특별기획(6) : 국제핵융합실험로 (ITER) 프로젝트 연료주기 기술의 화하공학적 조망 ; ITER ADS 공정 기술 동향

박회경,김동선 한국화학공학회 2015 NICE Vol.33 No.1

Fe(CO)5의 기상 열분해에 의한 철 나노 분말 제조

박회경,강나경,박종관,박균영 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.2

본 실험에서는 Fe(CO)5의 기상 열분해에 의한 Fe 나노 분말 제조에 대하 여 전구체의 농도, 반응 온도, 반응관내 체류시간에 따른 입자의 크기 및 보자력 값의 변화를 관찰하였다. 생성된 입자에 대하여 XRD (X-ray diffraction), TEM (transmissin election microscopy) 분석으로부터 결정 상태, 입자 모양 및 크기를 측정 하였고, VSM (vibration sample magnetometer)을 이용하여 입자의 자성을 측정하였다. 그 결과 16 nm 정도의 single crystal Fe 나노 입자를 제조하였고, 입자 크기에 따른 자성 재료로 적합한 크기의 입자 생성조건을 확인하였다. 그리고 반응관내에서 반응이 진행되는 과정의 입자 성장 모습을 확인하기 위하여, TEM grid를 부착시킨 입자 채집 장치를 반응기내로 삽입시켜 반응이 진행되고 있는 동안 구간별 입자를 sampling하여 TEM 분석에 의해 철 입자의 크기와 형상을 조사하였다. 그 결과 반응기로 도입된 초기에는 수nm 크기의 비정질성 철 입자들이 그물망구조의 형태를 가지고 있다가 반응이 진행될수록 입자사이의 소결에 의해 수십 nm 정도의 결정성 입자로 성장하는 것을 관찰할 수 있었다.

SiC의 염소화에 의한 다공성 탄소 입자 제조

박회경,박균영,강태원,장희동 한국입자에어로졸학회 2012 Particle and Aerosol Research Vol.8 No.4

SiC particles, 8.3 ㎛ in volume average diameter, were chlorinated in an alumina tubular reactor, 2.4 cm in diameter and 32 cm in length, with reactor temperature varied from 100 to 1200℃. The flow rate of the gas admitted to the reactor was held constant at 300 cc/min, the mole fraction of chlorine in the gas at 0.1 and the reaction time at 4 h. The chlorination was negligibly small up to the temperature of 500℃. Thereafter, the degree of chlorination increased remarkably with increasing temperature until 900℃. As the temperature was increased further from 900 to 1200℃, the increments in chlorination degree were rather small. At 1200℃, the chlorination has nearly been completed. The surface area of the residual carbon varied with chlorination temperature in a manner similar to that with the variation of chlorination degree with temperature. The surface area at 1200℃ was 912 ㎡/g. A simple model was developed to predict the conversion of a SiC under various conditions. A Langmuir-Hinshelwood type rate law with two rate constants was employed in the model. Assuming that the two rate constants, k1 and k2, can be expressed as and , the four parameters, A1, E1, A2, and E2 were determined to be 32.0 m/min, 103,071 J/mol, 2.24 ㎥/mol and 39,526 J/mol, respectively, through regression to best fit experimental data.

실리콘 웨이퍼 절단공정(切斷工程)에서 발생(發生)하는 실리콘 카바이드 슬러지로부터 철(鐵), 실리콘 제거(除去)

박회경,고봉환,박균영,강태원,장희동,Park, Hoey Kyung,Go, Bong Hwan,Park, Kyun Young,Kang, Tae Won,Jang, Hee Dong 한국자원리싸이클링학회 2013 資源 리싸이클링 Vol.22 No.2

