황-요오드 수소 제조 공정에서 초음파 조사를 이용한 분젠 반응의 특성

황-요오드(SI) 공정의 통합 운전을 위한 분젠 반응 단계에서, I2 및 H2O 반응물들은 HIx 용액 내 용해된 성분들로써 공급된다. HIx 용액과 SO2 공급을 이용하여 분젠 반응이 수행될 때 HIx 상 내 대부분의 H2SO4 생성물이 존재하며, 이에 따라 HIx 상에 대한 H2SO4 상의 부피 비가 매우 낮다. 본 연구에서 우리는 상 분리 성능을 향상시키기 위해 HIx용액을 이용한 분젠 반응에 대한 초음파 조사의 효과들을 연구하였다. 분젠 반응과 함께 초음파가 조사될 때 HIx 상으로부터 H2SO4 상으로 이동된 H2SO4의 양은 최대 58.0 mol%까지 증가하였으며, H2SO4 상의 부피 또한 최대 13.1 vol%까지 증가하였다. 특히, 상 분리에 대한 초음파 조사의 효과는 온도, I2 및 H2O 공급 농도가 감소함에 따라 향상되었다. 초음파 조사는 HIx 상 내 반응 평형을 미시적으로 이동시킴으로써 추가적인 H2O 분자들의 형성을 유도하였다. 이로부터 추가적으로 생성된 H2O 및 분리된 H2SO4 분자들이 H2SO4 상으로 이동할 수 있는 더 많은 H2SO4·xH2O (x = 5-6) 착물들을 형성하였다.