- 글번호
- 55913
- 분류
- 기타
- 작성일
- 2021.11.22
- 수정일
- 2021.11.22
- 작성자 임정희
- 조회수
- 151
화학공학과 문지영 학생, 한국화학공학회 우수발표자상 수상
모델 예측 제어를 적용한 ‘벌레형 미셸’의 생산 최적화 연구
고급 제어 기술을 적용한 자기조립 나노입자의 생산 효율 증대 기대
▲ 화학공학과 문지영 석사과정생, 황성원 교수
화학공학과 문지영 석사과정생이 ‘2021 한국화학공학회 추계학술대회’에서 모델 예측 제어 시스템을 자기조립(self-assembled) 나노구조체의 하나인 벌레형 미셸(wormlike micelles)의 생산과 결합하여 생산 효율을 최적화하는 연구로 우수발표자상을 수상했다.
본 연구는 산업통상자원부의 글로벌인재양성사업의 지원을 받아 미국 텍사스 A&M 대학교의 Joseph Sang-Il Kwon 교수 연구실과 공동으로 진행하였으며, “Model predictive control for wormlike micelles (WLMs): Application to a system of CTAB and NaCl”이라는 제목으로 Elsevier 저널 “Chemical Engineering Research and Design”에 지난달 게재되었다.
벌레형 미셸은 계면활성제가 극성 용매 내에서 정전기적 인력에 의해 스스로 결합하는 자기조립 나노구조체의 한 종류이다. 이는 긴 사슬 형태로 형성되어 엉킴 정도에 따라 점탄성을 나타내는 측면에서는 전통적인 고분자와 유사하지만, pH, 빛, 열 등과 같은 외부 자극에 의해 점탄성이 변하는 특별한 유변학적 성질을 가지고 있다.
이러한 가변적인 성질을 응용하여 셰일 가스의 수압 파쇄 시 파쇄 유체, 파이프 내 난류 감소제, 의약 산업 등 다양한 분야에서 주목을 받고 있지만 적절한 반응 조건의 조작 없이 원하는 점도에 도달하기 위해서는 오랜 시간이 소요되는 문제가 있었다. 또한 동시에 여러 반응 조건에 의존하며 변수 간에 비선형적인 관계를 보이기 때문에 전통적인 제어 방식의 적용이 어려웠다.
이번 연구에서 문지영 학생은 고급 제어 기술인 모델 예측 제어(model predictive control)를 벌레형 미셸의 거동을 예측하는 수학적 모델에 적용하여 반회분식 반응기에서 빠른 시간 내에 목표 점도에 도달하게 하는 시스템을 개발하였다. 벌레형 미셸의 열역학적 모델, 키네틱 모델, 유변학적 모델을 결합한 통합적인 수학적 모델을 개발하고, 이를 모델 예측제어와 결합한 새로운 프레임워크를 개발하였다. 이를 통해 주어진 제한 조건 하에 제품의 목표 점도에 빠르게 도달하게 하는 계면활성제의 농도, 염의 농도 및 온도의 최적 시퀀스를 결정하여 공정 운영 시 소요되는 비용 및 시간 절감 효과를 기대할 수 있다.
지도교수인 황성원 화학공학과 교수는 “이번 연구 결과를 통해 증가하는 벌레형 미셸의 수요에 맞춰 다양한 조건의 제품 생산 시 효율을 증대하는 방안으로 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.
- 첨부파일
- 첨부파일이(가) 없습니다.
- 다음글
-
‘지속가능한 다문화 사회와 평생학습도시’ 공동학술대회 개최임정희 2021.11.24 10:55
- 이전글
-
화학공학과 황규영 학생, 한국공업화학회 우수논문상 수상임정희 2021.11.22 11:16