KR20020078581A - Be United Stirring Type Oxygen Produced Instrument - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교반 일체형 산기장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 폐슬러리 산화 처리용 포기조의 교반장치에 기포를 발산하는 발산부를 일체로 형성한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stirring integrated diffuser, and more particularly, to an apparatus in which a diverging portion for discharging bubbles is integrally formed in a stirring device of an aeration tank for waste slurry oxidation treatment.
습식배연탈황 공정에서 발생된 폐슬러리의 산화처리와 생물학적 폐수처리공정과 미생물 배양공정, 석유화학 공정, 발효공업, 촉매를 이용한 삼상공정등에서 공기 또는 산소를 이용한 포기기술이 다양하게 응용되어 적용되고 있다.Aeration technology using air or oxygen has been applied to various processes such as oxidation and biological wastewater treatment, microbial culture process, petrochemical process, fermentation industry, and three-phase process using catalysts. .
상기 포기기술에 사용되고 있는 종래의 포기장치는 폐슬러리를 담는 포기조와 공기를 발산하는 확산석과 상기 폐슬러리와 공기를 혼합하는 교반장치로 구성되며, 상기 포기조의 하단에 형성되는 확산석에서 공기가 발산되면 교반장치의 회전으로 인해 폐슬러리에 공기가 혼합되고, 포기조의 용존산소량이 높아짐에 따라 폐슬러리의 산화 처리가 빠르게 진행된다.Conventional aeration device used in the aeration technology consists of an aeration tank containing waste sludge, a diffusion stone for releasing air and a stirring device for mixing the waste slurry and air, the air emanates from the diffusion stone formed at the bottom of the aeration tank Air is mixed with the waste slurry due to the rotation of the stirring device, and the oxidation of the waste slurry proceeds rapidly as the amount of dissolved oxygen in the aeration tank increases.
상기 포기기술은 기포의 크기와 체류량, 기체-액체 간의 혼합 및 접촉효과 등이 기-액간의 물질전달속도에 기-액간의 물질전달속도에 중요한 영향을 미치는 요소로 알려져 있으며, 물질전달속도에 영향을 주는 이러한 인자들에 변화를 주어 총괄물질전달계수를 증가시키기 위한 방안들로 기포분쇄물질첨가, 액상교반 및 반응기 구조개선 등 여러 가지 기술들이 국내외에서 활발히 연구되고 있다. 특히 액상교반 기술은 기포의 크기를 미세하게 분쇄시켜 기-액 접촉면적을 증가시킬 뿐만 아니라 액상의 유동화로 인하여 기-액 접촉효과도 증가시켜 주는 것으로 알려져 있기 때문에 다양한 액상교반 기술의 연구를 통하여 효율적으로 적용이 가능한 기술을 모색하는 것은 매우 의미 있는 연구가 될 것으로 보인다.In the above abandonment technology, the size and retention of bubbles, the mixing and contacting effects of gas-liquid, etc. are known to have important effects on the gas-liquid mass transfer rate and the material transfer rate. In order to increase the overall material transfer coefficient by changing these factors, various technologies such as adding bubble grinding material, liquid stirring, and reactor structural improvement have been actively studied at home and abroad. Particularly, the liquid agitation technique is known to increase the gas-liquid contact area by finely crushing the bubble size and to increase the gas-liquid contact effect due to the fluidization of the liquid. The search for a technology that can be applied is expected to be a very meaningful study.
또한, 상기 포기공정에서 기-액간의 물질전달속도는 전체공정의 효율성을 좌우하는 율속단계인 경우가 많으므로 장치설계에 매우 중요한 인자가 되고, 폐슬러리 산화처리에 대한 전 연구에서도 확인되었기 때문에 구체적인 물질전달특성과 경제성과 효율성을 갖춘 독창적인 포기장치의 개발 연구는 그 활용가치가 상당히 클 것으로 보인다.In addition, the material-delivery rate between the gas and liquid in the aeration process is often the rate step that determines the efficiency of the overall process, which is a very important factor in the design of the device. The research on the development of a unique abandonment device with material transfer characteristics, economy and efficiency is expected to be of great value.
