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SUMMARY
칼라
목차
Part I. MSDP 시스템 개발 17
제1장 서론 19
제1절 개발 배경 19
제2절 MSDP(Molecular Sieve Dehydration Process)의 이해 19
1. 종류와 흡착공정의 비교 19
2. Categorization(Catagorization) of adsorptive(adsortive) separation process 20
3. 흡착제와 흡착평형 20
4. 흡착탑의 동특성 28
5. 흡착탑의 설계 29
6. PSA(Pressure Swing Adsorption)의 이해 30
제2장 에탄올／물 혼합물의 흡착 특성 35
제1절 제올라이트의 흡착기구 35
제2절 실험 36
1. 전처리 과정 36
2. 사용된 제올라이트의 종류 36
3. 용액상에서 흡착속도 실험 37
4. 용액상에서 평형 흡착 실험 37
5. 기상에서 흡착 속도 실험 37
6. 기상에서 평형 흡착 실험 37
제3절 결과 및 고찰 38
1. 용액상에서의 흡착 실험 38
2. 기상에서의 흡착실험 48
제3장 연속운전연구 59
제1절 서론 59
제2절 장치 설계 및 공정설명 60
Part II. 증류폐액처리 방안 연구 71
제1장 서론 73
제2장 생물학적 처리방법 77
제1절 고율혐기성 처리의 장·단점 77
제2절 고율 혐기성 처리 방법의 종류 78
1. 혐기성 여상반응조 (UAF, ABC System과 동일) 78
2. UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blacket) 반응조 79
3. UBF(Upflow Anaerobic Blanket Filter) 반응조(HAF System과 유사) 81
4. 각 반응조의 장단점 비교 82
제3장 증발 농축기를 이용한 방법 83
제1절 개요 83
제2절 종류 83
1. 액막 상승식 증발관(Rising Film Type Evaporator) 83
2. 액막유하식 증발관(Falling Film Type Evaporator) 83
3. 강제 순환식 증발관(Forced Circulation Type Evaporator) 85
4. 교반 JACKET식 증발관(Jacketed with Agitator Type Evaporator) 87
제3절 경제적인 농축장치 87
1. 다중 효용관(Multiple Effect Evaporator) 87
2. 열 재압축식 증발관(Thermal Vapor Recompression) 88
3. 기계적 증기 재압축식 증발관(Mechanical Vapor Recompression) 88
4. VVC(Vacuum Vapor Compression) 증발농축장치 (충격 유하식 증발 농축장치) 89
제4절 주정폐수 농축기 종류에 따른 장단점 비교[원문불량;p.75~76] 90
제4장 결론 95
제1절 고율혐기성 처리와 증발농축의 비교 95
제2절 고율혐기성 처리공법의 비교 95
Part III. 타피오카의 연속 액·당화공정 개발에 관한 연구 99
제1장 서론 101
제1절 연구의 필요성 및 범위 101
제2절 전분의 액화 및 당화 102
1. 발효 원료 102
2. 타피오카의 특징 102
3. 전분의 구조와 호화 103
4. 전분 분해 효소 104
가. α-amylase(1,4-α-D-Glucan glucano-hydrolase; E.C.3.2.1.1.) - 액화효소 104
나. Glucoamylase(1,4 α-D-Glucan glucano-hydrolase; E.C.3.2.1.3.) - 당화효소 104
다. β-amylase(1,4-α-D-Glucan maltohydrolase; E.C.3.2.1.2.) 105
라. 기타 효소들 105
제2장 재료 및 방법 107
1. 사용전분 107
2. 사용효소 107
