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[에너지공학] 하루 에너지 사용량 계산 및 고찰 평가C아쉬워요

에너지 공학나의 하루 에너지 사용량 계산 및 고찰■ 목적현대사회를 살아가는 현대인은 고의 또는 비고의적으로 많은 에너지를 사용한다.평소에 알지 못했던 하루 에너지 사용량이 어느정도나 되는지를 측정하고, 그로부터얻은 이익을 고찰한다. 또한 낭비되는 에너지 또는 절감할 수 있는 에너지를 알아보자.■ 방법각자에게 가장 평범한 하루를 정해 24시간 동안 사용하는 에너지를 대략적으로 계산하고,그에 따르는 비용을 알아본다.■ 대상 에너지□ 전기 에너지- 4인가족 한달 30일을 기준으로 매달 고지되는 전기요금 고지서를 참고하여, 1인당하루 전기 에너지 사용량을 계산한다. 또한, 생활하며 지하철(전기)을 이용하기 때문에매일 이동하는 지하철 요금도 포함하여 계산한다. 학교, 직장 등 나와 관계되어 사용되는전기에너지는 그 총량과 인원수, 비용을 알기 힘들기 때문에 무시한다.□ 가스 에너지- 전기 에너지와 마찬가지로 4인가족 한달 30일 기준으로 매달 청구되는 도시가스요금고지서를 보고 도시가스의 난방, 취사용 사용량에서 1인당 가스 에너지 사용량을계산한다. 버스나 택시등의 교통수단을 이용시에 발생하는 에너지 사용은 화석에너지사용량에 포함한다.□ 화석(석유,석탄 등) 에너지- 하루에 이용하는 버스, 택시요금에서 이동거리별 에너지 사용량을 계산한다.대중교통수단 이용시의 요금은 전부 에너지 사용에 들어가는 비용으로 취급한다.□ 기타 에너지- 음식물 등의 섭취를 통한 에너지 소비를 계산한다. 이동시에 소모되는 에너지는음식물 섭취로 감가되는 것으로 취급한다.■ 측정□ 1인이 1Km 이동하는데 필요한 에너지 사용양 및 계산 기준- 도보 : 63 Kcal- 지하철 : 549 Kcal- 버스 : 570 Kcal- 4인 가족 한달 30일□ 전기 에너지- 2004년 8월분 청구요금(전력량요금) : 20812원- 사용량 : 225 kWh- 연료 및 열의 석유 에너지 환산 기준에 따라 1 kWh = 2500 Kcal 이므로한달간 사용량 전기 에너지의 양은 225 * 2500 = 562500 Kcal 이다.- 따라서 1인당 하루 전기 에너지 사용량은562,500 ××= 4687.5 Kcal 이다.- 전기요금은 20812원 이므로20812 ××= 173원 이다.- 지하철 요금(청량리 ~ )은 하루에 2600원이 든다. 거리는 약 40Km 이므로왕복 80Km를 이동하는 셈이다. 따라서 1Km 이동하는 데 필요한 에너지양으로계산하면 80 × 549 = 43920 Kcal 이다. 하루에 지하철 이용에 따른 에너지 소비는43920Kcal 이다- 전기 에너지 사용양과 비용ㆍ사용양 : 4687.5 + 43920 = 48607.5 Kcalㆍ비용 : 173 + 2600 = 2773원- 따라서 하루 2773원으로 48607.5 Kcal 의 전기 에너지를 사용하는 것을 알 수 있다.□ 가스 에너지- 2004년 8월분 청구요금(사용요금) : 3794원- 사용량 :- 연료 및 열의 석유 에너지 환산 기준에 따라 도시가스는당 10,500 Kcal 이므로한달간 가스 에너지 사용량은 8 * 10,500 = 84000 Kcal 이다.- 따라서 1인당 하루 가스 에너지 사용량은84,000 ××= 700 Kcal 이다.- 가스 에너지 사용요금은 3794원 이므로3,794 ××= 32원 이다.- 하루 32원으로 700 Kcal 의 가스 에너지를 사용하는 것을 알 수 있다.□ 화석 에너지- 버스 요금(집 ~ 청량리)은 800원이다. 거리는 약 30Km 이므로 왕복 60Km를 이동하는셈이다. 따라서 1Km 이용하는데 필요한 에너지양으로 계산하면60 × 570 = 34200 Kcal 이다.- 따라서 하루 1600원의 비용으로 34200 Kcal 의 화석 에너지를 사용하는 것을 알 수있다.□ 기타 에너지- 하루의 식사를 모두 김치볶음밥으로 했을 경우, 식품 칼로리 표에 의거 김치볶음밥의에너지(열량)양은 374.38 Kcal 이다. 일반 식당에서 김치볶음밥의 판매가격은 3,000원이므로 하루 3끼 식사의 가격은 9,000원, 에너지양은 1123.14 Kcal 이다.- 9000원의 비용으로 1123.14 Kcal를 소비하는 것을 알 수 있다.□ 하루에 사용하는 에너지의 총량과 비용ㆍ 총 에너지 사용량 = 전기 에너지 + 가스 에너지 + 화석 에너지 + 기타 에너지= 48607.5 +700 + 34200 +1123.14 = 84630.64 Kcalㆍ 총 비용 = 전기 에너지 + 가스 에너지 + 화석 에너지 + 기타 에너지= 2773 + 32 + 1600 + 9000 = 13405 원■ 결과 고찰 및 결론- 하루에 나는 13,405원의 비용으로 84.630.64 Kcal 의 에너지를 소비하는 것으로나타났다. 매일 이정도의 에너지와 비용을 소비하는 것은 아니겠지만 대략적인하루 에너지 소비량인 것으로 생각할 수 있다.- 하루에 사용한 총 에너지를 전기 에너지로 환산해보면 33.85kWh 이다.60W짜리 가정용 백열전구의 연간 에너지 사용양은 약 36kWh/yr 이라고 하니계산해보면 이 백열전구를 1년내내 킬 수 있는 에너지를 하루에 소비하는 셈이다.- 개인이 하루에 사용하는 정확한 에너지 사용량을 측정하고 계산하는 것은 매우 어렵다.제시되어 있는 각 교통수단의 요금또한 에너지사용에 따른 요금과 세금, 기타등등의가격들이 포함되어 책정된 요금이고, 매일 이동하는 곳, 사용하는 교통수단, 외식또는 집에서의 식사 등등 위의 결과는 특정한 하루 에너지 사용양이 아닌 1달의평균적인 에너지 사용양인 것이다. 그러나 놀랍게도 하루에 무심코 사용하는 에너지가다른 에너지가 단 하나의 에너지(백열전구)로 전환되었을 때 얼마나 많은 시간을사용할 수 있는 에너지가 될 수 있는 지를 알 수 있었다.- 자료에는 나타나지 않았지만 우리가 버스, 지하철로 이용하는 에너지의 배이상을승용차가 소비한다고 한다. 가까운 거리도 이용의 편리함을 이유로 승용차를 사용하는사람들이 많다고 한다. 가까운 거리는 도보나 자전거를 이용하면 낭비되는 에너지를