특히, 습식배연탈황공정의 경우에 대기오염배출허용기준이 강화됨에 따라 보급이 확대될 전망이지만 외국기술의 의존도가 높은 관계로 폐슬러리의 산화처리에 대한 운영자료가 거의 전무한 실정에서 불필요한 초기 투자비와 운전비가 소요되고 있기 때문에 효율적인 포기기술의 확보가 절실히 요구되고 있다.In particular, in the case of wet flue gas desulfurization, the spread of air pollution emission is expected to increase, but due to the high dependence on foreign technology, there is almost no operational data on oxidation of waste slurries. As operating costs are required, securing of effective abandonment technology is urgently required.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서,Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems,
폐슬러리의 산화처리 과정에 액상교반기술을 접목하여 기존의 공기분배와 교반이 분리된 산기장치를 일체화한 것이다.It combines the liquid stirring technology to the oxidation process of the waste slurry to integrate the air disperser which separates the existing air distribution and agitation.
본 발명의 산기장치는 포기조 하단에 설치되는 확산석이 불필요함으로, 포기조의 용량을 줄이고 시설비를 가감하며 장치를 단순화하고, 기-액 접촉에 효율적인 와류를 형성하여 기-액 접촉면적과 접촉빈도의 증가를 가져와 기-액간의 물질전달속도를 증가시켜 줌으로써 포기조 용량의 축소가 가능하고 초기 투자비와 송풍량 감소로 인한 운전비의 절감을 기대할 수 있기 때문에 경제성과 효율성을 갖춘 장치를 제공함에 있다.Since the diffuser of the present invention does not require diffusion stones installed at the bottom of the aeration tank, the capacity of the aeration tank is reduced, facility costs are simplified, the device is simplified, and an efficient vortex is formed for the gas-liquid contact, thereby increasing the gas-liquid contact area and contact frequency. It is possible to reduce the aeration tank capacity by increasing the gas-liquid mass transfer speed, and to reduce the operating cost due to the initial investment cost and the decrease of air flow, thereby providing a device with economical efficiency and efficiency.
이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 교반 일체형 산기장치는,Stirring integrated diffuser of the present invention having such a purpose,
공기탱크나 외부에서 공기를 흡입하기 위한 펌프와; 상기 펌프에 일단이 결합되는 관체로 흡입된 공기를 이송하는 이송관과; 상기 이송관에서 이송된 공기를 포기조 내부로 주입하는 공기주입관과, 상기 공기주입관의 하부에 결합되어 공기주입관을 통과한 공기를 포기조 내부로 사출하는 다공성 산기석으로 이루어진 교반부와; 상기 공기주입관의 외면에 접하여 설치되며, 지지대에 의해 고정되어있고, 공기주입관이 축을 중심으로 회전할 수 있도록 동력을 전달하는 모터와; 이송관이 삽입되는 측면에서 공기주입관이 삽입되는 하부로 이어지는 관통구가 형성되며, 베어링을 하부에 삽설하여 공기주입관이 회전할 수 있도록 한 결합구로 구성된다.A pump for sucking air from the air tank or the outside; A transfer pipe for transferring the air sucked into the pipe body having one end coupled to the pump; An agitating unit including an air injection pipe for injecting the air transferred from the transfer pipe into the aeration tank, and a porous acid stone coupled to a lower portion of the air injection pipe to inject air passing through the air injection pipe into the aeration tank; A motor installed in contact with an outer surface of the air injection pipe, fixed by a support, and configured to transmit power so that the air injection pipe can rotate about an axis; A through hole is formed in the side from which the feed pipe is inserted into the air injection pipe is inserted into the lower portion, it is composed of a coupler to insert the bearing in the lower portion so that the air injection pipe can rotate.
도 1은 본 발명에 따른 교반 일체형 산기장치의 사시도.1 is a perspective view of a stirring integrated diffuser device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 교반 일체형 산기장치의 작동상태를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing an operating state of the stirring integrated diffuser device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 교반 일체형 산기장치의 주요부 작동 상태도.Figure 3 is an operating state of the main part of the stirring integrated diffuser device according to the present invention.
도 4는 공기전달 이중막 이론의 개념도.4 is a conceptual diagram of the air transfer bilayer theory.
도 5는 산기장치의 산소전달 실험 실시예를 나타낸 평면도.Figure 5 is a plan view showing an embodiment of the oxygen transfer experiment oxygen diffuser.
