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한국화학공학회> 화학공학> 참깻묵의 자연발화온도와 활성화 에너지를 통한 화재 및 폭발의 위험성 평가

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참깻묵의 자연발화온도와 활성화 에너지를 통한 화재 및 폭발의 위험성 평가

Assessment of the Risks of Fire and Explosion through the Spontaneous Ignition Temperature and Activation Energy of Sesame Seed Oil Cakes

변성호 ( Sung-ho Byun ) , 최유정 ( Yu-jung Choi ) , 유두열 ( Doo-yeol Yoo ) , 김경수 ( Kyoung-su Kim ) , 오재근 ( Jae-geun Oh ) , 문병선 ( Byung-seon Moon ) , 최재욱 ( Jae-wook Choi )
  • : 한국화학공학회
  • : 화학공학 59권2호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 05월
  • : 225-231(7pages)
화학공학

DOI


목차

1. 서 론
2. 이론적 배경
3. 실험장치 및 실험방법
4. 결과 및 고찰
5. 결 론
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참깻묵은 4류 위험물 중 동식물류로서 기름을 추출하고 생성된 찌꺼기를 보관하는 중에 열이 축적되어 자연발화의 원인에 의해 화재가 발생되고 있다. 참깻묵의 자연발화에 대한 원인을 규명하기 위하여 시료용기의 두께(3 cm, 5 cm, 7 cm 및 14 cm)를 변화시켜 저장량에 따른 자연발화온도를 구한 결과 3 cm의 경우 180 ℃, 5 cm의 경우160 ℃, 7 cm의 경우 145 ℃, 14 cm의 경우 130 ℃를 구하였다. 시료용기의 두께가 두꺼워질수록 발화한계온도는 낮아졌으며, 발화지 연시간 및 최고온도에 도달하는 시간이 길어졌다. 또한 발화와 비발화의 평균온도인 발화한계온도에 의한 겉보기 활성화 에너지는 97.10 [kJ/mol]로서 참깻묵의 발화특성을 파악하였다.
Sesame seed oil cakes are classified as the animal or plant origin among the flammable liquids, and the fire occurs due to the spontaneous ignition through the accumulation of heat during the storage of residues after the extraction of sesame oil. In order to elucidate the cause of the spontaneous ignition of sesame seed oil cakes, the thickness (3 cm, 5 cm, 7 cm and 14 cm) of the sample container was varied, and the spontaneous ignition temperature was measured depending on the storage volume. Thus, the spontaneous ignition temperature was measured to be 180 ℃ at the thickness of 3 cm, 160℃ at 5 cm, 145 ℃ at 7 cm and 130 ℃ at 14 cm. As the thickness of the sample container increased, the critical ignition temperature decreased, and the induction time to spontaneous ignition and the time to reach the maximum temperature became longer. Furthermore, the apparent activation energy by the critical ignition temperature, which is the average temperature of ignition and non-ignition, was 97.10 [kJ/mol]. With these data, ignition characteristics of sesame seed oil cakes were determined.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 계간
  • : 0304-128x
  • : 2233-9558
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1963-2021
  • : 5303


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59권3호(2021년 08월) 수록논문
최근 권호 논문
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1교합형 동방향 이축압출기의 스크류 조합에 대한 고찰

저자 : 이시춘 ( Shichoon Lee ) , 김형수 ( Hyungsu Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 305-315 (11 pages)

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교합형 동방향이축압출기는 고분자재료의 컴파운딩에 주로 사용되는 기계이다. 이축압출기는 가공하는 재료와 생산제품에 적합한 스크류 조합을 설계하여 품질과 생산성이 양호한 컴파운딩공정을 구축할 수 있다. 스크류조합을 구성하는 스크류와 니딩 엘리먼트의 종류, 형상 및 사양에 대하여 정리하였고, 각각의 엘리먼트가 조합될 때 고분자 수지의 가공성에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 범용수지의 대량생산에 보편적으로 적용되는 스크류 조합의 원리를 설명하였고, 피딩, 용융혼련 및 미터링영역에 적합한 스크류조합의 방향과 사례를 나열하였다. 액상첨가제나 무기필러의 사이드피딩, 반응압출, 탈기공정, 밝은 색상과 투명도가 요구되는 제품의 생산 및 겉보기비중이 낮은 재료의 가공 등 각각의 경우에 맞는 스크류조합의 방향과 원리를 제시하였다.


