교체주기
및 설계
|
수처리에서의 응용 |
|
|
4. 흡착장치의 설계 및 교체주기 4-1. 계획 활성탄 흡착장치 계획은 기존 설비장치와 장래 계획 또는 건설하는 완전히 새로운 장치와의 관련성 및 신뢰성이 있어야 하며 그 밖에도 효율이 좋은 처리장치로서 언제나 고품질의 처리 수를 얻을 수 있어야 한다. 그러기 위해서는 1) 원수의 성상을 충분히 파악해서 활성탄의 흡착특성과 세공분포와 피흡착 물질의 분자량 분포와의 관련성 따위에 관해 검토한다. 2) 원수의 부하 경감과 활성탄 흡착공정의 위치 일부를 명확히 한다. 즉 피흡착 물질의 농도가 높을 경우는 다른 처리법에 의해 충분히 감소시킨 후에 활성탄 흡착처리를 행하는 것이 원칙이다. 3) 사용목적에 의해 가장 적절한 활성탄의 선택과 사용방법을 행하지 않으면 안된다. 그러므로 피흡착 물질이 단일성분계인가 다 성분계 인가를 명확히 하고 평형 흡착량과 용액시험의 결과로부터 활성탄의 수명과 접촉시간 따위의 설정조건을 정한다. 이상에서의 여러 가지 항목을 충분히 고려해서 활성탄 흡착공정을 계획하는 것이 필요하다. 4-2. 설 계 활성탄의 허용 부하는 원수의 변동, 오염물질의 제거량, 생물의 작용 및 수량의 부하에 의한 영향이 크다. 입상활성탄을 사용하는 경우는 입자 지름의 영향이 크고 운전방식에 의해 다르지만 일반적으로 고정층에서 8x30 Mesh, 유동층에서 12x40 mesh, 그 밖의 방식에서는 12x30 Mesh가 많이 사용되고 있다. 흡착장치의 설계인자는 평형흡착, 흡착속도, 컬럼시험 등의 결과로부터 실제로 처리해야 될 용액의 최적 조건을 정하는 것이 필요하다. 4-3. 종 류 동력의 요구 형태에 따라서 중력식, 가압식이 있으며 흡착장치 형태에 따라 고정상(Fixed Bed) 하향류 또는 상향류, 유동상(Expanded Bed) 상향류로 구분한다. 4-4. 설계기준 예 ◇ 선속도(Linear Velocity) : 5∼20 m/hr ◇ 공간속도(Space Velocity) : 3∼15 1/hr ◇ 역류세정속도(Backwashing Velocity) : 25∼50 m/hr ◇ 역류세정시간(Backwashing Time) : 5∼20분 ◇ 흡착장치의 전체 높이 대 직경의 비 : 약 2 : 1 ◇ 활성탄층 높이(Bed Height)와 직경의 비 : 약 1:1∼4:1 ◇ 접촉시간(Contact Time) : 10∼40분 ◇ 활성탄 소요량은 처리 대상 폐수로 Column Test에 의한 파과곡선을 작성한 다음, 일련의 접근방식으로서 결정하는 것이 가장 바람직 하다. ◇ 흡착장치 전에 전처리 여과시설을 두는 것이 활성탄의 흡착능력을 향상시킨다. 4-5. 용어설명 1) 접촉시간(Contact Time, CT) : 활성탄의 충진량을 처리수량으로 나눈 값 2) 선속도(Linear Velocity, LV) : 활성탄과 물의 접촉을 나타내는 것으로 처리수량을 흡착장치 단면적으로 나눈 값 3) 공간속도(Space Velocity, SV) : 활성탄층을 통과하는 1시간당 처리수량을 활성탄 용량으로 나눈값. 즉, 1시간에 충진된 활성탄량의 몇 배의 물을 흘려보내는가 하는 통수량이다. 공간속도와 선속도 사이의 관계는 "SV(1/hr) = LV(m/hr) ÷ BH(m)"이다. 4) 활성탄 층고(Bed Height, BH) : 활성탄층이 높을 경우, 탄층의 압력손실이 크게 되기 때문에 운전수위를 높게 취할 필요가 있어서 흡착장치의 높이가 커지며, 활성탄층 높이를 낮게하여 일정의 접촉시간을 유지하면 흡착탑의 면적이 커진다. 이와 같이 활성탄층 높이는 흡착장치 크기를 결정하는데 중요한 인자이다. 즉, "BH = LV x CT"으로 구할 수 있다. 4-6. 