공학/기술| 2004.09.19| 4페이지| 1,000원| 조회(1,157)

에너지, 에너지공학, 사용량, 하루에너지

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고분자 성형방법

고분자 가공(성형법)● 소개고분자 가공(polymer processing)이란 원료 고분자 또는 고분자 배합물을 효용성이 높은 제품으로 전환하기 위해 행해지는 모든 조작과정(operating)을 말한다. 이 과정에는 첨가제의 도입, 화학반응(수지를 합성하는 화학반응은 포함되지 않음), 유동, 물리적 성질의 변화, 형상의 변화 등이 포함된다. 고분자 가공 방법은 제품의 종류 및 원료 고분자의 다양성만큼이나 많은 방법이 사용되고 있지만, 여기에서 각각의 경우에 대한 정확한 가공 조건을 모두 나타내기에는 거의 불가능하며, 따라서 가장 일반적인 가공 방법에 대해서 개략적으로 살펴보고자 한다.● 압출성형(extrusion)압출성형은 일정한 크기의 단면적을 가지는 열가고성 제품의 생산에 사용되는 방법으로 파이프, 호스, 튜브, 개스킷, 봉, wire, 필라멘트, 전선의 피복, 필름, 시트 등을 연속적으로 생산할 수 있다. 압출기는 고점도인 고분자 용융물을 연속적으로 밀어내는 일종의 펌프이며, 동시에 첨가제 등과 고분자를 혼합하는 혼련기(mixer)이다. 압출기의 스크류는 채널 깊이에 따라 이송부(feed section), 압축부(compression section), 주입부(metering section)로 구분된다.이송부에서는 펠렛 또는 분말 형태의 고체 고분자를 호퍼로부터 받아 예열시키고, 일부를 용융시켜서 압축부로 밀어낸다. 따라서 이 영역에서는 유체와 고체의 역학 및 열전달을 같이 고려해야 한다. 스크류 채널의 깊이는 깊고 일정하며, 그 길이는 적정한 속도로 재료를 이송시킬 수 있어야 하므로 재료의 종류에 따라 다양하다. 압축부에서는 재료를 용융시키고 공기를 제거하며, 용융체를 균일하게유지하면서 밀도를 증가시켜서 용융체가 연속적으로 흐를 수 있게 만든다. 이를 위해서 스크류 채널 깊이는 점점 감소하게 된다. 이 영역에서도 고분자의 종류에 다라 스크류의 채널 깊이 및 길이는 고분자의 종류에 따라 다르다.● 사출성형(injection molding)사출성형은 열가고성 플라스틱을 가공하는 가장 일반적인 성형법으로 작은 핀에서부터 자동차 부품에 이르기까지 정밀하고 품질이 좋은 제품을 대량으로 생산할 수 있다.펠렛 또는 분말형태의 성형재료를 호퍼를 통해 전기 에너지에 의해 가열되는 배럴에 주입되며, 배럴 내에는 회전하는 스크류가 있다. 재료는 배럴 내에서 전기 에너지 및 전단 에너지에 의해 용융된다. 초기의 사출기에는 스크류 대신에 플런저가 있었으며, 따라서 재료의 혼합이 잘 이루어지지 않았고, 재료를 용융하는데 필요한 열도 배럴을 통한 열전도에 의해서만 공급되었다. 그러나 스크류를 사용함으로써 재료 내부에서의 전단 열이 발생하고 혼합을 원활하게 함으로써 용융되는 시간을 단축하고 균일한 용융물을 얻을 수 있게 되었다. 용융된 고분자는 스크류의 회전에 의해 500~2000 atm 의 압력으로 노즐을 통해 금형 내에 주입되며, 용융물이 냉각 또는 가교에 의해 고화되면 금형을 열고 성형품을 분리한다. 이와 같은 공정은 반복되며, 반복주기는 수십초 정도이다.스크류의 디자인 및 배럴 등 많은 부분이 압출기의 것과 매우 비슷하며, 가장 큰 차이점으로는 가공 중 스크류의 왕복운동 여부이다. 사출성형에서는 가공 중에 스크류가 왕복운동을 함으로서 고분자 용융물의 역류를 방지할 수 있다. 고분자 용융물은 스크류의 앞쪽에 있는 역행방지 밸브를 통해 노즐에 주입되며, 용융물이 주입된 후 냉각되는 동안에는 스크류가 이동하며 밸브를 닫는다.고분자 성형품은 냉각될 때 그 부피가 크게 수축하게 되며, 그 수축율은 냉각과 관련이 있다. 고분자 부품이 냉각될 때 얇은 부분이 먼저 냉각되고, 고분자의 밀도는 얇은 부분에서 더 급속히 증가하여 압력차이는 만들게 된다. 이 때문에 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 흐름이 있게 되고, 불균일한 수축을 일으키게 되며, 이로 인해서 부품의 표면에 불규칙한 싱크마크(sink mark)와 잔류응력이 잔존하게 된다. 잔류응력이 높은 성형품은 사용 중에 치수가 변화되거나, 휨 등의 원이이 되며, 용제 등에 접촉되면 크랙이 발생한다. 잔류응력을 줄이기 위해서는 과잉의 압력을 가하지 않아야 하고, 금형온도를 될 수 있는 한 높게 해야하고, 냉각속도 조절을 잘해야 한다. 또한, 금형으로의 용융물 주입속도를 일정하게 유지하고, 주입할 때의 용융물 온도를 조금 높게 하여야 한다.