An intermeshing corotating twin screw extruder is mainly used for compounding polymeric materials. Twin screw extruder can adopt modular-type screw configurations, which directly controls the quality and productivity of the products. The types, shapes, and specifications of the screw and kneading elements are summarized, and the effects of screw configuration on the processabiliy of the materials are discussed. The principles of screw configuration universally applied to mass production of general-purpose resins are explained, and the guidelines of screw combination according to the roles of feeding, melt mixing, and metering zones are listed. The strategies of screw combination suitable for various cases, such as side feeding of liquid additives or inorganic fillers, reactive extrusion, devolatilization process, production of products requiring bright color and transparency, and processing of materials with low apparent specific gravity, are presented.

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2수환경 내 미세플라스틱 검출분석법 최신 동향 연구

저자 : 오수림 ( Soorim Oh ) , 이도균 ( Do Gyun Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 316-325 (10 pages)

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인간의 편의를 위해 생산된 플라스틱은 500년 이상 썩지 않고 생태계로 유입되어 육상 및 수생태계를 위협하고 있다. 2025년까지 2억 5천만 톤의 플라스틱이 바다로 유입될 것으로 예상되고, 2015년부터 미세플라스틱 관련 연구가 기하급수적으로 급증하고 있지만, 전 세계적으로 미세플라스틱 정의 및 분석 방법에 대한 표준화가 이뤄지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 미세플라스틱 분석방법 표준화를 위해 우선적으로 수환경에서의 미세플라스틱 분석방법의 최신 연구동향을 조사하여 프로세스 순으로 제시하였으며, 이에 대한 분석방향을 제시하고자 하였다. 추후 미세플라스틱 표준화를 위한 기초자료로써 활용 가능하며, 표준화 이후 더욱 효과적인 미세플라스틱 관리 정책이 마련될 것으로 기대한다.


Human-made plastics takes more than 500 years to break down and have been introduced into the ecosystem, threatening terrestrial and aquatic organisms. By 2025, there will be more than 250 million tons of plastics in the ocean. Although studies regarding microplastics have been exponentially increasing since 2015, international standards for defining the size classification for microplastics, as well as methods for qualitative/quantitative analysis have not been concluded yet. Thus, in this study, the latest trends in analytical methodologies have been reviewed. Further, the study suggests directions for future research approaches can be taken to analyze aquatic microplastics, which could be as useful information for establishing effective microplastic management policy via standardization in microplastic analysis.

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3수열 합성법으로 제조된 구형의 실리콘/탄소 음극소재의 전기화학적 특성

저자 : 최나현 ( Na Hyun Choi ) , 이종대 ( Jong Dae Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 326-332 (7 pages)

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본 연구에서는 수열 합성법을 이용하여 나노 실리콘이 포함된 구형의 탄소 복합체를 합성하고, 석유계 피치로 코팅하여 제조된 음극 소재의 전기화학 특성을 조사하였다. 수크로스의 몰 농도를 변화시켜 수열합성한 후, 유기 용매로 THF를 사용하여 피치로 코팅된 음극 복합소재를 제조하였다. 제조된 음극 소재는 SEM, EDS, XRD 및 TGA를 사용하여 물리적 특성을 분석하였으며, 1.0M LiPF6 (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) 전해액에서 사이클, 율속, 순환전 압전류 및 임피던스 테스트를 통해 리튬이차전지의 전기화학 성능을 조사하였다. 1.5 M의 수크로스와 피치를 사용하여 제조된 실리콘/탄소 소재는 구형 형태를 보였으며, 1756 mAh/g의 높은 초기 용량, 50 사이클 후 82 %의 용량 유지율 및 2 C/0.1 C에서 81%의 우수한 속도 특성을 확인할 수 있었다.


In this study, a spherical carbon composite material containing nano-silicon was synthesized using hydrothermal synthesis, and coated with petroleum pitch to prepare an anode material to investigate the electrochemical characteristics. Hydrothermal synthesis was performed by varying molar concentration, and the pitch was coated using THF as an organic solvent to prepare a composite material. The physical properties of anode materials were analyzed using SEM, EDS, XRD and TGA, and the electrochemical performances were investigated by cycle, C-rate, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests in 1.0 M LiPF6 electrolyte (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The pitch-coated silicon/carbon composite (Pitch@Si/C-1.5) with sucrose of 1.5 M showed a spherical shape. In addition, a high initial capacity of 1756 mAh/g, a capacity retention ratio of 82% after 50 cycles, and an excellent rate characteristic of 81% at 2 C/0.1 C were confirmed.

