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  절대습도 조절로 건조효율 향상에 대한 질문입니다.
  글쓴이 : usw심슨   고유ID : simjk00     날짜 : 19-08-07 13:02     조회 : 186    
지난번 스팀관련 답변에 감사드리며, 한번 더 도움을 청하고자 글을 남깁니다.
포화수증기 상태인 건조기 내부에 열풍을 넣어 절대습도 감소로 증발효율을 높이고
또한 그로인한 건조기(스팀 간접가열) 스팀사용량의 절감량을 알아보고 싶습니다.

포화수증기상태(건조기 내부 약 95도)이며, 건조기내부에 60도로 가열한 공기를 넣어 절대습도 감소를 하려고 합니다.
외부공기를 20도로 가정하여 60도로 가열된 공기는 charles's law에 따라 1.14배의 체적증가가 되고,
포화수증기압의 증가로(tetens equation) 포화수증기량 또한 증가하여 0.13 g/L 입니다.
이를 바탕으로 계산시 1.14 * 0.13 g/L = 0.15 g/L의 수분운반 가스(carrier air)가 되는것 까진 공부를 하며 알게 되었습니다.
여기서 저의 지식의 한계를 느끼며, 질문몇가지가 생기게 되었습니다.

1. 현재 일 수분증발량은 33,612 kg/d 며, 이 포화수증기의 수분을 운반하여 건조효율을 증가시키기 위하여 수분량/수분운반가스를 계산해보니(23,342g/min / 0.15 g/L) 수분운반을 위해 158.116 L/min의 공기주입량이 산정되었습니다.
(단순히 이 계산식이으로 건조효율에 맞는 풍량을 산정하는 것이 맞는지 의문이 있습니다)

2. 단순히 생각했을 때 당연히 수분운반을 통해 외부로 유출시 증발효율은 증가하겠구나라는 것은 알겠습니다. 하지만 가열공기를 넣어 건조기 스팀사용량이 얼마나 감소하는지에 대해서는 계산이 어렵습니다. 혹시 가능하다면 계산과 계산방법이나 정보를 부탁드립니다. 저또한 공부하고 이해하며 계산해보려고 합니다.
다시한번 지난번 질문 답변에 감사드리며, 염치불구하고 이번 질문도 답변 부탁드리겠습니다.
감사합니다.

스테파노 Stefano   19-08-07 21:02
(1) (건조기 형태에 대해 구체적 설명은 없지만,  질문에서 설명한 대로라면..) 건조기 내부에 제품이 들어있고 그 제품을 스팀으로 간접가열하고 있고  건조기내  제품으로부터 증발된 수분의 온도가 95도이고 대부분 수분이고 나머지는 공기가 차지하고 있다고 가정합니다.  이 발생수분을 연속으로 제거하기 60도의 열풍을 불어넣고 있는 것으로 봅니다.   

여기서 별도로 불어넣는 공기가 없다면 60도로 불어넣은 공기가 발생되는 수분을 모두 가지고 나가야 합니다.
온풍은 20도의 공기를 60도로 가열하여 공급하는데  20도일때의 수분함량이 필요하고,  또한 배출되는 공기중의 수분중 수분함량도 공기량 계산에 필요합니다.  또한 95도의 증발수분과 60도의 온풍이 혼합되어 배출되는 온도에서의 습도도 중요합니다.  배출되는 온도에서 포화상태가 되면 응축수가 생겨서 제품에 떨어질 우려도 있기때문에  완전포화상태로 배출하는 것보다 상대습도가 낮게 유지되는 것이 필요할 것이고,  만일 투입공기량이 너무 많으면 배출 공기온도가 너무 떨어져 절대습도가 낮아져 Carrier Gas 사용효율이 떨어질 것이므로 최적의 온도가 필요할 것으로 봅니다. 

배출온도와 배출가스의 습돠가 정해져 있지 않은 상황이라고 하면 시행오차 방법으로 여러 공기량에서 수분 배출량이 어떻게되는가를 계산해서 최적점을 찾아야 할 필요가 있습니다.  여기서는 물질수지에 의한 공기량과 수분배출량을 계산하는 방법을 소개 합니다.  별도의 온풍을 불어넣지 않고 있고 95도정도에서 포화스팀상태라고 한다면 수분과 함께 존재하는 공기의 양은 무시하고 계산할 수도 있습니다.  건조공기, 건조기, 배출공기의 압력은 모두 대기압으로 가정합니다.

