게시판 > 질답게시판 > air dryer 질문입니다.

배경환 grape808

13-08-15 20:24

오늘 하루종일 머리 싸매고 공부한 결과 입니다.(문제 조건이 바뀌었네요.ㅜㅜ제가 데이타 시트를 잘 못 보고 적었네요.ㅜㅜ.7barg가 아니라 7.5barg입니다.)
제가 알고 싶은것은 air dryer에 discharged의 수증기량을 구하는데 맞게 했는지 모르겠습니다.

-40도씨 dew point@1barA의 수증기 vapor pressure는 0.096mmHg입니다.

(토탈압력 변한만큼 부분압력도 같은 portion으로 변한다는 걸 적용하면.)

-40도씨 dew point@8.5barA에서---> convert--> 대기에서의 dewpoint을 찾습니다.
*과정*
1.-40도씨 dew point@1barA의 수증기 vapor pressure는 0.096mmHg이다.
2.8.5barA/1barA=8.5 (비율을 찾음)
3.1번의 값인 0.096mmHg를 8.5로 나누면 0.0113mmHg이다.

수증기표를 보고 0.0113mmHg를 나타나는 dewpoint는 -57도씨이다. 수증기량은 7ppm=7mg/air,1kg이다.

0.007g/kg*(1kg air/34.24mol)*(34.24mol/0.766m3)=0.0091g/m3입니다.

그러면 discharg라인에 수증기량은 0.0091g/m3이 맞나요?

스테파노 Stefano

13-08-15 20:26

(1) Dew Point
이슬점은 응축성 물질의 분압이 그 물질의 증기압과 같아지는 온도입니다. Dew Point -40℃@7barg 라고 하면 7barg압력 내에 -40도의 물(Ice)의 증기압에 해당하는 분압이 존재한다는 이야기 입니다

물의 증기압 @-40℃ =12.84 Pa
(http://www.google.co.kr/webhp?source=search_app&gws_rd=cr#bav=on.2,or.r_qf.&fp=4dfee605c10d0c85&newwindow=1&q=vapor+pressure+of+ice)

공기압력 7barg = 700,000+101,325 Pa
이 조건에서 수분의 mole % = (12.84/801,325)*(100%) = 0.001602 m%

이는 혼합물 전체중 수증기의 몰% 함량이 되는데 이를 건조공기당 수증기 함량으로 고치면
물함량 m2 kg-H2O/kg Dry Air = 0.001602%*18.02/{(100%-0.001602%)*28.8}
= 10.024 (10^-6) kg-H2O/kg-Dry Air....(1)

(2) 유입공기량
10,000 Nm3/h의 공기가 유입되고 있다고 하면 이는 습공기 기준인지 건조공기 기준인지 확인해 볼 필요가 있습니다.
만일 습공기 기준이라고 하면 이로부터 건조공기유량으로 환산해서 계산하는 것이 편리합니다.

유입공기량, Q kg-Dry Air/h .......(2)

(3) 유입공기중 수분함량

1.697 kg-H2O/100 m3이라고 기록하고 있는데 100m3의 기준이 아주 불분명합니다. 온도, 압력도 알아야 하고 습공기부피기준인지 건공기 부피기준인지 ?

만일 수분함량이 m1 kg-H2O/kg-Dry Air .....(3) 이라고 하면

(4) Dryer Load
위의 데이터로부터 Air Dryer의 부하는 다음과 같이 계산됩니다.

건조기에서 제거되는 수분의 양 = (w1-w2)*Q kg-H2O/h ....(4)

위의 (2)식에 의한 kg-Dry Air/h단위의 공기유량과 (3)식에 의한 kg-H2O/kg-Dry Air 단위의 수분함량을 정확히 계산하여 (4)식으로 계산하면 됩니다.

직접 유량과 수분함량을 확인하여 답글로 올려주세요.

(1) Dew Point 
이슬점은 응축성 물질의 분압이 그 물질의 증기압과 같아지는 온도입니다.  Dew Point -40℃@7barg 라고 하면 7barg압력 내에 -40도의 물(Ice)의 증기압에 해당하는 분압이 존재한다는 이야기 입니다

물의 증기압 @-40℃ =12.84 Pa 
(http://www.google.co.kr/webhp?source=search_app&gws_rd=cr#bav=on.2,or.r_qf.&fp=4dfee605c10d0c85&newwindow=1&q=vapor+pressure+of+ice)

공기압력 7barg = 700,000+101,325 Pa
이 조건에서 수분의 mole % = (12.84/801,325)*(100%) = 0.001602 m%

이는 혼합물 전체중 수증기의 몰% 함량이 되는데 이를 건조공기당 수증기 함량으로 고치면
물함량 m2 kg-H2O/kg Dry Air = 0.001602%*18.02/{(100%-0.001602%)*28.8} 
= 10.024 (10^-6) kg-H2O/kg-Dry Air....(1)

(2) 유입공기량 
10,000 Nm3/h의 공기가 유입되고 있다고 하면 이는 습공기 기준인지 건조공기 기준인지 확인해 볼 필요가 있습니다. 
만일 습공기 기준이라고 하면 이로부터 건조공기유량으로 환산해서 계산하는 것이 편리합니다.

유입공기량, Q kg-Dry Air/h .......(2)

(3) 유입공기중 수분함량

1.697 kg-H2O/100 m3이라고 기록하고 있는데 100m3의 기준이 아주 불분명합니다.  온도, 압력도 알아야 하고 습공기부피기준인지 건공기 부피기준인지 ?

만일 수분함량이 m1 kg-H2O/kg-Dry Air .....(3) 이라고 하면 
 
(4) Dryer Load
위의 데이터로부터 Air Dryer의 부하는 다음과 같이 계산됩니다.

