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| 활성탄소의 대기응용 |
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국내에서는 대기오염방지시설이 적용되어야 하는 가스를 대기오염불질/특정대기오염물질/악취물질의 3가지 종류로 구분하여 대기오염방지시설을 적용하도록 규정하고 있다.
이러한 대기오염 방지시설에서 활성탄은 대기오염방지시설에 광범위하게 운용되고 있다. 연소법이나 습식법에 비해 비교적 높은 효과와 안전한 운전 경제적 비용등을 고려할 때 가장 손쉽게 적용할 수 있는 기술이다.
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• 온도가 상온이거나 60도 이하.
• 처리가스가 고농도의 가스가 아닐 때.
• 피흡착질이 활성탄에 흡착이 잘 되는 경우. |
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즉, 위의 반대 경우에는 연소법이나 습식흡착법을 도입하는게 더 효과적이라고 볼 수 있다. 하지만, 활성탄 흡착법과 함께 열교환 장치나, 특정 가스에 흡착력을 높이는 첨착활성탄소등을 도입하여 병용할 수 있는 기술이 많이 개발되어 있다.
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활성탄의 흡착에 관한 변수는 온도/습도/압력/가스의 비점, 분자량등의 함수이며,
이러한 충진물로서의 활성탄소의 흡착특성을 고려할 때, 흡착장치를 설계시 고려되어야 할 조건과 일반적 기준은 다음과 같다.
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| 조건 |
설계조건 |
탑내 평균유속
(Line velocity) |
0.2~0.5m/s 범위 : 유속이 낮을 경우 장비가 대형화 되어야 하며, 높을 경우에는 활성탄소의 유체화가 발생하여 흡착 효율이 떨어지게 됨. |
접촉시간
(Contact time) |
1sec 이상 : 접촉 저항에 충분한 시간이 있어야 함 |
체류시간
(Residence time) |
0.6~6sec/0.5초 이상 |
충진층 두께
(Adsorption zone) |
0.5~1m 범위 : 같은 용적을 기준으로 활성탄소의 흡착력의 변수이며, 두께가 커질수록 압력손실이 커지며, 작업장 환경에도 큰 영향을 끼친다.
원활한 운전과 교체 주기를 위하여 적합한 활성탄소를 선택하여야 한다. |
압력손실
(Pressure drop) |
압력 손실은 입도가 작을수록 증가.
차압이 높을 경우에는 4x8Mesh보다 직경 4mm 성형 활성탄소를 사용한다. |
습도
(Relative humidity) |
70% 이하.
응결현상으로 인하여 온도에 따라 40~50% 이상부터는 흡착 효율이 떨어짐. |
온도
(Temperature) |
40℃ 이하. 온도가 높을 경우 전처리 장치 필요 |
| LEL |
대부분의 유기용제 흡착에서 고농도일 경우 최적 폭발한계는 25% 이하의 농도로 운전하여야 한다. |
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몇가지 조건을 토대로 했을 때 유일한 설계치는 없기 때문에, 위의 검토기준을 토대로 하여, 설치될 현장 여건에 따라 위의 변수들을 조절하여 설계하는 것이 일반적이고도 안정적인 운전과 효율을 가능하게 한다.
※ 참조 : 압력손실 그래프.
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흡착탑 설계시 현장에서의 조건에 따라 아래 식들을 이용하여 최종의 활성탄 소요량을 결정하고, 그에 따라 장비의 규격을 결정한다.
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| 위의 식처럼 활성탄 필요량을 정하였을 경우, 선속도와 접촉시간을 운용환경에 맞게 결정하면 활성탄 흡착탑 규격을 계산할 수 있다. |
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• 활성탄 중량/비중 -> 활성탄 체적 Vac 결정
- 원하는 접촉시간(CT)를 주면, 송풍량 Q = Vac/CT
- 원하는 선속도(LV)를 주면, 활성탄층 단면적 Aac = Q/LV, 충진높이 Tac = Vac/Aac
- 단면적 Aac에서 Aac = LxH가 되도록 너비와 높이를 조정하고, 원래의 Vac에서 가장 가까운 값으로 Tac를 결정.
- 조정된 L, H, Tc 에서 Aac, Vac 결정. 조정된 접촉시간 CT = Vac/Q, 선속도 LV = Q/Aac. 로 구할 수 있다. |
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• Ex) 활성탄소요량 3톤이라하면, 비중 0.48 체적은 Vac = 3/0.48 = 6.25m3.
- 접촉시간을 15초로 주면. , 필요한 송풍량 Q = 6.25m3/1.15sec = 5.43m3/sec = 326m3/min
- 선속도 LV를 3m/sec로 주면, 활성탄층 단면적 Aac = Q/LV = 5.43/0.3 = 18m2.
- 활성탄층 충진두께 Tc = Vac/Aac = 6.25/18 = 0.348m.
- 면적 18m2에서 L, H각각 25m를 주고, 두께를 0.35로 조정. 송풍기는 350cmm으로 선택후, 다시 계산하면, Aac = 18.0625m2, Vac = 6.32m3.
- 조정된 접촉시간 CT = Vac/Q = 6.32*60/350 = 1.08sec. 조정된 선속도 LV = Q/Aac = 350/(60*18.0625) = 0.32sec가 된다.
이처럼 실제 제작조건에 맞도록 풍량/통과 면적을 반영하여 재귀적으로 설계에 반영하여야 하며, 또한 결정된 송풍량을 적용하여 필요한 활성탄 량을 다시 한번 조정 후 최종적인 흡착탑 설계에 반영하여야 한다. |
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