이런 금쪽같은 내 새끼...!! 1분 57초
(1) 흡수 장치
- 흡수 작업은 물질 전달속도식에 의해 기체 흡수량을크게 하기 위해서는 기-액 접촉 면적 및 접촉시간이 커야하며 기-액의 교반 등과 같이 Kx또는
Ky를 크게 할 수 있는 조건 또는 높은 농도차(또는 분압차)가 필요
- 흡수 장치는 기-액 접촉 방식에 따라 기포탑(bubble tower), 분무탑(spray tower), 충전탑(packed tower)으로 나눌 수 있다.
그림 Ⅳ-30 흡수 장치
- 기포탑은 탑의 아래로 흐르는 흡수제 속으로 기체를 탑의 하부로부터 상승 공급하는 방식
- 탑에서의 압력 손실이 커서 기체 주입을 위해 큰 동력이 필요하다는 단점이 있으나 기포를 작게 만들어 분산시키면 접촉 면적이 커져서 흡수 속도를 빠르게할 수 있다.
- 흡수하고자 하는 기체가 대량일 경우에는 대형화된 다공판 탑을 이용할 수 있으며 이 경우는 접촉 면적이 넓고 건설비가 싸다는 장점
- 기체는 아래에서 유입되어 다공판을 통과하면서 기포로 분산되어 올라 가고, 액체는 위로 유입되어 하강판을 통하여 내려오면서 다공판에 형성된 기포와 액체 사이에 물질 전달이 이루어지면서 흡수
- 기포의 크기에 따라 기-액 접촉 면적이 달라지므로 다공판의 구멍 크기는 흡수량에 영향을 줌
그림
Ⅳ-23
다공판식 흡수탑
- 상승하는 기체 흐름에 흡수제를 분산시켜 흡수가 일어나는 방식
- 작업시 탑에서의 압력 손실이 적으므로 압력 손실이 문제가 되는 분야에서 시용
- 다공판 흡수탑은 분리 중에 형성된 슬러리 (slurry)로 인해 충진물이나 다공판의구멍이 막혀 버리는 경우가 있으나 분무탑은 슬러리 형성으로 인한 문제가 없다.
- 분무탑에서는 조업 초기에는 흡수 속도가 크지만 시간이 지남에 따라 흡수 속도가 느려지며 탑의 단수 증가에도 한계가 있으며 또한 분무를 위한 액체 미립화에 많은 에너지가 든다는 단점
- 탑의 압력 손실은 다른 형식에 비해 가장 적으나 비말 동반 때문에 액적을 너무 작게 할 수는 없다.
- 액체의 흡수 속도는 처음엔 크지만 차차 작아지므로 기-액의 접촉시간을 늘리기 위해서는 탑돌이를 크게 해야 하는 단점
- 액적의 집진 효과가 커서 사이클론(cyclone)이나 벤튜리 스크러버(venturi scrubber)등 집진 장치에도 많이 사용
그림
Ⅳ-26 분무식 흡수탑
- 대표적인 흡수 장치이며 널리 사용
- 탑 내부에 불활성 충전물이 들어 있고 흡수제가 탑 상부에서 투입되어 충전물의 표면을 지나 막 상태로 흘러내린다.
- 흡수 대상이 되는 기체는 탑 하부에서 투입되어 충전물 사이의 틈으로 상승하면서 흡수제와 접촉하여 기체 흡수가 진행된다.
- 충전물을 충전하여 접촉 면적을 크게 한 방식으로 기-액을 난류 상태로 접촉시켜 흡수속도를 크게 하여 준다.
그림
Ⅳ-24 충전탑 그림
Ⅳ-25 충전탑의 구조
- 탑에 충전물(packing materials)을 충전하게 되면 접촉 면적이 증가하며 기체와 액체를 난류 상태로 접촉시킬 수 있어 흡수 속도가 증가한다.
- 탑의 충전물은 기-액 접촉의 중요한 매개물이며 흡수액의 물성 기체 성분의 물성과 양에 따라선택해야 한다.
- 충전물 선택 시 고려하여야 할할 주요 조건은 다음과 같다.
- 탑내의 유체와 화학 작용이 없는 비활성물질이여야 한다(즉 내식성이 있을 것)
- 가볍고 견고해야 한다.
- 단위 용적당의 표면적이 커야 한다.
- 액과 기체의 접촉이 원활해야 한다.
- 공극률이 커야 한다.
