게시판 > 질답게시판 > 고주파 파우더 건조기 관련 문의

스테파노 Stefano

13-11-27 12:48

(1) 질문1,2에 대한 답을 먼저 정리해 봅니다.

(A1) 질문에서의 현열과 잠열의 크기는 비교과 안될 정도의 차가 있습니다.

0.1t/h 스팀의 과열을 위한 현열(대략): (500-150)℃*비열(0.24kcal/kg/℃)*(100 kg/h) = 8400 kcal/h .....(1)
16KG 스팀 1.5t/h의 잠열(대략): 460 kcal/kg * 1500 =690,000 kcal/h ...............................(2)

(A2) 전력 100 kWh의 열량 = 860 kcal/(kWh) = 860,000 kcal ..................(3)
참고로 100 kWh는 전력량이기때문에 에너지단위와 같습니다. Heater 100kW짜리 1시간 전력량이 될 수도 있고 50kW짜리 2시간 전력량이 될 수도 있습니다.

(2) 피 건조물의 수분을 증발시키는데 전력을 사용한다면 전력비가 만많치 않을 터인데요..

*제거해야할 수분의 양: 12000 kg/h * (15 w% Water Wet Basis) = 1,800 kg Water/h (to be evaporated) .....(4)
*증발수분의 증발잠열만을 계산하면: (1,800 kg Water/h) * (539 kcal/kg-Water)=970,200 kcal/h.................(5)

(3) Wet Cake12t/h가 공급되어 건조 제품 10.2t/h 생산이 한시간에 이루어지고 있고 과열용 스팀으로 100kg/h의 LPSteam이 전기가열기 100kW 용량이 사용되고 있다고 했을 때 한시간당 에너지 밸런스를 취해 보면:

<공급에너지, 전력사용시>
*공급 전력에너지 100 kWh/h = 100 kWh/h*(860 kcal/kWh) =860,000 kcal/h .....(6)
*0.1t/h 스팀의 엔탈피 (대략): 100 kg-LP Steam/h * 640 kcal/kg = 64,000 kcal/h..(7)
Total Input =924,000 kcal/h

<공급에너지, 16KG 사용시>
*16KG 스팀의 엔탈피 (대략): 1,500 kg/h * 667 kcal/kg = 1,000,500 kcal/h .........(8)

<소비에너지>
Wet Cake(13,440 kg/h)의 예열열량(대략): (피건조물 투입속도 12,000 kg/h)*(비열 0.3 kcal/kg/℃, 대략 가정)*(건조온도℃-공급온도℃, 80℃) = 288,000 kcal/h ....(9)
수분 증발에너지(대략): 970,200 kcal/h ........(5),(10)
증발수분 과열에너지(120도 정도로 가열되어 배출된다고 가정,대략): (1,800 kg-Water Vapor/h)*(비열 0.24 kca/kg/℃)*(과열온도 20℃) = 8,640 kcal/h ...(11)
Total Output = 1,266,840 kcal/h

소비량이 16KG 스팀 공급 에너지보다 27%정도 많고 전력및스팀공급에너지보다 약 37%정도 에너지가 많습니다.
결론적으로 열량이 부족합니다... 전력이 더 필요하다거나 배출증기나 배출 건조 Power의 현열을 이용해서 에너지를 절감해야만 열밴런스를 맞출수 있을 것입니다.

전력을 사용할 경우라면, 설령 기술은 가능하다고 해도 비용이 많이 들면 쓸모없습니다.

(4) 위의 건조공정 계산에서는 Wet Cake의 함수율이 Wet Basis(즉 Wet Cake기준 수분의 함량)로 계산되었고 10.2t/h가 건조제품 생산량으로 계산되었습니다.

(1) 질문1,2에 대한 답을 먼저 정리해 봅니다.

(A1) 질문에서의 현열과 잠열의 크기는 비교과 안될 정도의 차가 있습니다.

