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비완전 막분리시 투과증발 막촉진 에스터화 반응 거동 연구 KCI 등재
A Characterization of Pervaporation-facilitated Esterification Reaction with non-perfect Separation
불완전 분리의 실질적인 분리투과 특성을 근거로 하는 모사모델을 이용하여 투과증발 막촉진 에스터화 반응의 실질적인 거동을 연구하였다. 막의 분리효율, 막의 물제거 능력을 모델에 포함시킴으로써 반응모사를 통하여 이들이 막촉진반응에 어떻게 영향을 끼치는지를 체계적으로 관찰할 수 있었다. 막을 통한 비완전분리가 일어날 경우에 초기 반응물 몰비율이 1이 아닐 때 반응 혼합물중 소량으로 존재하는 반응성분이 투과되거나, 혹은 초기 반응물 몰비율이 1인 반응 혼합물중 어느 반응성분이 투과되든지 반응이 완결될 수 없었다. 생성물인 에스터가 물과 함께 일부 투과될 경우 정방향 반응속도를 증가시켜 시간에 따른 반응 전환률을 증가시킨다. 막을 통한 불완전 분리시 막을 통한 투과로 인하여 발생하는 반응혼합물의 부피감소로 인하여 반응성분 뿐 아니라 생성성분의 농도가 증가되는데 이들 농도증가가 반응속도에 상반된 영향을 끼친다; 반응물 농축은 반응속도를 증가시키나 생성물 농축은 역방향의 반응을 촉진시킴으로서 반응속도를 감소시킨다. 반응초기에는 반응물 농축효과가 우세하나 반응이 진행됨에 따라 생성물 농축효과가 우세하여 반응속도를 저하시킴이 모사결과 관찰되었다.
Pervaporation-facilitated esterification with slow reaction regime was characterized by using a practical model based on non-perfect separation through membrane. A non-perfect separation in which the membrane is not perfectly permselective to water was applied to the model. Thus, membrane selectivity and membrane capability to remove water were included in the simulation model to explain how they influence the membrane-facilitated reaction process and improve the reactor performance. It was shown by simulation that in the reaction systems with non-perfect separation, reaction completion can hardly be achievable when any reactant at initial molar ratio=1 or the less abundant reactant at initial molar ratio>1 permeates through membrane, and the permeation of ester accelerates the forward reaction md increase reaction conversion at any instant through removal of product species like water. The volume change causes concentrating both reactants and products that affect the reaction with time in opposite ways; reactant-concentrating effect is dominant during the initial stage of reaction, increasing the reaction rate, and then concentrating product influences more reaction by decreasing the reaction rate.
