게시판 > 질답게시판 > 반응기의 체적을 알고 싶습니다

스테파노 Stefano

09-05-12 21:42

(0) "Q&A 게시판에 글쓸 때의 유의사항"
이곳에 글을 올리는 사람의 이름 즉 "글쓴이" 이름은 남과 구별할 수 있는 고유의 것을 사용하여 달라는 주문이었습니다. 화공학도, 궁금이, 등등.. 특징도 없고 또 글쓸때마다 다른 이름을 사용하는 질문자는 항상 질문만 휙 던져놓고 사라지거나 답글을 올려도 문제가 해결되었는지 그렇지 않은지 Feed Back도 해주지 않는 경향이 있어서 이곳싸이트가 개설될 때부터 주문했던 사항입니다. 본명을 밝혀 달라는 이야기가 아니었습니다.

(1) 반응기 GHSV의 단위 40,000 cc/g-cat-h의 의미
이 단위의 의미는 촉매 1 g당 40,000 cc/h의 가스를 통과시키는 반응기라는 의미입니다.
GHSV는 촉매 부피기준으로 나타낼 수 있고 촉매 질량을 기준으로 나타낼 두 있으며, 촉매의 특성을 나타내는 또 다른 기준으로 나타낼 수도 있습니다.

촉매 질량당 Space Velocity: 40,000 cc/g-cat/h
촉매 부피당 Space Velocity: 40,000 cc-gas/{g-cat*[1/(ρ g-cat/cc cat] }/h = 40,000*ρ(cc-gas/cc-cat)/h = 40,000 ρ [1/h]

(2) GHSV의 의미
어느 촉매의 GHSV값이 크다면 단위시간당 반응처리가스의 양이 많다는 의미가 있습니다. 촉매의 활성을 이야기함에 있어서 전환율이 크면 반응이 잘 일어나 처리량이 많다는 의미이고 선택성이 크다면 이물질 생성이 적다는 의미를 가집니다.

따라서 GHSV가 크면 반응기 크기가 작아지고 반대로 GHSV가 작으면 반응기의 크기는 커집니다.

(3) GHSV에 따른 반응 전환율의 영향
촉매의 특성을 조사해 보기 위해서는 GHSV를 달리하여 전환율과 선택성을 함께 검토해 봐야 합니다.
같은 온도에서 반응을 하여도 GHSV가 다르면 전환율이 달라집니다.

충분히 큰 반응기에 가스를 통과시켜 거의 100의 반응이 일어났다고 하면 반응기 크기에 얼마만큼의 여유가 있는지 알 수 없습니다. 이 경우에는 가스 유량을 늘여가면서 반응시켜 전환율을 비교해 봄으로써 촉매가 처리할 수 있는 양을 알아낼 수 있습니다. 원하는 전환율을 갖기 위한 GHSV를 이 실험에서 데이터를 얻어 그래프를 그려보면 알아낼 수 있습니다.

(4) 반응기 크기의 결정
GHSV값을 알면 원하는 반응기 처리용량을 가지는 촉매의 양을 구할 수 있습니다. 촉매의 양은 GHSV를 나타내는 값으로부터 정해지는 단위로 구해집니다.

촉매소요량(부피 또는 질량) = (처리가스량)/(GHSV, 부피 혹은 질량기준)........................(1)

질문의 예에서, GHSV가 40,000 cc/g-cat/h 이고 가스 유량이 50 L/min 이라면 필요한 촉매의 양은 g 단위로 얻어질 것입니다 .

필요한 촉매의 양 (50*1000*60 cc/h)/(40,000 cc/g-cat/h) = 75 g-cat
촉매의 Bulk Density를 알면 이 양을 Bulk Densigy로 나누면 반응기(촉매) 부피로 환산할 수 있습니다.

*주의해야 할 사항
대개 GHSV는 표준상태의 부피를 기준으로 하기 때문에 원하는 가스 처리 유량도 표준상태의 부피로 나타내야 합니다.
일단 촉매의 양이 질량으로 얻어졌으면 촉매의 부피도 알아낼 수 있습니다.