가. 액화 효소(a-amyIase, α-1,4-D-Glucanglucano-hydrolase; E.C.3.2.1.1) 107
나. 당화 효소 109
3. 액화실험 방법 109
4. 당화실험 방법 (Dedyukhina et al, 1991) 109
5. 연속 실험 방법 111
6. 분석법 111
가. 포도당의 분석 111
(1) Somogyi-Nelson법(Somogyi, 1952) 111
(2) DNS(2,3-DinitrosalycyIic acid)법 (Miller et al, 1959) 113
(3) 효소적 방법 113
나.말토오스및 말토트리오스의 분석(Yun et al., 1994) 113
다. 총당및 액화과정중의 당분석[원문불량;p.99] 113
(1) 총당의 분석 116
(2) 액화과정중의 당분석 116
라. 점도 측정 116
마. Packed Volume의 측정 116
제3장 결과 및 고찰 117
제1절 전분의 액화 117
1. 기초실험 117
2. 저온 α-amyIase BAN을 이용한 액화 실험 117
3. 고온 α-amyIase Termamyl을 이용한 액화 실험 120
4. 온도와 pH가 액화에 미치는 영향 133
제2절 당화실험 136
1. 효소의 첨가량 및 종류의 영향 136
① NOVO사 AMG를 이용한 실험 136
② 도일 산업 당화효소를 이용한 실험 139
2. 온도와 pH의 영향 142
3. 액화시간이 당화에 미치는 영향 145
제3절 소규모 연속 액화 및 당화조의 구성 147
1. 연속 실험의 문제점 147
2. 효소 용액의 안전성 148
3. 타피오카 슬러리 151
4. 타피오카 슬러리와 pH 변화 155
5. 연속적인 액화 및 당화 실험을 위한 장치의 구성 158
제4절 연속 액화 실험 159
제5절 연속 당화 실험 167
제6절 Pilot의 제작 및 운전 175
1. Pilot 반응조의 제작 175
2. Pilot 반응조의 운전 177
Part IV. 운동형 필터 반응기를 이용한 타피오카의 연속 에탄올 발효공정 개발에 관한 연구 189
제1장 서론 191
1.1. 연구 배경 191
1.2. 문헌 연구 193
1.2.1. 발효 원료 193
1.2.1.1. 당질계 193
1.2.1.2. 전분질계 193
1.2.1.3. 목질계 193
1.2.2. 산업용 기질로써 타피오카의 타당성 195
1.2.2.1. 타피오카의 특성 195
1.2.2.2. 전분의 구조와 전처리 공정 195
1.2.2.3. 전분 분해 효소 199
1.2.3. 발효 공정 199
1.2.3.1. 에탄올 발효 균주 199
1.2.3.2. 발효 공정 기술 202
1.2.3.3. 응집성의 중요성과 응집성 효모의 발효 특성 204
1.2.3.4. 효모의 응집 이론 205
1.2.3.5. 응집관련 유전학의 현황(Stratford, 1992) 207
1.2.3.6. 응집의 개시시점 210
1.2.4. 응집성 효모를 이용한 발효 공정 및 기존 공정의 문제점 210
1.3. 산업용 기질을 이용한 연속공정개발의 문제점 211
1.4. 연구 내용 및 범위 214
제2장 실험 재료 및 방법 215
2.1. 산업용 기질 - 타피오카 215
2.2. 타피오카의 액·당화 215
2.2.1. 사용 효소 215
2.2.1.1. 액화 효소 215
2.2.1.2. 당화 효소 215
2.2.1.3. 기타 효소 217
2.2.2. 소형 액화 실험 217
2.2.3. 소형 당화 실험 217
2.2.4. 대형 액·당화 실험 218
2.3. 세포의 응집성 측정 218
2.3.1. 응집성 측정 장치 218
2.4. 발효 실험 222
2.4.1. 발효 균주 222
2.4.2. 배양 실험 222
2.4.2.1. seed 배양 222
2.4.2.2. 플라스크 배양 222
2.4.2.3. 발효조 운전 225
2.4.2.3.1. 회분식 배양 225
2.4.2.3.2. SBR(Sequencing Batch Reactor) 운전 (Kosaric et.al, 1986) 225