도 6은 공기공급량 변화시 총괄물질 전달계수에 대한 교반 일체형과 분리형의 성능 비교도.Figure 6 is a comparison of the performance of the stirring integral and separation type for the overall mass transfer coefficient when the air supply amount changes.
도 7은 교반속도 변화시 총괄물질 전달계수에 대한 교반 일체형과 분리형의 성능 비교도.Figure 7 is a comparison of the performance of agitation integral type and separation type for the overall mass transfer coefficient when the stirring speed changes.
도 8은 액상온도 변화시 총괄물질 전달계수에 대한 교반 일체형과 분리형의 성능 비교도.8 is a comparison of the performance of the stirring integral and separation type for the overall mass transfer coefficient when the liquidus temperature changes.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 산기장치 2 : 교반부1: Air diffuser 2: Stirring part
3 : 이송관 4 : 결합구3: transfer pipe 4: coupling sphere
5 : 모터 6 : 펌프5: motor 6: pump
21 : 공기주입관 22 : 산기석21: air injection pipe 22: mountain stone
23 : 보조관 41 : 관통구23: auxiliary pipe 41: through hole
42 : 베어링 101a, 101b : 공기유입밸브42: bearing 101a, 101b: air inlet valve
102 : 유압조절장치 103 : 포기조102: hydraulic control device 103: aeration tank
104 : 항온 수조 105 : 확산석104: constant temperature water tank 105: diffused stone
106 : DO측정기 107 : 모터지지대106: DO measuring instrument 107: motor support
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 교반 일체형 산기장치의 사시도이고, 도 2는 교반 일체형의 산기장치 작동상태를 도시하였으며, 도 3은 교반부의 회전상태를 상부에서 도시한 평면도이며, 도 4는 본 발명의 이해를 위한 공기전달 이중막 이론의 개념도를 도시하였고, 도 5는 교반일체형과 분리형의 성능 시험을 위한 실험장치를 도시한 평면도이며, 도 6, 도 7, 도 8은 공기공급량과 교반속도 및 액상온도가 각각 변화될 때 총괄물질 전달계수에 대한 교반 일체형과 분리형의 성능을 비교한 그래프를 도시하였다.1 is a perspective view of the stirring integrated diffuser, Figure 2 is a stirring integrated diffuser operating state, Figure 3 is a plan view showing a rotating state of the stirring unit from the top, Figure 4 is an air for understanding the present invention A conceptual diagram of a transfer double membrane theory is illustrated, and FIG. 5 is a plan view showing an experimental apparatus for performance testing of agitation unitary type and separation type, and FIGS. 6, 7 and 8 show changes in air supply amount, stirring speed, and liquidus temperature, respectively. When compared to the overall mass transfer coefficient of the graph showing the performance of the stirring integral and separation type performance.
본 발명에 따른 교반 일체형 산기장치(1)는 공기탱크나 외부에서 공기를 흡입하기 위한 펌프(6)와, 상기 펌프에서 흡입된 공기를 이송하는 이송관(3)과, 폐슬러리를 섞는 교반부(2)와, 상기 이송관(3)과 교반부(2)를 연결하는 결합구(4)로 구성된다.The stirring integrated diffuser device 1 according to the present invention includes a pump 6 for sucking air from an air tank or an outside, a transfer pipe 3 for transferring the air sucked from the pump, and a mixing portion of waste slurry. (2) and the coupler (4) connecting the transfer pipe (3) and the stirring unit (2).
상기 교반부(2)는 공기주입관(21)과 공기주입관의 하단부에 결합되어 있는 산기석(22)으로 이루어졌으며, 상기 공기주입관(21)은 폐슬러리 내부로 삽입되도록 길이방향이 긴 관체이고, 그 하단부에는 공기주입관의 축을 중심으로 그 축의 외부로 돌출된 보조관(23)이 형성되어 있으며, 공기주입관의 내부에 공기가 이동되도록 형성된 공간이 각 보조관으로 연결되어 있다.The stirring unit 2 is composed of an air injection pipe 21 and an acidic stone 22 coupled to the lower end of the air injection pipe, and the air injection pipe 21 has a long longitudinal direction to be inserted into the waste slurry. It is a tubular body, and the lower end portion is formed with an auxiliary pipe 23 protruding to the outside of the axis around the axis of the air injection pipe, the space formed to move the air inside the air injection pipe is connected to each auxiliary pipe.
