화학공학소재연구정보센터
HWAHAK KONGHAK, Vol.40, No.4, 482-487, August, 2002
호기성 삼상 역 유동층의 물질전달 특성
Mass Transfer Characteristics in Aerobic Three-Phase Inverse Fluidized Beds
E-mail:
초록
직경이 0.152 m이고 높이가 2.5 m인 호기성 삼상 역 유동층에서 기체 체류량과 액상의 축방향 혼합 그리고 기체-액체 부피 물질전달특성에 대한 연구를 수행하였다. 기체와 액체의 유속 그리고 유동입자의 종류(유동입자의 밀도)가 기체 체류량, 액상의 축방향 혼합계수 그리고 기체-액체 부피 물질전달계수에 미치는 영향을 결정하였다. 물과 여과된 압축공기 그리고 밀도가 877.3 kg/m(3) 및 966.9 kg/m(3)인 직경이 0.004 m인 구형의 저밀도 폴리프로필렌입자와 폴리에틸렌 입자를 각각 액체, 기체 그리고 유동 고체상으로 사용하였다. 삼상 역 유동층에서 기체 체류량은 압력강하 분포자료로부터 정압강하법에 의해 결정하였으며, 액상의 축방향 분산 계수와 기체-액체 부피 물질전달계수는 액상의 축방향 용존산소 농도분포를 이용하여 축방향 분산모델에 의해 결정하였다. 호기성 삼상 역 유동층에서 기체 체류량과 액상의 축방향 분산계수 그리고 기체-액체 부피 물질전달계수는 기체 및 액체유속이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며, 기체 유속의 영향이 액체 유속의 영향에 비해 더 크게 나타났다. 같은 유동조건에서 고체의 밀도가 큰 폴리에틸렌 입자의 경우가 폴리프로필렌을 유동입자로 사용할 경우에 비해 기체 체류량과 액상의 축방향 분산계수 그리고 기체-액체 부피 물질전달계수가 큰 값을 나타내었다. 호기성 삼상 역 유동층에서 기체 체류량, 액상의 축방향 분산계수 그리고 기체-액체 부피 물질전달계수는 기체 및 액체의 유속 그리고 유동입자 밀도의 상관식으로 각각 나타낼 수 있었다.
Gas holdup, axial dispersion coefficient of liquid phase and gas-liquid mass transfer characteristics have been investigated in a aerobic three-phase inverse fluidized bed whose diameter and height are 0.152 m and 2.5 m, respectively. Effects of gas and liquid velocities and particle density(particle kind) on the gas holdup, axial dispersion coefficient of liquid phase and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient have been determined. Tap water, filtered compressed air and low density polypropylene particle(Ps=877.3 kg/m(3), dp=0.004 m) or polyethylene particle(Ps=966.6 kg/m(3), dp=0.004 m) have been used as a liquid, gas and fluidized solid phase, respectively. The gas holdup has been obtained from the pressure drop profiles by means of static pressure drop method, and the axial dispersion coefficient of liquid phase and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient have been determined by means of axial dispersion model from the knowledge of axial profile of dissolved oxygen concentration. It has been found that the gas holdup, axial dispersion coefficient and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient have increased with increasing gas and liquid velocities, but the effects of gas velocity have been dominant in aerobic three phase inverse fluidized beds. In the beds of polyethylene particle(relatively heavier particle) the values of εG, Dz and kLa have exhibited higher than those in the beds of polypropylene particles(relatively lighter particle). The values of gas holdup, axial dispersion coefficient and gas-liquid mass transfer coefficient have been well correlated in terms of gas and liquid velocities and particle density.
  1. Kim SD, Kang Y, Chem. Eng. Sci., 52(21-22), 3639 (1997) 
  2. Park HY, Kim SW, Cho YJ, Kang Y, Kim SD, HWAHAK KONGHAK, 39(5), 619 (2001)
  3. Cho YJ, Park HY, Kim SW, Kang Y, Kim SD, Ind. Eng. Chem. Res., 41(8), 2058 (2002) 
  4. Ibrahim YA, Briens CL, Margaritis A, Bergongnou MA, AIChE J., 42(7), 1889 (1996) 
  5. Legile P, Menard G, Laurent C, Thomas D, Bernis A, Int. Chem. Eng., 32, 41 (1992)
  6. Garcia-Calderon D, Buffiere P, Moletta R, Elmaleh S, Water Res., 32, 3593 (1998) 
  7. Tang WT, Fan LS, Ind. Eng. Chem. Res., 29, 128 (1990) 
  8. Chern SH, Muroyama K, Fan LS, Chem. Eng. Sci., 38, 1167 (1983) 
  9. Choi HS, Shin MS, Korean J. Chem. Eng., 16(5), 670 (1999)
  10. Buffiere P, Moletta R, Chem. Eng. Sci., 54(9), 1233 (1999) 
  11. Nikolov V, Farag I, Nikov I, Bioprocess Eng., 23, 427 (2000) 
  12. Lee DH, Epstein N, Grace JR, Korean J. Chem. Eng., 17(6), 684 (2000)
  13. Karamanev DG, Nikolov LN, AIChE J., 38, 1916 (1992) 
  14. Kang Y, Cho YJ, Woo KJ, Kim KI, Kim SD, Chem. Eng. Sci., 55(2), 411 (2000) 
  15. Cho YJ, Kim SJ, Nam SH, Kang Y, Kim SD, Chem. Eng. Sci., 56(21-22), 6107 (2001) 
  16. Kang Y, Kim JS, Woo KJ, Nam CH, Kim SH, Kim SD, HWAHAK KONGHAK, 36(2), 275 (1998)
  17. Deckwer WD, Nguyen-Tien K, Schumpe A, Serpemen Y, Biotechnol. Bioeng., 24, 461 (1982) 
  18. Kang Y, Min BT, Nah JB, Kim SD, AIChE J., 36, 1255 (1990)