2.4.2.3.3. 연속 배양 225
2.5. 고형분 분리기 제작 228
2.6. 운동형 필터(Moving filter) 제작 228
2.6.1. 스크린 망 230
2.6.2. 운동형 필타(Moving filter) 230
2.7. 운동형필터를 이용한 연속 반응기 운전 230
2.8. 분석 방법 230
2.8.1. 포도당 분석 230
2.8.2. 에탄올 분석 235
2.8.3. 세포 농도 분석 235
2.8.4. 세포의 응집성 분석 236
2.8.5. 이온 농도 분석 236
2.8.6. 타피오카 입자 크기 분석 236
제3장 타피오카 액·당화액을 기질로 사용할 때 응집성 효모의 생리학적 특성에 관한 연구 237
3.1. 서론 237
3.2. 결과 및 고찰 237
3.2.1. 균주 선별 237
3.2.2. 응집성 측정 장치를 이용한 응집성 관찰 237
3.2.2.1. 침강 관찰신호의 filtering 237
3.2.3. 고형분이 발효에 미치는 정·부효과 고찰 240
3.2.3.1. 고형분이 발효에 미치는 영향 240
3.2.3.1.1. 고형분의 유무에 따른 발효 특성 240
3.2.3.1.2. 고형분의 유무에 따른 응집성 및 침강 속도의 변화 243
3.2.3.1.3. 고형분의 정·부효과 고찰 246
3.2.4. 고형분의 제거 필요성 250
3.2.4.1. 탈수기를 이용한 고형분 제거 251
3.2.5. Tapoica 액·당화액 발효 배지의 이온 성분 251
3.2.6. 배지 성분 및 발효 조건이 응집성에 미치는 영향 고찰 254
3.2.6.1. 미세한 고형분의 잔해 254
3.2.6.2. 질소원에 따른 응집성의 차이 254
3.2.6.3. phosphate의 농도 변화에 의한 응집성의 변화 259
3.2.6.4. pH에 의한 응집성의 변화 259
3.2.6.5. pH buffer capacity에 따른 응집성의 변화 263
3.2.6.6. 초기 pH에 의한 응집성의 변화 263
3.2.6.7. Buffer의 종류에 따른 응집성의 변화 263
3.2.6.8. Ca²+, Mg²+ (이미지참조)이온의 응집성에 미치는 영향 269
3.2.6.9. Seed culture의 cell growth stage에 따른 응집성의 비교 269
3.2.6.10. 온도와 RPM에 따른 응집성 관찰 269
3.2.6.11. 응집성이 에탄올 수율(Yp／s(이미지참조))에 미치는 영향 고찰 274
3.2.6.12. 다양한 질소원에 대한 응집성 및 발효능 비교 274
3.2.6.13. 배지 최적화를 위한 각 배지 성분들이 응집성에 미치는 영향 고찰 279
3.2.6.14. pH upshift에 의한 응집 유도와 EDTA에 의한 영향 고찰 280
3.2.7. 질소원 CH₃COONH₄ 의 응집 특성 및 발효 특성 299
3.2.7.1. CH₃COONH₄의 특성 299
3.2.7.2. Ca²+, Mg²+의 영향(이미지참조) 299
3.2.7.3. 응집성에 미치는 acetate의 영향 303
3.2.7.4. CH₃COONH₄ 첨가에 따른 응집성과 발효능의 증가 303
3.2.8. 타피오카 액·당화액의 발효 배지 최적화 303
3.2.8.1. 발효 배지의 조성 309
3.2.8.1.1. 질소원 309
3.2.8.1.2. 이온 성분 309
3.2.8.1.3. 배지 성분 309
3.2.8.1.4. 실험계획법에 의한 배지 최적화(Schmidt et.al, 1992) 309
3.3. 결론 316
제4장 운동형 필터를 이용한 고농도 세포 배양에 의한 연속 에탄올 발효 공정 개발 319
4.1. 서론 319
4.2. 결과 및 고찰 322
4.2.1. 회분식 배양에서의 pH-upshift 현상 322
4.2.2. pH-upshift 현상의 원인 324
4.2.3. SBR(Sequencing Batch Reactor) 운전 324
4.2.4. 운동형 필터 반응기의 운전 결과 329
4.2.4.1. 고형분이 존재할 때 운동형 필터 반응기의 운전 329
