환경종합설계 최종보고서 이천시 부필하수공공처리시설 설계 최종 보고서 목 차 제1장 사업의 개요 1.0 과업의 목적 4 2.0 과업의 범위 4 제2장 일반현황 및 관련계획 1.0 일반현황 8 2.0 인구 현황 및 계획 9 3.0 하수량 현황 및 계획 12 4.0 오염 부하량 현황 및 계획 16 5.0 수질 현황 및 계획 19 제3장 기본계획 및 설계 1.0 이천시 부필하수공공처리시설 건설공사 기본설계 19 2.0 설계 26 제4장 기후변화 적용 수리, 용량 설계 및 SCALE UP, DOWN 1.0 기후변화 시나리오 종류 및 특징 28 2.0 유량 변화 예측 및 설계 30 3.0 Scale Up & Scale Down 결과 37 제5장 장외영향평가 1.0 기본정보 42 2.0 장외영향평가 58 제6장 통합환경관리 1.0 기본정보 61 제7장 결론 1.0 결론 66 제1장 사업의 개요 1.0 사업의 목적 현 오수는 우수관 및 개거, 하천 등에 무단 방류되는 실정이다. 한강수계 상류에 위치한 본 계획구역은 이천시 부필읍의 도시화된 일부 지역을 제외한 대부분이 도시계획구역외 전형적인 농촌지역으로 관거보급이 미흡하고 정비되어 있지 않은 상태이다. 따라서 재정능력, 방류수역의 수질오염, 지형 및 지세를 고려하여 부영양화 방지 및 수질보전을 위해 이천시 부필하수공공처리시설을 설계한다. 선진기술 도입으로 혐오시설의 이미지를 탈피한다. 2.0 과업의 범위 2.1 개요 가. 목표년도 ○ 하수공공처리시설 : 2021년 기준 나. 과업의 범위 ○ 하수공공처리시설 - 기본 및 실시 설계 : Q=5,000m3 /일 2.2 하수처리장 시설계획 2.2.1 하수처리시설 개요 하수처리시설위치 부필 대월면(사동리, 대흥리, 초지2리, 장평리), 부발읍(가산리, 응암리) 목표년도 2021년 계획처리인구 19,950인 하수배제방식 분류식 계획하수량및시설용량(m3/일) 일 평균 읍지역-224, 면지역-198 일 최대 읍지역-274, 면지역-242 시간 최대 읍지역-399, 면지역-352 계획수질 구비 기본계획 249 249 249 220 220 220 기본계획 249 249 249 220 220 220 적용 249 249 249 220 220 220 (단위 : L/인·일) 3.1.3 지하수량 원단위 구분 2011년 2016년 2021년 읍지역 25 25 25 면지역 22 22 22 3.2 하수량의 변동부하율 「하수도 시설기준(2005, 환경부)」에는 계획1일 평균오수량은 계획 1일 최대오수량의 70~80%, 계획시간 최대오수량은 계획1일 최대오수량의 1.3~1.8배로 규정하고 있으며 지하수의 시간적 변화는 없는 것으로 규정하고 있다. 본 계획에서는 일평균 0.8배, 일최대 1.0배, 시간최대 1.5배의 변동부하율을 적용하였다. 3.3 계획하수량 결정 구분 2011년 2016년 2021년 일평균 생활오수 3,651 3,916 3,914 지하수 449 484 486 계 4,100 4,400 4,400 일최대 생활오수 4,551 4,916 4,916 지하수 449 484 486 계 5,000 5,400 5,400 시간최대 생활오수 6,751 7,316 7,314 지하수 449 484 486 계 7,200 7,800 7,800 (단위 : m3/일) 4.0 오염 부하량 현황 및 계획 구분 2011년 2016년 2021년 읍지역 생활오수 오염부하량 원단위 BOD 52.5 53.6 54.3 COD 42.5 43.5 44.2 SS 52.2 53.5 54.3 T-N 12.9 13.4 13.7 T-P 1.37 1.42 1.45 기초가정오수 오염부하량 