사출성형은 주로 열가고성 수지에 대해 사용되어 왔으나, 현재는 열경화성 수지에도 적용된다. 사출기를 통과한 배합물은 가열된 몰드에 주입된 후 경화(가교)를 통해 고화된다. 먼저 배합물은 사출기의 배럴 내에서 온도와 시간을 정확하게 통제하여 흐름특성을 유지할 수 있을 정도로 부분적으로 반응시킨다. 부분 반응된 용융물은 몰드에 주입된 후 쨟은 시간 내에 경화반응이 완전히 진행된다. 열 경화성 수지의 스프루와 런너 부분은 재활용을 할 수 없기 때문에 최소로 작게 만들어야 한다.● 압축성형(compression molding)일반적으로 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 알키드 수지 등 열경화성 수지의 성형에 이용된다. molding compound를 상하가 분리되어 가열된 몰드의 하부에 채우고, 압력을 일정하게 가하여 성형한다.몰드의 온도는 위치에 따라 다르며, 온도가 높은 곳에서 경화가 더 빨리 진행되기 때문에 균일한 경화물을 얻기가 어렵다. 경화가 너무 빨리 일어나면 몰드의 가늘고 깊은 부분까지 재료가 들어갈 수 없기 때문에 온도가 낮아야 하지만, 온도가 낮으면 경화시간이 길어져서 생산성이 떨어지므로 적당한 온도에서 최단시간 동안 경화가 이루어질 수 있도록 해야 한다.● 반응사출성형(reaction injection molding, RIM)RIM의 장점은 주입된 원료가 액상의 저점도 단량체이기 때문에 에너지를 절약할 수 있다. 즉 일반적인 사출성형의 경우 수지를 용융시키는데 에너지가 필요하며 용융물이 매우 고점도이기 때문에 높은 사출압력이 요구된다. 그리고 RIM공정에서는 원료가 저점도이기 때문에 복잡한 형태의 금형에서도 흐름이 용이하며, 첨가제, 충전제, 보강섬유와의 혼합도 용이하다.● 중공성형(blow molding)플라스틱 병은 거의 대부분 중공성형에 의해 제조되며, 압출기를 이용하는 경우와 사출기를 이용하는 두 가지가 다 가능하다.가운데가 빈 원통형 또는 패리슨을 중력방향으로 압출한 후, 열려있는 수냉식 몰드의 사이에 페리슨을 위치시킨다. 몰드를 닫으면서 병의 목부분에 나사를 형성시킨다. 압축공기(2~5 atm)를 병의 목에 불어넣어 패리슨을 팽창시킨 후, 부품이 충분히 냉각되었을 때 몰드가열리며, 제품이 수거된다. 대량으로 연속생산을 위해서 두 개의 패리슨 헤드에 20개의 몰드가 회전하면서 제품을 성형하기도 한다.● 회전성형(rotational molding)회전성형도 중공성형과 같이 내부가 빈 성형품의 제조에 사용된다. 분말상(또는 펠렛)의 폴리에틸렌이나 나일론을 가열된 몰드에 주입한 후 상하 축과 좌우 축을 중심으로 동시에 회전될 때 분말이 원심력에 의해 몰드 표면에 고르게 분산되어 용융된다. 몰드가 압축공기 또는 물 분무에 의해 냉각된 후, 몰드가 열리고 성형품이 수거된다. 이 방법은 어떤 형태의 구멍을 가진 것도 성형이 가능하다. 성형중에 압력이 가해짖 ldskgrl 때문에 몰드는 단순히 얇은 금속으로도 가능하며, 가격은 비싸지 않다. 이 방법에 의해서 대형 용기류, 드럼, 가솔린 탱크 등을 제조할 수 있다.● 유동층 성형(fluidized-bed molding)가스가 고분자 미세입자 층을 통과하여 올라갈 때 입자층도 같이 올라올 것이며, 가열된 물체가 통과될 때 부착 용융되어 coating된다. 100% 고체에 의해 성형이 이루어지기 때문에 무공해 공정이며, 그 중요성이 증대되고 있다.● 슬러시 성형(slush molding)Plastisol을 이용한 성형 방법으로 액상의 plastisol을 음각된 몰드에 부으면 고분자 성분이 열에 의해 녹아 몰드 표면에 부착된다. 나머지 plastisol은 몰드 밖으로 부어내어 재사용한다. 성형품의 표면이 부드럽기 때문에 인형의 머리 및 vinyl로 코팅된 식기건조기 등의 제조에 사용되고 있다.● 열성형(thermoforming)열가소성 플라스틱 시트를 이용하여 연화점 이상으로 가열한 후 냉각된 몰드에 부착시켜서 최종 제품을 만드는 방법으로 vacuum 성형과 drape 성형이 있다.vacuum성형은 열에 의해 가소화된 시트를 몰드의 위쪽에 당겨진 상태로 위치시킨 다음 진공을 걸어 냉각된 몰드 표면에 부착시켜 성형시킨다.Drape 성형은 가소성을 가지는 시트를 암몰드 위에 느러뜨린 후 진공을 걸어 성혀한다.● 기타스탬핑 공정(stamping)수초의 주기를 가지고 얇은 금속 부품을 찍어내는 기술을 고분자 산업에도 적용하기 위해서 오랫동안 연구해 왔다. 제품의 생산속도가 높은 장점 때문에 자동차의 차체가 대부분 stamped steel 로 되어 있다.

