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Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) update

Korean Chemical Engineering Research

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1963)~59권2호(2021) |수록논문 수 : 5,283
Korean Chem.Eng.Res.(화학공학)
59권2호(2021년 04월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재 SCOPUS

1In Vitro Evaluation of Antioxidant Potential of Date Palm Collected in Algeria using Electrochemical and Spectrophotometrical Techniques

저자 : Cheyma Bensaci , Zineb Ghiaba , Messaouda Dakmouche , Assia Belfar , Mahdi Belguidoum , Fatima Zohra Bentebba , Mokhtar Saidi , Mohamed Hadjadj

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 153-158 (6 pages)

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In this study, we will determined the total phenolic content (TPC) and the antioxidant activity of the methanolic extract (ME) of date palm (Phoenix dactylifera. L) fruits (DPF) of four native cultivars from Algeria: Ghars (Gh), Chtaya (Cht), DeglaBeïda (DB) and Tinissine (Tns). The TPC of ME of DPF was measured by using Folin-Ciocalteu. Thereafter, the antioxidant capacity of various extracts was determined using DPPH test, reducing power and superoxide anion test. These results showed that dates had strongly scavenging activity on DPPH. The value of IC50 for DPPH radical test was 0.077 mg/ml in Cht. Also, Cht cultivar showed the best-reducing power, which was significantly higher than the other varieties. The less IC50 value in cyclic voltammetry method (CV), which meets the highest effective antioxidant, was 0.006 mg/ml in methanolic extract of Cht.

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2CNT Fibers의 전기화학적 특성 및 비효소적 글루코스 검출 성능 고찰

저자 : 송민정 ( Min-jung Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 159-164 (6 pages)

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부착형(attachable) 타입의 웨어러블 디바이스 적용을 위한 패브릭(fabric)이나 텍스처(textiles) 타입의 고성능 전극 소재 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 유연 전극 소재로 탄소나노튜브 섬유(CNT fibers)를 응용하고 자, CNT fibers의 전기화학적 특성과 이를 적용한 비효소적 글루코스 센싱 성능을 확인하였다. CNT fibers의 표면 구조는 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석하였으며, 전기화학적 특성 및 센싱 성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. CNT fibers 전극은 낮은 capacitive current와 산화-환원 화학종과 전극 계면 간의 효율적인 direct electron transfer에 의한 우수한 electrochemical activity 등 향상된 전기화학적 특성으로 인해 높은 감도와 넓은 선형 농도 범위, 그리고 낮은 검출 한계 등 우수한 센싱 특성을 보였다. 따라서, 본 연구는 CNT fibers 기반의 고성능 유연 전극 소재 개발을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


As the attachable-type wearable devices have received considerable interests, the need for the development of high-performance electrode materials of fabric or textiles type is emerging. In this study, we demonstrated the electrochemical property of CNT fibers electrode as a flexible electrode material and its non-enzymatic glucose sensing performance. Surface morphology of CNT fibers was observed by SEM. And the electrochemical characteristics were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry. The CNT fibers based sensor exhibited improved sensing performances such as high sensitivity, a wide linear range, and low detection limit due to improved electrochemical properties such as low capacitive current, good electrochemical activity by efficient direct electron transfer between the redox species and the electrode interface. Therefore, this study is expected to be used as a basic research for the development of high performance flexible electrode materials based on CNT fibers.

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3마이크로미터 크기의 실리카 입자를 이용한 UV 경화형 눈부심 방지 코팅 필름 제조

저자 : 김태형 ( Tae Hyoung Kim ) , 송기창 ( Ki Chang Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 165-173 (9 pages)

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눈부심 방지(Anti-glare, AG) 코팅 필름은 액정 디스플레이, LED 조명, 터치 패널 등 다양한 디스플레이 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 UV 경화형 코팅 용액 내에 충전제로써 마이크로미터 크기의 실리카 입자를 첨가하여 눈부심 방지 효과를 부여하고자 하였다. 이 과정 중 실리카 입자의 크기, 함유량, 교반 시간, 다른 크기의 실리카 입자의 혼합 비율이 코팅 도막의 haze 값과 가시광선 투과도에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 실리카 입자의 크기가 클수록, 또한 실리카 입자의 함유량이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 가시광선 투과도는 감소하였다. 반면 교반 시간은 haze 값과 투과도에 큰 영향을 주지 못하였다. 또한 큰 크기의 실리카의 혼합 비율이 증가할수록 haze 값은 증가하나, 이와 반대로 가시광선 투과도는 감소하는 것을 확인할 수 있었다.