원단위 BOD 41.0 41.9 42.4 COD 33.2 34.0 34.5 SS 40.8 41.8 42.4 T-N 10.1 10.5 10.7 T-P 1.07 1.11 1.13 영업오수 오염부하량 원단위 BOD 11.5 11.7 11.9 COD 9.3 9.5 9.7 SS 11.4 11.7 11.9 T-N 2.8 2.9 3.0 T-P 0.30 0.31 0.32 면지역 생활오수 오염부하량 원단위 BOD 46.0 48.2 48.8 동운전 -수위에 따른 가변형 배출장치 기술적 검토 -5천m3/일 내외 중소규모에 적합 -단일반응조로 소요부지 절감 및 시공성이 우수 -5천m3/일 규모의 처리실적 최대 -운전모드 변경이 용이하여 부하 변동 대응성 우수 -유지관리 및 자동화 용이 -유량에 따른 수위가변 우전으로 유량변동의 대응성 우수 처리공법 BCS, 선회와류식SBR, PSBR, ICEAS, KIDEA SBR계열 공정 중 BCS 공법 선정 BCS공법의 개요 간헐유입, 간헐배출형 SBR 공법으로 부지내 설치면적 최소화가 가능한 단일반응조로 구성 처리공정 및 운전이 간단 중-소규모의 하수처리시설에 적용실적이 많음 유입부하량의 변동에 대응성이 우수하여 부필 처리구역과 같이 도시·농촌지역이 혼재한 지역에 적합 바이오 세라믹 여재를 충전한 탑을 조 바닥에 설치하여 질소 제거 효율을 향상 간단한 구조의 무동력 부유식 배출장치로 처리수 배출이 가능 비상시에는 유량조정조를 혐기조로 활용하여 인 제거 효율을 높일 수 있음 BCS공법의 구성 구분 주요기능 유입 -교반이 진행되며 하수 유입 및 무산소 상태에서 탈질 반응 -인 방출 반응 -포기 빛 교반이 진행되며 유기물 제거 및 질산화 반응 -인 제거 침전 -포기 및 교반장치를 정지 후 슬러지를 침전시켜 고액분리 배출 -무동력 부유식 배출장치를 통해 처리수 배출 슬러지 인발 -잉여슬러지 인발 -비상시 유량조정조 슬러지 반송으로 인 제거효율 향상 1.3 슬러지처리공법 1.3.1 슬러지 최종 처분 방안 이천시는 환경부 하수슬러지 관리 종합대책에 준하여 폐슬러지 처분을 수도권 광역자원화시설로 이송하여 처리함 부필 하수처리시설에서 통합 탈수처리 된 탈수케익은 반출 후 광역자원화시설로 차량 이송 슬러지 통합처리계획 탈수용량 : 71.3 케익발생량 : 3.1(케익저장호퍼:10(케익저장호퍼:10, 3일저장용량) 슬러지 저류조 용량 : 95 슬러지 최종 처분계획 상위계획(하수슬러지관리 종합대책, 환경부, 2007.05)에 따라 부필 하수처리시설에서 통합처리된 탈수케익을 수도권 광 의해 수생생물에게 매우 유독함 구 분 세부내용 마. 예방조치 문구 예방 - P220 의복·(…)·가연성 물질로부터 격리·보관하시오. - P244 감압 밸브에 그리스와 오일이 묻지 않도록 하시오. - P260 (분진·흄·가스·미스트·증기·스프레이)를(을) 흡입하지 마시오. - P264 취급 후에는 취급 부위를 철저히 씻으시오. - P270 이 제품을 사용할 때에는 먹거나, 마시거나 흡연하지 마시오. - P271 옥외 또는 환기가 잘 되는 곳에서만 취급하시오. - P273 환경으로 배출하지 마시오. - P280 (보호장갑·보호의·보안경·안면보호구)를(을) 착용하시오. - P284 호흡기 보호구를 착용하시오. 대응 - P301+P330+P331 삼켰다면 입을 씻어내시오. 토하게 하려 하지 마시오. - P303+P361+P353 피부(또는 머리카락)에 묻으면 오염된 모든 의복은 벗거나 제거 하시오. 피부를 물로 씻으시오/샤워하시오. - P304+P340 흡입하면 신선한 공기가 있는 곳으로 옮기고 호흡하기 쉬운 자세로 안 정을 취하시오. - P305+P351+P338 눈에 묻으면 몇 분간 물로 조심해서 씻으시오. 