CO2, Ethanol 및 혼합기체의 활성탄에 대한 흡착과 흡착탑 모델링에 관한 연구
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이광순
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045145
- 본문언어 한국어
초록/요약
Supercritical CO2 has some unique and ideal properties as a green solvent, and has been employed for extraction of specialty materials in food, bio-chemical, and other related industries. Since CO2 is known as the main cause of the greenhouse effect, its recovery and purification has become an important issue. The purpose of the present work is to develop a purification process for CO2 which is recovered from a supercritical CO2 extraction process, using adsorptive separation technology. EtOH was assumed to be the major impurity and activated carbon was used as the adsorbent. Adsorption isotherms were determined through experiments for each component and simulation study has been conducted for column design. Adsorption study has been conducted to develop a purification process for CO2 under high pressure assuming ethanol (EtOH) as the major impurity. The adsorption isotherms of CO2 and EtOH on activated carbon were determined through static adsorption experiments in the range of 303.15-323.15 K and 15-65 bar for CO2, and up to one half the vapor pressure for EtOH, respectively. The Langmuir-Freundlich isotherm and Henry’s law have been found to reasonably correlate the experimental data for CO2 and EtOH, respectively. For design of adsorption column, modeling and simulation study has been carried out. An ordinary differential equation (ODE) model for the adsorption process was derived using the cubic spline collocation method (CSCM) applied to the original partial differential equation (PDE) model.
more초록/요약
현재 상업화된 반도체 웨이퍼의 식각 사이즈가 점점 작아지고 층을 쌓는 형태로 개발됨에 따라 재 오염의 위험과 좁은 틈으로 침투가 어렵다는 점 등의 한계를 극복하지 못하고 있다. 이러한 가운데 탁월한 침투성, 전•후 처리 공정이 필요치 않은 환경친화성, 반도체의 재 오염에 대한 위험부담 삭감 등 여러 가지 이점을 갖는 초임계 이산화탄소를 이용한 반도체용 웨이퍼 건식 세정공정이 이러한 한계를 극복할 수 있는 새로운 방법으로 대두되고 있다. 하지만 세정에 사용되는 많은 양의 이산화탄소는 지구환경과 또 높은 원료비의 문제로 사용 후 그대로 대기 중으로 방출할 수 없다. 따라서 초임계 이산화탄소 웨이퍼 세정 공정이 상업화되기 위해서는 대량의 이산화탄소 정제, 회수공정의 개발이 요구된다. 이를 위해 배출 물질에 맞게 정제 공정을 진행 할 수 있도록 공정에 대한 확립과 흡착질(불순물)에 대한 선택적 흡착도가 높은 최적의 흡착제를 선택, 이용하여 순수한 이산화탄소, 에탄올에 대한 흡착 기초 실험과 혼합기체의 평형 제거율 실험을 수행하였다. 또한, 기초실험을 밑바탕으로 흡착탑 modeling을 통하여 공정화 가능성 여부를 판단하였다.
more목차
1장 서론 = 1
1-1. 연구 배경 = 1
1-2. 웨이퍼 세정공정의 현황 = 3
1-3. 초임계 유체를 이용한 웨이퍼 세정공정 = 5
1-4. 연구 목표 = 8
2장 실험 = 11
2-1. 흡착제의 성질 = 11
2-2. 활성탄 = 12
2-3. 혼합 기체의 선정 = 14
2-4. 실험장비 = 15
2-5. 실험방법 = 21
2-5-1. 순수기체의 흡착 = 21
2-5-2. 혼합기체의 흡착 = 23
3 장 이론 = 25
3-1. 흡착의 의미 = 25
3-2. 흡착평형이론 = 29
3-2-1. 속도론적 접근방법 = 30
3-2-2. 기체/고체 평형의 열역학 이론 = 35
3-3. Peng-Robinson 상태방정식과 ALLPROPS = 37
4장 결과 및 고찰 = 39
4-1. 활성탄에서 이산화탄소의 흡착 = 39
4-2. 활성탄에서 에탄올의 흡착 = 45
4-3. 평형 제거율 = 48
4-4. 흡착탑 모델링 = 50
4-4-1. 수학적 모델 = 51
4-4-2. 3차 스플라인 선점법과 far-side boundary condition = 55
4-5. 흡착탑 breakthrough simulation 결과 = 59
5장 결론 = 65
5-1. 결론 = 65
5-2. 참고문헌 = 66
