A stirred tank reactor have been used in various industrial fields due to its high yield and selectivity. Since mass transfer occurs at the interface of the droplets, predicting the size of the liquid droplets is important for the scale-up and modeling of the reactor. In this thesis, the factors influencing the size of the liquid droplets were analyzed by using a borescope method, and a correlation was made to estimate the Sauter mean diameter of the droplets. In addition, the size of the reactor increased from lab-scale to pilot-scale, thus the applicability of the study increased.
In chapter 2, the effect of high pH and concentrated salt on the Sauter mean diameter was investigated. The density difference between two liquid phases was found to have a significant effect on the droplet size, and a correlation reflecting this effect was newly proposed to predict the Sauter mean diameter of the liquid droplets and mass transfer coefficient.
Continue to chapter 3, by using the pilot-scale reactor, the effects of the dual impeller geometries on the Sauter mean diameter were analyzed. Therefore, the droplet size was measured with different impeller geometries, and the Sauter mean diameter correlation was newly proposed from the mean energy dissipation rate and the revised geometrical factor.
In chapter 4, the effect of the liquid phase volume, impeller spacing, and the design and number of the multiple impeller on the Sauter mean diameter and the droplet size uniformity was investigated. It was verified that the impeller zone volume was inversely proportional to the Sauter mean diameter, if the area of the flow pattern produced by the impeller was assumed to be the impeller zone. In addition, droplet size uniformity was enhanced by increasing the diameter, blade angle, and number of the impeller.
교반 탱크 반응기는 높은 효율과 수율 때문에 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 이때 물질전달이 생성된 액적의 표면에서 일어나기 때문에, 액적의 크기를 예측하는 일이 굉장히 중요하다. 본 학위논문에서는 내시경법을 사용하여 액적의 표면적 평균 직경에 영향을 미치는 요인들을 분석하였다. 각 장의 내용은 다음과 같다.
제 2장에서는 랩 스케일의 교반 탱크 반응기에서 높은 pH와 염의 농도가 액적의 크기에 미치는 영향을 알아보았다. 실제 상업 공정에서 사용되는 조건을 사용하여 두 액체상의 밀도 차이가 큰 영향을 미치는 것을 확인하였고, 이를 반영하여 액적의 표면적 평균 직경을 예측할 수 있는 상관관계식을 제안하였다.
다음으로 제 3장에서는 파일럿 스케일의 반응기와 듀얼 임펠러를 이용하여, 임펠러의 직경과 블레이드의 각도가 미치는 영향을 분석하였다. 새로 수정한 임펠러의 구조 관련 변수와 평균 에너지 소산율을 통해 새로운 상관관계식을 제안하였다.
마지막으로, 제 4장은 파일럿 스케일 반응기에서 액체상의 부피, 두 임펠러 간의 간격, 임펠러의 종류 및 개수를 바꾸어 가며 액적의 크기 및 그 균일화 정도에 어떠한 영향이 있는지 확인하였다. 이를 통해 임펠러가 만들어 내는 플로우 패턴을 임펠러 존으로 가정할 경우 이것의 부피가 액적의 크기와 높은 관련이 있음을 보였다.
