홈 > 강의소개
반응공학
국준원 교수
연세대학교 화공생명공학 박사졸업
연세대학교 화공생명공학 박사졸업
현) 유니와이즈 전임교수
전공 및 연구분야) 식품 또는 천연물 소재를 활용하여
core-shell 구조의 고분자(또는 lipid) 나노입자 합성 및 특성
AI가 이끄는 스마트한 학습 경험, AI 튜터와 함께 더 빠르고, 더 깊게 학습하세요.
긴 강의 내용을 AI가 핵심만 요약하여 복습 시간을 단축시킵니다.
강의에서 가장 중요한 키워드와 개념을 자동으로 추출해 제공합니다.
학습한 내용을 바탕으로 AI가 생성한 퀴즈를 풀며 이해도를 점검합니다.
모르는 부분을 24시간 언제든 AI 튜터에게 질문하고 답변을 받습니다.
총 10개 챕터, 42강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
|---|---|---|
| OT | ||
|
[0강] 오리엔테이션
|
0:
20:
57
|
|
|
반응공학 커리큘럼 및 학습 전략
• Part 1. 반응 속도의 기초 (Kinetic) • Part 2. 이상 반응기 설계 (Ideal Reactors) • Part 3. 다중 반응 및 온도 효과 |
||
| 1부. 균일계 반응 속도론 | ||
|
[1강] 화학반응공학 개요 및 반응속도 정의
|
0:
50:
02
|
|
|
화학반응공학 개요 및 반응 속도의 정의
• 화학반응공학 및 반응 속도 정의: 열역학적 평형과 차별화된 시간·규모 중심의 학문 체계와 몰수 변화량 기반의 엄밀한 반응 속도 정립 • 반응기 설계 알고리즘 및 부피 가변계: 물질수지와 속도 법칙의 결합 및 부피 변화 조건을 반영한 몰수 단위 설계 방정식의 일반화 • 화학양론 및 속도 법칙: 양론 계수 기반 상대 속도 산출과 기초·비기초 반응 분류 및 차원 동차성을 통한 속도 상수 단위 유도 |
||
|
[2강] 기초 반응과 비기초 반응의 메커니즘 및 PSSA
|
0:
47:
52
|
|
|
기초 반응 및 비기초 반응 메커니즘과 PSSA
• 기초·비기초 반응: 화학양론 계수와 반응 차수의 일치 여부에 따른 분자 수준의 반응 단계 구분 및 메커니즘 체계 • 정상상태 근사법(PSSA): 단수명 중간체의 농도 변화율을 0으로 간주하여 측정 가능한 변수로 속도 법칙을 재구성하는 수학적 모델링 • 반응 메커니즘 성립 요건: 세부 단계의 기초 반응 구성, 전체 화학양론 정합성 및 실험 데이터 기반의 속도식 유도와 검증 절차 |
||
|
[3강] 회분식 반응기 데이터 해석(1) : 적분법
|
0:
56:
14
|
|
|
회분식 반응기 설계 방정식 및 적분법 데이터 해석
• 설계 방정식 및 물질수지 : 닫힌계 물질수지($\frac{dN_A}{dt} = r_A V$) 기반의 설계 방정식 유도 및 전화율($X_A$) 도입을 통한 반응 시간 산출 원리 • 차수별 적분법 및 선형화 : 0·1·2차 반응의 농도-시간 관계식 선형화와 실험 데이터를 활용한 반응 차수 및 속도 상수 결정 알고리즘 • 반감기 및 가변 부피 해석 : 반감기-초기농도 상관관계를 이용한 차수 결정 및 부피 팽창 계수($\epsilon_A$)를 반영한 기상 반응 설계 방정식 확장 |
||
|
[4강] 회분식 반응기 데이터 해석(2) : 미분법 및 반감기법
|
0:
43:
57
|
|
|
회분식 반응기 데이터 해석: 미분법 및 반감기법