가능하면 콘택트 렌즈를 제거하시오. 계속 씻으시오. - P307+P311 노출되면 의료기관(의사)의 진찰을 받으시오. - P310 즉시 의료기관(의사)의 진찰을 받으시오. - P314 불편함을 느끼면 의학적인 조치·조언을 구하시오. - P320 긴급히 (…) 처치를 하시오. - P321 (…) 처치를 하시오. - P363 다시 사용전 오염된 의복은 세척하시오. - P370+P376 화재 시 안전하게 처리하는 것이 가능하면 누출을 막으시오. - P391 누출물을 모으시오. 저장 - P403 환기가 잘 되는 곳에 보관하시오. - P403+P233 용기는 환기가 잘 되는 곳에 단단히 밀폐하여 저장하시오. - P405 잠금장치가 있는 저장장소에 저장하시오. - P410+P403 직사광선을 피하고 환기가 잘 되는 곳에 보관하시오. 폐기 - P501 (관련 법규에 명시- 작업환경측정대상물질, 관리대상물질, 특수건강진단대상물질, 공정안전보고서 제출 대상물질, 노출기준설정물질 □ 위험물안전관리법 - 해당없음 □ 고압가스안전관리법 - 독성가스, 특정고압가스 나. 노출기준 □ 작업장 허용노출기준 [노동부] TWA : 0.5 ppm, 1.5 mg/m3 [노동부] STEL : 1 ppm, 3 mg/m3 [NIOSH] TWA : - [NIOSH]STEL : 0.5 ppm, 1.45 mg/m3 [ACGIH]TWA : 0.5 ppm, 1.45 mg/m3 [ACGIH]STEL : 1 ppm, 3 mg/m3 [OSHA]TWA : 0.5 ppm, 1.5 mg/m3 [OSHA]STEL : 1 ppm, 3 mg/m3 □ 위험노출수준 11. 기타 참고사항 가. 상기 자료의 출처 CAMEO(Computer-Aided Management of Emergency Operations) : http://cameochemicals.noaa.gov/ HSDB(Hazardous Substances Data Bank) : http://toxnet.nlm.nih.gov ECB IUCLID, http://esis.jrc.ec.europa.eu/ EU RAR (Risk Assessment Report) : http://esis.jrc.ec.europa.eu/ The Chemical Database, http://ull.chemistry.uakron.edu/erd/ US DOE(Department of Energy) : http://www.atlintl.com/DOE/teels/teel.html 국립환경과학원, 화학물질 안전관리 정보시스템(KISChem), http://kischem.nier.go.kr/kischem2/wsp/main/main.jsp 1.3 취급시설 목록 및 명세 연번 구분기호 취급물질 설계압력 (MPa) 설계온도 (℃) 배관 명세 개스킷 명세 비 고 - 염소 소독시설 염소 FL 상온 - - - 1.4 공정개요 공정도 소독시설 염소소독시설 1.5 취급시설 2
유입구 위치와 교반 속도에 따른최적의 원통형 반응조 설계Ⅰ 실험 목적Ⅱ 이론적 배경반응조 종류사영역추적자(Tracer)Ⅲ 실험 설계교반기HRT&RPM실험조건조작변인Ⅳ 실험 방법유량측정반응조 setting 및 HRT계산본 실험 방법Ⅴ 실험 결과유입구 위치에 따른 회수율 변화교반 속도에 따른 회수율, 사영역율 변화Ⅵ 고찰Ⅶ 참고문헌Ⅰ 실험 목적반응조의 기하학적 형태 및 완전 혼합, 사영역, 플러그 흐름 등의 개념 이해하고 수리학적 계산을 통하여 폐수처리용 반응조를 설계할 수 있는 기본 능력 배양한다.