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4PEMFC 고분자막의 화학적 내구성 평가시간 단축

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 조원진 ( Wonjin Cho ) , 임대현 ( Daehyeon Lim ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 333-338 (6 pages)

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대형 상용차용 PEMFC 스택 내구성은 승용차용보다 5배 이상 되어야 한다. 승용차용 PEMFC 고분자막의 화학적 가속 내구성 평가(AST)를 대형 상용차용에 그대로 적용하면 AST 시간이 2,500시간 이상이 되는 문제점이 있다. DOE(Department of Energy)의 AST 시간을 단축시키기 위해 Cathode 가스로 공기대신 산소를 사용하여 고분자막의 화학적 내구성을 평가하였다. 본 연구에서는 Nafion XL을 고분자막으로 사용해 OCV, 90 ℃, RH 30%, H2 (Anode), 공기 또는 산소조건으로 가속 내구성을 평가하였다. DOE 내구 목표 기준 중 Short 저항 감소가 제일 빨리 나타났다. 공기 대신 산소를 사용함으로써 전극 열화의 영향을 적게 받으면서, 고분자막의 열화 속도를 가속화시켜 고분자막 내구성 평가시간을 절반 이하로 단축시켰다.


The durability of the PEMFC stack for large commercial vehicles should be more than 5 times that for passenger vehicles. If the Chemical Accelerated Stress Test (AST) of PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cells) membrane for passenger cars is applied as it is for large commercial vehicles, there is a problem that the AST time becomes more than 2,500 hours. In order to shorten the AST time of DOE (Department of Energy), the chemical durability of the polymer membrane was evaluated using oxygen instead of air as a cathode gas. In this study, Nafion XL was used as a polymer membrane to evaluate accelerated durability under OCV, 90?, RH 30%, H2/(air or oxygen) conditions. Among the DOE membrane durability target criteria, the decrease rate of short resistance was the fastest. By using oxygen instead of air, the degradation rate of the polymer membrane was accelerated while being less affected by electrode deterioration, reducing the polymer membrane durability evaluation time to less than half.

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5화학적/기계적 열화 병행방법에 의한 PEMFC 고분자막 내구성 평가

저자 : 임대현 ( Daehyeon Lim ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 정성기 ( Sunggi Jung ) , 정지홍 ( Jihong Jeong ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 339-344 (6 pages)

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고분자 전해질 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 내구성 향상을 위해서 고분자막의 내구성을 짧은 시간에 정확히 평가하는 것은 중요하다. 최근에 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)에서 고분자막의 화학적 내구성과 기계적 내구성을 결합해 평가하는 프로토콜을 보고하였다. 이 프로토콜은 개회로전압(Open Circuit Voltage, OCV) 유지 상태에서 가습/건조를 반복함으로써 화학적/기계적 열화를 고분자막에 가한다. OCV 변화 반복에 따른 전극 열화의 영향을 많이 받고 평가시간이 장시간인 점들이 이 프로토콜의 문제점이다. 본 연구에서 DOE 프로토콜의 다른 조건들은 그대로 두고 양극(Cathode) 가스로 공기 대신 산소를 사용함으로써 내구평가 시간을 408시간에서 144시간으로 단축시킬 수 있었다. 전압변화 사이클 횟수를 1/3로 감소시킴으로써 전압변화 사이클에 의한 전극열화는 종료 시점에서 공기에 비해 산소 사용 시 1/12로 감소시켜서, 고분자막 내구 평가를 보다 정확히 할 수 있게 하였다.


In order to improve the PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) durability, it is important to accurately evaluate the durability of the membrane in a short time. Recently, DOE (Department of Energy) reported a protocol that combines the chemical and mechanical durability of membranes to evaluate them effectively. This protocol applies chemical/mechanical deterioration to the membrane by repeating wet/dry while OCV (Open Circuit Voltage) holding. The problem of this protocol is that it is highly affected by electrode degradation due to change cycles in OCV and that the evaluation time is long. By using oxygen instead of air as the cathode gas while leaving the other conditions of the DOE protocol as it is, the durability evaluation time could be reduced from 408 hours to 144 hours. By reducing the number of voltage change cycles to 1/3, the electrode degradation due to the voltage change cycle was reduced to 1/12 when oxygen was used compared to air at the end, thereby enabling more accurate evaluation of polymer membrane durability.

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6LNG 냉열을 활용한 저압 액화 공기 생산 공정 설계 및 경제성 평가

저자 : 문하늘 ( Haneul Mun ) , 정근호 ( Geonho Jung ) , 이인규 ( Inkyu Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 345-358 (14 pages)

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본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.


