게시판 > 질답게시판 > 촉매를 이용한 수소생성 반응기 설계에 관련된 질문입니다.

스테파노 Stefano

09-05-10 18:10

(1) 반응기 설계에 필요한 정보
아래의 반응기 설계에 필요한 정보 및 절차를 이용해서 실험용 반응기를 만들고,
실험용 반응기를 이용해서 실험 후 얻어진 데이터를 이용해서 상업용 반응기 설계에 활용하는 방법을 찾으세요.

1) 반응기구(메카니즘)의 조사
....반응이 어떤 형태로 진행되는가?
....발열반응인가 흡열반응인가?
....촉매의 필요성 유무와 촉매작용은 어떤 방식으로 이루어지는가?
....반응 생성물이 촉매에 미치는 영향?

2) 반응생성물의 조사
....반응에 의해 생성되는 물질에 무엇들이 있는가?
....반응 생성물의 분포(반응의 선택성)는 어떠한가?
....생성물질들의 물성(분자량, 성상, 비점, 응고점, 증기압, 기타 장치설계에 필요한 물성들)은 어떤가?

3) 반응 전환율 및 반응생성물 처리방법 조사
....반응기에 필요한 공간속도
....반응 온도와 압력에서의 반응속도
....체류시간에 따른 전환율 및 생성물 선택도
....미반응 물질의 처리방법
....반응생성물의 형태에 따른 분리방법
....반응 생성물의 분리방법 및 분리조건

4) 반응기의 형태
....반응기를 가열 혹은 냉각하기 위한 방법
....반응 촉매를 가둬두기 위한 반응기 형태
....반응물질 분리를 위한 반응기 형태는
....필요시 반응 완결을 위한 반응기의 조합(연결)방법

5) 반응조건 및 반응조건 유지(조절)방법
....반응 온도와 압력
....반응기 온도 유지를 위한 조절방법
....반응기 압력 유지를 위한 조절방법
....미 반응물 순환 방법
....반응기 긴급정지 방법
....반응기에 사용하는 촉매의 물성(입도, 표면적)
....촉매의 활성을 유지하기 위한 방법 (촉매의 Fouling 혹은 Deactivation 시 활성 복구방법)

(2) 반응기 설계 절차

1) 반응기 형태의 결정
2) 반응기 크기의 결정
3) 반응기 가열 및 냉각 방법의 구현
4) 반응물 분리 및 순환 방법의 구현
5) 반응기 온도 및 압력 조절방법의 결정
6) 반응기 안전장치의 구현

(3) 반응기 형태 설계상 제한요건

반응기 형태를 결정함에 있어서 불가능한 경우가 있는데 대개 다음과 같은 현상이 나타날 경우입니다.
1) 충전탑 반응기에서 반응생성물이 반응기내에 누적되는 경우
2) 반응속도가 급격하여 반응온도 조절이나 반응온도의 유지가 어려운 경우
3) 반응촉매의 활성저하가 심한반면 현장에서 반응기 재생(In-situ Regeneration)이 어려운 경우
4) 반응 생성물의 선택도가 낮아 수율이 크게 떨어지는 경우
5) 반응 속도가 너무 낮아 반응기 크기가 크게 증가하는 경우
6) 반응 혼합물의 조성이 자동연쇄반응이나 폭발적인 반응을 일으킬 우려가 있는 경우

필자의 예측으로는 질문과 관련된 반응은 생성물인 Carbon이 반응기에 누적될 우려가 있어서 위 6개의 요소중 1), 3), 5)의 요건을 갖추고 있을 것으로 판단되어 촉매충전반응기로 구현하기는 어려울 것으로 봅니다.

2) 반응생성물의 조사
....반응에 의해 생성되는 물질에 무엇들이 있는가?
....반응 생성물의 분포(반응의 선택성)는 어떠한가?
....생성물질들의 물성(분자량, 성상, 비점, 응고점, 증기압, 기타 장치설계에 필요한 물성들)은 어떤가?

3) 반응 전환율 및 반응생성물 처리방법 조사
....반응기에 필요한 공간속도
....반응 온도와 압력에서의 반응속도
....체류시간에 따른 전환율 및 생성물 선택도
....미반응 물질의 처리방법
....반응생성물의 형태에 따른 분리방법
....반응 생성물의 분리방법 및 분리조건

4) 반응기의 형태
....반응기를 가열 혹은 냉각하기 위한 방법
....반응 촉매를 가둬두기 위한 반응기 형태
....반응물질 분리를 위한 반응기 형태는
....필요시 반응 완결을 위한 반응기의 조합(연결)방법

5) 반응조건 및 반응조건 유지(조절)방법
....반응 온도와 압력
....반응기 온도 유지를 위한 조절방법
....반응기 압력 유지를 위한 조절방법
....미 반응물 순환 방법
....반응기 긴급정지 방법 
....반응기에 사용하는 촉매의 물성(입도, 표면적)   
....촉매의 활성을 유지하기 위한 방법 (촉매의 Fouling 혹은 Deactivation 시 활성 복구방법)

(2) 반응기 설계 절차

1) 반응기 형태의 결정 
2) 반응기 크기의 결정
3) 반응기 가열 및 냉각 방법의 구현
4) 반응물 분리 및 순환 방법의 구현
5) 반응기 온도 및 압력 조절방법의 결정
6) 반응기 안전장치의 구현

(3) 반응기 형태 설계상 제한요건

반응기 형태를 결정함에 있어서 불가능한 경우가 있는데 대개 다음과 같은 현상이 나타날 경우입니다.
1) 충전탑 반응기에서 반응생성물이 반응기내에 누적되는 경우 
2) 반응속도가 급격하여 반응온도 조절이나 반응온도의 유지가 어려운 경우
3) 반응촉매의 활성저하가 심한반면 현장에서 반응기 재생(In-situ Regeneration)이 어려운 경우
4) 반응 생성물의 선택도가 낮아 수율이 크게 떨어지는 경우
5) 반응 속도가 너무 낮아 반응기 크기가 크게 증가하는 경우
6) 반응 혼합물의 조성이 자동연쇄반응이나 폭발적인 반응을 일으킬 우려가 있는 경우

필자의 예측으로는 질문과 관련된 반응은 생성물인 Carbon이 반응기에 누적될 우려가 있어서 위 6개의 요소중 1), 3),  5)의 요건을 갖추고 있을 것으로 판단되어 촉매충전반응기로 구현하기는 어려울 것으로 봅니다.