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HWAHAK KONGHAK, Vol.41, No.6, 700-709, December, 2003
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전산유체역학 기법을 이용한 촉매 멤브레인 반응기 해석
Analysis of the Catalytic Membrane Reactor by CFD Method
박정수, 서정철1, 신동일2, 윤인섭†
  • 서울대학교 응용화학부, 151-742 서울시 관악구 신림동 산56-1
  • 1한국가스공사 연구개발원, 429-712 경기도 시흥시 대야동 332-1
  • 2명지대학교 화학공학과, 449-728 경기도 용인시 남동 산 38-2
Jeong Su Park, Jung Chul Suh1, Dongil Shin2, and En Sup Yoon†
  • School of Chemical Engineering, Seoul National University, San 56-1, Shilim-dong, Gwanak-gu, Seoul 151-742, Korea
  • 1Korea Gas Corporation R&D Division, 332-1, Daeya-dong, Shihung, Gyonggi 429-712, Korea
  • 2Department of Chemical Engineering, Myongji University, San 38-2, Nam-dong, Yongin, Kyonggi 449-728, Korea
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초록
본 연구에서는 수성가스전환 고정층 촉매 멤브레인 반응기를 CFD(computational fluid dynamics)기술을 이용하여 해석했다. 수성가스전환반응에 대한 반응 속도식을 조사하고, 이를 모사할 수 있는 촉매 반응기 모델을 만들어 모사했으며 문헌치와 비교했다. 그리고 이에 합당한 반응속도식을 선정하고, 이를 이용하여 반응최적온도가 630K임을 알아냈다. 수소 선택적 투과 멤브레인에 대한 CFD모사 모듈을 개발하여 촉매 멤브레인 반응기에 대해 모사하고 문헌치와 비교, 분석했다. 멤브레인의 투과속도를 변화시켜 반응 전화율에 영향을 주는 변수들인 온도, 압력, 투과측 이송가스(sweep gas)유속 및 흐름 방향, 멤브레인 두께를 가변시켜 해석했다.
Results of the analysis of a catalytic membrane reactor for the water gas shift (WGS) reaction are presented and discussed using CFD (computational fluid dynamics) technique. Reaction kinetic expressions were researched, and Langmuir-Hinshelwood kinetic’s expression gives the best result. The optimal operation temperature was found out to be 630K. A CFD module for the palladium (Pd) membrane, separating hydrogen, was also developed, simulated and compared to the references. It easily simulates the effects of the reaction temperature, pressure, sweep gas flow rate, sweep gas flow direction and palladium membrane thickness on the CO conversion of the catalytic membrane reactor. Results of the analysis are very useful in the commercialization of the hydrogen-generation process, and the developed simulation framework is easily adaptable for further design and modification when more detailed profiles are necessary.
Keywords:CFD (computational fluid dynamics);Water Gas Shift Reaction;Catalytic Membrane Reactor
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