• 미분법: 속도 법칙의 자연로그 선형화($\ln(-r_A) = \ln k + n \ln C_A$)를 통한 비정수 반응 차수($n$) 및 속도 상수($k$) 정밀 산출 • 반감기법: 초기 농도($C_{A0}$) 변화와 반감기($t_{1/2}$)의 상관관계($t_{1/2} \propto C_{A0}^{1-n}$)를 활용한 반응 차수별 물리적 메커니즘 분석 • 선형 회귀 분석: 실험 데이터를 1차 방정식 구조로 변환하여 농도-시간 그래프의 접선 기울기를 기반으로 정량적 반응 파라미터 도출 |
||
| 2부. 이상 반응기 설계 | ||
|
[5강] 이상 반응기의 물질수지와 설계방정식
|
1:
01:
43
|
|
|
이상 반응기 물질수지 및 설계방정식 유도와 레벤스필 도표 분석
• 이상 반응기 설계 방정식: 물질수지 기반 Batch(비정상), CSTR(대수식), PFR(적분형)의 수식 유도 및 매커니즘 정립 • 운전 변수 및 농도 보정: 공간 시간($\tau$)을 통한 체류 분석과 팽창 계수($\epsilon_A$)를 활용한 기상 반응 부피 변화율 산출 • 레벤스필 도표 분석: 전화율과 반응 속도 역수 관계를 이용한 반응기 유형별 점유 면적 시각화 및 부피 효율 비교 |
||
|
[6강] 전화율(X)의 도입과 화학양론표
|
0:
48:
04
|
|
|
전화율 도입을 통한 화학양론표 작성 및 가변 부피 기상 반응계 분석
• 화학양론표 표준화 및 작성 절차 : 한계 반응물 기준 규격화와 전화율($X$) 도입을 통한 전 화학종의 유입·변화·유출량 단일 변수화 • 가변 부피 기상 반응계의 팽창 계수($\epsilon$) : 몰수 변화율($\delta$)과 초기 몰분율($y_{A0}$)을 결합하여 반응 진행에 따른 부피 유량 변화 추적 • 전화율 기반 농도 치환 및 불활성 기체 영향 : 가변 부피 항($1+\epsilon X$)을 반영한 기상 농도식 유도 및 불활성 기체의 팽창 계수 완화 기능 정의 |
||
|
[7강] 단일 반응기 설계 및 크기 비교
|
0:
52:
18
|
|
|
레벤스필 도표 심화 및 Damkohler 수 활용 반응기 설계
• 반응 차수별 부피 비교 : 0차(동일) 및 1차 이상의 반응에서 차수가 높을수록 PFR 대비 CSTR의 필요 부피가 급격히 증가하는 물리적 상관관계 • 자가촉매반응 설계 : 생성물이 촉매 역할을 하는 U자형 레벤스필 도표의 특성을 활용하여 저전화율 구간은 CSTR, 고전화율 구간은 PFR을 선정하는 최적화 원리 • Damkohler 수(Da) : 체류 시간과 반응 속도의 비를 나타내는 무차원수로 1·2차 반응의 설계 방정식을 단순화하여 반응기 성능과 목표 전화율을 산출하는 핵심 지표 |
||
|
[8강] 반응기의 직렬 및 병렬 연결계 시스템 해석
|
0:
53:
30
|
|
|
반응기 직렬 및 병렬 연결계 시스템 해석
• PFR 직렬·병렬 연결: 직렬 시 부피 합산 원리와 병렬 시 공간 시간(τ) 일치를 위한 유량 분배 및 거동 동일화 원리 • 다단 CSTR 시스템: 반응기 개수(N) 증가에 따른 PFR 수렴 원리와 1차 반응 농도비 공식$(1+k\tau)^N$을 통한 부피 효율 극대화 • 반응기 최적 배치: 반응 차수에 따른 PFR·CSTR 배치 순서 결정과 유량 배분 최적화를 통한 시스템 전체 전화율 제어 및 설계 효율화 |
||
|
[9강] 공간시간, 공간속도 및 부피 변화를 수반하는 반응
|
0:
44:
12
|
|
|
반응공학 공간시간 공간속도 및 가변 부피계 설계 방정식 요약
• 공간시간 및 공간속도: 반응기 부피와 유입 유량의 상관관계를 통한 체류 시간 정의 및 표준 상태(STP) 기반 처리 능력 지표 산출 • 부피 변화 계수와 델타: 반응 몰수 변화와 불활성 기체 영향을 반영한 부피 팽창률 수식화 및 기상 가변 부피계 농도 식 유도 • 가변 부피계 설계 방정식: 부피 팽창에 따른 농도 희석 효과 분석 및 PFR·CSTR 설계 방정식을 활용한 정밀 반응기 부피 결정 원리 정리 |