공학/기술| 2003.06.14| 6페이지| 1,000원| 조회(1,646)

고분자, 압축, 성형, 사출

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[무기공업화학 무기화학] 이산화탄소 회수 및 활용 평가A좋아요

■ 들어가며태양으로부터 지구에 도달한 빛은 대부분이 지표면에 흡수되고 일부는 지구로부터 우주로 복사됨으로써 지구의 온도가 유지되는데, 산업활동으로 인하여 많은 양의 온실가스 (CO2 , CH4, CFCs, N2O 등)가 대기 중에 생성되어 이들이 지구로부터 복사되는 적외선을 흡수함으로써 지구온난화현상이 일어난다.화석연료 (석탄, 석유, 천연가스)를 사용하면 필연적으로 이산화탄소가 발생하여 지구온난화의 원인이 되므로 인구와 경제활동을 줄이지 않고서 CO2 발생량을 감축하는 방안에는1 에너지 생산 및 사용 효율 향상2 저탄소 에너지 사용 (원자력, 신재생에너지, 천연가스)3 CO2 회수 및 처리의 3가지 방법이 있다. 국제적인 온실가스 감축 규제에 대응하기 위해서는 많은 양의 CO2 를 감축하여야 하는데 에너지 효율 향상, 저탄소 에너지 사용만으로는 이에 부응할 수 없으므로 대규모, 저비용, 환경친화적인 CO2 회수 및 처리기술이 필요하다 .■ CO 2 의 분리 및 회수CO2 를 분리하는 기존의 기술에는 흡수법, 흡착법(PSA), 심냉법이 석유화학공업, 제철공업 등에 소규모로 상용화되어 있으나 온실가스를 감축하기 위한 목적으로 대규모 분리에 적용된 적은 없다. 지구온난화를 방지하려는 국가간 규제가 거론되는 근래에 들어와서 흡수법, 흡착법, 막분리법 등이 화석연료 연소 배가스 (CO2 , N2 , O2 등)로부터 저렴하게 CO2 를 대량으로 분리.회수할 수 있는 기술로서 연구되기 시작하였다.● 흡수법흡수법은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 각종 용액(흡수제)과 이산화탄소를 포함하고 있는 연소 또는 공정가스를 접촉시켜 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 방법으로서, 흡수제와 이산화탄소와의 물리 화학적 결합 특성에 따라 물리 흡수법과 화학 흡수법으로 분류하고 있다.기본적으로 물리 또는 화학 흡수법에 의한 흡수공정 상의 차이는 없으나 흡수한 이산화탄소 탈착시 필요한 열량의 차이가 있으며 일반적으로 화학 결합력 보다 낮은 물리 결합력에 의하여 흡수된 이산화탄소 탈착 에너지는 물리O2(1.5 ton L.P.steam/ton CO2 )- 아민 소실량 ; 0.35 kg/ton CO2이 밖에도 노르웨이, 캐나다 등과 같은 선진국에서도 자국의 기술확립을 위하여 이산화탄소 흡수 분리공정에 대하여 흡수제 및 공정의 최적화를 위한 기술개발이 지속적으로 추진 중에 있다.국내의 기술개발 동향은 1992년에 추진된 환경부의 G7과제 및 온실가스저감사업과 1994년 말부터 추진된 산업자원부의 청정에너지 기술개발 사업 등으로 주로 흡수액의 개발 연구가 추진되었다. 2000년부터 LNG 화력발전소의 연소 배가스로부터 일일 2톤규모의 이산화탄소를 회수하기 위한 시범화 사업으로 한전에서 외국으로부터 CO2 흡수분리 Pilot-plant를 도입하여 국내의 흡수액 제조기술 개발과 공정 설계기술 개발에 활용하려고 수행 중이다.● 흡착법흡착법은 연소배가스 (CO2 , N2 , O2 등) 중에서 CO2 를 선택적으로 흡착하는 고체 흡착제 (제올라이트, 활성탄 등)를 사용하여 CO2 를 분리하는 방법으로서 흡착제가 충진된 흡착탑을 압력변동흡착법 (PSA; pressure swing adsorption)으로 운전하여 고순도 CO2 를 생산한다. 화력발전소 배가스와 같이 CO2 농도가 13% 이하인 곳에서 CO2 를 회수하는 PSA 공정은 제진, 제습된 배가스를 1단 PSA 공정으로 도입하여 CO2 의 농도를 40∼60%로 농축한 다음에 2단 PSA 공정에서 99% 이상의 고순도 CO2 를 생산한다. CO2 PSA는 CO2 를 흡착하는 흡착제의 성능이 가장 중요하고, 흡착된 CO2 를 진공펌프를 이용하여 탈착하므로 진공펌프의 성능과 효율적인 공정 구성이 중요하다.흡착법에 의한 CO2 회수는 원료가스 중의 CO2 농도가 25% 이상인 제철소나 석유화학공장 배가스에서 CO2 를 분리하는 기술은 일부 상용화 되어 가동되고 있으나 지구온난화 경감을 위한 이산화탄소 대량분리에 적용하기 위하여는 아직 연구 중에 있다.일본에서는 크게 나누어 화력발전소와 같이 이산화탄소의 농도가 10 ~ 방식의 개량, 흡착제의 성능 향상으로 추가 10%정도의 전력소비원단위를 낮출 것을 목표로 연구를 계속하고 있다.제철소 배가스에서 이산화탄소를 회수하는 기술은 1980년대 후반에 신일본제철과 일본강관(NKK)에서 시간당 약 3,300 Nm 3 의 이산화탄소를 회수하는 1단 PSA공정이 상업화 운전을 개시하였다. NKK는 90년대초에 비슷한 규모의 이산화탄소 회수 설비를 2기 추가 설치하여 운전하고 있다. 이와 같이 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 이산화탄소를 회수하는 것은 훨씬 쉬워서 전력소비 원단위도 흡착회수 장치에서 약 0.6 kWh/Nm 3 CO 2 정도인 것으로 보고되었다.이외에 미국에서도 이산화탄소 회수하는 흡착분리 기술이 연구되고 있으나 대학에서 기초연구 수준으로 싸이클타임을 아주 짧게 하여 대량을 처리할 수 있는 것을 목표로 RPSA공정을 연구하고 있다. 