This study focuses on the development of the liquid air production process that uses LNG (liquefied natural gas) cold energy which usually wasted during the regasification stage. The liquid air can be transported to the LNG exporter, and it can be utilized as the cold source to replace certain amount of refrigerant for the natural gas liquefaction. Therefore, the condition of the liquid air has to satisfy the available pressure of LNG storage tank. To satisfy pressure constraint of the membrane type LNG tank, proposed process is designed to produce liquid air at 1.3bar. In proposed process, the air is precooled by heat exchange with LNG and subcooled by nitrogen refrigeration cycle. When the amount of transported liquid air is as large as the capacity of the LNG carrier, it could be economical in terms of the transportation cost. In addition, larger liquid air can give more cold energy that can be used in natural gas liquefaction plant. To analyze the effect of the liquid air production amount, under the same LNG supply condition, the proposed process is simulated under 3 different air flow rate: 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s, correspond to Case1, Case2, and Case3, respectively. Each case was analyzed thermodynamically and economically. It shows a tendency that the more liquid air production, the more energy demanded per same mass of product as Case3 is 0.18kWh higher than Base case. In consequence the production cost per 1 kg liquid air in Case3 was $0.0172 higher. However, as liquid air production increases, the transportation cost per 1 kg liquid air has reduced by $0.0395. In terms of overall cost, Case 3 confirmed that liquid air can be produced and transported with $0.0223 less per kilogram than Base case.

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7부유 분진의 정전압에 의한 최소착화에너지 위험성평가

저자 : 한우섭 ( Oue-sup Han )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 359-365 (7 pages)

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본 연구에서는 분진의 착화 특성 및 정전기 위험성 평가법을 실험적으로 조사하였다. 착화에너지 시험은 PE(HD), PE(LD), PMMA 분진에 대해 MIKE-3장치를 사용하여 실시하였다. PE (HD)의 경우 약 8 ms의 일정 시간 경과 후에 분진운의 착화 화염이 형성되고, 착화원 중심부에서는 화염 핵이 관찰되지 않았다. 분진의 분산 횟수가 증가함에 따라 정전압이 증가하고 분진 농도에 따른 정전압 발생 증가율은 PMMA, PE(LD), PE (HD) 순으로 가장 높았다. PE(HD) 분진의 분산 조건이 정전압에 미치는 영향을 조사하였으며, 분산 횟수가 많아질수록 정전압이 증가하였고 동일한 분산 횟수에서는 분진 농도가 높아질수록 정전압이 증가하였다. 정전기 착화에 의한 화재폭발사고 예방을 위한 안전 정전압은 PE(HD), PE(LD)-1, PE(LD)-2, PMMA에 있어서 각각 2.58, 44.72, 25.82, 8.16 kV로 추정되었다. 정전압 측정 자료를 사용하여 정전기 착화 위험성을 효율적으로 조사하여 최소착화에너지를 추정하는 방법을 제안하였다.


We investigated experimentally the ignition characteristic of dust and the hazard evaluating for electrostatic discharge. The ignition energy experiments were performed on sample dusts such as PE(HD), PE(LD), PMMA using the MIKE-3 apparatus. The formation of flame during the ignition of PE(HD) dust clouds occurred after the delay time of about 8 ms, and the flame kernels were not observed in center of ignition occurrence area. The voltage increased with increasing the number of dust dispersions and the increase rate of measured voltage with dust concentration was the highest in the order of PMMA, PE(LD) and PE(HD). For the effect of dispersion condition on the voltage in PE(HD) dust, the results were obtained that the voltage increased as the number of dispersions increased and as the concentration increased under the same dispersion number. The safety voltages to prevent fire and explosions by electrostatic ignition were estimated that PE(HD), PE(LD)-1, PE(LD)-2, and PMMA were 2.58, 44.72, 25.82, and 8.16 kV, respectively. We proposed the method for estimating the minimum ignition energy by using the measured voltage data for efficient investigation of electrostatic ignition hazard.