유입구 위치와 교반기 속도에 따른 회수율 변화를 비교하여 최적의 원통형 반응조를 선정한다.Ⅱ 이론적 배경반응조 종류회분식 반응조(Batch Reactor)란 회분식 반응조는 1회 처리량을 받아서 연속적인 흐름이나 배출없이 일정 시간 처리 후 배출하는 방법이다. 처리수의 유출입이 없는 정지 상태에서 수처리를 하는 시설이고, 반응조에 1회 처리분량의 물을 넣고 처리한 후 유출시킨다. 하나의 공정이 끝나고 순차적으로 다음 공정으로 진행된다. 유체의 유입 및 유출이 없고 반응조 내에서는 완전혼합된다. 압출류형 반응조(PFR, Plug-flow reactor)란 이는 대체로 길이가 긴 반응조 내에서 일어나는 흐름으로 이론상으로 마치 호스를 흘러가는 유체의 흐름(혼합이 없이)을 말한다. 길이에 비례해서 그 형태가 명확해진다. 즉 반응조내 유입하는 유체는 유입순서대로 유입량만큼 유출되며 유체가 다른 부분과 혼합되지 않고 유로 속을 흐르는 상태이다.완전혼합 반응조(CSTR, Continuous Stirred Tank Reactor)란 이상적인 혼합 형태를 일컫는데, 혼합이 이루어질 시 전체적인 볼륨 상의 농도가 일정하다고 본다. 유입하는 유체는 반응조내에서 즉시 완전혼합되어 균등히 분산되고 유입한 유체의 일부분은 즉시 유출된다.이번 실험에서 3가지의 반응조 종류 중에서 완전 혼합 반응조 즉 CSTR을 사용하였다.사영역(Dead space), Working Volume반응조 내에서 유체가 흐를 때 또는 교반기에 의해 시료가 섞일 때 영향을 받지 않는 부분으로 대부분 구석부분과 같은 흐름에서 폐쇄되어진 공간을 일컫는다. 이러한 사영역을 제외한 나머지 공간을 Working Volume이라고 한다. 이 공간은 실질적으로 유체의 흐름이 일어나는 공간을 말하며 혼합실험을 할 경우에는 혼합되어지는 공간을 나타낸다.[사영역(Dead space), Working volume]이론적으로 CSTR은 사영역이 없다. 따라서 Working volume을 반응조에 채워진 물의 부피로 설정하고 진하였다. (아래 그림 참고)추적자(Tracer)추적자(Tracer)란 사전적인 의미로 물질이나 생체 내에서, 특정한 물질이나 원소의 이동을 추적하기 위하여 사용하는 물질. 특수한 물감, 방사성 동위 원소, 인, 나트륨 따위를 말한다.해당 실험에서는 Rhodamine(로다민)을 사용하였다. 로다민이란 염기성의 복숭아 빛을 띤 붉은 색소이다(분말, 고체). Rhodamine WT는 넓은 농도 범위 측정이 가능하며, 수중에 완전 Soluble한 상태로 지하수계에 존재하지 않고, 건강상 위해 및 환경오염성이 없으며 분석이 간편하다는 장점이 있다.Ⅲ 실험 설계교반기액체와 액체, 액체와 고체, 또는 분체 등을 휘저어 섞기 위한 기구를 가리키는 용어이다. 프로펠러, 피치드 패들, 플랫 터빈 중 프로펠러형 교반기를 사용했다. 프로펠러형 교반기는 비교적 간단한 혼합과 침하방지에 쓰이며, 저용량 및 중속도용으로 회전 시 수평 회전류가 크다는 특징이 있다. (아래 그림 참고)HRT&RPM유입수의 RPM을 계산한 방법은 앞에서 언급한 것 처럼 Working volume을 반응조 내 물의 양인 10.4L로 잡고 HRT를 20으로 하기 위해 필요한 Q가 0.52mL임을 구하였다. 유량을 0.52mL로 하기 위한 모터기의 RPM을 구하기 위해 100RPM과 200RPM일 때의 유량을 구해본 후 비례식을 통해 270RPM으로 설정해야 함을 알아냈습니다.1 HRT= V/Q= (10.4L)/(0.52L/min)= 20min이고,100 RPM -> 200 mL200 RPM -> 370mL∴ 520mL = 270RPM실험조건이러한 결과들을 바탕으로 실험조건을 설정하였다. 