran언어로 작심되었다
성능/효과
9는 흡수세의 재사묭에 따른 이산화탄소의 흡 수속도를 나타낸 깃이다. 5wt%와 lOwt%에 대한 그래프에서 볼 수 있듯이 재사욤이 이루어지지 않은 경우에 비헤 재사용이 실시된 경우 흡수속도는 각하 5wt%가 0.4매, 10wt%가 05베로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 첫 번째 재사용 이후의 흡수속도의 기 움기는 배우 작으며 이는 재사용 횟수가 1이상인 경우 흡수속도는 일정한 값으로 수렴하고 있음을 의미 한다.
5M%는 재사묭 횟수가 증가할수록 2.HX iMmoles/sec로 수렴하며, 10wtW의 졈우는 481X 10%noles/sec로 수렴함을 알 수 있었다.
Iwt%, 5wt%, 그리고 10wt%의 김우에 내해 나타낸 것이다. 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 홉수제의 유속아 증가함에 따라 이산화탄소의 흡수속도는 5wt%와 10wt%에서는 선팅적으로 즘가함을 쉽게 관찰할 수 있으며, Olwt%에서는 거의 증가하지 않음을 알 수 있다. 이처럼 5wt%와 10wt%메서 흡수제의 유속이 증가함에 따라 흡수속도가 선헝적으로 즘가하는 이유는 앞에서도 언급헸듯이 액삼 물질전달 저항이 감소 하게 되기 때문으로 사료된다.
이산화탄소와 질소로 이루어진 기체혼합물이 중곰 사막믜 내부로 그리고, 엑상의 흡수제인 KS 수묨 엑이 중공사막의 외부로 흐르도록 구성된 분리막 접 촉기를 톰한 이산화탄소의 흡수거동을 곰징모사를 톰 하여 에측할 수 있었디* 여러 조작인자들 즉, 흡수게 의 능도, 유속. 그리고 혼합기체의 압력에 대한 흡수 속도의 변화를 고찰할 수 있었다 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동 을 학민할 수 있었고, .읍수제의 유속이 증가함에 따라서 이산화탄소의 흡수속도도 점치 증가한을 알 수 있 었다 또한 분리막 깁촉기에서 훕합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 명향 및 흡수게의 재사용에 따른 흠수속도를 획인할 수 있었다.
. 또한 중곰사 벽으로 갈수록 곡선의 힝태는 보다 더 전형적인 흠수각선의 헝태률 띄고 있음을 확인할 수 있다. 륵이한 현상은 흠수제의 유속이 lOOcc/mm에서보다 60cc.
이처럼 5wt%와 10wt%메서 흡수제의 유속이 증가함에 따라 흡수속도가 선헝적으로 즘가하는 이유는 앞에서도 언급헸듯이 액삼 물질전달 저항이 감소 하게 되기 때문으로 사료된다. 또한 흡수제의 농도가 O.lwt%인 것에 비해 Iwt%는 5.26배, 5wt%는 21.6 배, 리고 10wt%는 40배의 흠수속도를 보이고 있음을 알 수 있고, CHwt%에서 lwt%로 흡수게의 농도를 증가시컸을 때보다 5wL%에서 10wt%로 증가시켰 을 떼의 흡수속도의 증가가 18배 높은 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 비록 이산화탄소의 욤해도는 10wt%보다 0.
그리고 혼합기체의 압력에 대한 흡수 속도의 변화를 고찰할 수 있었다 흡수제의 농도가 증가함에 따라 촉진수송에 의한 이산화탄소의 흡수거동 을 학민할 수 있었고, .읍수제의 유속이 증가함에 따라서 이산화탄소의 흡수속도도 점치 증가한을 알 수 있 었다 또한 분리막 깁촉기에서 훕합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 명향 및 흡수게의 재사용에 따른 흠수속도를 획인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통 헤 분기막 접족기의 구성 및 조작메 필요한 각각의 인자들이 흡수속드에 미치는 영향가 예축, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다
11 xW'males/ sec의 값을 나타낸다. 이러한 결피들은 결론적으로 Fig. 6에서 보여주고 있는 흡수제의 유속에 대한 놈 도분포곡선의 위치가 lOOcc/min에서보다 60cc/mm 에서믜 농도분포고선이 더 뮈쪽에 위치하고 있는 것이 체류시간에 기인하고 있음을 정확히 보여주고 있음을 의미한다.
읍수제의 유속이 증가함에 따라서 이산화탄소의 흡수속도도 점치 증가한을 알 수 있 었다 또한 분리막 깁촉기에서 훕합기체의 압력변화가 흡수속도에 미치는 명향 및 흡수게의 재사용에 따른 흠수속도를 획인할 수 있었다. 이러한 공정모사를 통 헤 분기막 접족기의 구성 및 조작메 필요한 각각의 인자들이 흡수속드에 미치는 영향가 예축, 이를 통한 적절한 조작조건의 도출 가능성을 확인할 수 있었다
4매, 10wt%가 05베로 감소하고 있음을 알 수 있었다. 첫 번째 재사용 이후의 흡수속도의 기 움기는 배우 작으며 이는 재사용 횟수가 1이상인 경우 흡수속도는 일정한 값으로 수렴하고 있음을 의미 한다. 5M%는 재사묭 횟수가 증가할수록 2.
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