- 가격이 저렴하며 제조가 간단해야 한다.
- 충전물은 크게 랜덤 충전물(random packing)과 구조 충전물(structured packing) 으로 나뉜다.
① 랜덤 충전물
- 충전물의 재질은 목재, 도자기, 카본, 강철 등이 이용되면 대형(2" ~ 8")인 (g), (h)는 규칙적으로, 소형(1/4 "~2")인 (a)~(f)는 불규칙하게 충전하는 것이 보통
그림 Ⅳ-25 충전물의 여러가기 모양
그림 Ⅳ-26 다양한 램덤 충전물
② 구조 충전물
- 다공성 주름 금속판을 적층하면 흡수제는 금속판 표면을 젖게 하고 기체는 주름판 사이의 통로를 따라 흐르게 된다. 물질 전달 효과를 높이기 위해서는 주름판의 골의 배열, 표면 처리 등이 다르게 해야한다.
- 랜덤 충전물에 비해 상당한 물질 전달 면적을 제공할 수 있으나 값이 비싸다는 단점
- 편류 현상(channeling) : 충전물 표면 전체에 액체와 기체가 골고루 흐르지 않고 어떤 한곳으로 흐를 현상
- 편류 현상은 규칙적으로 충전되어 있는 탑에서는 아주 심하고 분쇄된 입자를 불규칙적으로 충전하였을 때에는 덜 심하며, 특히 링과 같이 가지런한 충전물을 불규칙적으로 충전하였을 때가 편류 현상은 가장 적다.
- 편류를 피하기 위해서는 탑 중간에 흡수제를 분산시킬 수 있는 재분산기 (redistributor)를 설치하는 경우가 많다.
- 플러딩[일류 현상(flooding)] : 한 쪽의 기체 유속이 너무 커서 반대쪽 흐름이 역류(overflow)하는 현상
- 플러딩 현상은 충전물의 종류, 크기 및 충전 상태에 등에 따라 달라질 수 있나 일반적으로 플러딩 유속의 50~80% 정도에서 조작.
(2) 흡착 장치
- 흡착 조작에서는 흡착제와 유제를 접촉시키는 방식에 따라 회분 조작과 연속 조작으로 분류
- 회분 조작에는 접촉 여과 흡착법과 고정층 흡착법이 있으며 연속 조작에는 이동층 흡착법과 유동층 흡착법이 있다.
- 기상 흡착에는 고정 흡착층을 기체가 통과하여 흡착시거는 방법이 주로 사용되며 이 밖에 향류식 연속 흡착법도 사용된다.
- 액상흡착에는 회분식 흡착법 (1회 혹은 다중) 향류 다단 흡착법 및 유동층 흡착법 등도 사용.
- 흡착 장치는 고정식과 교반식이 일반적으로 많이 사용.
- 흡착제와 원료액을 교반조에서 혼합 교반하고 평형에 도달하면 흡착제를 여과조에서 여과 분리하는 방법
- 붉은 용액에서 용질의 회수 및 불순물 제거 등 액상 흡착에 사용되는 회분식 흡착법
- 접촉 여과 흡착은 용액을 1회만 흡착제와 접촉시키는 단흡착, 용액을 여러 번 새로운 흡착제와 접촉시키는 병류 다회 흡착 및 용액과 흡착제를 향류 다회 흡착으로 분류
- 입상의 흡착제를 충전한 층에 기체나 액체를 통과시켜 흡착시는 방법
- 흡착제가 포화되면 충전되어 있는대로 탈착 재생하여 다시 사용
- 재생은 뜨거운 불활성기체로 행하지만 용매가 물과 섞이지 않는 경우에는 수증기가 일반적으로 더 좋다.
- 흡착과 탈착이 교대로 반복되는 방식으로 조작하기 때문에 흡착제를 충전한 흡착탑 한 개로는 연속적으로 원료를 처리할 수가 없으므로 보통 2~4개의 탑을 한 조로하여 하나의 탑을 재생할 동안 다른 탑에서 흡착을 수행
그림 Ⅳ-26 고정식 기상 흡착 장치
그림 Ⅳ-34 고정층 흡착 장치
- 교반 탱크에 원료와 흡착제를 넣고 교반하면서 흡착하는 방식
- 흡착이 끝나면 흡착제와 용액을 필터 프레스(filter press) 또는 진공 여과기로 분리
그림 Ⅳ-35 교반식 흡착 장치
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