||
| 3부. 다중 반응 설계 | ||
|
[10강] 다중 반응 시스템의 개요 및 수율, 선택도
|
0:
53:
19
|
|
|
다중 반응 시스템 개요 및 수율 선택도 극대화 전략
• 반응 네트워크 및 농도 제어: 병렬·직렬·복합 반응 구조 분석 및 반응 차수($n$)에 따른 PFR·CSTR 선정과 입구 농도 최적화 전략 수립 • 선택도 및 수율 지표: 순간(Point)과 전체(Global) 개념의 수리적 정의 및 반응기 내부 위치와 출구 조건에 따른 생성물 거동 정량화 • 온도 및 체류 시간 최적화: 활성화 에너지($E$) 차이에 근거한 운전 온도 결정 및 직렬 반응 내 중간 생성물 수율 극대화를 위한 최적 체류 시간($\tau_{opt}$) 산출 |
||
|
[11강] 병렬 반응의 설계(원하는 생성물 최대화 전략)
|
0:
43:
36
|
|
|
병렬 반응 설계 생성물 선택도 및 농도 온도 제어 전략
• 순간 선택도와 농도 제어 전략: 반응 차수 차이($n_1-n_2$)에 따른 PFR(고농도) 또는 CSTR·Semi-batch(저농도) 반응기 선정 및 유입 농도 최적화 • 활성화 에너지와 온도 제어 전략: 아레니우스 식 기반 주반응($E_1$)과 부산물 반응($E_2$)의 에너지 장벽 비교를 통한 고온·저온 운전 조건 수립 • 병렬 반응 복합 최적화 설계: 반응 차수와 에너지를 통합 분석하여 생성물 수율 극대화를 위한 최적 반응기 형태 및 열역학적 운전 환경 결정 |
||
|
[12강] 직렬 반응의 설계(최적반응시간 및 농도 계산)
|
0:
54:
06
|
|
|
직렬 반응의 설계: 최적 반응 시간 및 농도 계산
• 1차 직렬 반응 모델링: 속도 미분 방정식과 적분인자법을 통한 중간체 $D$의 농도 프로파일 유도 및 마스터 방정식 구축 • 최적 반응 조건 산출: 농도 변화율 임계점($dC_D/dt=0$) 기반 최적 시간($t_{opt}$) 도출 및 속도 상수 비($k_1/k_2$)에 따른 최대 수율($C_{D,max}$) 계산 • 반응기 설계 및 성능 분석: 체류 시간 균일성에 따른 PFR의 중간체 확보 우월성 증명 및 혼합 특성에 기인한 CSTR과의 수율 격차 분석 |
||
|
[13강] 복합 반응의 네트워크 해석 및 최적 반응기 설계
|
0:
56:
52
|
|
|
복합 반응 네트워크 해석 및 최적 반응기 설계
• 복합 반응 네트워크 해석 : 직-병렬 혼합 반응의 성분별 순 생성 속도 도출 및 선택도 극대화를 위한 농도 제어 원리 정의 • 반회분식 주입 및 운전 인자 설계 : Dropwise 전략 기반 부반응 억제와 활성화 에너지·반응 차수별 최적 온도·압력 조건 수립 • 트람부즈 모델 최적화 : 수율 미분을 통한 최적 농도 산출 및 설계 방정식을 활용한 단일 CSTR 부피 결정 절차 구현 |
||
| 중간고사 대비 특강 | ||
|
[14강] 균일계 반응 속도론 요약 및 문제풀이
|
1:
06:
59
|
|
|
균일계 반응 속도론 및 회분식 반응기 데이터 해석
• 반응 속도론 및 PSSA: 몰수 변화율 기반 속도 정의와 정상상태 근사법(PSSA)을 활용한 비기초 반응 메커니즘 해석 및 중간체 농도 수식 도출 • 회분식 반응기 설계: 닫힌계 물질수지 기반 전화율(XA) 정의와 부피 가변성 유무에 따른 회분식 반응기 설계 방정식의 수학적 유도 • 반응 데이터 해석법: 적분법·미분법·반감기법의 선형화 그래프 분석을 통한 실험적 반응 차수(n) 및 속도 상수(k) 결정 원리 정리 |
