Bis(2-Hydroxyethyl) Terephthalate와 1,4-Butanediol의 에스테르 교환 반응

전형철,한명완,Jeon, Hyeongcheol,Han, Myungwan 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1

Transesterification of BHET (Bis (2-Hydroxyethyl) Terephthalate), monomer of PET (Poly Ethylene Terephthalate) to BHBT (Bis (4-Hydroxybutyl Terephthate), monomer of PBT (Poly Butylene Terephthalate), using 1,4-BD (1,4-butanediol) were investigated. Zinc acetate was used as a catalyst for the reaction. Amounts of BHET, EG, and THF (Tetrahydrofuran) in a batch reactor were measured for determining the reaction kinetics. Mathematical models of the batch reactor for the transesterification reaction were developed and used to characterize the reaction kinetics and the composition distribution of the reaction products. Model predictions for the transesterification were in good agreement with experimental results. 본 연구에서는 PET (Poly Ethylene Terephthalate)의 단량체인 BHET (bis (2-Hydroxyethyl) Terephthalate)와 1,4-BD(1,4-Butanediol)의에스테르교환반응을활용하여 PBT (Poly Butylene Terephthalate)의단량체인 BHBT (Bis (4-Hydroxybutyl Terephthate)를 생성하는 반응에 대하여 조사하였다. 이 반응의 촉매로 Zinc Acetate를 사용하였다. 회분식 반응기를 통하여 BHET, EG (Ethylene Glycol), THF (Tetrahydrofuran)의 양을 정량하여 반응 kinetics 모델을 구성하였다. 제시된 모델을 통하여 반응속도와 반응물의 조성 분포를 조사하였고, 이 모델의 예측 값과 실험 값들이 잘 일치함을 보였다.

물/유기용매 분리를 위한 증류-투과증발막 혼성공정의 최적화

양정인,한명완,Yang, Jeongin,Han, Myungwan 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.1

Separating a mixture having an azeotrope or low relative volatility with single distillation column is difficult. Separating water-acetic acid mixture and water-ethanol mixture with a distillation column consumes a lot of energy. Pervaporation membrane can be used to separate the mixture in the concentration region where separation is difficult with distillation. We simulated a distillation-membrane hybrid process where membrane is located on the head of the distillation column for efficient separation of water-acetic acid and water-ethanol mixture. Permeability data were obtained from experiments and literature. We formulated an optimization problem for the process with total annual cost (TAC) as an objective function and major design variables as optimization variables. Major optimization variable affecting TAC of the hybrid process was shown to be distillate concentration. We also suggested a simplified optimization procedure to get a close-to-optimal solution. 공비점이 존재하거나 상대휘발도 차이가 적은 2성분 혼합물은 단일 증류탑으로 분리하기 어렵다. 이때 혼합물에서 분리가 어려운 영역을 투과증발막을 사용하여 분리하면 효율적인 공정을 설계할 수 있다. 본 연구에서는 물-유기용매 혼합물을 분리하기 위한 증류-투과증발막 혼성공정을 제시하고, 물-초산 혼합물과 물-에탄올 혼합물의 분리공정을 각각 모사하였다. 증류탑 상부 흐름이 친수성 막을 통과하여 물을 높은 순도로 분리하는 공정을 모사하였다. 실험과 문헌에서 얻은 친수성 막의 투과도를 토대로 막 모델을 만들어 막 면적을 계산하였다. 제시한 공정의 최적화를 위해, 목적함수를 연간 총 비용으로 정하고 주요 설계 변수들을 최적화 변수로 하여 최적화 문제를 구성하였다. 또한, 혼성공정의 각 최적화 변수의 변화에 따른 목적함수 값의 변화 추세를 나타내고 최적화 변수를 최적점에 가까운 값으로 쉽게 추측할 수 있는 방법을 제안하였다.

