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활성슬러지 공정에서의 조업지원용 전문가 시스템에 관한 연구
조욱상,이진우,박상진,원종식,김상욱 ( Wook Sang Cho,Jin Woo Lee,Sang Jin Park,Jong Sik Won,Sang Wook Kim ) 한국공업화학회 1996 공업화학 Vol.7 No.2
경기도 광주군 소재 경안천 하·폐수 종말처리장을 실제 적용 대상으로하여 공정 조업상에 발생될 수 있는 문제점의 원인을 진단 및 분석하고 이에 적절한 대응 방안을 제시할 수 있는 조업지원 목적의 prototype의 전문가 시스템을 연구, 개발하여 실제 적용 test를 수행하였다. 특히 생물학적 폐수처리 공정인 폭기조와 최종 침전지상에서 발생될 수 있는 공정상의 문제점을 집중분석(bulking 현상 등)하여 100 여개의 production-rules로 구성된 지식베이스를 완성함으로써 공정의 안정적인 조업관리 및 유지가 가능하도록 하였고 조업에 있어서 전문 및 표준기술을 제공함으로써 특히 경험이 부족한 신입 현장 조업자들의 조업능률을 향상시킬 수 있었다. 향후의 과제는 조업 data를 통계처리하여 공정조업에 영향을 미치는 인자와 조업 제어변수간에 상관관계를 분석하고 최적의 조업조건을 제시할 수 있는 통계제어모델을 개발하여 전문가 시스템에 접목시킴으로써 prototype이 아닌 완벽한 공정시스템 도구로 발전시키고자 한다. A prototype of expert system which can support the operation for the municipal waste water treatment plant located at Kyoung-Ki Do, Kwang-ju Kun was developed and tested. This system provides (i) tracking the cause of the problem, (ii) analysis, and (iii) solution Knowledge-base consists of about 100 production-rules for the biological wastewater process, such as bio-reactor and final clarifier. Rules were obtained from the analysis of the problems such as sludge bulking. The system provides stable process control and management and effectively helps inexperienced operators with advanced and standard technologies. Future works will focus to develop a statistical process control model and associate with expert system. The control model can process the operation data statistically; analyze the relationship between affecting factors and control variables; and provide optimum operation parameters.
5- Methyl -4- Imidazolecarboxylic Acid Ester 연속합성 반응의 특성 및 공정개발 연구
조욱상,박상진,김성태 ( Wook Sang Cho,Sang Jin Park,Sung Tae Kim ) 한국공업화학회 1995 공업화학 Vol.6 No.2
Ethylacetoacetate 로부터 중간 생성물인 α-acetyl-α-hydroxy iminoacetic acid, α, β-dioxobutylic acid를 거쳐 생성되는 5-methyl-4-imidazolecarboxylic acid ester의 연속반응공정 개발을 위하여 세 경우의 연속 반응기 schemes : 1) Annular Flow Reactor 2) Continuous Flow Stirred Tank Reactor (CFSTR) 3) Heat Exchange Loop/plug Flow Reactor에 따른 반응수율특성, 공정변수 영향 등을 연구하였다. 율속 단계인 α, β-dioxobutylic acid 생성 반응의 수율을 최대로 높일 수 있는 반응기 scheme은 연속적으로 배열된 2중 열교환 루프를 거쳐 냉각조에 잠겨있는 플러그흐름 반응기를 통과시키는 배열이었으며 이때의 수율은 HCl의 농도에 따라 (6.6∼8.3M) 70∼75%이었다. 또한 반응 체류시간은 1∼1.5hr이었으며 발열반응으로 인한 α, β-dioxobutylic acid의 decomposition이 일어나는 온도범위는 12∼15℃ 이었다. 2중 열교환 루프에서의 총괄 전열 계수는 25Btu/hr-ft²-℉이었고 막(film) 전열계수는 약 40Btu/hr-ft²-℉로 추정되었다. 이러한 연속 반응기 scheme은 반응수율의 감소없이 2중 열교환 루프에 허용될 수 있는 최적의 공정변수 (온도, HCl 주입속도, 반응체류시간 등)만 결정되면 상업화 공정 Scale-up이 충분히 가능할 것으로 판단된다. Three continuous reactor schemes : 1) Annular Flow Reactor, 2) Continuous Flow Stirred Tank Reactor (CFSTR), 3) Heat Exchange Loop/Plug Flow Reactor, were tested under the formation of α, β-dioxobutylic acid, which is the rate-controlled step. The reactor scheme which performed best in terms of α, β-dioxobutylic acid yield consists of a heat exchange loop containing two double-pipe exchangers in series, followed by a plug flow reactor immersed in a coolant bath. The rate of formation of α, β-dioxobutylic acid was found to be a function of α-acetyl-α-hydroxy iminoacetic acid and HCl concentration. The decomposition of α, β-dioxobutylic acid was found to occur in the range of process temperature, 12∼15℃. Overall heat transfer coefficient based on inside area and the film coefficient was 25 and 40 Btu/hr-ft²-℉, respectively. The reactor scheme which was developed in this study is scalable to the commercial size, with the optimal determination of process variables.
5- methyl -4- imidazolecarboxylic Acid Ester 연속합성의 반응속도론 및 특성 연구
조욱상,박상진,김학희 ( Wook Sang Cho,Sang Jin Park,Hak Hee Kim ) 한국공업화학회 1994 공업화학 Vol.5 No.6
Ethylacetoacetate로부터 2단계의 연속합성을 통하여 생성되는 5-methyl-4-imidazolecarboxylic acid ester의 합성반응 속도론과 중간 생성물인 α, β-dioxobutyric acid(일명 diketone)의 반응 안정성을 연구하였다. 반응속도 결정단계는 α-acetyl-α-hydroxy iminoacetic acid(oxime)로부터 diketone으로 진행되는 과정으로서 반응속도에 영향을 미치는 주된 인자로는 Oxime, HCl의 농도와 반응온도임을 확인하였고 HCl 농도 4.6∼8.0M, 반응온도 8.5∼20℃의 변화에 따른 diketone의 최대 반응수율 변화는 50∼74%이었다. Power-law 수식모델 및 회분식 반응기 empirical data로부터 diketone 생성반응 속도식을 구하였으며 이 식이 실험 Data와 잘 일치하고 있음을 보였다. 본 연구는 5-methyl-4-imidazolecarboxylic acid ester 연속반응 공정개발의 기초단계로서 반응속도론 연구를 통하여 합성 반응의 특성을 파악하는데 중요한 의의를 두고 있다. The chemistry of 5-methyl-4-imidazolecarboxytic acid ester synthesis involves three distinct reaction steps. Of these the rate of formation of diketone was found to be a function of oxime and HCl concentration and temperature by the batch experiment. The decomposition of diketone was found to be a slow process, whereas temperature was the only variable to affect it significantly. An empirical rate expression for the net formation of diketone fits the experminetal data satisfactorily. The principal objectives of this study are to study the kinetics of the diketone formation reaction and to develop the empirical rate expression.