유동층 건조법은 다공판으로 된 베드 위에 피건조물을 두고 아래쪽에서 열풍을 보내어 열풍속에서 재료를 부유시켜 열풍과 혼합함으로써 건조되는 방식으로 분체의 건조에 유효한 건조방법으로 알려져 있다. 열 및 물질 전달이 상당히 커서 건조가 빠르게 일어나고 온도가 균일하며 균일한 건조가 가능하다. 또한 건조장치의 처리용량이 비교적 크고 장치의 구조가 단순하여 건조장치의 경제성과 신뢰성이 우수하다.(중략)
본 연구에서는 유동층 반응기에서 하수슬러지의 반응온도, 함수율, 입자크기, 가스유속에 따른 건조 및 탄화에 의한 열중량 변화를 관찰하였고 고정층 반응기에서의 결과와 비교하였다. 그 결과, 하수슬러지의 건조시 유동층을 이용한 건조는 고정층의 경우보다 약 6배 건조효율이 증가하였고, 탄화시 유동층을 이용한 경우가 고정층보다 약 4배 빠른 것으로 나타났으며, 슬러지는 약 10분 이내에 유동층 탄화가 완료되는 것으로 판단되었다. 또한, 탄화온도가 증가할수록 탄화물의 양은 감소되나, 873K 이상에서는 탄화물의 양이 유사하였으며, 유속이 증가함에 따라 잔류고형물이 감소하므로 하수슬러지는 873K 유동층 탄화시 유동화 유속범위내에서 저속 유동을 유지하는 것이 효율적인 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 고수분 저등급 석탄을 저수분 석탄으로 만들기 위하여 실험실 규모의 회분식 스팀 유동층 건조기를 사용하여 수분이 약 26%함유된 인도네시아산 저등급 석탄을 5% 이하로 건조하였다. 일반적으로 이산화탄소 포집 및 저장기술(carbon capture and storage, CCS)은 $CO_2$를 재생하는 공정에서 $100{\sim}150^{\circ}C$의 스팀과 $CO_2$혼합가스를 배출한다. 이때 배출되는 가스의 열을 사용하여 저등급 석탄을 건조하는 것이 본 연구의 최종 목적이다. 이를 위하여 본 연구에서는 건조의 열원으로 스팀을 사용하고, 유동화 가스는 $CO_2$를 사용하여 저등급 석탄을 건조하였다. 연구에 사용한 스팀의 유량은 0.3~1.1 kg/hr, 온도는 $100~130^{\circ}C$, 석탄의 층높이는 9~25 cm로 변화시켰다. 건조 후 석탄의 특성 변화는 공업분석, 발열량분석 그리고 입자크기 분석을 통하여 확인하였다. 변수 실험을 수행한 결과 원탄의 건조속도는 스팀의 유량과 온도가 증가함에 따라 증가하였고, 층높이가 감소할수록 건조속도가 증가하였다.
The purpose of this study is to develop a new type dryer, which is to proceed mixing and drying of wet-materials at the same time and drying process is carried out in a closed system. In this drying system, thermal contact occurs, when a fluidized zone is created by paddle mechanism. Accordingly, wet-materials is dried in a short time without any damage. Also wet-materials could be dried uniformly to low moisture contents. It is suitable to dry a small quantity of multi-kind materials. And drying process is carried out in a closed system, so as for environmental pollution dust not to be emitted into the atmosphere. Accordingly, it could be used to dry not only food and chemical materials, but also environmental pollution materials.
최근 대기압이하 진공 압력 상태에서 운전되는 유동층 반응기는 진공건조 공정이나 플라즈마 화학증착과 같이 감압 유동화가 요구되기에 관심이 증대되어 왔다. 그러나 대기압 이하에서 운전되는 유동층의 수력학적 특성 연구는 많이 연구되지 않았다. 본 연구에서는 대기압 이하에서 운전하는 유동층의 압력강하를 층내 압력을 1.33 에서 101.3kPa 까지 변화시키며 측정하였다. 유동층의 운전 압력이 진공인 상태에서는 최소유동화속도가 압력이 감소함에 따라 증가하며, 이는 기체 밀도와 평균 자유경로 변화와 같은 slip 흐름에 의한 변화이다. 또한 기존의 상압 상태에서 운전되는 유동층의 최소유동화속도 상관식과 비교함으로써 압력 감소에 따른 slip 흐름의 영향 뚜렷하게 나타남을 가리키는 임계 Knudsen 수를 결정하였다. 이로부터 slip 흐름이 주도하기 시작하는 임계 압력을 실험적으로 결정하였다.