중국의 서남화공연구원에서도 이산화탄소를 회수하는 기술을 개발하여 실용화시켰으나 주로 석유화학공정의 혼합가스로부터 이산화탄소를 회수하는 것으로실리카-젤을 흡착제로 사용하여 그 성능이 저조한 편이다.국내에서는 90년대에 들어와서 이산화탄소의 회수기술연구가 시작되었다. 90년 8월부터 흡착제의 선정연구, 기초공정연구를 거쳐 1996년에는 중유 화력발전소 배가스 110 Nm 3 /h 처리할 수 있는 2단 PSA 공정실험 장치를 제작하여 삼성정밀화학의 울산공장 열병합발전소의 굴뚝에 연결하여 실험운전을 하여 장치의 규모상 전력원단위는 일본의 동북전력이나 동경전력의 경우보다 약간 높았으나 단위 흡착제당 생산성에 있어서 일본의 경우보다 좋은 결과를 얻었다. 1997-8년에는 온산공단의 대한정밀화학의 광물소성 킬른의 굴뚝에 연결하여 이산화탄소를 회수하여 여기에서 얻어진 이산화탄소를 탄산바륨을 만드는 원료로 공급하는 실험운전을 하였다. 최근에도 계속하여 CO2 회수에 소요되는 전력원단위를 줄이는 연구가 진행되고 있다.그리고 CO2 농도 25%인 제철소의 배가스를 원료로 사용하여 99%의 CO2 를 분리하는1단 PSA 4,840,647), 저압 세정 단계에서 배출되는 중순도의 이산화탄소를 이용하여 세정 하는 방법(JP 평10-101318)등이 제안되었다.연소배가스 중에는 이산화탄소와 질소 외에도 산소, 수분, SOx, NOx등의 다른 불순물들도 많이 함유되어있다, 그 중 수분은 제올라이트계의 흡착제에 강력하게 흡착하여 제올라이트의 이산화탄소 흡착능을 떨어뜨리므로 반드시 제거해주어야 공정의 성능을 유지할 수 있다. 수분이 강하게 흡착하지 않는 활성탄의 경우에도 수분의 농도가 어느 정도 이상이면 공정의 성능이 떨어지는 현상이 관찰되었기 때문에 (EP 227,990) PSA 공정을 이용하여 이산화탄소를 고농도로 회수하기 위한 공정에는 수분의 전처리 공정이 꼭 필요하다. 수분의 전처리 공정에도 활성알루미나가 충전된 흡착탑을 이용하여 대기압에서 수분을 흡착하고 약 0.5-0.8atm의 압력에서 탈착을 수행하는 PSA 공정이 이용되고 있으며 CO2 PSA 공정에서 CO2가 제거된 배가스를 이용하여 저압세정을 수행한다.제철소 배가스인 COG가스와 같이 이산화탄소 농도가 높을 경우에는 1단 CO2 PSA만으로 고농도의 이산화탄소를 회수하는 것이 가능하지만 이산화탄소의 농도가 낮을 경우에는 1단 CO2 PSA 만으로는 고농도의 이산화탄소를 생산하는 것이 불가능하며 2단 CO2 PSA를 이용하여야 한다. 이와 더불어 생산된 기체의 이산화탄소는 저장과 수송의 편리를 위해 액화하는 것이 필요한데 액화장치에서 이산화탄소의 액화율은 액화장치에 도입되는 이산화탄소의 농도에 영향을 받는다. 즉 이산화탄소의 농도가 높으면 액화율이 높고 이산화탄소의 농도가 낮으면 액화율이 낮다. 액화 장치에서 소비되는 에너지를 줄이기 위해 이산화탄소를 고농도로 농축하기 위해서는 이산화탄소 분리 장치 즉 CO2 PSA 장치에서의 에너지 소비가 증가하고 장치가 복잡해지고 CO2 PSA에서 에너지소비를 저감하기 위해 이산화탄소 농축 정도를 줄이면 액화장치에서의 액화율 저하로 인해 에너지 소비가 증가한다. 액화장치에 도입되는 도도 낮아서 CO2 PSA 공정의 성능이 제올라이트계 흡착제를 사용하였을 때보다 떨어지기 때문에 90년대 이후의 특허들은 대부분 제올라이트계의 흡착제를 사용하고 있다. CO2 PSA에 주로 적용되는 제올라이트는 주로 X 나 Y type의 흡착제가 사용되는데 이 제올라이트들은 다양한 금속 이온들로 치환이 가능한 양이온들을 가지고 있으며 치환에 사용되는 양이온의 종류와 정도에 따라 이산화탄소에 대한 선택도 및 흡착량이 달라진다. 제올라이트계의 양이온 치환에는 주로 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속 등이 사용되고 있다. 최근에는 고온의 연소배가스에서 이산화탄소를 바로 제거할 수 있는 흡착제의 개발이 많이 수행되고 있다. 고온에서 이산화탄소에 대한 흡착성능을 보이는 흡착제들은 다공성 담체에 표면 염기성 성질을 보이는 물질 (2K2CO3 3H2O)을 담지하거나 물질 자체가 염기성 성질을 가지는 (Dolomite, MgO, Europium등) 것들이 주종을 이루고 있다. 이 고온용 CO2 흡착제는 IGCC power palnt의 가스화 반응 산물로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 공정에 적용이 가능하다.● 막분리법분리막법은 연소배가스를 고분자막이나 무기막으로 보내어서 CO2 만을 선택적으로 투과시키어 고순도 CO2 를 분리하는 방법이다. 기체분리용 고분자막에 관한 연구는 70년 이후에 활발히 진행되어 수소, 산소 분리 등에 상용화 적용되고 있지만, 아직까지 이산화탄소/질소 분리용으로 상용화된 분리막 모듈은 없고, 고분자막, 세라믹막, 금속막, 액막, 막흡수법 등을 개발하고 이를 이산화탄소 분리에 응용하려는 연구가 세계적으로 매우 활발히 진행되고 있다. 고성능 이산화탄소 분리막은 CO2 투과도와 CO2/N2 분리계수가 높고, 수분이나 산성가스에 영향을 받지 않으며, 내열성과 기계적 강도가 좋으면서 제조가격이 저렴하여야 한다.지금까지 CO2 분리막의 개발은 주로 CO2/CH4 , CO2/hydro carbon 등 석유화학 가스에서 CO2 를 분리하려는 연구가 대부분이있다.