4.2.4.2. 고형분을 탈수기로 제거한 후 운동형 필터 반응기의 운전 329
4.2.4.3. 높은 희석율에서의 장기간 연속 운전 332
4.2.4.4. 여러 가지 높은 희석율에서의 운동형 필터 반응기 연속 운전 332
4.2.5. 연속 조업후 운동형 필터의 상태 및 재사용 337
4.2.6. 필터 flux에 미치는 고형분의 영향 337
4.2.7. Impeller tip speed가 유출되는 세포 농도에 미치는 영향 340
4.2.8. 질소원 urea와 CH₃COONH₄를 이용한 연속 에탄올 발효 공정의 특성 342
4.2.9. 운동형 필터 반응기의 특성 342
4.3. 결론 345
참고 문헌(References) 349
Part V. 공업용 포도당을 기질로 사용할때 운동형 필터 반응기 운전 특성 및 수치모사에 관한 연구 357
제1장 서론 359
1-1. 연구 배경 359
1-2. 에탄올 359
1-3. 고농도 세포 연속 발효 359
1-3-1. 고정화세포 반응기 360
1-3-2. 세포재순환 반응기 361
1-3-3. 운동형 필터 반응기 362
1-4. 모델링 362
1-4-1. Monod 증식 속도식［25］ 363
1-4-2. 증식 제한 속도식［28］ 363
1-4-2-1. 기질 저해 364
1-4-2-2. 생성물 저해 366
1-4-2-3. 세포 자체 저해 현상(autonomous equations) 366
제2장 균주의 특성 조사 및 배지와 배양조건의 영향 조사 369
2-1. 서론 369
2-2. 재료 및 방법 369
2-2-1. 균주 369
2-2-2. 배지조성 및 배양조건 369
2-2-3. 농도 분석 방법 370
2-2-3-1. 포도당 분석 370
2-2-3-2. 환원당 분석 370
2-2-3-3. 에탄올 분석[원문불량;p.356] 371
2-2-3-4. 세포 농도 분석 373
2-2-3-5. 암모늄 분석 373
2-2-3-6. 무기물 및 미량 원소 분석 373
2-2-4. 응집성 측정 373
2-2-4-1. 광투과도를 이용한 측정 373
2-2-4-2. 현미경을 이용한 측정 374
2-3. 결과 및 고찰 378
2-3-1. 응집성 조사 378
2-3-1-1. pH의 영향 378
2-3-1-2. 배지 성분의 영향 383
2-3-2. 에탄올 발효능에의 영향 387
2-3-2-1. 배지 성분의 영향 387
2-3-2-2. 배양 조건의 영향 391
2-3-2-2-1. 온도의 영향 391
2-3-2-2-2. pH의 영향 391
2-3-2-2-3. 용존 산소의 영향 391
2-4. 결론 397
제3장 운동형 필터를 장착한 반응기에서의 에탄올 연속 생산 399
3-1. 서론 399
3-2. 재료 및 방법 400
3-2-1. 균주 400
3-2-2. 배지 조성 및 배양 조건 400
3-2-2-1. 종균 배양 400
3-2-2-2. 발효 400
3-2-3. 반복회분식 배양 401
3-2-4. 운동형 필터 402
3-2-5. 필터 성능 측정 404
3-2-6. 연속 실험 및 반응기 성능 측정 407
3-2-7. 비선형 회귀식 구하기 407
3-2-8. 분석법 407
3-3. 결과 및 토론 407
3-3-1. 반복회분식 배양 407
3-3-2. 필터 성능 측정 411
3-3-3. 연속식 배양 414
3-3-4. 반응기 성능 416
3-3-5. 장기간 운전 및 scale-up 417
3-3-6. 모델링 424
3-3-6-1. 이론 및 계산법 424
3-3-6-1-1. 모델식 426
3-3-6-1-2. 비증식속도의 계산 427
3-3-6-1-3. 수율과 유지 계수의 추정 428
3-3-6-1-4. Bleed 유속과 다른 변수와의 관계식 구하기 429
3-3-6-2. 모사 434
3-3-6-3. Scale-up 모사 436
3-4. 결론 439
참고 문헌 441
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