0.1t/h 스팀의 과열을 위한 현열(대략): (500-150)℃*비열(0.24kcal/kg/℃)*(100 kg/h) = 8400 kcal/h .....(1)
16KG 스팀 1.5t/h의 잠열(대략): 460 kcal/kg * 1500 =690,000 kcal/h ...............................(2)

(A2) 전력 100 kWh의 열량 =  860 kcal/(kWh) = 860,000 kcal ..................(3)
참고로 100 kWh는 전력량이기때문에 에너지단위와 같습니다.  Heater 100kW짜리 1시간 전력량이 될 수도 있고  50kW짜리 2시간 전력량이 될 수도 있습니다.

(2) 피 건조물의 수분을 증발시키는데 전력을 사용한다면 전력비가 만많치 않을 터인데요..

*제거해야할 수분의 양:  12000 kg/h * (15 w% Water Wet Basis) = 1,800 kg Water/h (to be evaporated) .....(4)
*증발수분의 증발잠열만을 계산하면:  (1,800 kg Water/h) * (539 kcal/kg-Water)=970,200 kcal/h.................(5)

(3) Wet Cake12t/h가 공급되어 건조 제품 10.2t/h 생산이 한시간에 이루어지고 있고 과열용 스팀으로 100kg/h의 LPSteam이 전기가열기 100kW 용량이 사용되고 있다고 했을 때 한시간당 에너지 밸런스를 취해 보면:

<공급에너지, 전력사용시>
*공급 전력에너지 100 kWh/h = 100 kWh/h*(860 kcal/kWh) =860,000 kcal/h .....(6)
*0.1t/h 스팀의 엔탈피 (대략): 100 kg-LP Steam/h * 640 kcal/kg = 64,000 kcal/h..(7)  
Total Input =924,000 kcal/h

<공급에너지, 16KG 사용시> 
*16KG 스팀의 엔탈피 (대략):  1,500 kg/h * 667 kcal/kg = 1,000,500 kcal/h .........(8)

<소비에너지>
Wet Cake(13,440 kg/h)의 예열열량(대략):  (피건조물 투입속도 12,000 kg/h)*(비열 0.3 kcal/kg/℃, 대략 가정)*(건조온도℃-공급온도℃, 80℃) = 288,000 kcal/h ....(9)
수분 증발에너지(대략): 970,200 kcal/h ........(5),(10)  
증발수분 과열에너지(120도 정도로 가열되어 배출된다고 가정,대략): (1,800 kg-Water Vapor/h)*(비열 0.24 kca/kg/℃)*(과열온도 20℃) = 8,640 kcal/h ...(11)
Total Output = 1,266,840 kcal/h

소비량이 16KG 스팀 공급 에너지보다 27%정도 많고  전력및스팀공급에너지보다 약 37%정도 에너지가 많습니다.    
결론적으로 열량이 부족합니다... 전력이 더 필요하다거나 배출증기나 배출 건조 Power의 현열을 이용해서 에너지를 절감해야만 열밴런스를 맞출수 있을 것입니다.

전력을 사용할 경우라면,  설령 기술은 가능하다고 해도 비용이 많이 들면 쓸모없습니다.

(4) 위의 건조공정 계산에서는 Wet Cake의 함수율이 Wet Basis(즉 Wet Cake기준 수분의 함량)로 계산되었고  10.2t/h가 건조제품 생산량으로 계산되었습니다.

완소남 dondo99

13-11-28 09:20

스테파노님 친절한 답신 감사드립니다.

에너지 밸런스 상으로 이치가 맞지 않다고 예상하였으며, 역시 마찬가지네요.

아래만 여쭙겠습니다.

1. 과열증기 비열의 경우 약 0.5kcal/kg/℃정도 되지 않는지요?
- 과열증기 Table에 1.5KA 500도 스팀의 전열은 833이고, 1.5KA 150도 스팀의 전열은 662 정도이며,
이차이를 온도차이로 나누면 170/350 수준으로 약 0.5정도 나오는데요? 제 계산이 틀렸는지요?