부피 10.4L에 유량 0.42L/ml, HRT 20min, 농도 5ppm의 원통형 반응조를 설정하였고, 프로펠러 타입의 교반기를 선택하였다. 교반기의 회전속도는 초기 42RPM으로 설정 하여 실험 진행 후 최적의 유입구 중 하나를 택해 32RPM의 속도로 추가 실험을 하였다. 운전시간은 40min, 샘플링 주기 시간은 2min이다. 이를 표로 나타내면 아래와 같다.조작변인먼저 유입구의 위치를 다르게 하여 회수율을 구했으며 이 결과를 토대로 교반기 속도를 바꿔 회수율을 구했다.회수율이란 유입해서 유출된 추적자의 회수된 퍼센트를 의미하며 보퉁 일 때를 기준으로 그 수치를 측정한다. 보통 사영역이 크면 회수율도 늘어나는 관계를 보인다.[t=실제 측정 시간 간격, T=수리학적체류시간(HRT)]보통 초기농도( )는 1로 설정하며, 이때 완전혼합, t/T=1 일 때 63%의 회수율을 갖는다.유입구의 위치는 상단부, 중간부, 하단부 순으로 했고 유출구는 모두 상단부 위치했다. 교반기의 초기속도는 42로 설정하였다.Ⅳ 실험 방법1. 유량 측정① 3L 플라스틱 비커에 물을 받고, 정량펌프에 실리콘 튜브를 연결한다.② 정량펌프 전원을 켠 후, 실리콘 튜브의 한쪽은 물이 받아진 비커에, 반대쪽은 빈 비커에 넣는다.③ 정량펌프의 RPM을 임의로 설정한 후, 물이 빈 비커로 이동하는지 확인한다.④ 물이 안정적으로 이동하면, 1분동안 빈 플라스틱 비커에 물을 받고, 1L 매스실린더에 부어 펌프에 의해 이동한 물의 양()을 측정한다.⑤ RPM:Q=RPM:Q 비례식을 이용하여, 1RPM에 의해 이동하는 물의 양을 계산한다. 그 후, 원하는 유량을 설정하고, 그 유량에 대응하는 RPM을 계산한다.⑥ 다시 한번 RPM을 조절하여, 원하는 유량이 실제로 나오는지 확인한다.2. 실험 setting 및 HRT 계산① 위의 유량 측정시 세팅 그대로 진행한다.② 설정한 유입/유출부를 제외한 나머지 구멍 밸브를 꼭 잠근다.③ 반응조에 물을 채운다.④ 정량펌프를 작동하여, 반응조로 유입된 물이 자연유하에 의해 유출되는지 확인한다.⑤ 자를 이용하여 물의 부피(V)를 츧정한다.⑥ HRT= 식을 이용하여 HRT를 구한다.100ml 유리 비커를 모두 꺼내어 라벨링을 하고 실험을 준비한다.3. 본 실험 방법① 주사기를 이용하여 실험 시작과 동시에 유입부 가까이에 RWT를 주입한다.② 일정한 시간 간격으로 플라스틱 비커를 교체해가면서 유출되는 물을 받는다.유출수는 유리막대로 저어준 뒤, 1L 매스실린더를 이용하여 부피를 측정하고 기록한다.③ 유출수의 일부는 100mL 유리 비커에 담고, 나머지는 버린다.④ 이 과정(②~③)을 충분한 시간동안 반복한다.⑤ 모든 유출수 내의 RWT의 농도를 흡광 광도법을 이용하여 측정한다.⑥ 각 유출수의 RWT의 농도에 그 구간의 유출수 부피를 곱하여, 유출된 RWT 양을 계산한다.(농도 * 부피 = 양)⑦ 계산한 RWT의 양을 누적하여 누적회수율, 최종회수율을 구하고, 결과를 고찰한다.Ⅴ 실험 결과유입구 위치에 따른 회수율 변화유입구 위치상단부중단부하단부회수율68%74%65%사영역율12%26%5%[유입구 위치에 따른 회수율과 사영역률]이상적인 완전혼합 반응조에 가장 가까운 형태는 유입구의 위치를 아래로 할 때라는 결과가 나왔다. 여기서 사영역율을 더 줄일 수 없을까 고민하다 교반기 속도를 바꿔 진행하면 사영역율을 줄일 수 있는 방법을 또 알아낼 수 있을거라 판단하고 교반기의 속도를 낮추어 진행하였다.