코크 생성 억제를 위한 이산화탄소 건식 개질 반응기의 최적 설계

이종원 ( Jongwon Lee ),한명완 ( Myungwan Han ),김범식 ( Beomsik Kim ) 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.2

지구 온난화가 가속화됨에 따라 온실가스 감축이 보다 중요해졌다. 이산화탄소 건식 개질은 온실가스인 CO₂와 CH₄를 활용하여 부가가치가 높은 물질인 CO와 H₂를 얻을 수 있는 유망한 온실가스 감축 기술이다. 그러나 이 반응이 일어나는 반응기의 운전 중에 심각한 코킹 문제가 발생할 수 있다. 이산화탄소 개질반응은 매우 강한 흡열반응이기 때문에 반응기 입구 근처에서 반응 온도가 많이 떨어지면서 코크 생성을 야기시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 코크 생성이 잘 일어나지 않는 온도영역에서 반응이 일어나도록 하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 새로운 촉매 배열 방법을 이용하여 반응기 전 구간이 코크 생성이 잘 일어나지 않는 온도 영역 내에서 유지되도록 하는 설계 방법을 제안하였다. 이 설계 방법은 연료 유량, 촉매 밀도, 구간 별 출구 온도를 최적화 변수로 하여 주어진 전환율에 대하여 반응기 길이를 최소화 할 수 있는 최적화 문제를 풀도록 하여 반응기를 최적화한다. As global warming accelerates, greenhouse gas reduction becomes more important. Carbon dioxide dry reforming is a promising green-house gas reduction technology that can obtain CO and H₂ which are high value-added materials by utilizing CO₂ and CH₄ which are greenhouse gases. However, there is a significant coking problem during operation of the dry reforming reactor. Because the carbon dioxide dry reforming is a strong endothermic reaction, the temperature of the reactor drops near the reactor inlet and causes coke formation. To solve this problem, it is important to ensure that the reaction takes place in a temperature range where coke production is minimized. In this study, we proposed a design method that can maintain reaction temperature in the region where the coke is rarely generated by using the new catalyst configuration method. The design method also optimizes the reactor by solving the optimization problem which minimizes the reactor length for a given reaction conversion by using the fuel flow rate, catalyst density, and output temperature by section as optimization variables.

회분식 반응 증류탑의 프로필 위치 제어

임채용(Chaeyong Lim),한명완(Myungwan Han) 제어로봇시스템학회 2001 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.7 No.3

반응증류를 통한 합성가스 활용 초산 생산 공정의 개선

전형철(Hyeongcheol Jeon),한명완(Myungwan Han) 한국에너지기후변화학회 2017 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2017 No.5

부틸 아세테이트 합성을 위한 공비첨가제 사용 반회분식 반응증류

양정인 ( Jeongin Yang ),전형철 ( Hyeongcheol Jeon ),한명완 ( Myungwan Han ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.3

부틸 아세테이트는 반응증류탑에서 초산과 부탄올의 에스테르 교환반응에 의해 제조된다. 공비첨가제는 반응영역에서 생성물인 물을 보다 효과적으로 분리할 수 있도록 하여, 반응증류탑의 성능을 향상시킨다. 중소 공장에서 회분식 공정은 연속공정에 비해 보다 유연하게 사용할 수 있다는 점에서 유리하다. 본 연구에서는 부틸아세테이트 합성을 위한 회분식 반응증류 공정과 반회분식 반응증류 공정에 대하여 공정 모사 및 실험을 통하여 연구하였다. 공정 성능 향상을 위하여 공비첨가제 종류, 공정구조에 대하여 조사하였다. 또한 반회분식 반응 증류탑을 연속 운전하여 새로운 순환 운전 방법을 제시하였으며, 이 조업 전략을 사용하여 높은 생산성과 안정한 조업이 가능함을 보였다. Butyl acetate is produced from acetic acid and butanol via an esterification reaction in a reactive distillation column. Entrainer can be used for efficient removal of produced water from the reaction region, leading to significant improvement of the column performance. Batch reactive distillation has clear advantages over continuous one in terms of flexibility and adaptability in a small plant. We studied batch and semi-batch reactive distillation processes through process simulation and pilot-scale experiments. We investigated process configuration and type of entrainer for improvement of the column performance and suggested a novel cyclic operation strategy using the semi-batch reactive distillation column. The cyclic strategy was shown to give relatively high production rate and stable operation.

부틸 아세테이트 생산을 위한 외부 공비제 첨가 반응증류: 파일럿 규모 실험을 통한 연구

양정인 ( Jeongin Yang ),임홍규 ( Honggyu Lim ),임성규 ( Sungkyu Lim ),백가영 ( Gayoung Baek ),한명완 ( Myungwan Han ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.5