||
|
[15강] 이상 반응기 및 응용 설계 관련 실전문제풀이(1)
|
1:
01:
12
|
|
|
이상 반응기 설계 방정식 및 레벤스필 도표 분석
• 이상 반응기 설계 방정식: 물질수지 기반 회분식(Batch), CSTR, PFR의 농도 및 부피 산출 수식 구조화 • 공간 시간 및 부피 팽창 계수: 평균 체류 시간 정의와 기상 반응의 몰수 변화에 따른 가변 부피 농도 보정 • 레벤스필 도표 및 Damköhler 수: 반응기 부피의 기하학적 효율 비교와 무차원수를 이용한 전화율 도출 체계 |
||
|
[16강] 이상 반응기 및 응용 설계 관련 실전문제풀이(2)
|
0:
43:
44
|
|
|
이상 반응기 연결 및 가변 부피 공정 설계 핵심 요약
• 이상 반응기 연결 및 다단 시스템 : PFR 직렬·병렬 연결 효율 최적화 및 다단 CSTR의 PFR 수렴 원리와 농도 변화 공식 산출 • 공간시간 및 공간속도 지표 : 반응기 체류 시간($\tau$) 정의와 유체 종류별 GHSV·LHSV 표준 상태(STP) 보정 및 측정 체계 수립 • 가변 부피 공정 설계 원리 : 기상 반응 부피 팽창 계수($\epsilon$)에 따른 농도 희석 효과 분석 및 반응 속도 저하 보정을 위한 반응기 용량 설계 |
||
|
[17강] 다중 반응 시스템 최적화 및 선택도 실전문제풀이
|
1:
02:
26
|
|
|
다중 반응 시스템 최적화 수율 및 선택도 극대화 전략
• 다중 반응 시스템 및 성능 지표 : 병렬·직렬·복합 반응의 구조적 특징 분석과 선택도 및 수율 수식을 통한 공정 효율성 정량화 • 반응 조건 및 반응기 선정 전략 : 반응 차수와 농도의 상관관계에 따른 반응기(PFR/CSTR) 선정 및 활성화 에너지 기반 아레니우스 최적 온도 도출 • 공정 변수 최적화 및 주입 전략 : 직렬 반응의 골든 타임($t_{opt}$) 산출과 복합 반응의 반회분식 주입을 통한 부산물 억제 및 트람부즈 모델 기반 농도 제어 원리 정리 |
||
|
[18강] 중간고사 대비 종합 실전문제풀이
|
1:
00:
56
|
|
|
중간고사 대비 종합 실전문제풀이
• 효소 및 가역 반응 메커니즘: 미카엘리스-멘텐 식 유도, 중간체 정상 상태 가정, 평형 전환율 기반 속도 상수 도출 원리 • 이상 반응기 설계 및 성능 지표: MFR·PFR 설계 방정식, 기상 반응 팽창 계수 반영 부피 산출, 공간 시간과 공간 속도 정의 • 반응 최적화 및 복합 계 분석: 자가촉매 반응의 최적 반응기 배치 전략, 복합 반응의 유효 속도 상수 및 최대 농도 도달 시간 계산 |
||
| 4부. 온도와 압력의 효과 | ||
|
[19강] 비등온 반응기 설계 기초 : 에너지 수지 방정식
|
0:
43:
42
|
|
|
비등온 반응기 설계 기초와 에너지 수지 방정식
• 에너지 수지 마스터 방정식 : 열역학 제1법칙 기반 현열과 반응열의 합산으로 비등온 반응기 내 온도 변화를 수식화 • 단열 반응기 설계 : 전화율(X)과 온도(T)의 상관관계 도출 및 시스템 총 열용량 조절을 통한 온도 상승 억제 원리 규명 • 공정 제어 전략 : 냉각 자켓 및 불활성 기체 희석을 활용한 열용량 극대화와 발열 반응의 열 폭주(Thermal Runaway) 방지 기법 |
||
|
[20강] 반응열과 평형 상수의 온도 의존성
|
0:
40:
35
|
|
|
반응열 및 평형 상수의 온도 의존성 해석
• 키르히호프 법칙: 열용량 차이($\Delta C_{p}$)와 표준 반응열을 이용한 임의 온도에서의 실제 반응열 산출 및 에너지 수지 보정 • 반트호프 방정식: 온도 변화에 따른 평형 상수($K$)의 변동 분석 및 발열·흡열 반응별 열역학적 평형 이동 정량화 • 평형 전화율과 운전 전략: 가역 반응의 온도-수율 관계 분석 및 단열 반응기 효율 극대화를 위한 입구 온도 제어 원리 도출 |
