경희대학교)자연활석(talc)과 붕사(borax)의 혼합물 공정 설계

문서 내 토픽

1. 자연활석(talc)과 붕사(borax) 혼합물 공정 설계

자연활석(talc)과 붕사(borax)의 혼합물은 노천 채광으로 얻을 수 있으며, 이 광석은 탑재함의 지붕이 없는 트럭으로 공장까지 운반된다. 공장에서는 대형 분쇄기에 의해 약 10~15 cm 이하로 분쇄된다. 그 다음, 롤러 분말기 (roller mill)로 유입되어 더욱 잘게 부순다. 이 공정이 끝나면 채로 걸러져서 1 cm미만의 것은 건조 저장되고, 큰 혼합물은 분말기로 재순환된다. 채로 거르는 과정을 거친 혼합물을 저장소 (silo)로 운반되고 다시 대형 로타리 킬른(rotary kiln) 건조기로 보내져, 8% 습도에서 0.2% 습도로 건조된다. 습윤 고형물의 건조기 투입속도는 50,000 kg/hr이다. 건조기에서는 투입 고형물 1,000kg 당 6.0 liter의 저유황 기름 연료를 사용한다. 건조된 고형물은 공기접촉 냉각장치를 통과한 후 선적되기 전까지 저장한다. 건조기에서 배출되는 가스의 온도는 650℉이고, 오염된 가스는 대기로 배출되기 전에 적절한 제어장치로 처리한다.
2. 물질수지 계산

건조기에서 나오는 분진 배출량은 건조 고형물 투입량의 2.0%이므로 920kg/hr이다. 건조단계에서 손실된 원료는 920kg/hr이며, 분쇄단계에서 손실된 원료는 2000kg/hr이다. 따라서 총 손실 원료 백분율은 5.615%이다. 건조기에서 나오는 SO2 배출량은 1.62kg/hr이다. 건조기에서 배출된 분진의 농도는 41,302,589.3㎍/stdm3이며, 배출가스 중 SO2의 농도는 72728.47㎍/stdm3이다. 배출허용기준이 10kg/hr 이하라면, 요구되는 집진기의 효율은 98.913%이다. 배출가스 중 수분의 부피 백분율은 25.6%이다. 건조상태의 배출가스 유속은 34259.45 m3/hr이다.
3. 사이클론 설계

배출되는 분진입자의 크기 분포는 대수정규 분포를 따른다. 두 개의 동일한 사이클론을 병렬로 연결하여 설계하였다. 사이클론의 압력손실은 5.67 in H2O이며, 총괄효율은 69.73%이고, 절단입경은 5.96㎛이다. 사이클론에서 배출되는 가스의 입경분포를 계산하였다.
4. 냉각기 설계

배출가스의 온도가 650℉에서 350℉로 낮아질 때 엔탈피 변화는 72.6 Btu/lbm℉이다. 열교환기를 통과할 때 압력손실은 4.8 in H2O이다.
5. 비용 절감

연료의 소비를 줄이기 위해 열을 회수할 때, 운영비 절감 비용은 $155.638이다. 열교환기의 가격이 $100,000이고 살수탑의 가격이 $30,000일 때, 열교환기에 드는 추가 비용이 가치가 있다. 자금 회수기간은 0.1476년이다.
6. 여과집진기 설계

충격분출식 여과집진기를 설계하였다. 여과포의 개수는 134개이며, 집진기의 크기는 7.5ft x 4.5ft x 25ft이다. 여과집진기의 설치비용은 $56,627이며, 연간 운영비는 $19,464,743이다.
7. 전기집진기 설계

전기집진기를 설계하였다. 총 집진면적은 9865.031ft2이며, 집진판의 수는 140개이다. 전기집진기의 설치비용은 $812,276이며, 연간 운영비는 $2,477,106이다.
8. 덕트 설계

원형 덕트의 표준 직경은 가스 유속에 따라 1.145~1.358ft 범위이다. 총 등가길이 400ft에서 압력손실은 1.52~3.2 in H2O 범위이다. 정사각형 덕트의 크기는 2.03~2.407ft 범위이다. 소형 덕트가 가장 최소의 비용이 든다.
9. 송풍기 선정

송풍기의 유량은 18546.98ft3/min이며, 압력손실은 6.42 in H2O이다. 송풍기의 총 설치비용은 약 $18,754이다.
10. 최종 제어장치 선정

전기집진기와 여과집진기를 비교한 결과, 전기집진기가 여과집진기보다 총 설치비용과 연간 운영비가 더 낮아 최종 제어장치로 선정하는 것이 적합하다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 자연활석(talc)과 붕사(borax) 혼합물 공정 설계

자연활석과 붕사 혼합물 공정 설계는 화학공정 설계의 핵심 요소 중 하나입니다. 이 공정에서는 원료 물질의 특성, 반응 조건, 분리 및 정제 공정 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 특히 원료 물질의 물리화학적 특성을 정확히 파악하고, 이를 바탕으로 최적의 공정 조건을 도출하는 것이 중요합니다. 또한 공정 효율 향상과 에너지 절감을 위한 공정 최적화 기법 적용, 공정 안전성 확보, 환경 규제 대응 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 이를 통해 경제성과 지속가능성이 높은 공정 설계를 달성할 수 있을 것입니다.
2. 물질수지 계산