Anti-glare (AG) coating films are applied to various display fields such as liquid crystal displays, LED lighting, and touch panels. In this study, micrometer-sized silica particles were added as fillers in the UV-curable coating solutions to provide anti-glare effect. During this process, the effects of the particle size, content, stirring time, and mixing ratio of silica particles of different sizes were investigated on the haze values and visible light transmittance of the coating films. As a result, as the size of the silica particles increased and the content of the silica particles increased, the haze values increased, but the visible light transmittance decreased. On the other hand, the stirring time did not significantly affect the haze value and transmittance of coating films. In addition, as the mixing ratio of large-sized silica particles increased, the haze value increased, but on the contrary, the visible light transmittance decreased.

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4Fabrication of K-PHI Zeolite Coated Alumina Hollow Fiber Membrane and Study on Removal Characteristics of Metal Ions in Lignin Wastewater

저자 : Xuelong Zhuang , Min Chang Shin , Byeong Jun Jeong , Seung Hwan Lee , Jung Hoon Park

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 174-179 (6 pages)

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Recently, hybrid coal research is underway to upgrade low-grade coal. The hybrid coal is made by mixing low-grade coal with bioliquids such as molasses, sugar cane, and lignin. In the case of lignin used here, a large amount of lignin is included in the wastewater of the papermaking process, and thus, research on hybrid coal production using the same is attracting attention. However, since a large amount of metal ions are contained in the lignin wastewater from the papermaking process, substances that corrode the generator are generated during combustion, and the amount of fly ash is increased. To solve this problem, it is essential to remove metal ions in the lignin wastewater. In this study, metal ions were removed by ion exchange with a alumina hollow fiber membrane coated with K-Phillipsite (K-PHI) zeolite. The alumina hollow fiber membrane used as the support was prepared by the nonsolvent induced phase separation (NIPS) method, and K-PHI seeds were prepared by hydrothermal synthesis. The prepared K-PHI seed was seeded on the surface of the support and coated by secondary growth hydrothermal synthesis. The characteristic of prepared coating membrane was analyzed by Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDX), and the concentration of metal ions before and after ion exchange was measured by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES). The extraction amount of K+ is 86 mg/kg, and the extraction amount of Na+ is 54.9 mg/kg. Therefore, K-PHI zeolite membrane has the potential to remove potassium and sodium ions from the solution and can be used in acidic lignin wastewater.

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5발사체 고체추진제의 저장 및 시험 시 안전거리 산정에 관한 연구

저자 : 신안태 ( Ahn-tae Shin ) , 박병문 ( Byung-mun Park ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 180-185 (6 pages)

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한-미 미사일지침 개정으로 우주발사체에 대한 고체추진제 사용 제한이 완전히 해제 됐다. 고체추진제는 1단형 과학로켓 KSR-1과 같이 고체추진제 로켓으로 활용 가능하고, 액체연료 발사체의 추력증강 부스터로도 활용 가능하다. 고체추진제는 액체추진제에 비하여 폭발 위험성이 낮은 장점이 있지만 브라질 알칸타라 발사장 폭발사고와 같이 사고가 일어나면 대형 인명사고로 이어질 수 있다. 이와 같은 대형 인명사고를 예방하기 위해서는 고체추진제의 저장 및 시험 시 최소한의 안전거리에 대한 검토가 사업의 기획단계 부터 검토되고 반영 되어야 한다. 본 논문에서는 발사체 고체추진제를 안전하게 사용하기 위한 최소한의 안전거리를 저장시설과 시험 시로 구분하여 산정 기준 및 사례를 제시하였다.


In accordance with the revision of the US-Korea missile guidelines, restrictions on the use of solid propellants for space launch vehicles have been completely lifted. The solid propellant can be used as a solid propellant rocket like the KSR-1 (Korea Sounding Rocket-1), and can also be used as a thrust augmentation booster for liquid fuel launch vehicles. It is known that solid propellants have a lower risk of explosion than liquid propellants. but if an accident such as an explosion at the Alcantara Launch Center in Brazil occurs, it can lead to a large-scale personal accident. In order to prevent such large-scale accidents, it is necessary to review and reflect the minimum safety distance during use, storage and combustion test of solid propellants from the planning phase of the project. In this paper, the minimum safety distance for safe use of the solid propellant is presented by dividing it into storage facilities and combustion tests.