부틸 아세테이트는 반응증류탑에서 초산과 부탄올의 에스테르 교환반응에 의해 제조된다. 기존의 반응증류 공정은 생성물인 부틸 아세테이트가 내부 공비첨가제로 사용되는데, 이 경우 부틸 아세테이트가 물과 함께 탑상으로 제거된 후 상 분리를 거쳐 반응증류탑으로 환류된다. 이는 생성물인 부틸 아세테이트가 반응영역에 많이 분포하게 하여 반응의 평형 전환율이 낮아지고 이에 따라 생성물의 수율이 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제를 외부 공비첨가제를 사용하여 해결하였다. 외부 공비첨가제는 물과 새로운 공비를 형성하여 기존 공정에 비해 탑의 반응영역에서 부틸 아세테 이트의 농도를 낮게한다. 본 연구에서는 싸이클로헥산을 외부 공비첨가제로 사용하였을 때와 내부 공비첨가제를 사용하였을 때 부틸 아세테이트의 수율과 생성 속도를 실험과 모사를 통하여 비교하였다. 이를 위하여 파일럿 규모의 반응증류탑으로 실험을 진행하였으며, 실험 및 모사 결과를 통하여 외부 공비첨가제를 사용한 공정이 내부 공비첨가제를 사용한 경우보다 같은 에너지에서 보다 높은 부틸 아세테이트 수율을 나타냄을 보였다. Butyl acetate is produced from acetic acid and butanol via an esterification reaction in reactive distillation (RD). The product, butyl acetate, has been used as an internal entrainer until now. In this case, butyl acetate and water are removed at the top of column and separated into two different phases (organic and aqueous phases) after condensation, and butyl acetate rich organic phase is refluxed into the RD. This method makes butyl acetate remain high at the reactive zone, leading to lower equilibrium conversion and product yield. We introduced an extraneous entrainer to solve the problem. The extraneous entrainer forms a new azeotrope with water. The proposed process provides lower concentration of butyl acetate in the reactive zone than conventional RD processes using an internal entrainer. We compared the yield and production rate of butyl acetate between the proposed and conventional processes through pilot-scale experiments. Experimental and simulation results showed that the proposed process was more efficient than conventional process using internal entrainer.

SF<SUB>6</SUB> 가스 회수 공정들의 특성 연구

조훈(Hoon Cho),우대식(Daesik Woo),최유미(Yumi Choi),한명완(Myungwan Han) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.4

SF6가스는 지구 온난화 가스로 알려져 있다. SF6가스의 지구온난화 기능은 이산화탄소에 비하여 22,000배 이다. SF6가스 회수기술은 환경 및 경제적 측면에서 주요한 기술이다. 본 연구에서는 SF6가스를 현장에서 용이하게 회수할 수 있는 여러 공정들로서 액화공정, 결정화 공정, 증류 공정에 대하여 연구하였다. 이들 공정들을 Aspen plus를 이용하여 공정 모사 및 최적화를 행하였다. 제품의 규격과 회수율을 만족하면서 에너지 소모량을 최소화하도록 최적화 문제를 구성하였다. 이 최적화 결과들을 바탕으로 공정성능들을 비교하였다. 각공정변수들이 공정 성능에 미치는 영향을 조사하였고, 제품의 순도와 회수율의 변화에 따른 최적 조업조건의 변화를 살펴보았다. SF6 gas is well known as a global warming gas. Global warming potential of SF6 gas is 22,000 times higher than that of CO₂. Recycling of SF6 gas is an essential technology for the sake of the environment and the economy. The recovery processes of SF6 gas studied in this work were liquefaction, distillation, and crystallization processes because these processes were thought to be easily carried to the fields for recycling waste SF6 gas. The processes were simulated and optimized using Aspen plus. The optimization problems were formulated to minimize energy consumption with satisfying product specification and desired recovery. The performance of the processes was compared based on the optimization results. Effects of major process variables on the recovery performance were investigated and optimal operation guide for changing product specification and product recovery was provided.

Aspen plus 공정모사를 통한 Co-fluid 냉방시스템 연구

최명호(Myungho CHOI),이종원(Jongwon LEE),임정애(Jungae LIM),권순일(Sunil KWON),김수민(Soo min KIM),최지나(Jina CHOI),한명완(Myungwan HAN),김범식(BeomSik KIM) 한국에너지기후변화학회 2016 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2016 No.5

탈질 시스템 환원제 공급을 위한 바이오 에탄올 건식개질 촉매 개발

이동석(Dongseok Lee),이성훈(Sung-Hun Lee),이진희(Jin Hee Lee),장태선(Tae Sun Chang),허일정(Iljeong Heo),한명완(Myungwan Han) 한국자동차공학회 2019 한국 자동차공학회논문집 Vol.27 No.12