교반 속도에 따른 회수율, 사영역율 변화따라서 교반기의 회전율을 10RPM 정도 낮추어 진행했고 그 결과 1HRT에서 회수율 62% 사영역율 0%가 나왔다.교반속도42RPM32RPM1HRT 회수율65%62%사영역율5%0%[교반기 속도에 따른 회수율과 사영역률]결과적으로 이상적인 완전혼합 반응조에 가장 가까운 형태(사영역률 0%)는 유입구 위치 아래, 교반기 속도는 32RPM이라는 결론에 도달하였다.Ⅵ 고찰1. 왜 유입구가 아래일수록, 교반기 속도가 낮을수록 회수율이 낮아질까?이론을 보자면 사영역율과 회수율은 비례함을 알 수 있다. 또한 수리학적 체류시간과 회수율은반비례하다. 즉 사영역율이 낮을수록 회수율은 낮아지며, 수리학적 체류시간이 높을수록 회수율은 낮아진다. 또한 사영역은 반응조의 유효부피가 작을수록, 설계 반응 시간이 작을수록 커진다.이 두 이론을 토대로 왜 유입구가 아래일수록, 속도가 낮을수록 사영역율이 낮아지는지 유추해보았다.우선 유입구를 가장 하단부로 한다면 로다민이 밑에서부터 퍼지며 유입구가 상단부일 때 사영역이였던 공간까지 로다민이 퍼지게 되고 그 결과 반응조의 유효부피가 커지게 된다.사영역이 줄어들게 되므로 유입구가 아래일수록 사영역율이 낮아진다. 또한 속도가 낮다면 로다민이 흩어지는데 시간이 길어지고 그만큼 유출구까지 로다민이 가는데 시간이 소요된다. 즉 로다민의 수리학적 체류시간이 길어지면서 회수율이 떨어지게 된다.
목 차Ⅰ. 설계내용 - 문제의 개요Ⅱ. 첫번째 과제 - 물질수지계산Ⅲ. 두번째 과제 – 사이클론Ⅳ. 세번째 과제 – 냉각기(Cooler)Ⅴ. 네번째 과제 – 절감비용Ⅵ. 다섯번째 과제 - 최종 제어장치대안1, 여과집진기Ⅶ. 여섯번째 과제 - 최종 제어장치대안2, 전기집진기Ⅷ. 일곱번째 과제 - 배관크기 결정Ⅸ. 여덟번째 과제 – 유도송풍기Ⅹ. 마지막 과제 - 실행요약문Ⅺ. 참고 문헌Ⅰ. 설계내용자연활석(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.그림 1 공정도Ⅱ. 첫번째 과제< 주어진 정보 >· 연료유의 비중 = 0.9· 연료유의 구성비 (무게 백분율) : C = 88%, H = 11.7%, S = 0.3%· 건조로의 분진 배출량 = 건조 고형물 투입량의 2.0%· 연료유 1kg당 공급된 연소공기량 = 18 kg/kg· 투입된 습윤고형물 1kg당 공급된 보조공기량 = 0.3 kg/kg· 유입공기의 조성 (몰 백분율) : N2 =78%, O2 = 21%, Ar = 1%1. 건조기에서 나오는 분진의 배출량을 계산하여라.: 건조기에서 나.28)3 ft31 hrhr1m360min=27078806.73ft3/minb) 건조상태의 유속: 건조상태의 유속은 실제 배출 가스중에서 물을 제외한 값으로total gas volume water volume 의 값을 통하여 알아 낼 수 있다. 우선 물의 부피유속은233.15kgmol24.45m3650+460hrkgmol25x(9/5)+32+460=11,783.19m3/hr전체 부피유속에서 물의 부피유속을 제하면(46,042,536.59 m3/hr)-(11,783.19m3/hr) = 34259.45 m3/hr따라서 건조공기는 34259.45 m3/hr 의 부피유속을 갖는다.9. 건조 배출가스 중 CO2와 O2의 부피 백분율을 계산하라.a) CO2 부피백분율: 부피비는 몰비와 같으므로 위의 표로부터19.8100%930.85-233.15=2.837%b) O2 부피 백분율116.29100%930.85-233.15=16.68%공정흐름조성, thousand Kg/hrNumber건조고형물N2O2CO2H2OS기타합계147.830004.170052.00246.000004.000050.003000000.00080.238C,0.0316H0.274004.610000.274Ar19.86545.080000.00045.1760.9214.983.720.874.1900.0016S O2,0.274 Ar24.96표 5. 