(반응기 부피) = (촉매 질량) /(촉매의 Bulk Density)......................................................(2)

(5) 반응속도와 GHSV
일반적으로 반응속도는 온도가 올라갈 수록 빨라집니다. 같은 촉매라고 하여도 온도가 높으면 큰 GHSV값을 갖게 되어 반응기의 크기는 줄어듧니다.

그러나 반응속도가 너무 놓으면 다른 물질을 많이 만들어내는 경우가 많습니다. 즉 원하는 생성물의 선택도(Selectivity)가 떨어지지요. 반응생성물 중에 부산물이 많이 생성된다는 것은 (1)수율을 떨어뜨리고 (2) 반응생성물 분리가 어려워지며 (3)분리했다고 해도 부산물을 처리해야 하는 부담이 늘어나며 (4)촉매의 활성저하가 크게 증가하는 경향이 있어서 전체적으로 제조원가가 크게 증가하게 됩니다

따라서 적절한 GHSV를 가지는 반응온도의 결정이 필요합니다 .

(6) 좋은 촉매의 요건은...

1) 같은 전환율을 얻기 위한 GHSV값이 크고 ------------------------>반응기 크기가 작아짐.
2) 같은 GHSV라고 해도 반응온도와 반응압력이 낮을 것--------->반응기 제작비 및 운전비가 낮아짐.
3) 선택성이 좋을 것 (부산물 생성이 낮을 것)---------------->수율이 높아지고 부산물 분리비용이 낮아지며 후처리비용 감소.

4) 촉매의 활성을 오래(될수 있으면 수년간) 유지할 것----------->촉매 교체비용(감가상각비)이 낮아짐.
5) 촉매 독을 일으키는 물질이 전혀 없거가 영향이 작을 것------>가스 전처리비용이 줄어듦.
6) 가격이 저렴할 것--------------------------------------------------------->촉매 교체비용(감가상각비)이 낮아짐.

위의 6가지 요소 중에서 3)과 4)의 요소가 가장 중요합니다.

(1) 반응기 GHSV의 단위 40,000 cc/g-cat-h의 의미
이 단위의 의미는 촉매 1 g당 40,000 cc/h의 가스를 통과시키는 반응기라는 의미입니다.
GHSV는 촉매 부피기준으로 나타낼 수 있고 촉매 질량을 기준으로 나타낼 두 있으며, 촉매의 특성을 나타내는 또 다른 기준으로 나타낼 수도 있습니다.

촉매 질량당 Space Velocity:  40,000 cc/g-cat/h
촉매 부피당 Space Velocity:  40,000 cc-gas/{g-cat*[1/(ρ g-cat/cc cat] }/h  = 40,000*ρ(cc-gas/cc-cat)/h = 40,000 ρ [1/h]

(2) GHSV의 의미
어느 촉매의 GHSV값이 크다면 단위시간당 반응처리가스의 양이 많다는 의미가 있습니다.  촉매의 활성을 이야기함에 있어서 전환율이 크면 반응이 잘 일어나 처리량이 많다는 의미이고 선택성이 크다면 이물질 생성이 적다는 의미를 가집니다.

따라서 GHSV가 크면 반응기 크기가 작아지고 반대로 GHSV가 작으면 반응기의 크기는 커집니다.

(3) GHSV에 따른 반응 전환율의 영향
촉매의 특성을 조사해 보기 위해서는 GHSV를 달리하여 전환율과 선택성을 함께 검토해 봐야 합니다. 
같은 온도에서 반응을 하여도 GHSV가 다르면 전환율이 달라집니다.

충분히 큰 반응기에 가스를 통과시켜 거의 100의 반응이 일어났다고 하면 반응기 크기에 얼마만큼의 여유가 있는지 알 수 없습니다.   이 경우에는 가스 유량을 늘여가면서 반응시켜 전환율을 비교해 봄으로써 촉매가 처리할 수 있는 양을 알아낼 수 있습니다.   원하는 전환율을 갖기 위한 GHSV를 이 실험에서 데이터를 얻어 그래프를 그려보면 알아낼 수 있습니다.

(4) 반응기 크기의 결정
GHSV값을 알면 원하는 반응기 처리용량을 가지는 촉매의 양을 구할 수 있습니다.  촉매의 양은 GHSV를 나타내는 값으로부터 정해지는 단위로 구해집니다.