실리콘 슬러지로부터 원심분리에 의해 1 단계로 실리콘(Si)을 분리 한 후 남게 되는 실리콘 카바이드(SiC) 농축물 내에 포함되어 있는 철과 잔존하는 실리콘을 추가적으로 제거함으로써 실리콘 카바이드의 순도를 향상 시킬 수 있는 가능성을 탐색해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 대상으로 하여 염산(HCl)/수산화나트륨(NaOH)에 의한 액상 침출법과 염소 가스에 의한 기상 염소화법을 비교해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 1 M 염산 수용액에서 $80^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 회수된 실리콘 카바이드에 잔류하는 철의 농도를 49 ppm 까지 제거하였으며, 1 M 수산화나트륨 수용액에서 $50^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 실리콘 카바이드 내 잔류하는 실리콘의 농도를 860 ppm 까지 제거하였다. 기상 염소화 반응은 직경 2.4 cm, 길이 32 cm의 전기로에 의해 가열되는 알루미나 튜브의 중심에 실리콘 카바이드 농축물을 위치시키고, 질소와 염소의 혼합가스를 흘려보내는 방식에 의해 이루어졌는데, 반응온도 $500^{\circ}C$, 반응시간 4 시간, 가스유량 300 cc/min, 염소 몰분율 10%의 조건 하에서 실리콘 카바이드 내 철과 실리콘의 잔류 농도를 48 ppm과 405 ppm 까지 낮출 수 있었다. In the present study, the possibility of recovering and recycling the silicon carbide(SiC) from a silicon sludge by removing Fe and Si impurities was investigated. Si and SiC were separated from the silicon sludge using centrifugation. The separated SiC concentrate consisted of Fe, Si and SiC, in which Fe and Si were removed to recover the pure SiC. Leaching with acid/alkali solution was compared with the vapor-phase chlorination. The Fe concentration removed in the SiC was 49 ppm, and it was separated by leaching with 1 M HCl solution at $80^{\circ}C$ for 1 h. The Si concentration removed in the SiC was 860 ppm, and it was separated by leaching with 1M NaOH solution at $50^{\circ}C$ for 1 h. The SiC concentrate was chlorinated in a tubular reactor, 2.4 cm in diameter and 32 cm in length. The boat filled with SiC concentrate was located at the midpoint of the alumina tube, then, the chlorine and nitrogen gas mixture was introduced. The Fe and Si concentration removed in the SiC were 48 ppm and 405 ppm, respectively, at $500^{\circ}C$ reactor temperature, 4 h reaction time, 300 cc/min gas flow rate, and 10% $Cl_2$ gas mole fraction.

이산화탄소 포집을 위한 PRO/II 전산모사기에서 User Added Subroutine의 개발에 대한 연구

박회경,김동선,노재현,조정호 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.0

연소 배가스 중의 이산화탄소 포집을 위해 개발된 새로운 흡수제로써 탄산칼륨 수용액에 피퍼라진 류의 첨가제를 추가한 용액에 대한 흡수탑 및 탈거탑 공정의 전산모사를 위해서 PRO/II with PROVISION 상용성 화학공정 모사기에 사용자 모듈을 장착하였다. 새로운 흡수제를 사용하여 흡수탑 및 탈거탑의 전산모사를 수행한 결과 MEA 30wt% 수용액을 이용한 공정에 비해서 재생에너지를 30% 이상을 낮출 수 있었다. 본 연구를 통해서 상용급 연소배가스 중의 이산화탄소 포집공정에 대한 기본설계를 수행할 수 있는 기반을 확보하였으며, 전산모사 결과를 통해서 열 및 물질수지의 도출, 흡수탑 및 탈거탑을 사이징할 수 있는 물성치의 제공 및 주요 장치류의 기본설계를 위한 물성치를 포함한엔지니어링 설계 결과물들을 제공할 수 있다.

Ethanol-Benzene 공비혼합물의 분리를 위한 압력변환 증류공정의 전산모사

박회경 ( Hoey Kyung Park ),김동선 ( Dong Sun Kim ),조정호 ( Jung Ho Cho ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.4

본 연구에서는 압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 사용하여 에탄올-벤젠 공비혼합물의 분리공정에 대한 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. 신뢰성 있는 공정 최적화 결과를 도출하기 위해 에탄올-벤젠 이성분계에 대한 기-액 상평형 실험을 수행한 후, 열역학 모델식의 회귀분석을 통해 이성분계 상호작용 매개변수를 도출하였다. 저압-고압 컬럼 배열, 고압-저압 컬럼 배열을 통한 압력변환 증류공정을 적용하여 고순도 에탄올과 고순도 벤젠을 얻기 위한 공정 최적화를 수행하였으며, 재비기의 heat duty량을 비교하였다. In the present study, modelling and optimization of ethanol-benzene separation process were performed using pressure-swing distillation. Order to obtain a reliable results, vapour-liquid equilibrium (VLE) experiments of ethanol-benzene binary system were performed. The parameters of thermodynamic equation were determined using experimental data and the regression. The pressure-swing distillation process optimization was performed to obtain high purity ethanol and high purity benzene into a low-high pressure columns configuration and a high-low pressure columns configuration. The heat duty values of the reboiler from simulation were compared, and the process was optimized to minimize the heat duty.

1-프로판올과 벤젠 혼합물의 압력변환 증류공정을 통한 전산모사 및 공정 최적화

박회경(Hoey Kyung Park),조정호(Jungho Cho) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.6