건조기에서 제거되는 수분의 양 = (w1-w2)*Q  kg-H2O/h ....(4)

위의 (2)식에 의한 kg-Dry Air/h단위의 공기유량과 (3)식에 의한 kg-H2O/kg-Dry Air 단위의 수분함량을 정확히 계산하여 (4)식으로 계산하면 됩니다.

직접 유량과 수분함량을 확인하여 답글로 올려주세요.

스테파노 Stefano

13-08-16 06:03

답글을 적어 올리는 직전에 추가 답글이 올려져 있었군요.

(5) -40도의 물(실제로는 얼음)의 증기압이 0.096mmHg 라고 하고 Dryer 출구의 공기압력이 7.5 barg라고 하면
건조기 출구 수분 함량은 0.096/{(7.5+1.01325)*750.06} =0.0015034 m% in Wet Air가 됩니다. ...(5)

이를 건조공기 기준 수분함량으로 고치면 (0.0015034*18.02)/((100-0.0015034)*28.8)= 9.4 (10^-6) kg-H2O/kg-Dry Air가되지요 ....(6)

건조기 출구의 표준상태 (습공기기준) 부피당 수분량은 (5)의 몰농도로부터 계산할 수 있는데 0.0015034 mole-H2O/100 mole-Air의 관계로부터 0.0015034 * 18.02 kg-H2O / (100*22.414 Nm3) = 12.087 (10^-6) kg-H2O/Nm3 가 됩니다.

이를 g/Nm3 단위로 나타내면 12.087 (10^-3) g-H2O/Nm3 = 0.012087 g-H2O/Nm3 이 됩니다.

추가질문에서의 <0.0091g/m3>라는 수치는 습공기 기준인지 건조공기 기준인지 점검해 보기바랍니다.

배경환 grape808

13-08-16 16:34

답변 정말 감사합니다.
조금씩 개념은 잡혀가고 있으나 여전히 어렵네요.ㅜㅜ
일단 단위부터 생소하다보니 단위를 바꾸는 것 조차도 어렵습니다.

암튼 inlet에 air는 실제 루와이스지역 대기조건으로 온도:40도, 습도:40%,기압:1barA 조건으로 계산했습니다.

inlet의 수증기분압은 22.1296mmHg이며 분율로 나타내면 22.196/750.06=2.96m% wet air입니다.
건조공기 기준 수분함량으로 바꾸니..
(2.96*18.02)/((100-2.96)*28.8)=0.019kg-H2O/kg-dry air
입니다.

outlet는 마찬기지 방법으로(이미 계산해주셨지만) 계산해보니..0.0000094kg-H2O/kg-dry air가 됩니다.

마지막 feed의 유량이 10,000Nm3/hr인데..
이걸 건조 유량으로 바꿔야하는데..

건조유량으로 어떻게 바뀌어야하는지ㅜㅜ
모르는거 투성이네요..
그래도 시도는 해보았는데

10,000Nm3/hr를 실제온도와 압력에 보정해서 11061.33m3/hr로 고쳤습니다.

다음으로 11061.33*(28.8g/1mol)*(1mol/22.4L)*(22.4L/0.0224m3)=142217.1kg-dry air/hr라고 제 멋대로 계산했는데 맞는지도 모르겠습니다. ㅜㅜ(익숙하지 않는 단위이다 보니..어렵네요..)

건조기에서 제거되는 수분의 양 = (w1-w2)*Q kg-H2O/h
=(0.019kg-H2O/kg-dry air - 0.0000094kg-H2O/kg-dry air)*142217.1kg-dry air/hr
=2700kg-H2O/hr

이렇게 많이 처리 하지 않을것 같은데요..;;;;;
아마도 유량을 구하는데서 틀린것 같은데 무엇이 잘 못인지 알려주세요.ㅜㅜ

스테파노 Stefano

13-08-16 19:16

(1) 수분함량 (건조공기기준 절대습도)을 아주 정확히 잘 계산하였습니다.
40도에서 상대습도 40%라면 수증기 분압이 포화증기압 55.3 mmHg의 40% 인 22.1296 mmHg가 된 것이지요.

건조기 출구에서의 수분함량이 아주 낮기 때문에 입구의 수분을 모두 제거한다고 계산해도 되지만 정확한 계산방법과 개략적 추정하는 방법을 모두 알아두는 것이 좋지요.

1 kg-Dry Air당 제거되는 수분의 양은 바로 (0.019 - 0.000 000 94) kg-H2O/kg-Dry Air ≒ 0.019 kg-H2O/kg-Dry Air가 됨을 알 수 있지요. 출구 수분의 농도가 아주 낮기 때문입니다. ...(7)

(2) 건조기 유입공기의 유량
온도, 압력, 수분을 알고 있는 공기의 유량이 10,000 Nm3/h라는 수치라고 해도 이 값이 건조공기 유량인지 습공기 유량인지 구분이 명확해야 계산이 가능합니다.

(3a) 10, 000 Nm3/h가 만일 건조공기라면 건조공기 유량으로 (10,000 /22.414) kg-mole Dry Air/h or 446.15 kg-mole Dry Air/h; 12, 849.112 kg-Dry Air/h 로 계산됩니다. 실제 온도와 압력, 습도와는 상관없이 계산된 것입니다. 굳이 Actual Volume으로 고칠 필요가 없습니다. 건조기 수분제거부하는 이값에 kg-건조공기량당 제거되는 수분량 (7)을 곱하면 바로 계산됩니다. ..(8)

(3b) 그러나 10, 000 Nm3/h가 만일 습공기 기준이라고 하면 습도 2.96 m% Wet Air임을 고려해서 건조공기 유량을 알아내야 합니다. Wet Air 기준 m% H2O를 Dry Air 기준 m% H2O로 고치는 것은 간단합니다.