흡착탑 설계 1) 처리량(Flow Rate, Q) : 18,900㎥/day (787.5 ㎥/hr) = 787.5 ㎥/hr ÷ 4sets = 196.9 ㎥/hr 2) 선속도(Linear Velocity, LV) : 13 m/hr 3) 수량(Filter Q'ty) : 4 sets 4) 직경(Filter Diameter, D) : 196.9 ㎥/hr ÷ 13 m/hr = 15.15 ㎡ : D = √(4A ÷π) = √(4x15.15 ÷3.14) = φ 4.4 m ≒ φ 4.5 m 5) 면적(Filter Area, A) : A = π ÷ 4 = ( π x 4. ) ÷ 4 = 15.89 ㎡ ≒ 15.9 ㎡ 6) 활성탄 층고(Bed Height, BH) : 4.7m 7) 접촉시간(Contact Time, CT) : BH / LV = 4.7m/13 m/hr = 21분 8) 공간속도(Space Velocity, SV) : LV / BH = 13 m/hr/4.7m = 2.77 1/hr 9) 역세수 소요량 : Q2= A x 역세속도 = 15.9㎡ x 30m/hr = 477㎥/hr 역세시간을 10분으로 할 경우 = 477㎥/hr x 1hr/60분 x 10분 = 79.5㎥/분 10) 흡착탑 규격(Filter Size) Activated Carbon 4,700 mm Sand 100 mm Gravel 200 mm Free Board 1,400 mm ∴ Total Height = 6,400 mm ※ Bed Expansion 30％ 일 경우, 기타 여재 지지층을 포함한 구조 Click!! Pressure Drop, Bed Expansion Data 4-7. 교체주기 1) 활성탄의 평형흡착 시험 Ci - Ce ◆ Qe = ------------------ M Ci : 유입농도(Influent Water COD Consistency) Ce : 유출농도(Effluent Water COD Consistency) Qe : 평형 흡착량(Equilibrium Adsorption of COD-g / AC-g) = 0.42 COD-g / AC-g(Experimental Factor) M : 활성탄 시료량 2) 활성탄 소요량 산출 (20 - 10) mg/ℓ ◆ M = ------------------------- = 0.0238 g-AC /ℓ-폐수 420 mg-COD/g ◆ Q = 18,900 ㎥/Day ÷4 (AC Filter 4 Sets) = 4,725 ㎥ / Day / Sets ∴ 1Set당 활성탄 필요량 = 4,725 ㎥/Day x 0.0238 kg/㎥ = 112.45 kg/Day 3) 활성탄의 수명 ◆ 활성탄 수명(Life Time) = 10 개월 ∴ 필요한 활성탄 수량(1 Set) = 112.45 kg/Day x 300 Day = 33.74 Ton ◆ 활성탄의 충전밀도 : 0.45 Ton/㎥ ∴ 필요한 활성탄 수량(1 Set) = 33.74 Ton ÷0.45 Ton/㎥ = 74.9 ㎥/Set ≒ 75 ㎥/Set |
|
|
|
기상에서의 응용 |
|
|
|
5. 흡착탑 설계 및 교체주기 5-1. 개 요 냄새성분을 함유한 기체가 다음의 조건을 가지고 있는 경우, 에너지 소비량이 비교적 작은 흡착법이 전체적으로 경제적일 수 있다. 1) 처리하려는 냄새성분을 함유하는 기체, 많은 경우에는 공기의 온도가 낮고 상온 부근이거나 높아도 100℃ 이하인 경우 2) 처리하려는 냄새성분을 함유하는 기체 중에 용매유 등 가연성분의 농도가 비교적 작은 경우 실례로 혼합용매로서 희석한 도료를 압축공기를 써서 분무방식으로 도장하려는 물체에 도장 후의 배기를 처리하는 경우이다. 그러나 Booth 등의 전처리 장치를 써서 예비처리를 하고 도료성분을 대부분 제거한 후 후처리로서 활성탄흡착처리를 시행하는 것으로 한다. 더욱이 Booth 란, 도료성분이나 Mist, Dust 등을 포함하는 기체를 흡인하고 그들의 이물질을 주로 여과, 회합, 응축, 세척, 흡수 등의 처리에 의하여 기체로부터 제거하기 위한 일종의 처리장치이다. 물의 경우가 많으나 액체와 기체를 접촉시키는 습식과 물 등의 액체를 쓰지 않는 건식의 두 가지가 있다. Booth 에는 여러 가지 형이 있다. 이 실례에서는 대표적인 용매라고 할 수 있는 톨루엔과 크실렌의 혼합용매를 포함하는 배기를 탈취하는 것으로 한다. 더욱이 실제에 사용하는 용매로서는 3가지 이상의 용매를 포함하는 경우가 많다. 