건조 배출가스의 조성위 계산결과들을 토대로 주어진 표의 빈칸을 채우면 위와 같은 결과를 얻을 수 있다.lll. 두번째 과제Cyclone일반적으로 완전히 개방된 설계문제에서는 총괄집진효율의 목표를 달성하면서 동시에 설비가격을 최소화하기 위해서, 유도송풍기 및 기타 장치 등의 설계와 함께 사이클론의 설계를 통합하여야 한다. 이 작업에는 싸이클론의 크기, 압력손실, 효율 등의 변화를 포함시키고, 총설치비에 미치는 영향도 포함 시켜야 한다. 이 문제에서 최대 압력손실이 8 inch H2O이고 총괄효율이 약 65~75%일 때 ‘최적’이라고 가정하라. 실규모 실험을 기초로 건조기에서 배태방정식에 따라 “몰수의 비=압력의 비”라고 할 수 있다.따라서,= 233.15/911.027=0.2559일반적으로 대기압을 1atm이라 가정하면,수증기( )의 분압은 0.256 atm 이 된다.이에 해당하는 이슬점을 부록 표 B-8(포화증기와 물의 [엔탈피])에서 찾으면 약 150℉이다.2. 배출가스 중 SO3의 농도가 10ppm이라 가정하고 이슬점을 계산하라.(1) SO3의 몰수10g1kmol31172.83m31kgm380kghr1000g=3.896kgmol(2) 총 배출가스의 몰농도: (911.03+3.896)kgmol=914.92kgmol(3) 수증기의 분압: (233.15/914.92)x1atm=0.255atm(4) SO3의 분압(3.896/914.92)x1atm=0.00426atm(5) 따라서 이를 1000/TDP=1.7842+0.0269(logPH20)-0.1029(logPSO2) 에 대입하면,TDP = 485.7946K = 414.4323℉Ⅳ. 네번째 과제1. 배출가스의 온도가 650℉에서 350℉로 낮아질 때 엔탈피 변화를 계산하여라.는 두 값의 중간 값의 평균치인 를 사용하도록한다.Cp=(650+350)/2=500 F이는 부록 B로부터 0.242Btu/lbm℉를 얻을 수 있다.따라서, 0.242 x ((650-350)F)=72.6 Btu/lbm℉ 이다.2. 연료의 소비를 줄이기 위해 열을 회수할 때, 다음 자료를 의거하여 운영비 절감비용을 계산하여라.· 연료가격 = $2.50/gal· 연료의 LHV = 18,000 Btu/lbm· 공기/공기 열교환기의 효율 : 제거된 열의 80%가 유입공기로 전달된다.(나머지는 손실)건조로의 연료 투입량 = 300L/hr= 270kg/hr= 595.35lb/hr= 79.26gal/hr(1) 열량:595.35lb18000Btuhrlbm=10716300Btu/hr(2) 이 중 80%가 유입공기로 전달되므로,10716300Btu/hr *0.8=857340Btu/hr 이 된다.(3) 같은시간에서79.26gal/hr*과집진기의 연간 운영비를 계산하라. (여과집진기의 감가상각은 총투자비용 (TIC)의 12%, 유지비는 5%, 10 cents/kWh의 동력비, 세금과 보험료는 2%, 4년에 한번 여과포를 교환한다.)