상기 보조관(23)의 단부에는 다공성 산기석(22)이 부착되어 있는데, 상기 산기석은 보조관으로 사출되는 공기의 입자를 작게 하여 폐슬러리에 고루 분산하는 역할을 하는 것으로, 재질로는 돌이나 합성수지 또는 금속을 사용할 수 있으며, 모양은 공기를 고루 분산하는 역할만 충실히 이행한다면 다양하게 형성할 수 있다.At the end of the auxiliary pipe 23 is attached to the porous acid stone 22, the acid stone is to play a role of evenly dispersed in the waste slurry by reducing the particles of air injected into the auxiliary pipe, stone or Synthetic resin or metal can be used, and the shape can be variously formed if the role of distributing air evenly is faithfully fulfilled.
또한, 상기 교반부(2)의 공기주입관(21) 외면에는 모터(5)가 접하여 설치되어 있으며, 상기 모터(5)는 공기주입관을 그 축을 중심으로 회전시켜 하부에 부착되어 있는 산기석이 회전하면서 폐슬러리에 공기를 고루 내포시키는 역할을 한다.In addition, the outer surface of the air inlet pipe 21 of the stirring unit 2 is provided with a motor 5 is in contact, the motor 5 is an acid stool attached to the lower portion by rotating the air inlet pipe about its axis As it rotates, it functions to contain air evenly in the waste slurry.
한편, 상기 결합구(4)는 이송관(3)이 삽입되는 측면에서 공기주입관(21)이 삽입되는 하부로 관통되어 형성되는 관통구(41)가 형성되어 있고, 공기주입관이 삽입되는 하부에는 베어링(42) 구조로 되어 있으며, 이송관(3)과 공기주입관(21)이 결합되는 방향에 따라 관통구(41)의 형상도 변형 될 수 있다.On the other hand, the coupler 4 is formed with a through-hole 41 is formed through the lower side through which the air injection pipe 21 is inserted from the side in which the transfer pipe 3 is inserted, the air injection pipe is inserted The lower portion has a structure of a bearing 42, and the shape of the through hole 41 may be modified according to the direction in which the transfer pipe 3 and the air injection pipe 21 are coupled to each other.
본 발명의 산기장치 중 교반부(2)의 일부를 폐슬러리에 삽입하여 작동하면 에어탱크나 공기흡입관(펌프)에서 흡입된 공기는 이송관(3)과 공기주입관(21)을 지나 산기석(22)에 도달하게 되며, 다공성 산기석을 통과하면서 작은 입자의 공기방울이 되어 폐슬러리에 투입된다.When a part of the stirring unit 2 of the present invention is operated by inserting the waste slurry into the waste slurry, the air sucked from the air tank or the air suction pipe (pump) passes through the transfer pipe 3 and the air injection pipe 21, It reaches (22), and it passes through a porous acid stone and becomes a small bubble of air, and is injected into the waste slurry.
이때, 공기주입관(21)의 외주면에 설치되어 있는 모터(5)에 의해 공기주입관은 그 축을 중심으로 회전하게 되고, 상기 공기주입관의 하부에 설치되는 산기석(22)도 회전하게 되어 폐슬러리를 섞는 작용을 하게 되며, 산기석의 회전으로 액상의 폐슬러리는 회오리 형태의 선회류가 발생되어 산기석에서 사출되는 공기 기포가 폐슬러리에 고루 섞임과 동시에 장기간 머무르게 됨에 따라, 폐슬러리와 공기의 접촉하는 면적과 시간이 증가하여 폐슬러리의 산화 작용이 빠르게 진행되도록 하는 것이다.At this time, by the motor (5) installed on the outer circumferential surface of the air injection pipe 21, the air injection pipe is rotated about its axis, and the mountain stone 22 installed in the lower portion of the air injection pipe is also rotated The waste slurry is mixed with the slurry, and the liquid waste slurry is whirlwind in the form of whirlwind, and the air bubbles emitted from the acid stone are mixed with the waste slurry and stayed for a long time. By increasing the area and time of contact of the waste slurry, the oxidation of the waste slurry proceeds rapidly.
이하, 본 발명에 따른 산기장치의 성능시험 실시예를 설명한다.Hereinafter, the embodiment of the performance test of the diffuser according to the present invention.