현재 상용가능한 연소전 $CO_2$ 포집 기술은 습식 스크러빙 방식으로 고온의 합성가스를 상온 수준으로 온도를 낮춘 후 $CO_2$를 포집해야 하고 포집된 $CO_2$의 압력이 낮아 재압축하여 저장소로 보내야 함에 따라 큰 폭의 열효율 손실이 불가피하다. 고온 고압에서 이산화탄소를 포집할수 있는 고체 흡수제를 이용할 경우 이산화탄소 포집 치 저장 추가에 따른 시스템 효율 저하를 최소화할 수 있다. 고체 $CO_2$ 흡수제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $CO_2$를 흡수하고 재생탑에서는 고온의 수증기와 접촉하여 흡수된 $CO_2$를 다시 배출함으로써 재생된다. 따라서 건식 재생 $CO_2$ 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 $CO_2$ 흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 유동층 공정에 적합한 물성을 가진 연소전 $CO_2$ 포집용 고체 흡수제를 분무건조법으로 제조하였으며, 모사 합성가스를 이용하여 열중량분석기와 기포유동층반응기를 이용하여 $200^{\circ}C$ 흡수, $400^{\circ}C$ 재생, 압력 20 bar 조건으로 반응성을 측정하였다. 개발된 고체 $CO_2$ 흡수제는 열중량분석기에서는 반응 후 10-13 wt%의 무게증가를 나타내었고 기포유동층반응기에서는 8-10 wt%의 $CO_2$ 흡수능을 보여주었다. 특히 수증기의 함량이 10% 이상에서 높은 흡수능을 나타내어 수증기가 반응에 크게 작용하고 있음을 알 수 있었다.
탈질화 유동층 생물막 반응기에 모래와 활성탄 입자를 담체로 사용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 정상상태 생물막 두께는 부하율이 증가할수록 증가하였다. 2. 활성탄 담체의. 경우 모래 담에의 경우보다 두꺼운 생물막이 형성되었다. 3. 생물막 건조밀도는 생물막 두께가 증가함에 따라 감소 하였다. 4. 모래담체 유동층 생물막 반응기가 질산성질소 제거효율 및 제거속도 면에서 활성탄담체 유동층 생물막 반응기보다 유리하였다. 5. 모래를 담체로 사용하였을 때 반응기 내 최대 균체량은 37 kg/㎥, 최대 질산성질소 제거속도는 21 kg N/㎥d의 값을 각각 나타내었다.
The purpose of this study is to develop the non-gravity fluidized dryer. In this non-gravity fluidized dryer the fluidized zone is produced by two paddles in mixer, which maximizes the surface area of materials and then heated air through the guiding panels dehumidify them. This can conduct the drying process quickly and control moisture contents to lower limits. The ventilation system is closed loop system, which can be changeable to open system, and can be used as a multi-purposed dryer in which mixing, drying, granulating and cooling process is conducted. In order to develop the non-gravity fluidized dryer, in the first fundamental experiments were performed to mixing accuracy and then the other parts of dryer and control system were examined to check whether they were designed properly and operated harmoniously with mixer. Also the preparatory experiments were fulfilled to examine the efficiency and reliability of the dryer. Lastly, on the basis of preparatory experiments, performance test for the non-gravity fluidized dryer carried out for the variation of the initial moisture contents, desired moisture contents, heated air velocity and heating temperature.
직경 0.15 m, 높이 1.0 m인 매체유동층 건조기 내에서 유입 열풍유속(0.26~0.31 m/s), 유입 열풍온도(315~353 K) 및 미세 고분자입자와 매체입자의 질량비(0.1~0.4)에 따른 미세 고분자의 건조속도에 관한 영향을 조사하였다. 건조에 사용된 미세 고분자는 평균입경이 20 ${\mu}m$인 가교 PMMA beads로써 Geldart group C 입자이고, 매체입자는 Group B인 직경 590 ${\mu}m$인 glass beads를 이용하였다. 건조속도는 유입열풍유속 및 유입열풍온도에 따라 증가하였고, 미세 고분자와 매체입자의 질량비에 따라 감소하였다. 건조된 미세 고분자(PMMA)의 입도분포형태는 단일분포를 나타내었다.
The purpose of this study is to develop the non-gravity fluidized dryer. In this non-gravity fluidized dryer the fluidized zone is produced by two paddles in mixer, which maximizes the surface area of materials and then heated air through the guiding panels dehumidify them. This can conduct the drying process quickly and control moisture contents to lower limits. The ventilation system is closed loop system, which can be changeable to open system, and can be used as a multi-purposed dryer in which mixing, drying, granulating and cooling process is conducted. In order to develop non-gravity fluidized dryer, in the first the fundamental experiments performed to mixing accuracy and then the other parts of dryer and control system were examined to check whether they were designed properly and operated harmoniously with mixer. Also the preparatory experiments were fulfilled to examine the efficiency and reliability of dryer. Lastly, on the basis of preparatory experiments in case the initial moisture contents, desired moisture contents, heated air velocity and heating temperature were vary, performance test for the non-gravity fluidized dryer carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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