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8형광공명에너지전이 알파카테닌 센서를 활용한 세포 부착접합부에서의 힘 전달 이미징

저자 : 장윤관 ( Yoon-kwan Jang ) , 서정수 ( Jung-soo Suh ) , 석명은 ( Myungeun Suk ) , 김태진 ( Tae-jin Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 366-372 (7 pages)

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캐드헤린-카테닌 복합체는 세포의 부착 접합부에서 힘의 전달에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. 그러나 기계적 힘 신호를 시각화 하고 감지하는 적절한 도구의 부재로, 캐드헤린-카테닌 복합체가 세포 간 접합에서 힘 전달을 조절하는 기본 메커니즘은 아직 파악하기가 어렵다. 본 연구에서는 형광공명에너지전이를 기반으로 설계된 알파카테닌 센서를 사용하여 캐드헤린에 의해 매개되는 힘 전달을 시각화 하였다. 이러한 결과는 알파카테닌이 세포-세포 접합부에서 캐드헤린 매개 기계적에너지변환(mechanotransduction) 경로의 핵심적인 힘 트랜스듀서(force transducer) 임을 보여준다. 본 연구는 향후 기계적 힘의 세포-세포 상호간의 의사소통에 미치는 영향과 생리학적/병리학적 현상과의 관계를 연구하는 데 중요한 이해를 제공할 것이라 본다.


Cadherin-Catenin complex is thought to play an essential role in the transmission of force at adherens junction. Due to the lack of proper tools to visualize and detect mechanical force signals, the underlying mechanism by which the cadherin-catenin complex regulates force transmission at intercellular junctions remains elusive. In this study, we visualize cadherin-mediated force transmission using an engineered α-Catenin sensor based on fluorescence resonance energy transfer. Our results reveal that α-catenin is a key force transducer in cadherin-mediated mechanotransduction at cell-cell junctions. Thus, our finding will provide important insights for studying the effects of chemical and physical signals on cell-cell communication and the relationship between physiological and pathological phenomena.

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9젖산 연료전지용 효소전극 제작 및 특성 분석

저자 : 장연청 ( Yanqing Zhang ) , 김창준 ( Chang-joon Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 373-378 (6 pages)

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본 연구는 땀에 존재하는 젖산을 연료로 사용하여 전기를 생산하는 웨어러블 연료전지용 고전력 젖산 산화효소 전극을 개발하는 데 그 목적이 있다. 유연성 있는 탄소종이 기반의 고정화효소 전극을 제작하고 평가하였다. 전해질 내 젖산농도 증가에 따라 젖산 산화효소(lactate oxidase, LOx)의 촉매작용으로 전류생성량이 증가하였다. 금 나노입자가 부착된 탄소종이에 고정화된 LOx가 탄소종이에 부착된 LOx보다 1.5배 많은 전류를 생성하였다. 빌리루빈 산화효소(bilirubin oxidase, BOD)가 고정화된 cathode는 질소로 퍼지(purge)된 전해질보다 산소로 포화된 전해질에서 높은 환원전류를 발생시켰다. 두 전극으로 구성된 연료전지를 제작하여 방전전류 변화에 따른 셀전압을 측정하였다. 방전 전류밀도 값이 66.7 μA/㎠에서 셀 전압은 0.5±0.0 V였고, 셀 전력량은 최대치인 33.8±2.5 μW/㎠를 나타내었다.


The study aimed to develop a high-power enzymatic electrode for a wearable fuel cell that generates electricity utilizing lactate present in a sweat as fuel. Anode was fabricated by immobilizing lactate oxidase (LOx) on flexible carbon paper. As the lactate concentration in the electrolyte solution increased, the amount of current generated by catalysis of lactate oxidase increased. The immobilized LOx generated 1.5-times greater oxidation current density in the presence of gold nanoparticles than carbon paper only. Bilirubin oxidase (BOD)-immobilized cathode generated a larger amount of reduction current in the electrolyte saturated with oxygen than purged with nitrogen. A fuel cell composed of two electrodes was fabricated and cell voltage was measured under different discharge current. At the discharge current density of 66.7 μA/㎠, the cell voltage was 0.5±0.0 V leading to maximum cell power density of 33.8±2.5 μW/㎠.

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10Taxus chinensis로부터 파클리탁셀 정제를 위한 개선된 아세톤-물 분별침전 공정 개발 및 그 동역학 및 열역학적 해석

저자 : 강회종 ( Hoe-jong Kang ) , 김진현 ( Jin-hyun Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 379-392 (14 pages)

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본 연구에서는 초음파 캐비태이션 버블와 가스 버블를 이용한 파클리탁셀의 개선된 아세톤-물 분별침전 공정을 개발하였다. 전통적 방법에 비해 침전에 소요되는 시간이 20~25배 단축되었다. 또한 파클리탁셀의 침전물 크기는 3.5~5.5배 감소하였으며 파클리탁셀의 확산 계수는 3.5~6.7배 증가하였다. 초음파 캐비태이션 버블을 이용한 침전의 경우 초음파 파워는 증가할수록, 침전 온도는 감소할수록 침전 속도 상수는 증가하였다. 가스 버블을 이용한 침전의 경우 가스 유량은 증가할수록, 침전 온도는 감소할수록 침전 속도 상수는 증가하였다. 열역학적 해석을 통해 개선된 분별침전은 비자발적 발열 공정이었다.


