Biodiesel 생성을 통한 Trans-Esterification 촉매반응에 관련된 결과보고서

소개글

Biodiesel 생성을 통한 Trans-Esterification 촉매반응에 관련된 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론

2. 이론적 배경
2. 1 바이오 디젤
2. 1. 1 바이오 매스
2. 1. 2 대체에너지 바이오 디젤
2. 1. 3 원료(Feedstock)
2. 1. 4 생산기술
2. 1. 5 바이오디젤의 전환율 계산
2. 2 촉매
2. 2. 1 촉매의 정의
2. 2. 2 염기 촉매
2. 2. 3 산 촉매
2. 3 Trans-esterification
2. 4 원심분리기
2. 5 Gas Chromatography
2. 5. 1 기체 크로마토그래피 컬럼
2. 5. 2 기체 크로마토그래피용 검출기

3. 실험방법
3. 1 반응장치
3. 2 분리장치
3. 3 시약
3. 4 실험순서

4. 결 과

5. 결 론

그림 차례

Figure 2.1 CO2순환에 의한 자연 순환 에너지
Figure 2.2 식물성 오일 동일면적당 생산 효율
Figure 2.3 식물성 오일 가격 동향
Figure 2.4 바이오 디젤의 원료
Figure 2.5 식물성 오일과 알콜류의 Esterification 반응식
Figure 2.6 Conventional Biodiesel Process Flow
Figure 2.7 고체촉매를 이용한 바이오디젤 생산 공정도
Figure 2.8 원심분리기
Figure 3.1 반응장치
Figure 3.2 KOH를 넣은 시약과 넣지 않은 시약
Figure 3.3 Magnetic Strring 장치
Figure 3.4 실험에 사용된 원심분리기
Figure 3.5 원심분리과정
Figure 3.6 분리된 시약
Figure 3.7 분리된 Biodiesel
Figure 3.8 Gas Chromatography

표 차례

Table 2.1 각 원료별 바이오디젤 composition 분포
Table 2.2 팜 바이오디젤, 대두 바이오디젤, 유채 바이오디젤의 주요 품질 특성
Table 2.3 분자량과 밀도
Table 4.1 촉매를 쓰지 않은 반응
Table 4.2 촉매를 쓴 반응

