논문 상세보기
기-액 흡수반응에서 기체의 흡수효율은 흡수탑 내에서 가스의 체류시간과 흡수속도에 크게 기인된다. 이에 따라 선행연구자들은 기-액 반응에서 기체의 흡수율을 증진시키고자 흡수장치개발에 초점을 맞추어왔다. 지금까지 개발되어 이용되고 있는 흡수장치로는 packed tower, spray tower, bubble column, agitated vessel 등 여러 종류가 있으며, Bohner 등에 의하여 jet loop reactor가 개발되었다. Jet loop reactor는 draft tube 내부에 설치된 이유체 노즐에서 기체와 액체가 분사될 때 생성되는 액체제트에 의해 미세한 기포가 형성되어 기-액간의 접촉 면적이 넓어지고 난류강도가 증진된다. 또한, draft tube 내부를 하향류로 흐르던 유체가 annular space를 통해 상향류로 올라간 후, 기-액 흐름의 일부가 draft tube 내부로 재순환되어 기포의 체류시간이 증가하게 된다. 이러한 특징에 의하여 jet loop reactor는 타 반응기에 비하여 기-액간의 물질전달율이 높게 나타난다. 최근 jet loop reactor 내부에 설치된 two-fluid nozzle의 구조를 개선하여 가스와 액체가 nozzle tip에서 분사될 때 draft tube 내부와 외부에서 swirling flow가 형성되는 two-fluid swirling nozzle(TSN)이 개발되었다. Two-fluid swirling nozzle이 부착된 jet loop reactor는 기존의 two-fluid nozzle이 부착된 jet loop reactor에 비하여 기포크기가 미세해지며, 기포와 액체가 draft tube와 annular space를 통과할 때 난류강도가 증가하여, 기-액간 물질전달속도가 더욱 증진될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 two-fluid swirling nozzle(TSN)이 부착된 jet loop reactor와 기존의 two-fluid conventional nozzle(TCN)이 부착된 jet loop reactor에서 CO₂를 흡수제거하는 과정에서 두 nozzle간의 성능을 비교평가하고자 하였다. 성능평가는 일정 조업조건에서 알칼리용액의 pH가 10.1에서 7.0까지 중화되는 시간과 순간 CO₂ 이용율과 총괄 CO₂ 이용율을 측정하여 비교하였다. 그 결과 동일한 액체 순환유량 조건에서 TCN을 장착했을 때에 비하여 TSN을 장착했을 때가 전체적으로 더 짧은 중화시간을 나타내며, 순간 CO₂ 이용율은 TSN을 장착한 경우가 TCN을 장착한 경우에 비하여 높게 나타났으며, 알칼리 용액의 pH가 높을수록 순간 CO₂이용율도 높아지는 경향을 보였다. 또한, Jet loop reactor에서 초기 pH 10.1인 알칼리 용액을 pH 7로 중화하는데 이용된 총괄 CO₂이용율은 TSN과 TCN을 사용했을 때 모두 97 % 이상이었으며, 동일한 액체 순환유량에서 TSN을 장착하였을 경우가 TCN을 장착하였을 경우에 비하여 높은 총괄 CO₂이용율을 보였다.