스테파노 Stefano

13-11-28 10:21

(1) 필자가 틀렸고 질문자의 계산이 맞습니다. Solid와 Steam의 비열을 각각 추정해서 계산했었지요.
(수정해서 열수지를 계산해 보세요)

1.5KA 스팀의 110~150도 사이의 평균 = Δh/Δt = (662.2-643.1)/40 = 0.478 kcal/kg/℃
1.5KA 스팀의 150~500도 사이의 평균 = Δh/Δt = (833.0-662.2)/350 = 0.488 kcal/kg/℃

(2) 문제의 핵심은..
0.1 t/h의 Steam을 500℃로 가열하여도 현열만으로는 Wet Cake를 가열하고 수분을 증발시키기에는 턱없이 에너지가 부족하다는 것이지요.

수분 증발온도가 120도라고 가정하면, 과열스팀인 경우 잠열은 이용되지 않으므로 500도까지 가열된 스팀이 120도로 떨어질 때까지 내놓는 현열이 Wet Cake를 가열하고 수분을 증발시킬 수 있는가를 점검해 보면 비열을 두배로 해도 턱업이 부족하다는 것을 알 수 있습니다.
*과열스팀의 현열 = (공급스팀량 100 kg/h) * (과열스팀 비열 0.488 kcal/kg/℃) * (500-120)℃ = 18,544 kcal/h

따라서 전기식 가열기는 전자파 혹은 원적외선을 이용하여 직접 Wet Cake를 적시고 있는 수분과 공급된 수분을 직접가열하여야 할 것입니다.

참고로 동일 열량을 사용한다고 했을 때 가열원별로 연료, 스팀, 전력, 순으로 값이 비싸집니다.

forman fzf404

13-11-30 14:37

이 사항은 에너지 밸런스로 하면 안되며, 고주파는 자기장 형성을 해주는 역할만을 하며 대상 분자 내의 전자 이동으로 인한 마찰열로 봐야됩니다.

[고주파 가열 정의]
고주파 가열은 유전가열과 유도가열을 총칭하는 것으로, 전자는 고주파의 유전체 손실을 이용하여 생고치의 살용(殺踊), 건조, 목재의 건조와 고무의 가황, 플라스틱의 열처리 및 접착 등을 하는 것으로, 수 ㎒ 이상의 비교적 높은 주파수가 쓰인다. 또 후자의 유도가열은 주로 와류손이나 표피효과를 이용해서 축과 톱니바퀴 등의 표면 담금질을 하는 데 이용되며 수 ㎑ 정도의 고주파가 사용된다. (출처 : 일진사 전기용어사전)

[유전체 손실]
교류 전압을 가하면 ...전기 이중추 형성 ...1초에 60번 ...교대로 ....

교류전압 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

유전체 ------------------------------------------------------------------------

유전체 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

교류전압 ----------------------------------------------------------------------

교류는 1초에 60번(60 헤르츠) ....(+ -) 극성이 바뀌기 때문에 ...유전체 내 전자도 60번 극성이 바뀜
유전체 손이란 ....유전체 내 전자가 ...60번 극성이 바뀔때 ...전자의 움직임에 따른 손실을 말함 (열발생)

유전체란 절연체란 말과 같은 뜻이며 전류를 거의 흘리지 않고 누설전류 정도만 흘려주게 됩니다. 교류에서 전압의 방향이 50~60번/1초로 바뀌기 때문에 발생하는 손실이라고 생각하시면 됩니다.

유전체에 교류를 가하면 유전체중에는 쌍극자의 배열로 인하여 전도전류(흡수전류)가 발생하고, 계속 극성이 바뀜으로인하여 쌍극자가 회전을 반복하여 마찰력에 의한 유전분극 손실이 발생합니다.

자세한 사항은 전기 관련 전문가에게 물어보는 것이 빠를 것 같습니다.

이 사항은 에너지 밸런스로 하면 안되며, 고주파는 자기장 형성을 해주는 역할만을 하며 대상 분자 내의 전자 이동으로 인한 마찰열로 봐야됩니다.