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6Fuzzy 가중치를 반영한 배출 저감 규제의 타당성 분석

저자 : 윤종수 ( Daniel Jongsoo Yoon ) , 변헌수 ( Hun-soo Byun )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 186-190 (5 pages)

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규제당국은 유해 물질 배출을 저감 하는 규제를 시행하면서, 규제 이행에 따른 다양한 활동의 편익/비용 비율로 그 타당성을 제시한다. 그리고 비율 산정과정에서 규제 관련 속성의 중요도 가중치를 반영한다. 그런데, 전문가들은 가중치 설문 응답에서 애매함을 보이고 있으며, 정확한 의사 결정을 위해서는 이를 제거해야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 퍼지-계층화 방법론을 이용하여 타당성여부를 적용하고, 이를 2019년 11월 시행된 우리나라의 '배출 저감 계획'규제 타당성 평가에 적용하였다.


The toxics regulatory body provides a benefit/cost ratio as a justification criterion while implementing regulations that induce the industry to reduce emissions voluntarily. Furthermore, since, the body wants to reflect not only the efficiency standard but also the policy standard in the evaluation of feasibility, it calculates the ratio by adjusting the importance weights. The problem is that respondents answer ambiguously. It should be removed for the reasonable evaluation. This study introduced a fuzzy-AHP methodology for this, and applied it to the voluntary emission reduction plan program in Korea.

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7머신 러닝과 데이터 전처리를 활용한 증류탑 온도 예측

저자 : 이예찬 ( Yechan Lee ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 191-199 (9 pages)

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화학 공정의 주요 설비 중 하나인 증류탑은 물질들의 끓는점 차이를 이용하여 혼합물에서 원하는 생산물을 분리하는 설비이며 증류 공정은 많은 에너지가 소비되기 때문에 최적화 및 운전 예측이 필요하다. 본 연구의 대상 공정은 공급처에 따라 원료의 조성이 일정하지 않아 정상 상태로 운전이 어려워 효율적인 운전이 어렵다. 이를 해결하기 위해 데이터 기반 예측 모델을 이용하여 운전 조건을 예측 할 수 있다. 하지만 미가공 공정 데이터에는 이상치 및 노이즈가 포함되어 있어 예측 성능을 향상시키기 위해 데이터 전처리가 필요하다. 본 연구에서는 인공 신경망 모델인 Long shortterm memory (LSTM)과 Random forest (RF)를 사용하여 모델을 최적화한 후, 데이터 전처리 방법으로 Low-pass filter와 One-class support vector machine을 사용하여 데이터 전처리 방법 및 범위에 따른 예측 성능을 비교하였다. 각 모델의 예측 성능과 데이터 전처리의 영향은 R2과 RMSE를 사용하여 비교하였다. 본 연구의 결과, 전처리를 통해 LSTM의 경우 R2은 0.791에서 0.977으로 RMSE는 0.132에서 0.029로 각각 23.5%, 78.0% 향상되었고, RF의 경우 R2은 0.767에서 0.938으로 RMSE는 0.140에서 0.050으로 각각 22.3%, 64.3% 향상되었다.


A distillation column, which is a main facility of the chemical process, separates the desired product from a mixture by using the difference of boiling points. The distillation process requires the optimization and the prediction of operation because it consumes much energy. The target process of this study is difficult to operate efficiently because the composition of feed flow is not steady according to the supplier. To deal with this problem, we could develop a data-driven model to predict operating conditions. However, data preprocessing is essential to improve the predictive performance of the model because the raw data contains outlier and noise. In this study, after optimizing the predictive model based long-short term memory (LSTM) and Random forest (RF), we used a low-pass filter and one-class support vector machine for data preprocessing and compared predictive performance according to the method and range of the preprocessing. The performance of the predictive model and the effect of the preprocessing is compared by using R2 and RMSE. In the case of LSTM, R2 increased from 0.791 to 0.977 by 23.5%, and RMSE decreased from 0.132 to 0.029 by 78.0%. In the case of RF, R2 increased from 0.767 to 0.938 by 22.3%, and RMSE decreased from 0.140 to 0.050 by 64.3%.

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8액화천연가스(LNG)를 사용한 수소 생산 및 액화 공정 개발

저자 : 노원준 ( Wonjun Noh ) , 박시환 ( Sihwan Park ) , 이인규 ( Inkyu Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 200-208 (9 pages)

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액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.


Compare to the gaseous hydrogen, liquid hydrogen has various advantages: easy to transport, high energy density, and low risk of explosion. However, the hydrogen liquefaction process is highly energy intensive because it requires lots of energy for refrigeration. On the other hand, the cold energy of the liquefied natural gas (LNG) is wasted during the regasification. It means there are opportunities to improve the energy efficiency of the hydrogen liquefaction process by recovering wasted LNG cold energy. In addition, hydrogen production by natural gas reforming is one of the most economical ways, thus LNG can be used as a raw material for hydrogen production. In this study, a novel hydrogen production and liquefaction process is proposed by using LNG as a raw material as well as a cold source. To develop this process, the hydrogen liquefaction process using hydrocarbon mixed refrigerant and the helium-neon refrigerant is selected as a base case design. The proposed design is developed by applying LNG as a cold source for the hydrogen precooling. The performance of the proposed process is analyzed in terms of energy consumption and exergy efficiency, and it is compared with the base case design. As the result, the proposed design shows 17.9% of energy reduction and 11.2% of exergy efficiency improvement compare to the base case design.