In this study, an improved acetone-water fractional precipitation process for paclitaxel using ultrasonic cavitation bubbles and gas bubbles was developed. Compared to the conventional method, the time required for precipitation has been reduced by 20~25 times. In addition, the particle size of paclitaxel decreased by 3.5~5.5 times and the diffusion coefficient of paclitaxel increased by 3.5~6.7 times. In the case of precipitation using ultrasonic cavitation bubbles, as the ultrasonic power increased and the temperature decreased, the precipitation rate constant increased. In the case of precipitation using gas bubbles, as the gas flow rate increased and the temperature decreased, the precipitation rate constant increased. Thermodynamic parameters revealed the exothermic, irreversible, and nonspontaneous nature of the improved fractional precipitation.

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1In Vitro Evaluation of Antioxidant Potential of Date Palm Collected in Algeria using Electrochemical and Spectrophotometrical Techniques

저자 : Cheyma Bensaci , Zineb Ghiaba , Messaouda Dakmouche , Assia Belfar , Mahdi Belguidoum , Fatima Zohra Bentebba , Mokhtar Saidi , Mohamed Hadjadj

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 153-158 (6 pages)

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In this study, we will determined the total phenolic content (TPC) and the antioxidant activity of the methanolic extract (ME) of date palm (Phoenix dactylifera. L) fruits (DPF) of four native cultivars from Algeria: Ghars (Gh), Chtaya (Cht), DeglaBeïda (DB) and Tinissine (Tns). The TPC of ME of DPF was measured by using Folin-Ciocalteu. Thereafter, the antioxidant capacity of various extracts was determined using DPPH test, reducing power and superoxide anion test. These results showed that dates had strongly scavenging activity on DPPH. The value of IC50 for DPPH radical test was 0.077 mg/ml in Cht. Also, Cht cultivar showed the best-reducing power, which was significantly higher than the other varieties. The less IC50 value in cyclic voltammetry method (CV), which meets the highest effective antioxidant, was 0.006 mg/ml in methanolic extract of Cht.

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2CNT Fibers의 전기화학적 특성 및 비효소적 글루코스 검출 성능 고찰

저자 : 송민정 ( Min-jung Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 159-164 (6 pages)

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부착형(attachable) 타입의 웨어러블 디바이스 적용을 위한 패브릭(fabric)이나 텍스처(textiles) 타입의 고성능 전극 소재 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 유연 전극 소재로 탄소나노튜브 섬유(CNT fibers)를 응용하고 자, CNT fibers의 전기화학적 특성과 이를 적용한 비효소적 글루코스 센싱 성능을 확인하였다. CNT fibers의 표면 구조는 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성 및 센싱 성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. CNT fibers 전극은 낮은 capacitive current와 산화-환원 화학종과 전극 계면 간의 효율적인 direct electron transfer에 의한 우수한 electrochemical activity 등 향상된 전기화학적 특성으로 인해 높은 감도와 넓은 선형 농도 범위, 그리고 낮은 검출 한계 등 우수한 센싱 특성을 보였다. 따라서, 본 연구는 CNT fibers 기반의 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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3마이크로미터 크기의 실리카 입자를 이용한 UV 경화형 눈부심 방지 코팅 필름 제조

저자 : 김태형 ( Tae Hyoung Kim ) , 송기창 ( Ki Chang Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 165-173 (9 pages)

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눈부심 방지(Anti-glare, AG) 코팅 필름은 액정 디스플레이, LED 조명, 터치 패널 등 다양한 디스플레이 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 UV 경화형 코팅 용액 내에 충전제로써 마이크로미터 크기의 실리카 입자를 첨가하여 눈부심 방지 효과를 부여하고자 하였다. 이 과정 중 실리카 입자의 크기, 함유량, 교반 시간, 다른 크기의 실리카 입자의 혼합 비율이 코팅 도막의 haze 값과 가시광선 투과도에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 실리카 입자의 크기가 클수록, 또한 실리카 입자의 함유량이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 가시광선 투과도는 감소하였다. 반면 교반 시간은 haze 값과 투과도에 큰 영향을 주지 못하였다. 또한 큰 크기의 실리카의 혼합 비율이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 이와 반대로 가시광선 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