기체전달의 메카니즘은 Lewis와 Whitman에 의해 발표된 이중막 이론(two-film theory)이 가장 간단하고 많이 쓰이고 있다.The mechanism of gas delivery is the simplest and most widely used two-film theory published by Lewis and Whitman.
상기 이중막 이론은 도 4에 도시된 바와 같이 기체-액체의 경계면에 두 개의 막이 존재한다는 물리학적 모델에 근거를 두고 있는 것으로, 기체(산소)전달에는 세 개의 물질전달저항이 존재하며, 하나는 기상과 기-액 계면에서의 기막 저항이고 다른 하나는 기-액 계면에서의 계면 저항 그리고 계면과 액상 사이의 액막 저항으로 구분할 수 있다.The bilayer theory is based on the physical model that two membranes exist at the gas-liquid interface as shown in FIG. 4, and there are three mass transfer resistances in gas (oxygen) transfer, Membrane resistance at the gaseous and gas-liquid interface, and the other can be divided into the interface resistance at the gas-liquid interface and the liquid film resistance between the interface and the liquid phase.
총괄산소전달저항은 이러한 각 개 저항의 합과 같고, 각 저항의 상대적인 값은 액의 조성과 밀도, 기-액 접촉면 현상에 따라 달라질 수 있으나, 보통 기포의 크기가 작고 기상은 충분히 혼합되어 있다고 보기 때문에 다른 저항에 비하여 기막 저항은 무시되며, 기포면에서의 산소농도나 기포내에서의 농도는 같기 때문에 기-액 계면 저항도 무시된다.The overall oxygen transfer resistance is equal to the sum of these individual resistances, and the relative value of each resistance may vary depending on the composition, density, and gas-liquid contact surface phenomena, but usually the bubble size is small and the gas phase is sufficiently mixed. Therefore, the membrane resistance is ignored compared to other resistances, and the gas-liquid interface resistance is also ignored because the oxygen concentration at the bubble surface and the concentration in the bubble are the same.
따라서 산소 공급면에서 볼 때, 주 저항은 기포를 둘러싸고 있는 액막에서의 저항이고, 이 때 총괄산소전달계수(KLa)는 액막의 산소전달계수(kLa)라고 볼 수 있다.Therefore, from the oxygen supply side, the main resistance is the resistance in the liquid film surrounding the bubble, and the total oxygen transfer coefficient (K L a) can be seen as the oxygen transfer coefficient (k L a) of the liquid film.
액체막의 저항이 산소전달율을 제한한다고 가정한 난류 조건하에서 가스상으로부터 액체상으로의 산소의 전달은 총괄 물질전달계수 와 산소 부족량의 함수이며, 이를 식으로 표시하면 다음과 같다.Under turbulent conditions assuming that the resistance of the liquid film limits the oxygen transfer rate, the transfer of oxygen from the gas phase to the liquid phase is a function of the overall mass transfer coefficient and the oxygen deficit, expressed as:
dC / dt = KLa ( CS-C ) (식1)dC / dt = K L a (C S -C) (Equation 1)
식1을 적분하면 다음과 같다.Integrating Equation 1 gives:
In { ( CS-Ct) / ( CS-CO) } = - KLat (식2)In {(C S -C t ) / (C S -C O )} =-K L at (Equation 2)
여기서here
C : 시간 t에서의 DO 농도C: DO concentration at time t
KLa : 총괄물질전달계수K L a: Overall Mass Transfer Coefficient
CS: 표준 온도, 압력, 염도에서의 수중 포화 용존산소농도(DO)C S : Saturated dissolved oxygen concentration (DO) in water at standard temperature, pressure and salinity
CO: 시간 t=0 에서의 용존산소농도(DO) CO : dissolved oxygen concentration (DO) at time t = 0
Ct: 시간 t에서의 용존산소농도(DO)C t : dissolved oxygen concentration (DO) at time t
총괄 물질 전달 계수 KLa는 다음에서 설명하는 방법에 의해 물리적으로 측정할 수 있다. 전달효율을 결정하기 위해 가장 일반적인 방법인 시험 탱크 또는 실제 포기조내의 탈산소화된 물의 비정상상태 재포기방법에 의해서 산소전달을 측정할 수 있다.The overall mass transfer coefficient K L a can be measured physically by the method described below. Oxygen transfer can be measured by the most common method of determining the transfer efficiency, either by a test tank or by an unsteady reaeration of deoxygenated water in an actual aeration tank.
