| 초록 |
o-xylene산화반응의 주 생성물인 Phthalic Anhydride(PA)는 중요한 유기 화학 물질중 하나로써 PVC의 가소제로 사용되며 그외 diester의 제조와 Alkyd·polyester resin과 염료 제조에 사용되는 물질이다. 처음 PA 제조의 상용 공정은 Naphthalene의 액상 산화에서시작하여 Nathalene의 기상 공정으로 발전하였다. 현재는 값이 싸고 수송이 쉬우며 생산물의 고순도와 높은 선택도로 인하여 o-xylene을 사용하고 있다.이러한 반응기의 설계 및 최적화를 위한 많은 노력들이 있었지만 아직까지도 잘 알려지지않았으며, 또한 많은 부분을 조업경험에 의존하고 있다. 또한 복잡한 반응경로 때문에 반응속도를 측정하기가 용이하지 않다. 또한 반응속도를 측정하는 Basket reactor의 실험데이타를 가지고 실제 고정충진층 반응기를 전산모사하여도 그 결과가 실험결과와 제대로 맞지 않을 수 있으며, 이에 대한 개선이 필요하고 이를 보정하여 최적화연구를 수행하는 경우가 대부분이다. 따라서 본 연구는 비등온 고정층 충진반응기의 실험데이터를 가지고 반응속도를찾고, 이를 이용한 최적화를 그 목적으로 하였다.o-xylene의 산화반응의 반응network은 Calderbank가 제시한 경로를 채택하였다. 복잡한 반응경로 때문에 Basket reactor로 반응속도를 측정한다고 할지라도 비선형적인 요소를 상당부분 포함하여서 SQP나 POWELL method를 사용하여 계수값을 구하였다. 하지만 비선형방정식인 만큼 초기치에 많은 영향을 받게 되었음을 알게 되었으며, 이를 해소하기 위하여 기존의 kinetic data 를 참조하여 초기치를 정하였다.반응기에 대한 모델은 1차원 및 2차원 비균일상 모델로 구성하였다. 1차원 모델은 2Dmodel로 fitting을 할 경우에 반경방향의 온도구배를 측정하기가 어려우며, 열전달계수를 계산할때 실험에서 나온 데이터를 가지고 직관적인 이해가 어려운 점이 있고, 반복계산이 많이 들어가므로 계산의 양을 줄이기 위하여 사용하였으며 2차원 모델은 보다 정밀한 계산을위하여 최종에 한번 수행고자 하였다.이를 사용한 결과는 실험데이타와 잘 일치함을 알수 있었다.
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