그러나 주성분이 2가지인 혼합용매도 상당히 사용되고 있다. 1) 활성탄층 통과속도의 범위(Linear Velocity) : 0.2∼0.4 m/sec 통과속도가 느리면 흡착탑 면적이 너무 커져 비경제적임 통과속도가 빠르면 Fulidization이 일어나 활성탄이 비산됨 V > 125 x Diameter of Activated Carbon → 비산 2) 접촉시간(Contact Time) : 1 ∼ 3 Sec 3) 활성탄 충진 높이 : 1m 전후(약 0.5∼1m) 너무 낮으면 교체주기가 짧게 되고 너무 높으면 Pressure Drop이 커진다. 4) 습도(Relative Humidity of Air) : 70% 이하 5) 온도(Temperature of Air) : 40℃ 이하 6) 유기용제 농도 : LEL의 50% 이하(단 Ketone의 경우 25% 이하) 7) 재생 Steam 온도 : 용제의 B.P 보다 20∼30℃ 높게 운전 설계를 위한 실례의 설정조건을 다음과 같이 한다. 처리하려는 배기량 Q = 30(㎥/min) 용매성분농도 Co = 120 ppm (톨루엔 40 ppm, 크실렌 80 ppm) 배기온도 ta = 30 ℃ 배기압력 Pa = 20 mmAq 용매성분의 평균분자량 Mw 은 Mw = (92 x 40/120) + (106 x 80/120) = (92 x 1/3) + (106 x 2/3) = 101.3 여기서 92 와 106 은 각각 톨루엔과 크실렌의 분자량이다. 이상의 조건에 기초하여 배기 중의 용매성분의 단위시간 당의 부하 w(kg/min)를 구하면 압력은 거의 대기압에 가깝다고 보아도 좋으므로 w 는 다음식에 의하여 계산된다. w = Q x (Co/106 ) x (Mw/22.4) x 273 / (273 + ta) = 30 x (120/106 ) x (101.3/22.4) x (273/303) = 1.47 x 10²(kg/min) = 0.88 (kg/hr) 즉 매 시간당 약 0.88 kg의 용매가 발생된다. 한편 이 대상으로 하는 기체를 층높이를 2단계로 하고 흡착시험을 시행하여 흡착대 Za를 구하면 Za = 0.05m인 값이 얻어졌다. 또 공탑기준의 유속 U=15m/min 인 조건에서의 동적평형 흡착량의 값으로서 qo = 0.28 (kg/kg·흡착제) (1kg의 건조 활성탄은 0.28kg의 용매성분을 흡착할 수 있다.)의 값이 얻어졌다. 더욱이 이 시험에서 입구농도 Co=120 ppm이고 출구농도 C = 5 ppm 이하의 목표로 하는 농도에 대하여는 충분히 달성이 가능하다는 것이 확인되고 있다. 활성탄의 충전층 높이 Z = 0.6 m 일 때 qe = qo (1 - Za/2Z) = 0.28 (1 - 0.05/2 x 0.6) = 0.268 (kg/kg·흡착제) 로 된다. 이 식에서 (1-za/2z)는 충전층 높이 z에 대한 파과 시의 유효이용율을 표시하는 것이다. 더욱이 흡착대에 상당 하는 충전부는 평균하여 절반흡착상태, 절반 비흡착 상태로서 50％가 흡착 상태인 것을 의미한다. 활성탄의 성능열화, 조건의 변동, 장치에 대한 여유율 등의 인자를 고려하여 qe의 80％를 설계상 사용할 수 있는 흡착용량 qe＇로 한다. 따라서 qe＇= 0.8 x qe = 0.8 x 0.268 = 0.214(kg/kg 흡착제) 로 된다. 공탑기준의 유속 U = 15(m/min) 소요단면적 A = Q/U = 30/15 = 2㎡ 활성탄의 충전비중 γ= 400(kg/㎥) 활성탄의 충전량 W = A·Z·γ = 2 x 0.6 x 400 = 480 kg 따라서 유효사용기간(파과 시간) tB는 충전한 활성탄 480kg이 흡착할 수 있는 혼합용매의 중량 q 가 q = W x qe＇= 480 x 0.214 = 103 kg 이므로 tB = q/w = 103/0.88 = 117 hr 로 된다. 그래서 실제의 도장시간을 하루 평균 4시간으로 하고 주당 가동일수를 5일로 하면 활성탄을 교환하는 간격은 117/(4x5) = 5.9 즉 5∼6주로 된다. 따라서 5∼6주간 마다 사용한 활성탄을 재생한 활성탄 또는 신탄과 교환하며 사용한 활성탄은 재생시킬 필요가 있다. 더욱이 사용한 활성탄의 중량은 용매성분 외에 수분 등을 흡착하고 있으므로 약 600∼700 kg 로 된다. 이 경우 접촉시간은 Ct = 0.6/15 = 0.04 min = 2.4 sec 이다. Click!! Pressure Drop Data |
|
|
[홈||회사소개||제품정보||활성탄기술||회사소식||게시판||방명록]
Copyright(c) 2000-2001 SAMCHULLY ACTIVATED CARBON CO.,LTD. All rights reserved