촉매소요량(부피 또는 질량) = (처리가스량)/(GHSV, 부피 혹은 질량기준)........................(1)

질문의 예에서, GHSV가 40,000 cc/g-cat/h 이고 가스 유량이 50 L/min 이라면 필요한 촉매의 양은 g 단위로 얻어질 것입니다 .

필요한 촉매의 양 (50*1000*60 cc/h)/(40,000 cc/g-cat/h) = 75 g-cat
촉매의 Bulk Density를 알면 이 양을 Bulk Densigy로 나누면 반응기(촉매) 부피로 환산할 수 있습니다.

*주의해야 할 사항
대개 GHSV는 표준상태의 부피를 기준으로 하기 때문에 원하는 가스 처리 유량도 표준상태의 부피로 나타내야 합니다. 
일단 촉매의 양이 질량으로 얻어졌으면 촉매의 부피도 알아낼 수 있습니다.

(반응기 부피) = (촉매 질량) /(촉매의 Bulk Density)......................................................(2)

(5) 반응속도와 GHSV
일반적으로 반응속도는 온도가 올라갈 수록 빨라집니다.  같은 촉매라고 하여도 온도가 높으면 큰 GHSV값을 갖게 되어 반응기의 크기는 줄어듧니다.

그러나 반응속도가 너무 놓으면 다른 물질을 많이 만들어내는 경우가 많습니다.  즉 원하는 생성물의 선택도(Selectivity)가 떨어지지요.  반응생성물 중에 부산물이 많이 생성된다는 것은 (1)수율을 떨어뜨리고 (2) 반응생성물 분리가 어려워지며 (3)분리했다고 해도 부산물을 처리해야 하는 부담이 늘어나며 (4)촉매의 활성저하가 크게 증가하는 경향이 있어서 전체적으로 제조원가가 크게 증가하게 됩니다

따라서 적절한 GHSV를 가지는 반응온도의 결정이 필요합니다 .

(6) 좋은 촉매의 요건은...
 
1) 같은 전환율을 얻기 위한 GHSV값이 크고 ------------------------>반응기 크기가 작아짐.
2) 같은 GHSV라고 해도 반응온도와 반응압력이 낮을 것--------->반응기 제작비 및 운전비가 낮아짐.
3) 선택성이 좋을 것 (부산물 생성이 낮을 것)---------------->수율이 높아지고 부산물 분리비용이 낮아지며 후처리비용 감소.

4) 촉매의 활성을 오래(될수 있으면 수년간) 유지할 것----------->촉매 교체비용(감가상각비)이 낮아짐. 
5) 촉매 독을 일으키는 물질이 전혀 없거가 영향이 작을 것------>가스 전처리비용이 줄어듦. 
6) 가격이 저렴할 것--------------------------------------------------------->촉매 교체비용(감가상각비)이 낮아짐.

위의 6가지 요소 중에서 3)과 4)의 요소가 가장 중요합니다.

김정환 woolves00

09-05-13 10:08

완전 감사합니다

정말이지 커다란 도움이 되었습니다~~

제가 글쓴이 변경을 할 줄 몰라서 죄송하게 되었습니다~

친절한 답변 감사드립니다~~ ^^

좋은 하루 되세요~~

지팡이 hyunjungkim

19-06-20 11:45

안녕하세요
위의 글은 잘 읽어보았으며 조금은 이해를 할 수 있었습니다. 참고맙습니다.

SulfaTrap사의 R2 Sulfur 표준 흡착제 스크린 테스트에 대하여 문의 드리고자 합니다.

유황 제거 능력이 아래와 같이 영어로 표현되어 있습니다.

제가 상식이 부족하여 아래 내용을 정확히 이해하기가 힘드는데요.
Stand sorbent screening test 의미를 아시는 분께서는 조언 부탁드리겠습니다.

Sulfur removal capacity
Standard sorbent screening test:
30,000 h-1 GHSV, 50 ppmv each dimethyl sulfide and ethyl mercaptan, 19-23ºC, 4000 ppmv moisture, natural gas blend
Sample drawn from 1L composite sample of 1.2 ft3 lot
Minimum 2% combined sulfur loading by weight at breakthrough