2.96 m%가 수분, 97.04 m%가 공기이므로 Dry Basis m%는 (2.96/97.04)*(100 m% Dry Air Basis)=3.05 m% Dry Air Basis (0.0305 kg-mole H2O/kg-mole Dry Air)가 됩니다. ...(9)

또한 10,000 Nm3 Wet Air 중 97.04 m%가 Air이므로 (8)에서 계산한 수치 446.15 kg-mole/h 의 97.04 m%는 Dry Air가 됩니다. 여기에 건조공기의 분자량 28.8을 곱하면 건조공기 Mass Flow가 됩니다.

(3a)의 경우 12849*0.019 = 244.0 kg/h
(3b)의 경우 12469*0.019 = 236.9 kg/h

출구 공기의 양은 무시해도 될 것입니다.
<다음으로 11061.33*(28.8g/1mol)*(1mol/22.4L)*(22.4L/0.0224m3)=142217.1kg-dry air/hr라고 제 멋대로 계산했는데..> 이계산이 문제였던 것 같습니다.

표준상태에서 이상기체 22.4NL의 몰수는 1 g-mole이 되듯이 22.4 Nm3의 가스량은 1 kg-mole이 됩니다. 또 L를 m3로 환산하려면 1000 L/m3을 쓰면 되는데 22.4 L/0.0224m3와 같이 사용하고 있습니다. 그러다 보니 계산착오도 나로 ㅆ

Nm3를 실제부피로 바꾸어 계산했다면 22.4 Nm3/kg-mole 도 실제부피로 고쳐 나누어야 실제 kg-몰수를 계산할 수있습니다. (Nm3 단위라면 굳이 실제부피로 고칠 필요가 없지요. ) 이부분이 틀렸습니다. 또다른 오류는 습공기의 분자량입니다. 실제부피는 수증기와 공기의 혼합가스이므로 농도를 고려한 평균분자량이 사용되어야 합니다. 마지막 오류는 소숫점 위치입니다. 계산대로라면 1과 7사이에 소숫점이 들어서야 되지요. 현재는 10배 큰값이 돼버렸습니다.

(4) Dew Point
많은 엔지니어들이 공기건조기 출구의 Dew Point에 관하여 잘못알고 있는 경우가 많습니다.
흔히 대기압상태의 Dew Point로 알고 있는데 이는 잘못된 것이지요. 실제압력에서의 Dew Point임에 주의해야 합니다.

(1) 수분함량 (건조공기기준 절대습도)을 아주 정확히 잘 계산하였습니다. 
40도에서 상대습도 40%라면 수증기 분압이 포화증기압 55.3 mmHg의 40% 인 22.1296 mmHg가 된 것이지요.

건조기 출구에서의 수분함량이 아주 낮기 때문에 입구의 수분을 모두 제거한다고 계산해도 되지만 정확한 계산방법과 개략적 추정하는 방법을 모두 알아두는 것이 좋지요.

1 kg-Dry Air당 제거되는 수분의 양은 바로  (0.019 - 0.000 000 94) kg-H2O/kg-Dry Air ≒ 0.019 kg-H2O/kg-Dry Air가 됨을 알 수 있지요.  출구 수분의 농도가 아주 낮기 때문입니다.  ...(7)

(2) 건조기 유입공기의 유량
온도, 압력, 수분을 알고 있는 공기의 유량이 10,000 Nm3/h라는 수치라고 해도 이 값이 건조공기 유량인지 습공기 유량인지 구분이 명확해야 계산이 가능합니다.

(3a) 10, 000 Nm3/h가 만일 건조공기라면 건조공기 유량으로  (10,000 /22.414) kg-mole Dry Air/h or 446.15 kg-mole Dry Air/h;  12, 849.112 kg-Dry Air/h 로 계산됩니다.  실제 온도와 압력, 습도와는 상관없이 계산된 것입니다.  굳이 Actual Volume으로 고칠 필요가 없습니다.   건조기 수분제거부하는 이값에 kg-건조공기량당 제거되는 수분량 (7)을 곱하면 바로 계산됩니다.   ..(8)

(3b) 그러나  10, 000 Nm3/h가 만일 습공기 기준이라고 하면  습도 2.96 m% Wet Air임을 고려해서 건조공기 유량을 알아내야 합니다.   Wet Air 기준 m% H2O를 Dry Air 기준 m% H2O로 고치는 것은 간단합니다.

2.96 m%가 수분, 97.04 m%가 공기이므로  Dry Basis m%는  (2.96/97.04)*(100 m% Dry Air Basis)=3.05 m% Dry Air Basis (0.0305 kg-mole H2O/kg-mole Dry Air)가 됩니다.  ...(9)

또한 10,000 Nm3 Wet Air 중 97.04 m%가 Air이므로  (8)에서 계산한 수치 446.15 kg-mole/h 의 97.04 m%는 Dry Air가 됩니다.   여기에 건조공기의 분자량 28.8을 곱하면 건조공기 Mass Flow가 됩니다.

(3a)의 경우 12849*0.019 = 244.0 kg/h
(3b)의 경우 12469*0.019 = 236.9 kg/h

출구 공기의 양은 무시해도 될 것입니다.  
<다음으로 11061.33*(28.8g/1mol)*(1mol/22.4L)*(22.4L/0.0224m3)=142217.1kg-dry air/hr라고 제 멋대로 계산했는데..> 이계산이 문제였던 것 같습니다.

