흡착탑 본체 및 활성탄 충진층 설계

 

금번에 공기정화장치인 활성흡착탑 설계(Sizing)에 대해 살펴보고자 한다.

 

 

흡착탑 본체 및 활성탄 충진층 설계 

 

1. 흡착탑 본체 설계 Basis

- 설계 풍량 : 50㎥/min 

- 온 도 : 25℃

- 본체규격 : 1,760W×1,400L×2,000H

- 공탑속도 : 0.25m/sec(기본설계조건 : 0.5m/sec 이하)

- 체류시간 : 2.04sec(기본 설계조건 : 1sec 이상)

 

 

2. 충진층 단면적

Q A(㎡) = ------              V

50㎥/min = -------------------------    0.25m/sec×60sec/min

= 3.33㎡

▶ 흡착면적 : 1,700W×2,000H×1단 ⇨ 1.7m×2.0m×1 = 3.4㎡ ≥ 3.33㎡

 

3. 충진층의 높이

H(m) =	Q(㎥/sec)×T(sec)	=	0.83㎥/sec×2.04sec	= 0.49m (설계점 : 0.5m×1단)
	A(㎡)		3.4㎡

 

 

4. 활성탄 소요량(W)

W = A' × H × δ    = 3.4×0.5×680    = 1,156㎏

Where. W : 소요 활성탄양 (㎏) A': 실제 흡착면적 (㎡) H : 활성탄 충진고 (m) δ : 활성탄 충진비중 (680㎏/㎥)

▶ 흡착제 사양

- 종 류 : 활성탄 (Activated Carbon) Cell Filter

- 입 도 : 4 ~ 8 mesh

- 평균입경 : 4.0㎜

- 충진밀도 : 0.680g/㏄ (= 680㎏/㎥)

- 진 비 중 : 2.0 ~ 2.2

- 비표면적 : 1,290㎡/g

 

 

5. 활성탄 교체주기

T   =	3.74 × 10^5 × S × W	=	3.74×105×0.3×1,156	= 740.77hr
	e × Q × G × M		0.70×50×39.27×127.39
=	740hr
	Where  T : 흡착제 교환주기 W : 활성탄량 (1,156㎏) Q : 가스량 (50㎥/min) M : 피흡착물질분자량(39.27ppm) G : 피흡착성분의 농도(127.39) S : 활성탄에대한흡착율(0.3㎏/㎏) e : 흡착효율(70%)

▶ 활성탄 교체주기 계산식(1)

 

T(hr) = [(3.74×10^5×S×W/(e×Q×M×G)]

* T = 재생 및 교환주기(hr)

* e = 흡착효율(70%=0.7) → 일반적으로 50~80% 효율을 가진다.

* Q = 처리가스량(㎥/분)

* M = 피흡착성분의 평균분자량(g/mol)

* G = 피흡착성분의 농도(ppm) → 직접 측정한 값을 적용

* S = 활성탄 단위중량당의 흡착량(㎏/㎏-흡착제)

* W = 활성탄의 총중량(㎏)

 

▶ 활성탄 교체주기 계산식(2)

 

              ¼×10^7×Wc×(a+btbp)

T(min) = ------------------------------

                 C ⅔×M×Q

 

* T = 활성탄 교체주기(min)

* Wc= 사용된 카본의 무게(㎏)

* a,b= 각종 물질등급에 따른 실험계수→ 아래 표 참조

* tbp= 오염물질의 끓는점(℃)

* C = 오염물질의 농도

* M = 피흡착물질 분자량

* Q = 배출가스량(㎥/min)

 

*→ 활성탄 수명계산에 필요한 상수

▶ 피흡착물질 배출농도 등 계산 사례

원료명	분자식	배출농도(예)	분자량	분자량*농도
A물질	-	0.06ppm	92.17	5.53
B물질	-	33.73ppm	133.40	4499.58
C물질	-	1.48ppm	60.1	88.95
D물질	-	4.00ppm	102.09	408.36
합계농도		39.27ppm	∑(분자량*농도)	5002.42
평균분자량[=(∑(분자량*농도)/합계농도]		127.39 = (5,002.42/39.27)