본문내용

않은 반응의 Conversion을 비교한다.
4. 결 과
2.1.5에 있는 계산식을 이용해서 먼저 각 생성물의 몰수를 구했다. peak area의 값은 실험결과 값을 넣었다. peak area는 gas chromatography의 결과 값 중에 각 물질별로 기존에 측정되어 있던 시간대를 이용하여 구하였다. 이 값이 나오는 시간은 4, 6, 7, 8, 9분대이며 시간대별로 각 물질의 calibration data 값은, methyl palmitate는 a=0.9589x103, b=5.6258x103, methyl stearate는 a=1.2134x103, b=1.13030, methyl oleate는 a=1.7284x103, b=2.0538x103, methyl linoleate는 a=1.86x103, b=0.7854x103, methyl linolenate a=1.9308x103, b=1.2088x103 이다. 실험에 사용된 식용유의 분자량은 840.16g/mol, 밀도는 0.86 g/ml 이다. calibration 과정에서 peak가 나타나지 않은 물질의 peak area는 0으로 두고 계산하였다. 계산 결과는 다음과 같다.
Table 4.1 촉매를 쓰지 않은 반응
생성물 양(ml)
7
Injection 양 (㎕)
5
반응물 Oil (mol)
0.05
Peak Area
mol
Selectivity(%)
Conversion(%)
Methyl palmitate
3.105
-0.0259
0
0
Methyl stearate
0
0
0
Methyl oleate
0
0
0
Methyl linoleate
0
0
0
Methyl linolenate
0
0
0
Table 4.2 촉매를 쓴 반응
생성물 양(ml)
39.5
Injection 양 (㎕)
5
반응물 Oil (mol)
0.05
Peak Area
mol
Selectivity(%)
Conversion(%)
Methyl palmitate
7956.825
0.0605
97
41.6
Methyl stearate
99.105
0.00184
3
Methyl oleate
34.585
-0.0274
0
Methyl linoleate
0
0
0
Methyl linolenate
0
0
0
5. 결 론
자원으로부터 에너지를 얻고자 할 때 고려해야 할 사항은 여러 가지가 있겠지만 기본요소 중 두 가지는 에너지 효율을 나타내는 conversion과 반응 속도를 의미하는 kinetics이다. 이러한 것들은 반응기 종류, 부피, 시간, 온도 압력 등 전체 화학공정에 영향을 미치며, 이 때 적절한 conversion과 kinetics를 고려하여 가장 최적의 경제성을 이루어내게 하는 것이 화학공학만이 가지는 특별한 색깔인 것이다
우리는 이번 실험을 통해서 Biodiesel 생성 반응에 촉매가 미치는 영향을 측정해 보았다. 촉매는 정촉매로서 KOH를 사용하였는데, 그 결과 촉매를 사용했을 때 41.6%의 전환율이 계산되었고, 같은 반응 시간 동안인데도 촉매를 사용하지 않는 반응에서는 생성된 몰수가 음수로 계산되는 결과가 나타났다. 촉매를 사용하지 않은 반응에서 음수의 몰수는 생성된 양이 매우 작기 때문에 보정과정을 거치면서 이러한 결과가 나타났다고 볼 수 있다. 촉매를 사용한 반응과 사용하지 않은 반응의 이 같은 차이는 정촉매의 역할을 알아볼 수 있음과 동시에 촉매 없이는 Biodiesel의 생산이 거의 불가능하다는 결론에 이르게 된다.
또한 Biodiesel의 selectivity를 보면 특정 생성물이 주로 생산되어 지고 나머지는 소량만 관측이 된다. 두 반응 모두 Methyl palmitate의 selectivity가 가장 높았으며 이 물질이 주 생성물임을 알 수가 있다. 물론 촉매를 쓰지 않은 반응에서는 매우 적은양이지만 유일하게 peak값을 나타내었다.
보정과정에서의 오차 외에도 여러 시료들의 양들을 측정하는 과정에서 나타나는 오차가 있다. 예를 들면, KOH의 1g을 잴 때에도 가루가 아닌 알맹이와 같아서 정확한 1g을 측정하기 어려웠다. 이렇게 직접 측정한 양들의 오차는 여러 번 측정하고 옮기는 과정을 반복하였으므로 무시할 수 없는 오차를 낳았을 가능성도 있는 것이다.
한편, 에너지 전환율의 가장 이상적인 conversion은 물론 100%이다. 하지만 이는 현실적으로 불가능하며 반응속도라는 요소가 함께 계산되어져야 하기 때문에 꼭 100%가 이상적이라고 하기는 어렵다. 하지만 미래 에너지 위기에 비추어 보았을 때에는 에너지 효율을 높여야 하는 이유가 생기고 전 세계적으로 연구는 계속해서 이루어지고 있는 것이다. 그 중에 Biodiesel의 효율성을 높이기 위한 연구도 활발히 진행되고 있고 촉매는 이러한 실험에 빠져서는 안 될 실험재료중 하나임에 틀림없으며 앞으로도 지속적으로 연구 되어야 할 것이다.
References
1. “화공생명공정실험 메뉴얼”
2. 하백현. 에너지공학개론. 서울 : 대덕인쇄, 2001
3. http://blog.naver.com/dieselbio/110024432903 : 네이버 블로그 - 바이오 디젤
4. 전학제. 촉매개론. 서울 : 도서출판한림원, 1992
5. 차운오, “특별기획 (1) : 바이오디젤 산업 동향”, 한국화학공학회, NICE (News & Information for Chemical Engineers), Vol.25, No.6, Startpage 609, Endpage 613, Totalpage 5, (2007)
6. http://hanyang-finechem.or.kr/fcpl/ : 한양대 화학공학과 정밀화학공정연구실
7. http://www.ecosol.co.kr/ : (주)에코솔루션
8. Harold HartLeslie E. CraneDavid J. Hart. 유기화학. 서울 : 교보문고, 2004
9. 이진석, "특별기획 (2) : 화학 촉매에 의한 바이오디젤 생산", 한국화학공학회, NICE (News & Information for Chemical Engineers), Vol.25, No.6, Startpage 613, Endpage 617, Totalpage 5, (2007)

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바이오디젤,   바이오메스,   기체 크로마토그래피,   Trans-esterification,   Gas Chromatography