공학/기술| 2003.04.06| 7페이지| 1,000원| 조회(709)

석유, 이산화탄소, 회수, 무기공업, 활용

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[유체역학 리포트] 압력차를 이용 유량 및 유속을 측정하는 장치에 대한 설명 평가C아쉬워요

압력차를 이용하여 유량 또는 유속을 측정하는 장치에 대한 설명유량계란?유량계에는 여러 종류가 있으나, 비교적 널리 사용되고 있는 것에 날개차 유량계·차압식(差壓式) 유량계·면적식 유량계가 있다. 이 중에서 날개차 유량계가 제일 간단한 것으로 흐름에 의해 날개차를 돌려, 그 회전 수를 기어의 메커니즘으로 지시한다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 것으로 수도의 미터가 이것을 이용하고 있다.차압식과 면적식은 주로 공업방면에서 사용된다. 차압식은 관 속에 벤투리관·오리피스·노즐 등의 조리개를 넣어, 그 전후 압력차를 차압계로 측정하여, 그 측정값을 기본으로 유량을 잰다. 면적식은 위쪽으로 올라갈수록 넓어진 수직관 속에 플로트(float)를 넣고, 유체를 아래에서 위로 흘려보내고, 유체류에 밀어올려진 플로트의 전후에 생기는 차압에 의한 부력(浮力)과 플로트의 무게를 평형시켜 플로트의 위치에서 유량을 안다. 이 밖에 일정한 부피의 용기로 직접 유체의 양을 측정하는 것도 있으며, 도시가스의 가스미터는 그 일종이다.또 유량계 중에서 물의 유량을 측정하는 것을 수량계(水量計)라고 하는 경우도 있다. 이상의 여러 계기 외에 물 정도 이상의 도전성(導電性)을 가진 유체에 대해서는 유체가 자기장 속에 있을 때, 발생하는 유도전류를 꺼내어 그때의 유량을 아는 전자기유량계(電磁氣流量計)가 있다. 이것은 철강업이나 수력발전소 등에서의 유수량의 측정에 사용되고 있다.유속계란?유체의 속력을 제는 장치이다. 보통 유량와 유속 둘중의 하나만 알아도 나머지 하나는 계산해 낼 수 있다.주요 종류에는 날개차식 유속계와 피토관식 유속계가 있다. 날개차식은 날개차나 프로펠러의 회전 속도가 유속에 비례하는 것을 이용한 것으로 로빈슨 풍속계와 에크만멜츠 조류계(潮流計) 등이 있다. 피토관식은 피토관을 흐름 속에 놓고, 유체의 동압(動壓)을 조사해서 유속을 측정하는 것으로, 항공기의 속도계로 채택되고 있다.이 밖에 전열선(電熱線)에 흐름이 닿게 하고, 흐름에 의한 전열선의 온도강하를 전기저항의 변화로서 포착하여다( 그림1 ).그림 1. 벤튜리미터3.1.2 측정공식Q : 유량( ㎤ / sec )C : 유량계수A : 목(throat)부분의 단면적( ㎠ )H : H1-H2( 수두차 : ㎝ )H1 : 유입부 관 중심부에서의 수두( ㎝ )H2 : 목(throat)부의 수두( ㎝ ) g : 중력가속도( 980 ㎝ / sec2 ) d1 : 유입부의 직경( ㎝ ) d2 : 목(throat)부 직경( ㎝ )3.2 유량측정용 노즐( Nozzle )3.2.1 특성 및 구조유량측정용 노즐은 수두와 설치비용 이외에도 벤튜리미터와 오리피스 간의 특성을 고려하여 만든 유량측정용 기구로서 측정원리의 기본은 정수압이 유속으로 변화하는 원리를 이용한 것이다.그러므로 벤튜리미터의 유량 공식을 노즐에도 이용할 수 있으며, 또한 노즐은 약간의 고형 부유물질이 포함된 폐하수에도 이용할 수 있다( 그림 2 ).3.2.2 측정공식Q : 유량( ㎤ / sec )C : 유량계수A : 노즐(Nozzle)부분의 단면적( ㎠ )H : H1-H2( 수두차 : ㎝ )H1 : 유입부 관 중심부에서의 수두( ㎝ )H2 : 목(throat)부의 수두( ㎝ )g : 중력가속도( 980 ㎝ / sec2 )d1 : 유입부의 직경( ㎝ )d2 : 목(throat)부의 직경( ㎝ )3.3 오리피스( Orifice )3.3.1 특성 및 구조오리피스는 설치에 비용이 적게들고 비교적 유량측정이 정확하여 얇은 판오리피스가 널리 이용되고 있으며 흐름의 수로내에 설치한다. 