표준상태에서 이상기체 22.4NL의 몰수는 1 g-mole이 되듯이 22.4 Nm3의 가스량은 1 kg-mole이 됩니다.  또 L를 m3로 환산하려면 1000 L/m3을 쓰면 되는데  22.4 L/0.0224m3와 같이 사용하고 있습니다. 그러다 보니 계산착오도 나로 ㅆ

Nm3를 실제부피로 바꾸어 계산했다면 22.4 Nm3/kg-mole 도 실제부피로 고쳐 나누어야 실제 kg-몰수를 계산할 수있습니다. (Nm3 단위라면 굳이 실제부피로 고칠 필요가 없지요. ) 이부분이 틀렸습니다.   또다른 오류는 습공기의 분자량입니다.   실제부피는 수증기와 공기의 혼합가스이므로 농도를 고려한 평균분자량이 사용되어야 합니다.  마지막 오류는 소숫점 위치입니다.  계산대로라면 1과 7사이에 소숫점이 들어서야 되지요. 현재는 10배 큰값이 돼버렸습니다.

(4) Dew Point
많은 엔지니어들이 공기건조기 출구의 Dew Point에 관하여 잘못알고 있는 경우가 많습니다. 
흔히 대기압상태의 Dew Point로 알고 있는데 이는 잘못된 것이지요. 실제압력에서의 Dew Point임에 주의해야 합니다.

배경환 grape808

13-08-17 14:41

정말 감사합니다.
정리를 하면서 궁금하게 너무나도 많이 생겼습니다.

1. 단위
건조공기당 수증기함량으로 고칠때의 궁금증입니다.
수분의 mole%=2.95m%일때.
건조공기당 수증기함량인
kg-H2O/kg-dry air=(2.95m%*18.02g/mol) / ((100m%-2.95m%)*28.2g/mol)=0.019kg-H2O/kg-dry air
이라고 했는데 어떻게 단위가 kg-H2O/kg-dry air로 나오게 되는것인가요???(가장 기초적인데..모르겠어요 ㅜㅜ)

2.outlet 수증기압이 -40도씨에서 포화수증기압을 적었는데(12.84Pa)로, 그런데 outlet은 8.5barA이므로 포화수증기압도 total pressure 변화를 고려해서 다시 계산해야하지 않나요?
(즉,8.5barA일때의 vapor pressure를 적어야 한는것이 아니가요?)

3.IA(계장공기)는 6~7kgf/cm2로 공급되는데, 그때의 dew point계산하는 방법 알려주세요.ㅜㅜ

4. dayer vessel에는 activated alumina가 packing되어있습니다. vessel에 들어가기전에 cooler로 들어간 다음 seperator를 거치고 dessicant vessel로 들어감니다.(즉, Hot air from compressor -> cooler -> seperator -> dessicant vessel)입니다.
data sheet를 보니 inlet의 water contents가 100% saturated 입니다. 아마도 seperaor에서 분리된 수증기여서 100%라고 추정 됩니다. 그리고 이게 vendor package여서 SPX라는 회사에 들어가 dessicant인 activated alumina 스펙을 확인해보니 100% saturated 상태에서는 흡수율이 40wt%입니다.
(자세한 스펙은 total pore volume:0.5cc/gm, surface area:360m2/gm, ball size:3/16mm, density:760kg/m3)

그래서 dessicant vessel에서 흡수하는 양을 계산 해 보았습니다. packing되는dessicant양은 12.82m3입니다.
(packing되는 양을 몰라서 vessel이 비어 있을때가 6665kg인데 operating일때는 16415kg이라고 적어져 있기에 둘에 무게를 빼서 밀도로 나누어 주었습니다. operating이라고 적어져있기에 물을 흡착한 양까지 포함 했을까 의심했지만 data sheet아래 test라는 무게는 22680kg이여서 이게 물을 흡착한 vessel에 무게라고 추정했습니다.)

궁금증이 여기서 부터 생겼습니다. 100% saturated 수증에서 40wt%만 흡착하고 60wt%로는 밖으로 나간다는 이야기 인데 어떻게 0.019kg-H2O/kg-dry air(-40도씨 dew point @ 8.5barA)으 수분을 함량하는 공기가 되는건지;;;
seperator에서 대부분의 수증기가 액화되어 제거 되어서 dessicant로 들어오게 되나요??
그러면 dessicant vessel에서 제거되는 양은 얼마일까요..ㅜㅜ??
(제 계산은 이렇습니다. inlet에 수분량은 236.91kg-H2O/hr입니다. dessicant vessel에서 40wt%흡수를 하니까 outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr을 0.4로 나누어 준 값이 dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr입니다. 즉 dessicant vessel에서는 완전 조금 흡착하고 대부분은 seperator에서 분리되어 제거된다는 저의 허접한 결론 입니다.-이게 맞는건지도 궁금하네요;;;dessicant에서 너무 조금 수분을 흡착하는지:;;;)

1학년때 공부를 제대로 안해서 인지 단위환산조차도 어렵네요..ㅜㅜ
친절하게 답변 달아주신 스테파노님 정말 감사합니다.
복 받으실거에요!^^

정말 감사합니다.
정리를 하면서 궁금하게 너무나도 많이 생겼습니다.