압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 통해서 1-프로판올과 벤젠 이성분계 혼합물의 분리공정에 대한 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. Schneider Electric사의 PRO/II with PROVISION V10.0을 사용하였으며, 열역학 모델식으로는 NRTL 액체 활동도계수 모델식을 적용하였다. 고압에서 저압 증류탑 배열 공정과 저압에서 고압 증류탑 배열 공정에 대한 재비기의 총 heat dirty의 소모량의 합을 서로 비교하였다. 유틸리티 소모량을 최소화하기 위해서 각 공정의 저압 증류탑과 고압 증류탑 상부 벤젠의 포성, 이론단수와 원료 주입단의 위치를 최적화하였으며, 각각의 증류탑의 환류비를 조절하였다. 공정 최적화 수행결과, 총 재비기 heat duty 값은 각각 고압에서 저압 중류탑 배열 공정의 경우 3.10×10<SUP>6</SUP> kcal/h 이었으며, 저압에서 고압 증류탑 배열 공정의 경우 2.75×10<SUP>6</SUP> kcal/h로 나타났다. 또한, 저압-고압 증류탑 배열 공정에 열통합 공정 (heat integration)을 적용한 경우 재비기의 총 heat duty 값이 고압-저압 증류탑 배열 공정에 비해서 약 57.36%정도 적게 추산 되었다. Computer modeling and optimization works have been performed for the separation of the binary mixture of 1-propanol and benzene through a pressure-swing distillation. PRO/II with PRIVISION V10.0 at Schneider Electric company and NRTL liquid activity coefficient model were utilized. The sum of the total reboiler heat duties of the low-high and high-low pressure column configurations were compared. To minimize the utility consumptions, low column, and high column to obtain pure benzene at the top, the number of theoretical stages and optimal feed tray locations for each distillation column were determined and the reflux ratios for each distillation column were also adjusted. As a result of the optimization works, the sum of the total reboiler heat duties for the high-low and low-high pressure configurations were 3.10×10<SUP>6</SUP> kcal/h and 2.75×10<SUP>6</SUP> kcal/h, respectively. In the case where heat integration was applied to low-high pressure configurations, 57.36 % of the total reboiler heat duties could be saved compared to the high-low pressure configurations.

헬륨 냉동 사이클을 이용한 수소액화 공정 모사 연구

박회경(Hoey Kyung Park),박진수(Jin-Soo Park) 한국신재생에너지학회 2019 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

염화알미늄 증기의 부분가수분해를 통한 알파 알루미나 나노입자 제조

박회경 ( Hoey Kyung Park ),유연석 ( Youn Sug Yoo ),박균영 ( Kyun Young Park ),정경열 ( Kyeong Youl Jung ) 한국화학공학회 2011 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.49 No.5

Spherical alumina precursors represented by (AlO)x(Cl)y(OH)z, 30~200 nm in particle diameter, were prepared by partial hydrolysis of AlCl3 vapor in a 500 ml reactor. Investigated on the particle morphology and size were the effects of the reaction time, the stirring speed and the reaction temperature. The particle morphology and size was insensitive to the reaction time in the range 20 to 300 s. The variation of the stirring speed from 0 to 300 and 800 rpm showed that the particle size was the largest at 0 rpm. As the temperature was varied from 180 to 190, 200, 140 °C, the particle size showed a maximum at 190 ˚C. By calcination of the as-produced particles at 1,200 °C for 6h with a heating rate of 10 °C/min, α-alumina particles 45 nm in surface area equivalent diameter were obtained. The particle shape after calcination turned wormlike due to sintering between neighboring particles. A rapid calcination at 1400 °C for 0.5 h with a higher heating rate of 50 °C/min reduced the sintering considerably. An addition of SiCl4 or TMCTS(2,4,6,8-tetramethylcyclosiloxane) to the AlCl3 reduced the sintering effectively in the calcination step; however, peaks of γ or mullite phase appeared. An addition of AlF3 to the particles obtained from the hydrolysis resulted in a hexagonal disc shaped alumina particles.

압력변환 증류공정을 이용한 Methyl Ethyl Ketone-Cyclohexane 공비혼합물의 전산모사

박회경(Park, Hoey Kyung),안준수(Ahn, June-Shu),조정호(Cho, Jung-Ho) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.3

Methyl Ethyl Ketone(MEK)-Cyclohexane(CH) 이성분계 공비 혼합물의 분리를 위해 압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 사용하여 저압-고압 컬럼 배열 공정과 고압-저압 컬럼 배열 공정에 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. 저압 컬럼과 고압 컬럼 상부 MEK의 조성, 이론단수, 원료 주입단 순으로 공정 최적화를 수행하였다. 공정 최적화 수행 결과, 저압-고압 컬럼 배열 공정의 총 재비기의 heat duty 값은 11.7667 Mkcal/h이었으며, 고압-저압 배열 공정의 총 재비기의 heat duty 값은 10.3484 Mkcal/h로 고압- 저압 공정의 heat duty 값이 저압-고압 공정 보다 약 12.05%정도 감소됨을 확인 할 수 있었다. The modelling and optimization of Methyl Ethyl Ketone (MEK)-Cyclohexane (CH) separation process were performed using pressure-swing distillation with a low-high pressure column and a high-low pressure column configuration. The optimization was performed for the number of theoretical stages, and the location of the feed tray of low column and high column to obtain high-purity MEK at the top. The total reboiler heat duty at the low-high pressure column configuration and high-low pressure column configuration were at 11.7667 Mkcal/h and at 10.3484 Mkcal/h, respectively. The results showed that total reboiler heat duty could be reduced to 12.05% using a high-low pressure column configuration.