||
|
[21강] 단열 관형 반응기의 설계 및 해석
|
0:
51:
23
|
|
|
단열 PFR의 비등온 설계 알고리즘 및 열적 안정성 해석 요약
• 단열 PFR 설계 모델링: 물질수지와 에너지수지 연립미분방정식을 결합한 전화율($X$)과 온도($T$)의 상호 의존성 및 비선형 관계 분석 • 비등온 설계 알고리즘: 아레니우스 식과 화학양론 보정을 통해 설계 변수를 전화율·온도 함수로 치환하는 4단계 수치해석 및 심슨 법칙 적용 절차 • 열적 안정성 및 수율 제어: 단열 폭주(Runaway) 방지를 위한 불활성 기체(Thermal Heat Sink) 투입량 산출 및 열역학적 평형 기반의 최적 전화율 도출 |
||
|
[22강] 정상상태 비등온 CSTR의 설계 및 해석
|
0:
36:
49
|
|
|
비등온 CSTR 설계 방정식과 다중 정상상태 및 안정성 해석
• CSTR 에너지 수지 확장: 냉각 자켓 열전달 항($\dot{Q}$)을 포함한 수지식 연립을 통해 비등온 조건의 작동점($T, X$) 도출 및 시스템 구조 정의 • 열 발생(G) 및 열 제거(R) 해석: 아레니우스 지수 기반 S자형 곡선과 선형 직선의 교점을 활용한 반응기 내부 에너지 평형 상태 분석 • 다중 정상상태 및 히스테리시스: 안정성 판별 기준(기울기 비교) 수립과 운전 조건 변화에 따른 점화·소화의 경로 의존적 제어 특성 규명 |
||
|
[23강] 최적 온도 진행 전략
|
0:
40:
02
|
|
|
가역 발열 반응의 최적 온도 진행 전략 및 T_opt 유도
• 가역 발열 반응의 열역학적·동역학적 상충 관계: 온도 상승에 따른 반응 속도 증가와 평형 수율 감소 사이의 최적화 필요성 및 우하향 온도 제어 원리 정의 • 최적 온도 궤적(T_opt) 수식 유도: 아레니우스 식과 반응 속도식의 편미분을 통한 전화율(X)별 최대 속도 지점 산출 및 발열 반응 조건(E2 > E1) 분석 • 산업적 공정 구현 및 에너지 수지: 다단 단간 냉각(Interstage Cooling)과 냉온 직접 주입(Cold Shot)을 이용한 이론적 최적 온도 추종 및 열량 관리 기법 구조화 |
||
| 5부. 불균일계 촉매 반응 | ||
|
[24강] 불균일계 촉매 반응 개요
|
0:
45:
15
|
|
|
불균일계 고체촉매 반응의 7단계 메커니즘 및 속도 결정 단계 분석
• 7단계 직렬 메커니즘: 외부 물질전달·내부 확산·흡착·표면 반응·탈착·생성물 확산으로 이어지는 촉매 반응 전체 공정 구조 • 속도 결정 단계(RLS): 유속(물질전달 지배) 및 온도(표면 반응 지배) 변수에 따른 농도 구배 분석과 공정 병목 단계 판별 • 직렬 저항 모델: 정상상태 가정을 활용한 표면 농도 소거 및 물질전달·반응 저항의 합으로 구성된 총괄 속도식 유도 |
||
|
[25강] 고체 촉매의 흡착 등온식 및 표면 메커니즘
|
0:
46:
40
|
|
|
고체 촉매 흡착 등온식 및 표면 반응 메커니즘
• Langmuir 흡착 등온식: 단분자층 흡착 가정과 자리 수지(Site Balance) 원리를 통한 표면 덮임률 정량화 및 흡착 평형 상수 도출 • Langmuir-Hinshelwood(L-H) 메커니즘: 인접한 흡착 성분 간의 반응 모델로서 속도 결정 단계 가정을 통한 총괄 속도식 유도 및 촉매 질식 현상 분석 • Eley-Rideal(E-R) 메커니즘: 흡착 분자와 기체 상태 분자의 충돌 반응 구조 및 비흡착 성분을 제외한 자리 수지 기반의 수학적 속도식 구성 |