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4Fabrication of K-PHI Zeolite Coated Alumina Hollow Fiber Membrane and Study on Removal Characteristics of Metal Ions in Lignin Wastewater

저자 : Xuelong Zhuang , Min Chang Shin , Byeong Jun Jeong , Seung Hwan Lee , Jung Hoon Park

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 174-179 (6 pages)

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Recently, hybrid coal research is underway to upgrade low-grade coal. The hybrid coal is made by mixing low-grade coal with bioliquids such as molasses, sugar cane, and lignin. In the case of lignin used here, a large amount of lignin is included in the wastewater of the papermaking process, and thus, research on hybrid coal production using the same is attracting attention. However, since a large amount of metal ions are contained in the lignin wastewater from the papermaking process, substances that corrode the generator are generated during combustion, and the amount of fly ash is increased. To solve this problem, it is essential to remove metal ions in the lignin wastewater. In this study, metal ions were removed by ion exchange with a alumina hollow fiber membrane coated with K-Phillipsite (K-PHI) zeolite. The alumina hollow fiber membrane used as the support was prepared by the nonsolvent induced phase separation (NIPS) method, and K-PHI seeds were prepared by hydrothermal synthesis. The prepared K-PHI seed was seeded on the surface of the support and coated by secondary growth hydrothermal synthesis. The characteristic of prepared coating membrane was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDX), and the concentration of metal ions before and after ion exchange was measured by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES). The extraction amount of K+ is 86 mg/kg, and the extraction amount of Na+ is 54.9 mg/kg. Therefore, K-PHI zeolite membrane has the potential to remove potassium and sodium ions from the solution and can be used in acidic lignin wastewater.

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5발사체 고체추진제의 저장 및 시험 시 안전거리 산정에 관한 연구

저자 : 신안태 ( Ahn-tae Shin ) , 박병문 ( Byung-mun Park ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 180-185 (6 pages)

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한-미 미사일지침 개정으로 우주발사체에 대한 고체추진제 사용 제한이 완전히 해제 됐다. 고체추진제는 1단형 과학로켓 KSR-1과 같이 고체추진제 로켓으로 활용 가능하고, 액체연료 발사체의 추력증강 부스터로도 활용 가능하다. 고체추진제는 액체추진제에 비하여 폭발 위험성이 낮은 장점이 있지만 브라질 알칸타라 발사장 폭발사고와 같이 사고가 일어나면 대형 인명사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 대형 인명사고를 예방하기 위해서는 고체추진제의 저장 및 시험 시 최소한의 안전거리에 대한 검토가 사업의 기획단계 부터 검토되고 반영 되어야 한다. 본 논문에서는 발사체 고체추진제를 안전하게 사용하기 위한 최소한의 안전거리를 저장시설과 시험 시로 구분하여 산정 기준 및 사례를 제시하였다.

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6Fuzzy 가중치를 반영한 배출 저감 규제의 타당성 분석

저자 : 윤종수 ( Daniel Jongsoo Yoon ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 186-190 (5 pages)

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규제당국은 유해 물질 배출을 저감 하는 규제를 시행하면서, 규제 이행에 따른 다양한 활동의 편익/비용 비율로 그 타당성을 제시한다. 그리고 비율 산정과정에서 규제 관련 속성의 중요도 가중치를 반영한다. 그런데, 전문가들은 가중치 설문 응답에서 애매함을 보이고 있으며, 정확한 의사 결정을 위해서는 이를 제거해야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 퍼지-계층화 방법론을 이용하여 타당성여부를 적용하고, 이를 2019년 11월 시행된 우리나라의 '배출 저감 계획'규제 타당성 평가에 적용하였다.