1. 단위
 건조공기당 수증기함량으로 고칠때의 궁금증입니다.
 수분의 mole%=2.95m%일때.
 건조공기당 수증기함량인
 kg-H2O/kg-dry air=(2.95m%*18.02g/mol) / ((100m%-2.95m%)*28.2g/mol)=0.019kg-H2O/kg-dry air
이라고 했는데 어떻게 단위가 kg-H2O/kg-dry air로 나오게 되는것인가요???(가장 기초적인데..모르겠어요 ㅜㅜ)

2.outlet 수증기압이 -40도씨에서 포화수증기압을 적었는데(12.84Pa)로, 그런데 outlet은 8.5barA이므로 포화수증기압도 total pressure 변화를 고려해서 다시 계산해야하지 않나요?
(즉,8.5barA일때의 vapor pressure를 적어야 한는것이 아니가요?)

3.IA(계장공기)는 6~7kgf/cm2로 공급되는데, 그때의 dew point계산하는 방법 알려주세요.ㅜㅜ

4. dayer vessel에는 activated alumina가 packing되어있습니다. vessel에 들어가기전에 cooler로 들어간 다음 seperator를 거치고 dessicant vessel로 들어감니다.(즉, Hot air from compressor -> cooler -> seperator -> dessicant vessel)입니다. 
 data sheet를 보니 inlet의 water contents가 100% saturated 입니다. 아마도 seperaor에서 분리된 수증기여서 100%라고 추정 됩니다. 그리고 이게 vendor package여서 SPX라는 회사에 들어가 dessicant인 activated alumina 스펙을 확인해보니 100% saturated 상태에서는 흡수율이 40wt%입니다. 
(자세한 스펙은 total pore volume:0.5cc/gm, surface area:360m2/gm, ball size:3/16mm, density:760kg/m3)

그래서 dessicant vessel에서 흡수하는 양을 계산 해 보았습니다. packing되는dessicant양은 12.82m3입니다.
(packing되는 양을 몰라서 vessel이 비어 있을때가 6665kg인데 operating일때는 16415kg이라고 적어져 있기에 둘에 무게를 빼서 밀도로 나누어 주었습니다. operating이라고 적어져있기에 물을 흡착한 양까지 포함 했을까 의심했지만 data sheet아래 test라는 무게는 22680kg이여서 이게 물을 흡착한 vessel에 무게라고 추정했습니다.)

궁금증이 여기서 부터 생겼습니다. 100% saturated 수증에서 40wt%만 흡착하고 60wt%로는 밖으로 나간다는 이야기 인데 어떻게 0.019kg-H2O/kg-dry air(-40도씨 dew point @ 8.5barA)으 수분을 함량하는 공기가 되는건지;;;
seperator에서 대부분의 수증기가 액화되어 제거 되어서 dessicant로 들어오게 되나요??
그러면 dessicant vessel에서 제거되는 양은 얼마일까요..ㅜㅜ??
(제 계산은 이렇습니다. inlet에 수분량은 236.91kg-H2O/hr입니다. dessicant vessel에서 40wt%흡수를 하니까 outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr을 0.4로 나누어 준 값이 dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr입니다. 즉 dessicant vessel에서는 완전 조금 흡착하고 대부분은 seperator에서 분리되어 제거된다는 저의 허접한 결론 입니다.-이게 맞는건지도 궁금하네요;;;dessicant에서 너무 조금 수분을 흡착하는지:;;;)

1학년때 공부를 제대로 안해서 인지 단위환산조차도 어렵네요..ㅜㅜ
친절하게 답변 달아주신 스테파노님 정말 감사합니다.
복 받으실거에요!^^

스테파노 Stefano

13-08-17 23:48

(1) < kg-H2O/kg-dry air=(2.95m%*18.02g/mol) / ((100m%-2.95m%)*28.2g/mol)=0.019kg-H2O/kg-dry air >

공업수학계산법 과목에서 배웟을 것으로 봅니다만....
기준: 100 kg-mole Wet Air
수분: 2.95 kg-mole Water = 2.95 kg-mole * 18.02 kg/kg-mole =53.159 kg
공기 97,05 kg-mole Dry Air= 97.05*28.8 kg * 28.8 kg/kg-mole = 2795.04 kg
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Total 2848.199 kg

위의 Data 로부터 건조공기 1 kg 당 수분의 양을 계산할 수 있잖아요. 위의 데이터로부터 평균 분자량도 계산할 수가 있습니다. 2848.199 kg/ 100 kg-mole = 28.48 kg-mole/kg-mole = 분자량

위의 인용부분 < .. >에서 g/mole 대신 kg-/kg-mole로 대신하면 위와 같은 계산값이 나옵니다.

(2) <outlet 수증기압이 -40도씨에서 포화수증기압을 적었는데(12.84Pa)로, 그런데 outlet은 8.5barA이므로 포화수증기압도 total pressure 변화를 고려해서 다시 계산해야하지 않나요? >
증기압은 절대압력을 의미합니다. 또 이는 액의 (포화)증기압은 온도에만 관련됩니다. 전체압력에 관련되는 물성이 아닙니다. 또 7.5 barg를 대기압을 고려한 절대압으로 고쳐주려면 1 bar가 아닌 1.01325 bar를 더해주어야 합니다.

(3) <IA(계장공기)는 6~7kgf/cm2로 공급되는데, 그때의 dew point계산하는 방법 알려주세요.ㅜㅜ >
공기압력만으로 Dew Point를 계산하는 방법은 없습니다. 그 가스중의 수분의 분압을 알면 이 압력을 나타내는 온도가 바로 Dew Point가 됩니다.