본 실험에 사용된 실험장치는 도 5에 도시된 바와 같이,Experimental apparatus used in this experiment, as shown in Figure 5,
포기조(103), 이송관(3), 용존산소(Dissolved Oxygen) 측정기(106), 교반부(2)로 구성되며, 상기 포기조(103)는 직사각형 형태의 아크릴 재질로 유효용량이 3ℓ이고 하부에는 다공성 확산석(105)이 3개가 배치되어 있으며, 포기조내의 액상은 증류수가 사용되고 액상온도를 일정하게 유지하기 위하여 포기조는 항온수조(104)안에 위치한다.Aeration tank 103, the transfer pipe (3), dissolved oxygen (Dissolved Oxygen) measuring device 106, the stirring unit 2, the aeration tank 103 is an acrylic material of a rectangular shape and the effective capacity is 3L and Three porous diffusing stones 105 are disposed, and the liquid phase in the aeration tank is used in distilled water so that the aeration tank is located in the constant temperature water tank 104 to maintain a constant liquidus temperature.
공기와 질소는 공기펌프(6)와 질소저장탱크에서 각각 공급되고 5ℓ/min 용량의 유압조절장치(102)에서 주입량이 조절되어, 포기조(103)의 하부에 설치된 다공성 확산석(105)에 의하여 액상에 불어넣게 되며, 교반부(2) 쪽으로는 공기만을 산기석(22)을 통하여 액상에 불어넣으며, 용존산소(DO)측정기(106)는 액상의 수면에서 아래로 2.5cm 지점에 설치된다.Air and nitrogen are supplied from the air pump 6 and the nitrogen storage tank, respectively, and the injection amount is controlled by the hydraulic regulator 102 having a capacity of 5 l / min, by the porous diffusion stone 105 installed at the lower portion of the aeration tank 103. The liquid is blown into the liquid phase, and only the air is blown into the liquid phase toward the stirring unit 2 through the acid stone 22, and the dissolved oxygen (DO) measuring unit 106 is installed at a point 2.5 cm below the surface of the liquid phase.
산기장치(1)는 크게 모터(5)와 결합구(4), 공기주입관(21) 및 산기석(22)으로 구성되며, 상기 교반모터(5)는 최대 1000rpm까지 교반속도를 조절할 수 있고, 공기주입관(21)은 3/8인치 SUS튜브로서 길이는 50cm이고 튜브의 위쪽 끝부분에는 이송관(3)과 공기주입관(21)의 분리를 통하여 공기주입관의 원활한 회전을 할 수 있도록 베어링(42)이 결합한 결합구(4)가 부착이 되었고 포기조(103)내의 아래 끝부분의 4cm길이 가량은 튜브의 외경을 15mm로 확대하여 산기석(22) 부착을 용이하도록 하였으며, SUS튜브의 끝부분 둘레에 120°간격으로 3개의 산기석을 부착하여 교반 역할을 하도록 하였고, 각 산기석(22)의 직경과 용량은 각각 2.55cm와 8.68cm3이다.The air diffuser 1 is largely composed of a motor 5, the coupling port 4, the air injection pipe 21 and the acid rock 22, the stirring motor 5 can adjust the stirring speed up to 1000rpm , The air injection pipe 21 is a 3/8 inch SUS tube, 50cm in length and the upper end of the tube can be smoothly rotated by separating the transfer pipe 3 and the air injection pipe 21. The coupling hole 4 to which the bearing 42 was coupled was attached, and the 4 cm length of the lower end of the aeration tank 103 increased the outer diameter of the tube to 15 mm to facilitate the attachment of the mountain stone 22 to the SUS tube. Three acidic stones were attached to each other at 120 ° intervals around the end of the agitating role, and the diameter and capacity of each acidic stone 22 were 2.55 cm and 8.68 cm 3, respectively.