[고주파 가열 정의]
고주파 가열은 유전가열과 유도가열을 총칭하는 것으로, 전자는 고주파의 유전체 손실을 이용하여 생고치의 살용(殺踊), 건조, 목재의 건조와 고무의 가황, 플라스틱의 열처리 및 접착 등을 하는 것으로, 수 ㎒ 이상의 비교적 높은 주파수가 쓰인다. 또 후자의 유도가열은 주로 와류손이나 표피효과를 이용해서 축과 톱니바퀴 등의 표면 담금질을 하는 데 이용되며 수 ㎑ 정도의 고주파가 사용된다. (출처 : 일진사 전기용어사전)

[유전체 손실]
교류 전압을 가하면 ...전기 이중추 형성 ...1초에 60번 ...교대로 ....

교류전압 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

유전체 ------------------------------------------------------------------------

유전체 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

교류전압 ----------------------------------------------------------------------

교류는 1초에 60번(60 헤르츠) ....(+ -) 극성이 바뀌기 때문에 ...유전체 내 전자도  60번 극성이 바뀜
유전체 손이란 ....유전체 내 전자가 ...60번 극성이 바뀔때 ...전자의 움직임에 따른 손실을 말함 (열발생)

유전체란 절연체란 말과 같은 뜻이며 전류를 거의 흘리지 않고 누설전류 정도만 흘려주게 됩니다. 교류에서 전압의 방향이 50~60번/1초로 바뀌기 때문에 발생하는 손실이라고 생각하시면 됩니다.

유전체에 교류를 가하면 유전체중에는 쌍극자의 배열로 인하여 전도전류(흡수전류)가 발생하고, 계속 극성이 바뀜으로인하여 쌍극자가 회전을 반복하여 마찰력에 의한 유전분극 손실이 발생합니다.

자세한 사항은 전기 관련 전문가에게 물어보는 것이 빠를 것 같습니다.

스테파노 Stefano

13-12-02 10:45

(1) 전력을 공급하여 고주파 방식으로 가열한다고 해도 에너지 밸런스를 맞추지 않고는 성립할 수 없습니다. 고주파 건조기를 사용시에도 에너지 밸런스는 건조기 입출구의 엔탈피 밸런스와 공급전력의 실제 출력에너지로 계산할 수 있습니다.

(시간당) 건조기 입구 엔탈피, A kcal/h = (피건조물의 엔탈피, kcal/h) + (공급스팀의 엔탈피, kcal/h)
(시간당) 건조기 공급 전력(출력)량, B kcal/h = (공급전력, P kWh/h)*(고주파 가열기 효율)*[에너지환산계수, 860 kcal/kWh]
(시간당) 건조기 출구 엔탈피, C kcal\/h = (건조제품의 엔탈피, kcal/h) + (배출조건에서의 증발수분+공급수분 엔탈피, kcal/h)

위의 A,B,C로부터 에너지밸런스는 A+B=C를 만족해야합니다.

(3) 극초단파(Microwave)를 이용하여 피건조물의 수분만을 가열하여 증발잠열만 공급한다고 해도 970,200 kcal/h의 전력이 필요합니다. 참고로.. 가정용 Microwave Oven의 열효율은 약 60%정도라고 하는데 이 효율을 기준으로 소요전력을 추정하면 다음과 같습니다.

증발잠열만을 고주파가열을 위한 공급전력으로 환산 = 970,200 kcal/h / (860kcal/kWh) /(고주파가열 효율0.6 )
= 1,880 kWh/h = 1.8 MW

(4) 시간당 피건조물 처리량 12 T/H, 시간당 총전력량 100 kWh (혹은 100 kW 가열기의 수량)등의 숫자에 문제가 있지 않는 한, 실소요 전력이 100 kW만으로 위의 가열기를 가동시킬수 있다는 것은 전혀 합리성이 없어보입니다.