오리피스를 사용하는 방법은 노즐(Nozzle)과 벤튜리미터와 같다.오리피스의 장점은 단면이 축소되는 목(throat)부분을 조절하므로써 유량이 조절된다는 점이며, 단점은 오리피스(Orifice) 단면에서 커다란 수두손실이 일어난다는 점이다( 그림 3 ).3.3.2 측정공식Q : 유량( ㎤ / sec )C : 유량계수A : 노즐 부분의 단면적( ㎠ )H : H1-H2( 수두차 : ㎝ )H1 : 유입부 관 중심부에서의 수두( ㎝ )H2 : 목 부분의 수두( ㎝ )g : 중력가속도Magnetic flow meter )3.5.1 특성 및 구조고형물질이 많아 관을 메울 우려가 있는 폐하수에 이용할 수 있는 유량 측정기기로 측정원리는 패러데이(Faraday)의 법칙을 이용하여 자장의 직각에서 전도체를 이동시킬때 유발되는 전압은 전도체의 속도에 비례한다는 원리를 이용한 것으로 이경우 전도체는 폐하수가 되며, 전도체의 속도는 유속이 된다. 이때 발생된 전압은 유량계 전극을 통하여 조절변류기로 전달된다.이 측정기는 전압이 활성도, 탁도, 점성, 온도의 영향을 받지 않고 다만 유체(폐하수)의 유속에 의하여 결정되며 수두손실이 적다( 그림 5 ).3.5.2 측정공식연속 방정식을 이용하여 유량측정함.Q = C·A·VC : 유량계수V : 유속 ( ㎝ / sec ) 106] ( m / sec )A : 관의 유수단면적( ㎡ )E : 기전력B : 자속밀도( GAUS )D : 관경( m )유속계의 대표적인 종류1. 피토관식 유속계피토관은 흐름의 동압과 정압의 차가유속의 제곱에 비례하는 것을 이용하여 유속을 측정하는 장치이다. 여기에 원관 내의 유량을 측정하기 위한 연구를 한 제품에 평균화 한 피토관이 있다. 이 제품의 선구자이며 톱 메이커인 데이터릭 스탠더드사의 아뉴버 유량검출기에 의하여 평균화 피토관의 원리를 설명한다.이 검출기에는 각각 복수의 총압검출공과 정압검출공이 있으며 각각 관로 내의 유속분포에 따라 양·음의 압력을 받는다. 정압검출공이 받는 부압은 주로 검출기에 의하여 후방에 발생한 카르만 소용돌이(이하 그냥 소용돌이라 한다.)에 의하여 생긴다. 양검출공은 각각 내부에서 연결되어 있으며 평균화되므로 평균총압과 평균 정압을 얻을 수 있다.이 검출기는 다이아몬드 형이라고 하듯이 단면이 4각으로 되어 있다 . 이것은 상하의 각에서 항상 소용돌이를 발생시키기 때문이다. 검출기의 단면이 원형이면 유속에 의하여 소용돌이의 발생장소가 이동하므로 유속과 차압의 제곱근간의 비례계수(유량계수라고 한다.)는 일정하게 되지 않는다.평균화 피토관의 메이커는 일본에는 없지만에 대하여 안정된 유량계수를 얻을 수 있다고 주장하고 있다. 또한 타원형 단면의 제품이 미국의 프레소사(대리점은 日立조선)에서 제작하고 잇다. 단면 형상은 상당히 가늘고 긴 타원이며 정압공은 측면에 있다. 동사는 이 구조에서는 소용돌이는 발생하지 않고 정압에 맥동이 들어가지 않는다. 측정값의 재현성이 좋고 정밀도가 높다. 평균화 피토관 중에서는 압력손실이 가장 적다고 주장하고 있다. 평균화 피토관은 유력손실이 가장 적다고 주장하고 있다. 평균화 피토관은 유속분포의 영향을 경감시킬 수 있는데 역시 상당한 영향을 받는다. 따라서 각 메이커가 모두 상류측의 벤딩이나 관로의 확대 ·축소, 또한 밸브의 존재에 대해서는 소정의 직관길이를 필요로 하고 있다. 