물질수지 계산은 화학공정 설계의 기초 단계로, 공정 내 물질의 흐름과 변화를 정량적으로 파악하는 데 매우 중요합니다. 물질수지 계산을 통해 공정의 물질 투입량, 생산량, 손실량 등을 정확히 예측할 수 있으며, 이를 바탕으로 공정 효율 향상, 에너지 및 자원 절감, 환경 영향 최소화 등을 도모할 수 있습니다. 또한 물질수지 계산은 공정 모사, 공정 제어, 경제성 분석 등 후속 설계 단계의 기초 자료로 활용됩니다. 따라서 물질수지 계산의 정확성과 신뢰성을 확보하는 것이 매우 중요합니다.
3. 사이클론 설계

사이클론은 입자 분리 장치로, 화학공정에서 널리 사용되는 중요한 장치입니다. 사이클론 설계 시에는 입자 특성, 유체 유동, 압력 강하, 분리 효율 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 사이클론의 기하학적 형상, 운전 조건, 입자 특성 등을 종합적으로 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 수치 해석 기법을 활용하여 사이클론 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 환경 규제 대응, 경제성 등을 고려한 사이클론 설계가 가능할 것입니다.
4. 냉각기 설계

화학공정에서 냉각기는 공정 효율 향상, 제품 품질 관리, 안전성 확보 등을 위해 매우 중요한 장치입니다. 냉각기 설계 시에는 열 전달 메커니즘, 유체 유동, 압력 강하, 재료 선정 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 공정 조건, 열 부하, 냉각 매체 특성 등을 종합적으로 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 전산 유체 역학(CFD) 기법을 활용하여 냉각기 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 환경 규제 대응, 경제성 등을 고려한 냉각기 설계가 가능할 것입니다.
5. 비용 절감

화학공정 설계에서 비용 절감은 매우 중요한 요소입니다. 비용 절감을 위해서는 공정 효율 향상, 에너지 및 자원 절감, 폐기물 처리 최소화 등 다양한 방안을 고려해야 합니다. 특히 공정 모사와 최적화 기법을 활용하여 공정 조건을 최적화하고, 장치 설계 및 재료 선정을 통해 에너지 및 자원 사용을 최소화할 수 있습니다. 또한 폐기물 처리 공정 개선, 부산물 활용, 공정 통합 등을 통해 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있습니다. 이와 함께 공정 자동화, 유지보수 최적화, 공정 안전성 확보 등을 통해 운전 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 다각도의 노력을 통해 화학공정의 경제성을 향상시킬 수 있을 것입니다.
6. 여과집진기 설계

여과집진기는 화학공정에서 발생하는 입자상 물질을 제거하는 데 매우 중요한 장치입니다. 여과집진기 설계 시에는 입자 특성, 유체 유동, 압력 강하, 여과 효율 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 입자 크기 분포, 입자 농도, 유체 유속 등을 종합적으로 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 수치 해석 기법을 활용하여 여과집진기 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 환경 규제 대응, 경제성 등을 고려한 여과집진기 설계가 가능할 것입니다.
7. 전기집진기 설계

전기집진기는 화학공정에서 발생하는 미세 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 장치입니다. 전기집진기 설계 시에는 전기장 형성, 입자 이동, 포집 효율 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 입자 특성, 유체 유동, 전극 구조, 운전 조건 등을 종합적으로 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 수치 해석 기법을 활용하여 전기집진기 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 환경 규제 대응, 경제성 등을 고려한 전기집진기 설계가 가능할 것입니다.
8. 덕트 설계

화학공정에서 덕트는 유체 및 입자 물질의 이송에 매우 중요한 역할을 합니다. 덕트 설계 시에는 유체 유동, 압력 강하, 진동 및 소음 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 유체 유동 특성, 덕트 형상, 지지 구조 등을 종합적으로 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 전산 유체 역학(CFD) 기법을 활용하여 덕트 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 안전성, 경제성 등을 고려한 덕트 설계가 가능할 것입니다.
9. 송풍기 선정

화학공정에서 송풍기는 유체 및 입자 물질의 이송에 필수적인 장치입니다. 송풍기 선정 시에는 유체 유동, 압력 상승, 동력 소비 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 공정 조건, 유체 특성, 운전 요구사항 등을 종합적으로 분석하여 최적의 송풍기 모델을 선정하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 수치 해석 기법을 활용하여 송풍기 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 효율성, 안전성, 경제성 등을 고려한 송풍기 선정이 가능할 것입니다.
10. 최종 제어장치 선정

화학공정에서 최종 제어장치는 공정 변수를 조절하고 안정화하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 최종 제어장치 선정 시에는 제어 대상, 제어 목표, 제어 성능 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 특히 공정 특성, 제어 요구사항, 운전 조건 등을 종합적으로 분석하여 최적의 제어장치를 선정하는 것이 중요합니다. 또한 실험 데이터와 제어 시뮬레이션을 활용하여 제어장치 성능을 정확히 예측하고, 이를 바탕으로 공정 최적화를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 공정 안정성, 에너지 효율성, 경제성 등을 고려한 최종 제어장치 선정이 가능할 것입니다.