| 초록 |
화학 공정 분야에서는 고정층 및 유동층 반응기가 주로 활용되고 있다. 최근에는 계산 유체 역학 시뮬레이션 분야의 기법과 장치의 발전으로 반응기 자체의 다공성을 고려하기 보단 촉매 형상과 그에 따른 패킹 양상을 고려한 계산이 가능해졌다. 본 연구는 closed-loop 시스템을 활용하여 특정 반응에 대한 최적의 촉매 형상을 찾기 위한 충전층 반응기 생성과 CFD 시뮬레이션 및 최적화로 구성된다. 충전층 반응기 구성은 Blender에 포함된 불릿 물리 엔진과 강체 모델을 CFD 시뮬레이션은 촉매 형상 최적화를 위해 다목적 베이지안 최적화를 활용한다. Blender를 활용하는 무작위 촉매 패킹은 실험값과 비교하여 비슷한 수준의 다공성과 촉매 형상을 훨씬 빠른 시간 안에 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 추가적으로 반응에 대한 전환율과 선택성을 최대화 하는 것을 목표로 하는 최적화 모델을 개발하였으며, Fischer-Tropsch 와 같은 몇개의 반응과 다양한 촉매 형상을 적용하여 진행하였다. 그 결과 기존 방식에 비해 시뮬레이션 시간을 획기적으로 줄일 수 있었으며, 파레토 커브를 통해 하이퍼 파라미터 공간을 탐색하여 반응에 따른 최적의 촉매 형상을 결정하였다. |