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9해수 이용 LNG 재기화 공정의 딥러닝과 AutoML을 이용한 동적모델링

저자 : 신용범 ( Yongbeom Shin ) , 유상우 ( Sangwoo Yoo ) , 곽동호 ( Dongho Kwak ) , 이나경 ( Nagyeong Lee ) , 신동일 ( Dongil Shin )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 209-218 (10 pages)

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ORV의 열교환 효율 향상 및 운전 최적화를 위한, first principle 기반 모델링 연구들이 수행되어왔지만, ORV의 열전달 계수는 시간, 위치에 따라 불규칙한 시스템으로, 복잡한 모델링 과정을 거친다. 본 연구는 복잡한 시스템에 대한 데이터 기반 모델링의 실효성을 확인하고자, LNG 재기화 공정의 실제 운전데이터를 이용해, ORV의 해수 유량, 해수 온도, LNG 유량 변화에 따른 토출 NG 온도 및 토출 해수 온도의 동적 변화 예측이 가능한, FNN, LSTM 및 AutoML 기반 모델링을 진행하였다. 예측 정확도는 MSE 기준 LSTM > AutoML > FNN 순으로 좋은 성능을 보였다. 기계학습 모델의 자동설계 방법인 AutoML의 성능은 개발된 FNN보다 뛰어났으며, 모델 개발 전체소요시간은 복잡한 모델인 LSTM 대비 1/15로 크게 차이를 보여 AutoML의 활용 가능성을 보였다. LSTM과 AutoML을 이용한 토출 NG 및 토출 해수 온도의 예측은 0.5 K 미만의 오차를 보였다. 예측모델을 활용해, 겨울철 ORV를 이용해 처리 가능한 LNG 기화량의 실시간 최적화를 수행하여, 기존 대비 최대 23.5%의 LNG를 추가 처리 가능함을 확인하였고, 개발된 동적 예측모델 기반의 ORV 최적 운전 가이드라인을 제시하였다.


First principle-based modeling studies have been performed to improve the heat exchange efficiency of ORV and optimize operation, but the heat transfer coefficient of ORV is an irregular system according to time and location, and it undergoes a complex modeling process. In this study, FNN, LSTM, and AutoML-based modeling were performed to confirm the effectiveness of data-based modeling for complex systems. The prediction accuracy indicated high performance in the order of LSTM > AutoML > FNN in MSE. The performance of AutoML, an automatic design method for machine learning models, was superior to developed FNN, and the total time required for model development was 1/15 compared to LSTM, showing the possibility of using AutoML. The prediction of NG and seawater discharged temperatures using LSTM and AutoML showed an error of less than 0.5K. Using the predictive model, real-time optimization of the amount of LNG vaporized that can be processed using ORV in winter is performed, confirming that up to 23.5% of LNG can be additionally processed, and an ORV optimal operation guideline based on the developed dynamic prediction model was presented.

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10Evaluation of Water Softening with the Removal of Calcium Ion by Ion Flotation Approach

저자 : Azadeh Mafi , Gholam Khayati

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : Korean Chem.Eng.Res.(화학공학) 59권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 219-224 (6 pages)

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Ion flotation is an efficient method to remove metal ions from aqueous solution. In this work, ion flotation was applied to calcium removal from aqueous solution. The parameters used included sodium stearate (SS) and sodium dodecyl sulfate (SDS) as collectors, 1-butanol and 1-propanol as frothers, pH, and air-flow rate. An L16 orthogonal array was chosen according to the mentioned factors and levels, and experimental tests were conducted according to the Taguchi orthogonal array. The results showed that all of the factors except one had significant effect on the flotation performance. The percentage contribution of parameters showed that type of frother and type of collector made the greatest (43.14%) and the lowest (9.86%) contribution, respectively. In optimal conditions, the recovery of Ca (II) ion was 45.67%. Also, the results illustrated that the Taguchi method could predict calcium removal from aqueous solution by ion flotation with 2.63%. This study showed that the use of ion flotation was an effective method for Ca (II) ion removal from aqueous solution.

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1연안해역에서 석유오염물질의 세균학적 분해에 관한 연구

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