||
|
[26강] 촉매 반응 속도식의 유도
|
0:
40:
18
|
|
|
LHHW 모델링 6단계 알고리즘 및 촉매 반응 속도식 유도
• LHHW 6단계 알고리즘 : 가상평형 가설과 자리 수지(Site Balance) 원리를 적용하여 측정 불가능한 표면 농도를 제거하고 총괄 반응 속도식을 도출하는 표준 절차 • 총괄 속도식 3요소 구성 : 속도상수항(반응 체급), 구동력항(열역학적 추진력), 흡착저항항(활성점 점유 경쟁)의 결합을 통한 촉매 반응 메커니즘 수식화 • RDS 거동 및 선형화 기법 : 속도결정단계 변화에 따른 흡착항의 물리적 변형 이해와 선형 회귀 분석을 활용한 속도 및 흡착 상수 파라미터 도출 |
||
|
[27강] 촉매 입자 내의 세공 확산과 Thiele Modulus
|
0:
43:
44
|
|
|
촉매 입자 내 세공 확산과 Thiele Modulus 요약
• Thiele Modulus($\phi$) 및 유효도 인자($\eta$): 다공성 촉매 내 확산·반응의 상대 속도비 및 실제 대비 이상적 반응 속도 비율을 통한 활용 효율 정량화 • 세공 확산 지배 기제: $\phi$ 값에 따른 반응 지배 및 확산 저항 영역 분류와 강한 확산 저항 발생 시 $\eta$ 근사식 기반의 촉매 성능 평가 • 위장된 동역학 및 설계 최적화: 확산 저항 시 겉보기 활성화 에너지의 반감 현상 증명과 입자 크기($R$) 조절을 통한 효율·압력 강하의 절충점 도출 |
||
|
[28강] 내부 유효성 인자 및 촉매 비활성화 메커니즘
|
0:
45:
24
|
|
|
내부 유효성 인자 계산 및 촉매 비활성화 메커니즘 분석
• 특성 길이 기반 유효성 인자 통합: 촉매 형상별 틸레 모듈러스 일반화 및 강한 확산 저항 영역의 효율 분석 • 촉매 비활성화 정량화 모델: 소결·코킹·피독 메커니즘별 활성도 함수 정의 및 붕괴 속도식의 수학적 산출 • 비활성화 대응 반응기 설계: 유사 정상상태 기반 온도-시간 궤적 수립 및 촉매 교체 주기와 수명 예측 |
||
| 6부. 비이상 반응기 | ||
|
[29강] 비이상 유동 개요 및 RTD(체류시간 분포) 함수
|
0:
31:
39
|
|
|
비이상 유동 개요 및 RTD 체류시간 분포 함수 분석
• 비이상 유동 및 추적자 진단 : 사각지대·우회·채널링 등 현실적 유동 한계를 추적자 주입 기법으로 식별 및 정량화 • RTD 함수 및 정규화 : 연령 분포 함수 E(t)와 누적 분포 함수 F(t) 정의를 통한 유체 체류 시간의 확률 밀도 분석 및 데이터 정규화 수행 • 통계적 모멘트 및 반응기 진단 : 평균 체류시간(tm)과 분산(σ²) 산출을 통한 사각지대 부피 판별 및 이상 모델 대비 축방향 분산 정도 해석 |
||
|
[30강] RTD 함수의 실험적 측정 및 평균 체류시간
|
0:
30:
14
|
|
|
RTD 함수의 실험적 측정 및 비이상 유동 진단
• 추적자 주입 전략: 펄스($E(t)$) 및 스텝($F(t)$) 주입 방식을 통한 반응기 내 유체 연령 분포와 누적 분포 함수 산출 • 수치 적분 및 모멘트 분석: 사다리꼴 공식을 활용한 이산 데이터 처리 및 평균 체류시간($t_m$)·분산($\sigma^2$)의 정량적 도출 • 비이상 유동 진단 및 모델 판별: 사각지대·바이패스 분석과 무차원 분산 기반의 PFR·CSTR 유동 시스템 건전성 평가 |
||
|
[31강] RTD를 이용한 반응기 전환율 예측(이상적 거대유체 모델)
|
0:
52:
02
|
|
|
