3. 가스흡수 Absorpton Theor 3. 머리말. 이중경막설 doube fm theor b ews Whtmn 두상 phse 이접할때, 두상이접한경계면의양측에경막이존재한다는가정. 이때확산을일으키는추진력은두상에서의확산물질의농도차또는분압차이며주어진온도, 압력에서평형상태가되면물질의이동은정지한다. 기액두상의본체에서는확산물질의농도 또는분압 기울기차가거의없으니기액의경막내에서는농도기울기가있으며두상의경계면에서평형을이루려고하기때문이다. Ÿ tm, mo/ m3 : 각상의본체에서의분압및압력 Ÿ tm, mo/ m3 : 경계면에서의기체및액체의분압및압력 Ÿ 경막두께 확산거리 기체가액상으로흡수되고, 기액양경막으로의확산이일어난다면다음의조건이성립되는것으로가정한다. 조건 기액의계면에서는저항이없고순간적으로평형이성립되며계면에있어서확산가스의분압 와확산가스의농도 간에는 enr 법칙이성립한다.
여기서, : enr 상수 tm m3 /mo 2 확산가스의기상분압, 액상농도, 경막내의분압분포및농도분포는시간적으로변화 가없고정상상태에있다. 확산가스 A 의경막으로의흡수량을 단위시간, 단위면적당의물 질이동량 N A mo/hr ㆍm2 으로정의할때, 확산량과같다. < 참고 > Fc 의제 법칙 확산법칙 M d N A D A d 그러므로경막내에서의물질전달 NA는다음과같은식으로표현될수있다. 기상경막내 N A A A2 액상경막내 N A A A2 계면에서 N A 여기서, : 가스의질량전달계수 mo/hr m2 tm : 액상물질의질량전달계수 mo/hr m2 mo/ m3 m/hr 경계면에서의 와 는실험으로구할수없고작도로구해야한다.
2. 총괄물질전달계수가스경막과액체경막의경계면에있어서저항은확산저항에비하여대단히적기때문에무시한다. 따라서보통표시되는평형값이라면경계면에서의값이다. 가스흡수의경우에있어서도경계면에서경계면의온도에서, 사이는순간적으로평형이일어난것으로본다. 평형상태의가스와액체는 enr 법칙이적용되는것으로해석한다. 액상경막내에서의물질전달 : N A N A û ù ë é û ù ë é 현재, 가스상의물질분압 과평형상태에있는액상에서의물질농도를 이라고하면, 그러므로, A N A N 즉, N A 총괄액상물질전달계수 over qud phse mss trnsfer coeffcent
단위 : m/hr 2 기상경막내에서의물질전달만약액본체의농도 과평형상태에있는가스분압농도를 라하면, ㆍ N A 즉, N A 총괄기상물질전달계수 over s phse mss trnsfer coeffcent 단위 : mo/ m2 hr tm 3 지배적인경막저항의판단 어떤물질전달과정에서가스경막저항과액측경막저항중에서어느것이지배적인가를결 정하려할때에는 enr 상수 의값즉, 용해도의크기를알아야한다. 가 용해도가매우작은경우 값이매우클경우 Ÿ 에서 값이커지므로 가됨 Ÿ 즉, 액상경막에서의저항이물질이동의지배적인인자가된다. Ÿ 가스분산형흡수장치가유리하다. 나 용해도가매우클경우 값이매우작을경우 Ÿ 에서, / 값이무시되므로 가됨 Ÿ 즉, 가스물질의이동에있어서가스경막에서의저항이지배적인인자가된다. Ÿ 액분산형흡수장치를사용하는편이바람직하다.
3. 물질수지와조작곡선 : 탑상부로유입되는액체전체몰유량 mo/tme : 탑상부로배출되는가스전체의몰유량 mo/tme b : 탑하부로배출되는액체전체몰유량 mo/tme b : 탑하부로유출되는가스전체의몰유량 mo/tme,, : 순수액상용매만의몰유량 mo/tme : 순수운반가스만의몰유량 mo/tme, b :, b 에포함된오염물질의액상분율 b b b b b :, b 에포함된오염물질의기상분율 경계선에서의물질수지식유입량 유출량 b opertn ne 유량 : 평형선 오염물질양 : ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ 그러므로 즉, 가스중의오염물질의농도 를용액이흡수하는오염물질농도 로서표현하는그래프작성가능 2 b 이때, 기울기는 / 즉, 처리가스유량에대한용액의유량비 가된다. 그런데 과 는흡수탑의위치에따라즉, 반응의진행정도에따라계속변하는값이다. 그러므로공정진행에상관없는값인순수용매의유량 와순수운반가스의유량 에대한 값으로서바꾸어표현하면더편리하게운전곡선을활용할수있다.