또한 정밀도는 통상±1%로 표시하고 있는데 이것은 유량계수의 변화범위가 ±1%의 범위 내에 있다는 것이며 차압전송기의 정밀도를 여기에 추가 할 필요가 있다. 유량이 최대 유량의 20%가 되면 차압은 최대 차압의 4%가 되므로 이 정도까지가 실용적인 측정범위라고 하겠다. 이점은 차압식 유량계와 같다.2. 전자 유속계일반적인 전자유량계는 원관상의 검출기 내에 자계를 형성하여 이 자계를 횡단하는 액체 내에 생기는 전압을 검출기 내면에 있는 전극에 의하여 검출한다. 전자유속계는 그 반대이며 봉상의 검출기 외측에 자계를 형성하여 검출기의 외측에 흐르는 액체에 발생한 전압을 검출기의 측면에 설치한 전극에 의하여 검출하다.전자유속계는 국내 ·국외에 여러 메이커가 있는데 모두 전극은 1페어가 1점 측정용밖에 없었다. 5년 전에 미국의 마슈 ·맥버니사가 1개의 봉에 복수(3페어 또는 5페어)의 전극을 장착한 전자유속계 멀티 ·매그를 개발, 삽입형 전자유속계로서 발표했다. 이 검출기는 앞의 평균화 피토관과 마찬가지로 흐름에 수직이 되는 관로를 삽입한다. 유체 압력이 그다지 높지 않고 유속이 1.5m/sec 이하이면 흐름을 정지시키지 않고 검출기의 장착이 가능하다.적용 구경은 300mm~1,000mm, 정밀도는 ±1%(측정값의 )+0.0유속계와 같이 온도 ·압력보정을 필요로 하지 않는다는 특징이 있다.관로 내의 유속 분포관로 내의 유속분포를 알고 있고 또한 항상 일정하다면 1대의 유속계를 사용하여 유량을 알 수 있다. 가령 평균유속을 표시하는 점의 위치를 알면 거기에 유속게를 삽입하여 유속을 측정하면 된다. 원관 내의 흐름에는 층류와 난류가 있다. 유속이 늦은 때에는 유체의 분자는 층상으로 되어 정연하게 흐르므로 이것을 층류라고 한다. 층류에서는 유속분포는 일정하며 흐트러지지 않는다. 유속이 빠라지면 유체의 분자는 서로 흐트러지기 때문에 이것을 난류라고 한다. 난류에서는 관로 내의 유속은 불규칙적인데 어느 정도 긴 시간을 두고 평균함으로써 일정값을 얻을 수 있다. 따라서 매크로적으로는 유속분포는 정상이라 볼 수 있다. 통상의 프로세스 배관에서는 거의 모두 난류로 되어 있다.원관 내의 유속분포에 대해서는 수력학 (또는 수리학)의 분야에서 연구되고 있다 난류의 유속분포에 대해서는 지수법칙이 있으며 관 반지름을 R, 관 중심에서의 최대 유속을 Vmαχ라 했을때 관 중셈에서 Υχ의 위치의 유속 Vχ는 다음식으로 표시된다.n은 레이놀즈수 (평균유속×관지름×유체밀도를 유체의 점도로 나눈 값이다.)의 함수이며 실험에 의하여 표2의 값을 얻을 수 있다. 앞의 식과 표1의 수치에서 평균유속을 부여하는 위치Υχη를 계산할 수 있다. 이것을 표2에 들었다. 이에 의하여 관벽에서 관지름의 12%의 위치에 유속계를 삽입하면 대체로 평균유속을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서 여기에 관의 단면적을 곱하면 유량을 알 수 있다. 이 방법은 간편하지만 유속분포의 흐트러짐이 전혀 없고 또한 중심 대칭이라는 전제가 필요하다. 일반적으로 이 전제는 얻을 수 없으므로 이 바업에 의한 유량측정의 정밀도는 별로 충분하지 못하다. 이 대책으로서 복수의 유속계를 사용하여 그 출력을 평균함으로써 정밀도를 향상 시킬 수 있다고 생각된다. 다음에 설명할 제품은 모두 이 사고방식에 의거한 것이다.표1. 레이놀즈수 ReD와 n의 관계Re점식

공학/기술| 2003.04.06| 10페이지| 1,000원| 조회(2,185)

유체역학, 유속, 유량, 측정, 장치

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