도 5에 도시된 바와 같이, 공기분배 및 교반이 일체형인 산기장치의 성능실험에서는 먼저 교반부쪽의 공기유입부 밸브(101a)를 차단하고, 포기조(103)의 하부에 설치된 다공성 확산석(105)으로 질소가스를 불어넣어 포기조내의 용존산소를 제거한 다음 용존산소의 초기농도(CO)를 측정하고, 다시 포기조 하부쪽의 공기유입부 밸브(101b)를 차단한 후 교반부쪽의 공기유입부 밸브(101a)를 개방하여 공기를 포기조내에 일정시간 불어넣어서 시간에 따른 용존산소농도(Ct)를 측정한 다음에 식2와 같이 용존산소 농도와 시간과의 관계로 총괄물질전달계수(KLa)를 산출하여 얻을수 있다.As shown in FIG. 5, in the performance test of the air diffuser having the integrated air distribution and stirring, first, the air inlet valve 101a of the stirring part is shut off, and the porous diffusion stone 105 installed below the aeration tank 103. Nitrogen gas was blown into the aeration tank to remove dissolved oxygen in the aeration tank, and then the initial concentration (C O ) of the dissolved oxygen was measured.Then, the air inlet valve 101b at the bottom of the aeration tank was shut off, and then the air inlet valve at the stirring part ( 101a) is opened and air is blown into the aeration tank for a certain time to measure dissolved oxygen concentration (C t ) according to time, and then the total mass transfer coefficient (K L a) in relation to dissolved oxygen concentration and time as shown in Equation 2. It can be obtained by calculating
공기분배 및 교반이 분리형인 산기장치의 성능실험에서는 먼저 교반부 쪽의 공기유입부 밸브(101a)를 차단한 다음 포기조(103)의 하부에 설치된 다공성 확산석(105)으로 질소가스를 불어넣어 포기조내의 용존산소를 제거한 다음 용존산소의 초기농도(CO)를 측정한 후, 다시 공기를 포기조내에 일정시간 불어넣어서 시간에 따른 용존산소농도(Ct)를 측정하여 앞서 언급했던 방법으로 총괄물질전달계수를 산출하면 된다.In the performance test of the air dispersing device having a separate air distribution and agitation, first, the air inlet valve 101a of the agitation part is blocked, and then nitrogen gas is blown into the porous diffusion stone 105 installed at the lower part of the aeration tank 103. After removing the dissolved oxygen inside, measure the initial concentration of dissolved oxygen (C O ), and then blow air into the aeration tank for a certain time to measure the dissolved oxygen concentration (C t ) according to the time and transfer the overall substance by the above-mentioned method. The coefficient may be calculated.
본 실험에서의 주요 실험변수와 조건은 공기공급량 0.5 ∼ 3.0ℓ/min, 교반속도 0 ∼1000rpm이고, 액상온도는 20 ∼ 40 ℃이다The main experimental variables and conditions in this experiment are 0.5 ~ 3.0ℓ / min air supply, stirring speed 0 ~ 1000rpm, liquid phase temperature is 20 ~ 40 ℃.
도 6은 공기공급량을 변화하면서 공기분배와 교반이 일체형인 산기장치와 분리형인 산기장치에 대한 총괄물질전달계수의 변화를 비교한 것이며, 액상온도와 교반속도는 각각 20 ℃와 500rpm이다.Figure 6 compares the change in the overall material transfer coefficients for the air dispersing unit and the air dispersing unit is integrated with the air distribution and agitation while changing the air supply, the liquid phase temperature and the stirring speed is 20 ℃ and 500rpm, respectively.
도 6에 도시한 바와같이, 공기공급량의 변화에 관계없이 공기분배와 교반이 일체형인 산기장치가 분리형인 경우에 비해 총괄물질전달계수가 높게 나타나고 있어 일체형의 산기장치가 총괄물질전달계수의 향상에 월등함을 보이고 있다.As shown in FIG. 6, regardless of the change in the air supply, the total mass transfer coefficient is higher than in the case of the separate type in which the air distribution and agitation are integrated, so that the integrated air diffuser improves the overall material transfer coefficient. It is showing superiority.
상기 결과는 양호한 기-액 접촉 pattern을 유지하고 양호한 선회류를 형성한 것으로, 일체형의 산기장치가 기-액 접촉빈도와 접촉효율에 향상에 효과적이고 기포의 체류시간을 증가시켜 줄 수 있는 양호한 선회류를 형성할만한 액상의 flow pattern이 발생하였기 때문이다.The result is that a good gas-liquid contact pattern is maintained and a good swirl flow is formed. The integrated air diffuser is effective for improving the gas-liquid contact frequency and contact efficiency, and the good turnover time can increase the residence time of bubbles. This is because a liquid flow pattern to form a flow occurred.