(1) < kg-H2O/kg-dry air=(2.95m%*18.02g/mol) / ((100m%-2.95m%)*28.2g/mol)=0.019kg-H2O/kg-dry air >

공업수학계산법 과목에서 배웟을 것으로 봅니다만....
기준: 100 kg-mole Wet Air
수분:   2.95 kg-mole Water = 2.95 kg-mole * 18.02 kg/kg-mole =53.159 kg 
공기  97,05 kg-mole Dry Air= 97.05*28.8 kg * 28.8 kg/kg-mole = 2795.04 kg
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Total   2848.199 kg

위의 Data 로부터 건조공기 1 kg  당 수분의 양을 계산할 수 있잖아요.  위의 데이터로부터 평균 분자량도 계산할 수가 있습니다.    2848.199 kg/ 100 kg-mole = 28.48 kg-mole/kg-mole = 분자량

위의 인용부분   < .. >에서  g/mole 대신 kg-/kg-mole로 대신하면 위와 같은 계산값이 나옵니다.

(2) <outlet 수증기압이 -40도씨에서 포화수증기압을 적었는데(12.84Pa)로, 그런데 outlet은 8.5barA이므로 포화수증기압도 total pressure 변화를 고려해서 다시 계산해야하지 않나요? > 
증기압은 절대압력을 의미합니다.   또 이는 액의 (포화)증기압은 온도에만 관련됩니다.  전체압력에 관련되는 물성이 아닙니다.    또 7.5 barg를 대기압을 고려한 절대압으로 고쳐주려면 1 bar가 아닌 1.01325 bar를 더해주어야 합니다.

(3)  <IA(계장공기)는 6~7kgf/cm2로 공급되는데, 그때의 dew point계산하는 방법 알려주세요.ㅜㅜ >
공기압력만으로 Dew Point를 계산하는 방법은 없습니다.  그 가스중의 수분의 분압을 알면 이 압력을 나타내는 온도가 바로 Dew Point가 됩니다.

스테파노 Stefano

13-08-18 19:24

(4)<inlet의 water contents가 100% saturated 입니다. 아마도 seperaor에서 분리된 수증기여서 100%라고 추정 됩니다.>
Compressor After Cooler 후단의 Separator는 압축공기의 포화상태를 초과하는 수분을 분리하는 용기입니다. 여기를 거친 압축 공기는 상대습도가 100%, 즉 압축공기중에 들어있는 수분의 분압이 그 온도에서의 증기압과 같기 때문에 RH 100%이지요.

<dessicant인 activated alumina 스펙을 확인해보니 100% saturated 상태에서는 흡수율이 40wt%입니다> 이는 Dessicant가 흡수하는 수분의 양이 공기의 상대습도에 비례한다는 것을 언급하는 내용입니다.

(5) <궁금증이 여기서 부터 생겼습니다. 100% saturated 수증에서 40wt%만 흡착하고 60wt%로는 밖으로 나간다는 이야기 인데 어떻게 0.019kg-H2O/kg-dry air(-40도씨 dew point @ 8.5barA)으 수분을 함량하는 공기가 되는건지;;;>
Dessicant 에 흡착된 수분과 평형에 있는 기상의 수증기는 60%가 되는데 건조기 입구입구부분에서부터 점차로 수분이 Dessicant에 흡착하면서 공기중의 수분을 점점 낮추어 가면서 진행하므로 건조공기가 얻어집니다.

(6)<(제 계산은 이렇습니다. inlet에 수분량은 236.91kg-H2O/hr입니다. dessicant vessel에서 40wt%흡수를 하니까 outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr을 0.4로 나누어 준 값이 dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr입니다. 즉 dessicant vessel에서는 완전 조금 흡착하고 대부분은 seperator에서 분리되어 제거된다는 저의 허접한 결론 입니다.-이게 맞는건지도 궁금하네요;;;dessicant에서 너무 조금 수분을 흡착하는지:;;;)>
건조기 입구 수분량은 비슿한 수치같은데 <dessicant vessel에서 40wt%흡수>, <outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr>, <dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr> 등은 전혀 근거가 없는 수치이고 맞지 않는 계산입니다.

건조기 입구에서의 공기중 수분함량과 출구에서의 수분의 함량으로부터 계산한 값은 이미 계산한바 있습니다 이 양이 건조기에서 제거되고 있습니다.

(7) Air Dryer Beds는 주로 2개로 되어 있어서 일정 주기로 교체됩니다. 만일 교체주기가 x hour라고 한다면 하나의 Dryer 에서 제거되는 수분량 (kg/h)의 x 시간분에 해당하는 수분이 Dessicant 에 흡착되어 있다가 재행될 때 수분이 떨어져 배출되지요.

시간당 유입되는 수분의 양, 시간당 제거되는 수분의 양, 등은 모두 kg/h의 단위로 되어 있지만
Dryer Bed에 흡착된 양은 x시간의 누적된 양이라서 위의 kg/h에 시간 x를 곱한 값이 됩니다.

(8) Separator에서 제거되는 수분량
대기압상태에서 존재하던 수분은 압축후 냉각하면서 응축되어 Separator에서 대부분 제거돠고 남는 수분만 건조기에서 제거됩니다. 이부분을 혼동하고 있는 것으로 봅니다. 공기압력이 높아지면 습도가 RH100%가 되어도 크게 줄어듧니다.

<dessicant인 activated alumina 스펙을 확인해보니 100% saturated 상태에서는 흡수율이 40wt%입니다> 이는 Dessicant가 흡수하는 수분의 양이 공기의 상대습도에 비례한다는 것을 언급하는 내용입니다.

(5) <궁금증이 여기서 부터 생겼습니다. 100% saturated 수증에서 40wt%만 흡착하고 60wt%로는 밖으로 나간다는 이야기 인데 어떻게 0.019kg-H2O/kg-dry air(-40도씨 dew point @ 8.5barA)으 수분을 함량하는 공기가 되는건지;;;>
Dessicant 에 흡착된 수분과 평형에 있는 기상의 수증기는 60%가 되는데 건조기 입구입구부분에서부터 점차로 수분이 Dessicant에 흡착하면서 공기중의 수분을 점점 낮추어 가면서 진행하므로 건조공기가 얻어집니다.