따라서, X : 순수액상용매에대한오염물질의몰분율 : 순수운반가스에대한오염물질의몰분율이라면 ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ X X X X ø ö è æ ø ö è æ 4. 최소액가스비및설계액가스비조작선이평형곡선에접선이되는점 X c 을지날때세정액의유량이최소가된다. X opertn ne X X X b b 2 평형선참고 > 교제에서는, û ù ë é ø ö è æ b b b b 점 : 탑의임의의점에서의기상본체와액상본체내의물질 A 의농도
기울기 / 가더작으면조작선이평형선보다더아래위치하게됨물로부터탈착이일어나게된다. 최소유량상태에서조작선과평형곡선이만나는물질이동을위한추진력이 0이된다. 그러므로설계유량은최소유량보다는커야한다. Ÿ 설계유량이최소유량보다조금큰경우 조작곡선의기울기가상대적으로작은경우 Þ 흡수를위한추진력이작다. Þ 탑이높아야한다. Ÿ 한다. 평균추진력이커지게하기위해서 조작곡선의기울기가상대적으로커져야 X X b X c Þ 세정액의사용이많아진다. Þ 펌프동력이커진다. Þ 탑의높이는줄일수있다. poston for mnmum s/c rto 2 4. 충진탑높이의결정 4 이동단위 trnsfer unt 의개념 충전탑높이는물질이동에대한총괄저항, 평균추진력, 유효접촉면적에의해결정됨계속적으로투입되는가스와용매사이의흡수반응은미소의시간단위로평형을이루며전체흡수반응이진행된다고본다. 이때, 그미소단위의평형이이루어질때까지의물질의질량전달효율을 이동단위높이 로가정하고기체가액체로확산되어분리되는평형에도달하는총괄분리의난해도 이동단위수 를곱하면반응전체에요구되는흡수탑의높이를구할수있다. Z TU ㆍ NTU X 2 오염가스나흡수액안에있는유해가스의농도와용해도함수두가지로설명할수있다. 그러나, 유해가스처리의경우일반적으로유해가스에대하여용해도가큰흡수액을사용하므로가스경막저항이물질전달속도를지배한다. 그러므로기상농도의변화에대하여구할수있다. Z TU ㆍ NTU O ㆍ N O 42 이동단위수 NTU 의해석과계산
42 조작곡선에의한이동단위수의결정 AB; 평형선 D: 조작선 D점 : Xb, b 배출용액중오염물질농도 유입오염물질농도 점 : X, 탑상부에서의유입용액중의오염물질농도 배출가스중의오염물질농도 EF선 AB와 D사이의수직이등분선을연결 수평선을그릴것 2 가되도록 3 J 수직선을그릴것 4 J 하나의가스이동단이러한작도를 D점에이를때까지계속함 참고 D 점에서수직선을그으면서시작해도됨 b J E A X X X b D F B 평형선 422 이동단위수 NTU 의물리적해석전체농도변화 tot chne n concentrton N O 평균추진력 vere drvn force O 2 d d ò ò N 총괄분리의난해도 2 43 이동단위높이 TU 의계산 O /S M M ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ 가스의몰유량 mo/tme S 흡수탑단면적 m2 M /S 가스의전체 mo 속도 mo/ m2ㆍhr 단위시간당흡착제단위면적당가스mo수 기상총괄물질이동계수 mo/ m2ㆍhr ㆍ 단위용적당유효접촉면적 총괄기상물질전달계수 mo/ m2ㆍ hr ㆍ tm
m 총괄가스상계수 mo/ m2ㆍ hr 가스경막계수 mo/hr m2 액체경막계수 mo/hr m2 m 평형선의기울기 총괄기상물질전달계수 mo/ m2ㆍhrㆍtm 가스질량전달계수 mo/ m2ㆍhrㆍtm 액상질량전달계수 m3 / m2ㆍhr 43 이동단위높이 TU 의계산 Z TU ㆍ NTU O ㆍ N O Z æ è ö ø M d ò 2 TU æ ö M è ø : 가동조건하의충진물의질량전달효율 O : 각가스막계수에기초한전달단위높이 NTU d ò 2 : 총괄분리의난해도 N O : 각구동력에기초한전달단위수