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복수-상 반응기로서 모노리스(Monoliths as multiphase reactors: A review)

전문가 제언: □ 본문은 미리 구조적으로 성형한 모노리스를 복수-상 흐름의 반응기로 사용하는 최근의 진전을 개관하였다. 이 개관은 모노리스의 구조를 정의하는 것으로 시작해서 흐름의 영역, 액체 흐름 지체, 압력강하와 확산 같은 여러 가지 유체역학적 파라미터를 추구하였다. 그 후에 물질전달 성격을 다루었다.

○ 모노리스 반응기는 이미 휘발유 자동차의 배출가스를 정화하는 촉매장치로 널리 사용되고 있다. 더 최근에 재래식 슬러리 반응기나 유동층 또는 충전층 반응기를 쓰던 수소화나 부분산화 또는 완전산화 반응에 이 모노리스 같이 미리 구성된 촉매 반응기를 이용하려는 시도가 나타나고 있다.

□ 재래식 충전층은 Raschig ring 같은 작은 충전물을 채워 넣어 기체와 액체의 접촉면적을 만들었다. 특히 충전층의 높이가 높을 때 충전물 투입 때 바닥에 떨어진 세라믹 충전물이 깨지는 것을 막기 위해 충전층을 물로 채운 후 충전물을 투입함으로써 최종속도(terminal velocity)로 일정속도를 유지하게 했다.

○ 그러나 이런 무작위 충전은 전 횡단면을 통하여 충전물의 분포가 고르지 않아 액체 및 기체의 흐름이 일부분에 집중(channeling)하는 결점이 있었다.

○ 모노리스는 미리 구조를 성형하여 층 내에 포개놓음으로써 이런 무작위 충전이 가져오는 결점을 극복할 수 있다. 특히 압력강하가 적어 에너지 절약이 가능하고, 기체의 확산 경로가 짧아 물질전달이 증가되는 장점이 있다 한다.

○ 모노리스 채널 내의 난류를 증가시키기 위하여 내부를 주름잡거나 지름 방향의 전달을 위하여 채널을 서로 연결시킨 특수한 모노리스 도 특허를 받았다고 한다. 이런 모노리스는 유체역학적으로 직선형 모노리스에 비하여 다를 것이다. 따라서 모노리스 반응기 성능의 예측은 유체역학적 데이터와 반응론적 파라미터가 조화되어야 한다.

저자: Roy, S; Bauer, T; Al-Dahhan, M; Lehner, P; Turek, T
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