(6)<(제 계산은 이렇습니다. inlet에 수분량은 236.91kg-H2O/hr입니다. dessicant vessel에서 40wt%흡수를 하니까 outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr을 0.4로 나누어 준 값이 dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr입니다. 즉 dessicant vessel에서는 완전 조금 흡착하고 대부분은 seperator에서 분리되어 제거된다는 저의 허접한 결론 입니다.-이게 맞는건지도 궁금하네요;;;dessicant에서 너무 조금 수분을 흡착하는지:;;;)>
건조기 입구 수분량은 비슿한 수치같은데  <dessicant vessel에서 40wt%흡수>,  <outlet 수분함량=0.1176kg-H2O/hr>, <dessicant vessel에서 흡수하는 양 입니다. 계산해보니 0.294kg-H2O/hr> 등은 전혀 근거가 없는 수치이고 맞지 않는 계산입니다.

건조기 입구에서의 공기중 수분함량과 출구에서의 수분의 함량으로부터 계산한 값은 이미 계산한바 있습니다  이 양이 건조기에서 제거되고 있습니다.

(7) Air Dryer Beds는 주로 2개로 되어 있어서 일정 주기로 교체됩니다.  만일 교체주기가 x hour라고 한다면 하나의 Dryer 에서 제거되는 수분량 (kg/h)의 x 시간분에 해당하는 수분이 Dessicant 에 흡착되어 있다가 재행될 때 수분이 떨어져 배출되지요.

시간당 유입되는 수분의 양,  시간당 제거되는 수분의 양, 등은   모두 kg/h의 단위로 되어 있지만
Dryer Bed에 흡착된 양은  x시간의 누적된 양이라서  위의  kg/h에 시간 x를 곱한 값이 됩니다.

(8) Separator에서 제거되는 수분량
대기압상태에서 존재하던 수분은 압축후 냉각하면서 응축되어 Separator에서 대부분 제거돠고 남는 수분만 건조기에서 제거됩니다.   이부분을 혼동하고 있는 것으로 봅니다.   공기압력이 높아지면 습도가 RH100%가 되어도 크게 줄어듧니다.

배경환 grape808

13-08-18 22:54

답변 달아주셔서 감사합니다.^^

마지막 air dryer질문 입니다.

(8) Separator에서 제거되는 수분량을 계산 하려고 하는데 문제가 있어서 질문드립니다.

조건:
flash드럼으로 들어가는 cooler air- 압력: 8.3barg, 온도:50도씨, 유량:10000Nm3/hr, 엔탈피:?(열역학책 부재로인해 못찾아요.)
flash되어서 나가는 vapor- 압력:8.15barg, 온도:48도씨, 엔탈피:못 찾음.ㅜㅜ
응축된 물: 온도:48도씨, 엔탈피: 못찾음..ㅜㅜ

이런 조건 입니다.
에너지 balance와 물질수지식을 세워서 계산하려고 하는데
물질 수지식m = m1+ m2 = 10000Nm3/hr
m1= vapor, m2=liquid flow
에너지 수지식: m*h = m1*h1+m2*h2,

연립해서 풀면되는데 유량의 단위를 kg/hr로 환산해서 해야하는데

10000Nm3/hr*((1/(operated barg+1,0332)) * ((operated temp.+273)/273))를 값을 대입해서 풀면

1309.7m3/hr가 나오는데 공기의 밀도(=8.5kg/m3)를 곱하면 11132.45kg/hr가 나옴니다.

이렇게 가지고 나온 값을 물질수지식에 넣고 대입해서 풀어도 되는건지 궁금합니다???(엔탈피는 숙소에가서 pro2로 알아 보겠습니다.)

한국가서 다시 화공양론 공부해야할듯 하네요..ㅜㅜ
여기와서 바닥을 본듯.ㅜㅜ
지금까지 답글 달아주신 스테파노님 감사합니다. 저도 화공후배들에게 도움을 줄 수 있는 사람이 되고 프네요.

스테파노 Stefano

13-08-18 23:41

(0) 화공전공자로서 화공의 기본을 충실히 다지려고 다짐했다면 다행입니다. 늦었다고 생각될 때 시작하여도 늦은 것은 아닙니다.

(1) Separator에서 응축되는 수분의 양 계산..
이미 8-15일 답글에서 자세히 설명하였기 때문에 이 부분을 다시 찾아보기 바랍니다. 물질수지, 에너지 수지, 엔탈피 등은 전혀 필요가 없습니다. 필요한 것은 수증기표 하나면 됩니다.

(2) Air량 10000Nm3/hr 의 기준..
Air량으로 언급하는 10,000 Nm3/h는 습공기기준 인지 건조공기인지를 확인해 보라는 것을 유념하지 않는 것 같습니다.
기본을 무시하면 모든 계산은 쓸모없는 계산결과를 얻습니다

(3) Nm3/h 로 나타낸 유량을 Actual Volume 유량으로 환산..
왜 그리하려는지 그 목적이 궁금합니다.

또.. Nm3/h의 부피를 실제부피로 계산하려 한다고 해도 다음 수식을 사용해야 합니다.
( V Nm3/h) * (1.01325 bara)/(P +1.01325)bara * (273.15 + t) K/ 273.15 K = Q (Actual State) m3/h ...(10)

수식에서 사용하고 있는 <(1/(operated barg+1,0332))>의 분자는 표준상태 압력을 "기압" 단위로 나타내고 있고 분자의 괄혹의 실제압력은 "bar" 단위의 계기압력으로 계산하고, 또 대기압은 "kgf/cm2" 단위를 사용하기 위해 1.0332 라는 숫자를 사용하고 있는데 ... 이런 어처구니 없는 오류는 "단위를 무시" 하고 "기준을 무시"하는 데서 비롯되지요.