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7머신 러닝과 데이터 전처리를 활용한 증류탑 온도 예측

저자 : 이예찬 ( Yechan Lee ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 191-199 (9 pages)

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화학 공정의 주요 설비 중 하나인 증류탑은 물질들의 끓는점 차이를 이용하여 혼합물에서 원하는 생산물을 분리하는 설비이며 증류 공정은 많은 에너지가 소비되기 때문에 최적화 및 운전 예측이 필요하다. 본 연구의 대상 공정은 공급처에 따라 원료의 조성이 일정하지 않아 정상 상태로 운전이 어려워 효율적인 운전이 어렵다. 이를 해결하기 위해 데이터 기반 예측 모델을 이용하여 운전 조건을 예측 할 수 있다. 하지만 미가공 공정 데이터에는 이상치 및 노이즈가 포함되어 있어 예측 성능을 향상시키기 위해 데이터 전처리가 필요하다. 본 연구에서는 인공 신경망 모델인 Long shortterm memory (LSTM)과 Random forest (RF)를 사용하여 모델을 최적화한 후, 데이터 전처리 방법으로 Low-pass filter와 One-class support vector machine을 사용하여 데이터 전처리 방법 및 범위에 따른 예측 성능을 비교하였다. 각 모델의 예측 성능과 데이터 전처리의 영향은 R2과 RMSE를 사용하여 비교하였다. 본 연구의 결과, 전처리를 통해 LSTM의 경우 R2은 0.791에서 0.977으로 RMSE는 0.132에서 0.029로 각각 23.5%, 78.0% 향상되었고, RF의 경우 R2은 0.767에서 0.938으로 RMSE는 0.140에서 0.050으로 각각 22.3%, 64.3% 향상되었다.

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8액화천연가스(LNG)를 사용한 수소 생산 및 액화 공정 개발

저자 : 노원준 ( Wonjun Noh ) , 박시환 ( Sihwan Park ) , 이인규 ( Inkyu Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 200-208 (9 pages)

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액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.

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9해수 이용 LNG 재기화 공정의 딥러닝과 AutoML을 이용한 동적모델링

저자 : 신용범 ( Yongbeom Shin ) , 유상우 ( Sangwoo Yoo ) , 곽동호 ( Dongho Kwak ) , 이나경 ( Nagyeong Lee ) , 신동일 ( Dongil Shin )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 209-218 (10 pages)

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ORV의 열교환 효율 향상 및 운전 최적화를 위한, first principle 기반 모델링 연구들이 수행되어왔지만, ORV의 열전달 계수는 시간, 위치에 따라 불규칙한 시스템으로, 복잡한 모델링 과정을 거친다. 본 연구는 복잡한 시스템에 대한 데이터 기반 모델링의 실효성을 확인하고자, LNG 재기화 공정의 실제 운전데이터를 이용해, ORV의 해수 유량, 해수 온도, LNG 유량 변화에 따른 토출 NG 온도 및 토출 해수 온도의 동적 변화 예측이 가능한, FNN, LSTM 및 AutoML 기반 모델링을 진행하였다. 예측 정확도는 MSE 기준 LSTM > AutoML > FNN 순으로 좋은 성능을 보였다. 기계학습 모델의 자동설계 방법인 AutoML의 성능은 개발된 FNN보다 뛰어났으며, 모델 개발 전체소요시간은 복잡한 모델인 LSTM 대비 1/15로 크게 차이를 보여 AutoML의 활용 가능성을 보였다. LSTM과 AutoML을 이용한 토출 NG 및 토출 해수 온도의 예측은 0.5 K 미만의 오차를 보였다. 예측모델을 활용해, 겨울철 ORV를 이용해 처리 가능한 LNG 기화량의 실시간 최적화를 수행하여, 기존 대비 최대 23.5%의 LNG를 추가 처리 가능함을 확인하였고, 개발된 동적 예측모델 기반의 ORV 최적 운전 가이드라인을 제시하였다.

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10Evaluation of Water Softening with the Removal of Calcium Ion by Ion Flotation Approach

저자 : Azadeh Mafi , Gholam Khayati

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 219-224 (6 pages)

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Ion flotation is an efficient method to remove metal ions from aqueous solution. In this work, ion flotation was applied to calcium removal from aqueous solution. The parameters used included sodium stearate (SS) and sodium dodecyl sulfate (SDS) as collectors, 1-butanol and 1-propanol as frothers, pH, and air-flow rate. An L16 orthogonal array was chosen according to the mentioned factors and levels, and experimental tests were conducted according to the Taguchi orthogonal array. The results showed that all of the factors except one had significant effect on the flotation performance. The percentage contribution of parameters showed that type of frother and type of collector made the greatest (43.14%) and the lowest (9.86%) contribution, respectively. In optimal conditions, the recovery of Ca (II) ion was 45.67%. Also, the results illustrated that the Taguchi method could predict calcium removal from aqueous solution by ion flotation with 2.63%. This study showed that the use of ion flotation was an effective method for Ca (II) ion removal from aqueous solution.

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