악취처리시 교체주기 산정 및 흡착탑 설계

[활성탄]악취처리시 교체주기 산정 및 흡착탑 설계

 

1. 개 요

냄새성분을 함유한 기체가 다음의 조건을 가지고 있는 경우, 에너지 소비량이 비교적 작은 흡착법이 전체적으로 경제적일 수 있다.

   공기의 온도가 낮고 상온 부근이거나 높아도 100°C 이하인 경우

   처리하려는 냄새성분을 함유하는 기체 중에 용매유 등 가연성분의 농도가 비교적 작은 경우

 

2. 설계시 고려사항

• 활성탄층 통과속도의 범위(Linear Velocity) : 0.2 - 0.4 m/sec

  통과속도가 너무 느리면 흡착탑 면적이 커져 비경제적임




  통과속도가 너무 빠르면 Fulidization이 일어나 활성탄이 비산됨




 V > 125 x Diameter of Activated Carbon => 비산

• 접촉시간(Contact Time) : 1 - 3 Sec

• 활성탄 충진 높이 : 1m 전후(약 0.5 - 1m)

          너무 낮으면 교체주기가 짧게 되고 너무 높으면 Pressure Drop이 커진다.

• 습도(Relative Humidity of Air) : 70% 이하

• 온도(Temperature of Air) : 40°C 이하

• 유기용제 농도 : LEL의 50% 이하(단 Ketone의 경우 25% 이하)   

 

3. 설계 및 교체주기

설계를 위한 실례의 설정조건을 다음과 같이 한다.

• 처리하려는 배기량 Q = 30(㎥/min)

• 용매성분농도 Co = 120 ppm (톨루엔 40 ppm, 크실렌 80 ppm)

• 배기온도Ta = 30°C

• 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.

           ω = Q x (Co/10⁶ ) x (Mw/22.4) x 273 / (273 + Ta)

              = 30 x (120/10⁶ ) x (101.3/22.4) x (273/303)

              = 0.0147 kg/min ( = 0.88 kg/hr)

즉 매 시간당 약 0.88 kg의 용매가 발생된다.

한편 본 실례를 대상으로 하는 기체에 대해 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 파과시의 유효이용율을 표시하는 것이다.

더욱이 흡착대에 상당하는 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 충진비중  BD = 400(kg/㎥)

• 활성탄의 충진량    W = AxZxBD = 2 x 0.6 x 400 = 480 kg

따라서 유효사용기간(파과시간) tB는 충진한 활성탄 480kg이 흡착할 수 있는 혼합용매의

       중량 q 가

                        q = W x qe＇= 480 x 0.214 = 103 kg   이므로

                        tB = q/ω = 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. 

 

 

출처 : 삼천리활성탄소주식회사

http://www.chnais.com