감가상각비 = (TIC)*0.12 = $ 14,881유지비 = (TIC)*0.05 = $6,201충격분출식 여과집진기에서는 압축공기의 사용이 운영비용의 대부분을 차지 하므로 동력비는 주말을 쉬고 하루에 8시간 작동시킨다고 가정을 하면25kw3600sec2160hr10cents1dollarsechryrkWh100cents∴ = 19,440,000달러세금 및 보험 = (TIC)*0.02 = $2,480여과포 교체비용 = $4,725/4년 = $1,181/년연간 유지비 = 감가상각비 + 유지비 + 동력비 +세금 및 보험 + 여과포 교체비용= $ 14,881 + $ 6,201 + $ 19,440,000 +$ 2,480 + $ 1,181= $ 19,464,743Ⅶ. 여섯 번째 과제< 주어진 정보 >· 유입 부하량 = 5.0 gr/ft3· 유출 부하량 = 0.10 gr/ft3· 가스속도 = 5 ft/sec· 코로나 전력 = 12.0 W· 가스유량 = 100 ft3/min· 집진면적 = 25 ft21. 모형실험의 결과를 사용하고, 5장의 지침대로 실규모(full - size)의 ESP를 설계 하라. 최소한 다음 사항을 이행해야 한다.a. 모형실험 자료로부터 유효표류속도를 계산하라.: 전기집진기의 효율을 계산하는 식(5.7)을 따르자.=-100ft/min÷25ft2=15.65ft/min따라서 15.65ft/min의 유효표류속도를 가진다.b. 실규모 집진기에 대해 다음을 계산하라.(1) 요구되는 집진효율: 배출유량은 19767.18f3/min 이고 배출유량을 0℃기준으로 추어 주면 다음과 같다.19767.18ft30.02832m3492minFt3810=340.04m3/min340.04m3/min x 60min /1hr=20401.8392m3/hr이때 분진의 부하량이 86.132grft 계산시 각각소형 : 32000$, 중형 : 40000$, 대형 : 48000$의 설치비용이 소요된다.이에 전력비와 송풍기의 효율, 2항에서 구한 각 경우의 압력손실을 고려하게되면.소형∴△P = 3.2inH2O = 796.8N/m2Q = 18546.98ft3/min = 525.1128m3/minη = 0.6w = 11622.5w 의 동력이 요구된다.따라서 동력비는11622.5WkWh10cents1000WkWh=116.2248$ 의 동력비가 필요하다같은 방법으로 중형, 대형 덕트의 설치 가격 및 동력비비용을 계산시 각각중형 : 87.1686$, 대형 : 55.2069$의 동력비가 필요하다. 이를 설치비용과 감가상각비, 동력비 등을 고려한 total 비용을 연간으로 계산 하게 되면 다음과 같다.original감가 상각동력비(전력비)total 비용소형32000$3840$116.2248$35956$중형40000$4800$87.1686$44887$대형48000$5760$55.2069$53815$표 14. 덕트 직경에 따른 총 비용소형 덕트가 가장 최소의 비용이 든다.5. 위의 크기가 다른 세 종류의 덕트가 모두 분진 운송에 적합하다고 가정하자. 만약 가장 큰 덕트의 총 비용이 가장 저렴하지 않더라도, 큰 덕트를 선택해야 하는 두가지 이유를 제시하라.1. 덕트 내에서 공기유속을 적절히 유지시키는 일은 매우 중요하다. 일정한 유속에서, 덕트의 직경이 커질수록, 유속은 연속방정식에 의하여 감소하게된다. 이와 같은 유속의 감소는 전압손실과 송풍기의 운영비를 절감시키는 효과가 있다. 따라서 설치비에 큰 비용이 들어간다고 하여도 장기적인 측면에서 운영비가 절감되는 큰 덕트가 유리하다.2. 압력손실이 상대적으로 적어 효율적인 유량이동이 가능하며 한번에 고농도의 분진이 유입되었을 경우에도 과부하를 방지할 수 있다.Ⅸ. 여덟 번째 과제1. 송풍기를 선택하기 위해 표 9.1의 자료를 이용하라. 송풍기의 유출구에서 굴뚝까지의 압력손실을 1 inch H2O라고 가정하라(300℉에서). 1992
이천시 부필하수공공처리시설 설계 보고서