Nm3을 (Actual State)m3 단위로 환산시 압력환산계수는 분모 분자의 단위를 통일시켜 1.01325 bar/(7.0+1.013252)bar를 사용하거나 1.0332 kg/cm2/(7.138 + 1.0332)kg/cm2를 쓰거나 1 atm/(6.9085+1)atm를 써야됩니다.

(4) 질문과 답변이 반복되고 있지만, 앞선 답글로부터 다음 계산을 다시 정확히 해보도록 하세요.

건조Air 유량: V Nm3-Dry Air/h or M kg-Dry Air/h
건조기 입구에서의 수분함량 (kg-H2O/kg-Dry Air) = w1
건조기 출구에서의 수분함량 (kg-H2O/kg-Dry Air) = w2

건조기 수분처리 용량 kg-H2O/h = M * (w1-w2)

(0) 화공전공자로서 화공의 기본을 충실히 다지려고 다짐했다면 다행입니다.  늦었다고 생각될 때 시작하여도 늦은 것은 아닙니다.

(1) Separator에서 응축되는 수분의 양 계산..
이미 8-15일 답글에서 자세히 설명하였기 때문에 이 부분을 다시 찾아보기 바랍니다.  물질수지,  에너지 수지, 엔탈피 등은 전혀 필요가 없습니다. 필요한 것은 수증기표 하나면 됩니다.

(2) Air량 10000Nm3/hr 의 기준..
Air량으로 언급하는 10,000 Nm3/h는 습공기기준 인지 건조공기인지를 확인해 보라는 것을 유념하지 않는 것 같습니다.
기본을 무시하면 모든 계산은 쓸모없는 계산결과를 얻습니다

(3) Nm3/h 로 나타낸 유량을 Actual Volume 유량으로 환산..
왜 그리하려는지 그 목적이 궁금합니다.

또.. Nm3/h의 부피를 실제부피로 계산하려 한다고 해도 다음 수식을 사용해야 합니다. 
( V Nm3/h) * (1.01325 bara)/(P +1.01325)bara * (273.15 + t) K/ 273.15 K = Q (Actual State) m3/h ...(10)

수식에서 사용하고 있는 <(1/(operated barg+1,0332))>의  분자는 표준상태 압력을 "기압" 단위로 나타내고 있고 분자의 괄혹의 실제압력은  "bar" 단위의 계기압력으로 계산하고,  또 대기압은 "kgf/cm2" 단위를 사용하기 위해 1.0332 라는 숫자를 사용하고 있는데 ... 이런 어처구니 없는 오류는 "단위를 무시" 하고 "기준을 무시"하는 데서 비롯되지요.

Nm3을 (Actual State)m3 단위로 환산시 압력환산계수는 분모 분자의 단위를 통일시켜 1.01325 bar/(7.0+1.013252)bar를 사용하거나  1.0332 kg/cm2/(7.138 + 1.0332)kg/cm2를 쓰거나 1 atm/(6.9085+1)atm를 써야됩니다.

(4) 질문과 답변이 반복되고 있지만, 앞선 답글로부터 다음 계산을 다시 정확히 해보도록 하세요.

건조Air 유량:  V Nm3-Dry Air/h  or M kg-Dry Air/h
건조기 입구에서의 수분함량 (kg-H2O/kg-Dry Air) =  w1
건조기 출구에서의 수분함량 (kg-H2O/kg-Dry Air) =  w2

건조기 수분처리 용량 kg-H2O/h  =  M * (w1-w2)

배경환 grape808

13-08-19 13:24

따금한 충고 감사합니다.
다시 기초부터 쌓아 올리겠습니다.

스테파노 Stefano

13-08-20 15:46

(0) 원점으로 돌아가서 다시 생각해보도록 하지요. 건조공기의 제조과정은 다음과 같습니다

대기공기(유량 32도 상대습도 50%RH)-->압축(8.5barg, 159도)-->냉각( ??도)--->Separator(응축수 분리)-->흡착식 건조기(Activated Alumina, 재생주기 8시간) -->Filter(분진여과)--->건조공기(7 barg, Dew Point -40도, 물의 증기압@-40℃=0.0963 mmHg)

(1) 위의 자료로부터 다음을 계산해 보세요. (아래의 9)에 관한 자료는 찾아서 계산하도록 하세요.

1) 대기중 (32도 RH50%)에 존재하는 수분의 함량을 kg-Water/kg-Dry Air로 계산
2) 대기의 성분을 몰% 단위로 계산
3) 대기의 유량을 kg-Dry Air/h로 계산
4) 압축후 냉각에 의해 Separator에서 분리되는 수분의 양
(맨처음 질문에서 압축공기가 건조기에 유입될 대 8.5barg 159도라고 했었는데 온도가 맞는지 확인하여 계산바람)
5) Separator에서 Dryer에 유입될 때의 공기중 수분함량
6) Dryer 출구 (7barg에서 Dew Point -40℃일 때의) 건조공기중 수분의 함량 계산 (습공기기준 또는 건조공기기준)
7) 건조기에서 제거되어야 하는 시간당 수분의 양
8) 건조기에서 8시간동안 제거해야 할 물의 양
9) 건조기에서 물 1kg "유효" 흡착, 탈착에 사용되는 Activated Alumina 부피(m3)
10) 필요한 Activated Alumia의 부피