또한, 도 7은 교반속도를 변화하면서 공기분배와 교반이 일체형인 산기장치와 분리형인 산기장치에 대한 총괄물질전달계수의 변화를 비교한 것으로, 액상온도는 20 ℃이고 공기공급량은 2.0 L/min이다.In addition, Figure 7 compares the change in the overall material transfer coefficient for the air dispersing unit and the air dispersing unit and the air dispersing unit and the integrated dispersing unit while changing the stirring speed, the liquidus temperature is 20 ℃ and the air supply amount 2.0 L / min to be.
도시된 바와같이, 교반속도에 관계없이 일체형 산기장치가 분리형에 비해 총괄물질전달계수의 향상에 월등함을 보이고 있으며, 이러한 경향은 교반속도가 증가할수록 한층 두드러지고 있는데, 이는 교반속도가 증가할수록 액상의 유동화가 기포의 분쇄를 더욱 촉진시켜 기-액간의 접촉면적을 증가시킬 뿐만 아니라 기-액간의 접촉빈도를 더욱 활발하게 했기 때문이다.As shown, regardless of the stirring speed, the integrated diffuser showed superiority in the overall material transfer coefficient improvement compared to the separate type, and this trend is more pronounced as the stirring speed is increased. This is because the fluidization of the gas promoted the pulverization of the bubbles to increase the contact area between the gas and the liquid, as well as to make the contact frequency between the gas and the liquid more active.
도 8은 액상온도를 변화하면서 공기분배와 교반이 일체형인 산기장치와 분리형인 산기장치에 대한 총괄물질전달계수의 변화를 비교한 것이며, 공기공급량은 2.0 L/min이고 교반속도는 500rpm이다.Figure 8 compares the change in the overall material transfer coefficient of the air dispersing unit and the air dispersing unit with the air distribution and agitation while changing the liquid phase temperature, the air supply amount is 2.0 L / min and the stirring speed is 500rpm.
도시된 바와같이, 총괄물질전달계수는 공기공급량과 액상온도의 변화와 마찬가지로 액상온도의 변화에 관계없이 일체형 산기장치가 분리형에 비해 총괄물질전달계수의 향상에 월등한 효과를 보임을 알 수 있다.As shown, the overall material transfer coefficient, like the change in the air supply amount and the liquidus temperature, it can be seen that the integrated diffuser has a superior effect on the improvement of the overall material transfer coefficient compared to the separate type regardless of the change in the liquidus temperature.
상기 실험결과에서 본 바와같이 장치를 단순화하면서 월등한 성능의 산기장치를 얻을수 있으며, 본 발명에 따른 실시예는 상기 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.As can be seen from the above experimental results, it is possible to obtain an apparatus having excellent performance while simplifying the apparatus, and the embodiment according to the present invention is not limited to the above-described one, and it is obvious to those skilled in the art in connection with the present invention. Various alternatives, modifications, and changes can be made within the scope.
기-액간의 물질전달속도에 대한 공기분배와 교반이 일체화된 산기장치와 분리화된 산기장치의 성능비교를 포기공정의 핵심적인 운전인자인 공기공급량, 교반속도, 및 액상온도를 중심으로 수행된 연구결과에서 공기분배와 교반이 일체화된 산기장치가 운전인자들의 변화에 관계없이 총괄물질전달계수 향상에 있어 분리형 산기장치보다 두드러진 효과를 보였는데, 이러한 결과의 주된 요인은 공기분배와 교반이 일체화됨으로써 기-액간의 접촉효율이 극대화된 것으로 보인다.The performance comparison between the air distributor and the agitator integrated with the air distribution and agitation for the gas-liquid mass transfer rate was performed based on the air supply, the stirring speed, and the liquidus temperature, which are the key operating factors of the aeration process. According to the research results, the air diffuser with integrated air distribution and agitation showed a more significant effect than the separate type air diffuser in improving the overall material transfer coefficient regardless of the change of operating factors. The gas-liquid contact efficiency seems to be maximized.
따라서, 상기 실험결과에 비춰 볼 때 초기투자비와 운전비를 절감하면서도 높은 효율성을 제공하는 단순화된 산기장치의 제공이 가능하다.Therefore, in view of the above test results, it is possible to provide a simplified diffuser that provides high efficiency while reducing initial investment and operating costs.
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