RTD 데이터를 이용한 반응기 전환율 예측 및 분리 모델 분석
• 분리 모델 및 거대유체: 독립된 마이크로 패킷의 회분식 거동 가설과 체류 시간 분포($E(t)$) 기반의 평균 전환율 산출 원리 • 1차 반응과 라플라스 변환: 혼합 시점에 무관한 수율 결정 특성과 $E(t)$ 함수 변환을 통한 출구 농도 예측 메커니즘 • 비선형 반응과 비이상 유동: 혼합 시점에 따른 2차 반응 수율 편차 분석 및 바이패스 모델링을 이용한 정량적 수율 손실 평가 |
||
|
[32강] 비이상 유동의 모델링(1) - 탱크 직렬 모델
|
0:
26:
17
|
|
|
비이상 유동 모델링 탱크 직렬 모델 및 n-CSTR 설계
• 탱크 직렬 모델: 비이상적 유동을 $n$개의 가상 CSTR로 구조화하여 실험적 RTD 데이터를 기반으로 실제 반응기 전환율을 예측하는 분석 기법 • 무차원 분산 및 파라미터 n: 분산의 가산성 원리에 따라 $n = t_m^2 / \sigma^2$ 관계식을 도출하여 반응기 내 혼합 정도를 정량화하는 절차 • PFR 수렴성 및 사각지대 진단: $n$의 극한 이동을 통한 이상적 PFR 거동 수렴 증명과 이론 대비 실제 체류시간 비교를 통한 활성 유효 부피 산출 원리 |
||
|
[33강] 비이상 유동의 모델링(2) - 축방향 분산 모델
|
0:
38:
57
|
|
|
비이상 유동 모델링 축방향 분산 모델 및 Peclet 수
• 축방향 분산 모델: PFR 모델에 Fick의 확산 법칙을 결합한 2계 미분 방정식 기반의 비이상 유동 수리 모델링 • Peclet 수: 대류와 분산의 상대적 크기를 정의하여 반응기의 PFR 또는 CSTR 수렴성을 결정하는 핵심 무차원 수 • Danckwerts 경계 조건 및 분산 해석: 역혼합에 의한 농도 급감 규명 및 소폭 분산 근사식을 활용한 공정 수율·스케일업 진단 |
||
|
[34강] 비이상 유동 모델의 대통합/실전 플랜트 적용
|
0:
29:
09
|
|
|
비이상 유동 모델의 대통합 및 실전 플랜트 적용
• 무차원 분산 통합 모델: 탱크 직렬($n$) 및 축방향 분산($Pe$) 모델의 수학적 상관관계($Pe \approx 2n$)와 물리적 수렴 원리 정리 • RTD 데이터 기반 정량 분석: 추적자 실험을 통한 분산도 산출과 비이상 반응기의 전환율 및 성능 지표 교차 검증 • 플랜트 실무 최적화: 바이패스·채널링 결함 진단과 스케일업 시 유체역학적 균일성 확보를 통한 최종 수율 예측 |
||
| 기말고사 대비 특강 | ||
|
[35강] 비등온 반응기 핵심 요약 및 문제풀이
|
1:
05:
55
|
|
|
비등온 반응기 설계 및 열역학적 안정성 핵심 요약
• 비등온 에너지 수지 및 단열 설계: 현열과 반응열의 에너지 보존 법칙을 기반으로 단열 조건에서의 전화율-온도 상관관계 정의 • CSTR 다중 정상 상태 및 열 안정성: 열 발생 곡선(G)과 제거 직선(R)의 상호작용 분석을 통한 공정 안정 지점 및 히스테리시스 판별 • 가역 발열 반응 최적화 전략: 반응 속도와 평형 제약의 상충 관계 해결을 위한 우하향 최적 온도 궤적 및 다단 단간 냉각 설계 |
||
|
[36강] 촉매 표면 반응 및 유효성 인자 핵심 요약 및 문제풀이
|
1:
12:
30
|
|
|
불균일계 촉매 반응 메커니즘 및 유효성 분석
• 고체 촉매 반응 7단계 및 RLS: 물질 전달·흡착·표면 반응·탈착의 직렬 메커니즘 분석과 속도 결정 단계에 따른 조작 변수(온도/유속) 최적화 • LHHW 및 E-R 모델링: Langmuir 흡착 평형 및 자리 수지 기반의 총괄 속도식 유도와 흡착 저항항을 포함한 반응 구조식 도출 • Thiele Modulus 및 비활성화: 유효도 인자를 활용한 내부 확산 저항 정량화와 소결·코킹·피독 방지를 위한 온도-시간 궤적 전략 수립 |