이런 계산은 건조공기를 기준으로 계산하고 유량도 부피대신 kg단위 유량으로 계산하며  이를 나중에 부피로 환산는 방법이 편리합니다.

Teten'ㄴ Equation은 필자가 이용해 본 경험이 없을 뿐만 아니라  근거를 알 수없어 이론적 방법을 소개해 봅니다.


(2) 수분 Balance
-제품으로부터 발생되는 수분의 증발량,  ms = 33,612 kg/d (=23.342 kg/min)
-불어넣는 건조 공기의 유량, ma kg/min 
-불어넣는 공기의 온도 20℃에서의 (실제)절대 습도  =  h20  kg/kg Dry Air  at 20  (Dry-base Humidity)
-배출공기의 온도= t ℃
-배출공기  t ℃ 에서 절대포화습도 = ht,s  kg/kg Dry kg at  t


-스팀과 공기가 혼합되었을 때의 평균온도는 스팀과 공기의 운전구간에서의 각각의 평균비열을 이용하여 추정할 수 있습니다.
 
  20℃ 건조공기의 유량 =  ma kg/min---------------------------------------------------------------------------------------(0)

  배가스온도 t  =  {(23.342 kg/min *Cp_steam)*(95℃) + ( ma * Cp_air)*(20℃)}/(23.342 + ma) -------------(1)
  수증기와 습가스의 물성을 핸드북에서 찾아 개략계산합니다. 

  배가스온도 t 에서의 절대습도 =  ht, s  kg/Dry Air  -------(2)

  배가스의 상대습도 = % RH_t  --------------------------------(3)

  불어넣는 공기  건조공기 1kg 당  배출되는 배출 건조공기량 = 1 kg
  불어넣는 공기  건조공기 1kg 당  배출시키는 수분량  Δh =  (ht,s) * (RH%/100%) - h20  kg H2O/kg Dry Air........(4)

  필요한 공기유량,  ma = (23.342 kg Steam/min)/(Δh, kg H2O_removed/kg Feed Dry Air at 20℃) .......................(5)

(3) 풀이방법
위에서 설명한 수식으로 계산하면 되는데  구하고자 하는 ma의 값을 계산하려는데 (0)식에서 정의한  ma 값이 정해져야 (4), (5)식으로 해당 ma 를 구할 수 있습니다.

따라서 ma값을 먼저 가정해서 (5)식으로 계산한 ma값과 맞으면  가정한 ma가 맞는 값이 되고 그렇지 않으면 다시 (0)에서부터 재 계산하는 방법으로 반복하여 찾아내야 합니다. 

ma 값이 계산된 후라면 이를 이상기체 방정식을 이용하여 건조공기 부피량으로 환산하면 됩니다.    위의 계산에서 (1)식에 필요한 Cp값은 크게 변동이 없으므로 개략값을 상수라고 가정하여 적용하면 됩니다.  그러나  h20 (20도에서의 절대습도)와  t℃에서의 상대습도는 실제 운전데이터에서 얻어지는 경험적 상대습도값을 적용해야 합니다.  경험치가 없다고 한다면 약 80~90%로 가정하면 어떨지 회사 내부 전문가에게 문의하여 결정하세요.
     
usw심슨 simjk00   19-08-08 14:28
아 제가 건조기의 형태를 제대로 말씀드리지 않았네요 죄송합니다.
건조기외부와 디스크안쪽에 스팀을 넣어 간접가열을 합니다.
건조물이 들어있는 내부는 스팀을 사용하지는 않습니다.

그리고 답달아주신 식 감사합니다.
제가 지식이 부족하여 하나하나 읽어보며 공부해보겠습니다.
다시한번 감사합니다!
스테파노 Stefano   19-08-08 17:03
여러 수식이 열거되었지만 어려운 계산이 아닙니다.  발생되는 Steam을  불어주는  공기가 밖으로 실어나르고 있는데  실어나를 Carrier의 수량이 얼마나 필요한가를 계산하면 됩니다.

발생량 (kg/min)/(Conveying Capacity, kg/kg Dry Air)  [=]  [kg Dry Air / min ]
     
usw심슨 simjk00   19-08-08 17:06
네 감사합니다. 이번에도 큰도움받습니다!
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