||
|
[37강] 비이상 반응기(RTD 분석) 핵심 요약 및 문제 풀이
|
0:
49:
02
|
|
|
비이상 반응기 유동 분석 및 RTD 모델링 핵심 요약
• 비이상 유동 및 RTD 함수 : 연령 분포($E(t)$)·누적 분포($F(t)$)와 통계적 지표($t_m, \sigma^2$)를 활용한 사각지대·우회류·채널링 현상의 정량적 진단 및 판별 • 분리 모델 및 수율 예측 : 거대유체 가정 하의 분리 모델 수립과 1차 반응의 라플라스 변환을 통한 비이상적 유동 조건에서의 반응기 전환율 예측 • 탱크 직렬 및 축방향 분산 모델 : 파라미터 $n$과 페클레 수($Pe$)를 매개로 한 유동 묘사 및 무차원 분산 기반의 모델 간 대통합($Pe \approx 2n$) 체계 구축 |
||
|
[38강] 기말고사 대비 종합 실전문제풀이
|
0:
36:
56
|
|
|
기말고사 대비 종합 실전문제풀이
• 복합·자가촉매 반응 최적화: Trambouze 반응 수율 최대화를 위한 농도 제어 및 Levenspiel Plot 기반 최적 반응기(CSTR/PFR) 선정 원리 • 촉매 반응기 설계 및 불활성화: 충전층 반응기(PBR) 설계 방정식을 통한 전환율 계산 및 촉매 활성도 저하에 따른 조업 시간·평균 전환율 산출 • 비이상 유동 및 분산 모델링: 축 분산 모델을 활용한 추적자 퍼짐($\sigma^2$) 추산 및 체류 시간 분포(RTD) 함수 기반 입자 전환 분율 분석 |
||
| 부록. 심화 과정 | ||
|
[39강] 효소 촉매와 Michaelis-Menten 모델
|
0:
18:
41
|
|
|
효소 촉매 반응 및 Michaelis-Menten 모델 유도와 공학적 설계
• Michaelis-Menten 속도식: 유사 정상상태 가정(PSSH) 및 효소 보존 법칙을 통한 효소-기질 복합체 반응 메커니즘 수식화 • 핵심 파라미터 및 선형 분석: $V_{max}$와 $K_m$의 물리적 의미 파악 및 Lineweaver-Burk 플롯 기반의 실험 데이터 역산 • 공학적 설계 및 저해제 분석: 경쟁적 저해제에 따른 반응 속도 변화 특징 정의 및 CSTR 설계 방정식을 연립한 바이오 반응기 공정 산출 |
||
|
[40강] 기-액 물질전달 결합 반응 및 유동층 반응기
|
0:
14:
29
|
|
|
기-액 물질전달 결합 반응 및 유동층 반응기 해석
• 하타 수(Ha) 및 반응 촉진 계수(E): 액체 막 내 화학 반응에 의한 물질 전달 속도 증가율 정량화 및 빠른 반응 영역 판정 기준 • 유동층 반응기 유체역학: 고체 입자의 항력과 겉보기 무게 평형을 통한 등온 상태 유지 및 압력 강하 원리 분석 • 최소 유동화 속도(Umf): Ergun 방정식을 활용한 유동화 개시 시점 산출 및 입자 직경의 제곱에 비례하는 상관관계 규명 |
||
|
[41강] 첨단 산업 응용 – 고분자, 전기화학 및 마이크로반응기
|
0:
22:
12
|
|
|
첨단 산업 응용 고분자 전기화학 마이크로반응기
• 고분자 중합 및 겔 효과: 라디칼 메커니즘 기반 속도식 유도와 고점도 상태의 정지 반응 억제 및 반응 속도 폭주 원리 분석 • 마이크로반응기 유동 및 확산: 층류 환경에서 채널 폭 스케일링을 통한 확산 시간 단축 및 혼합 효율 극대화 원리 규명 • 전기화학 센서 및 담쾰러 수: 이온 페어링 기반 감지 메커니즘과 무차원 수를 활용한 체류 시간 및 시스템 반응 효율 진단 |
||
국준원 교수님
반응공학
