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새로운 건조 장치_(주)에이티이엔지

관리자
2019-11-04


공기 건조에는 다양한 방식이 있으며, 최적의 건조를 위해서는 목적에 맞는 설계와 운전이 필요하다. 최근 습도 조절은 제품 생산과 실내 공기조화에서 온도만큼이나 중요한 요소로 꼽히고 있으며 산업현장뿐만 아니라, 일상생활에서도 그 중요성이 날로 커지고 있다. 이에 본지는 이번 호(2019년 11월호)부터 (주)에이티이엔지에서 발간한 “새로운 건조 장치”의 내용을 연재하고자 한다. 건조의 기본 이론부터 다양한 건조 방식의 비교, 에너지 절약 대책, 운전 상황 설계 등을 다루고 있는 “새로운 건조 장치”는 설계 및 운전 최적화에 어려움을 겪고 있는 동 분야 종사자들에게 실무지식 습득은 물론 고성능·고효율 건조 시스템 개발을 위한 소중한 자료가 될 것이다.(편집자 주)


(주)에이티이엔지 박승태 대표, 홍경수 이사


제1장 건조 장치로 소비되는 에너지

건조란 열로 물체 중의 수분을 증발시켜 제거하는 조작이다. 물을 수증기로 상태를 변화시키는 경우 잠열량 약 600㎉/㎏(2,500kJ/kg)은, 여하튼 어떤 가열 수단을 이용해 피(被)건조물로 전열시켜야만 한다. 

한편, 많은 과정을 거치는 피건조물은 각각에 제품의 품질 면에 제약(요구)이 있으며, 단지 증발잠열의 효율적 공급만 생각하면 좋다고는 할 수 없다. 즉, 건조 제품의 품질상의 요구에 적합한 건조방식, 그에 관련된 허용온도 등의 제약 중에서 가장 효율적인 전열 방법을 생각함과 동시에 효율향상(에너지절약)을 도모할 필요가 있다.

또, 대량 연속처리의 경우 건조에 필요한 열량뿐 아니라, 피건조물의 조작에도 상당한 에너지를 필요로 하므로, 이것에 대해서도 고려해야 한다.


가. 소요 전열량과 열효율

1) 건조에 필요한 전열량 

건조조작에 소비되는 열량[㎉/h]은, 

① 수분의 증발열량 : q1

② 소정(所定) 수분에 달하기까지의 재료가열 열량 : q2

③ 열손실(발열, 잠열, Leak(누설) 등) : q3 의 합계이다.

건조과정에서 함수율과 품온(品溫)의 관계는, 건조 특성에 따라서 재료마다 다르지만, 건조 소요 전열량은 그림 1.1에서 나타낸 것처럼 우선 초기 함수율인 그대로 습구온도까지 재료가 예열되는 재료 예열열량(Ⅰ), 이어서 습구온도에서 소정의 제품 수분에 이를 때까지의 전(全)수량이 증발한다고 하는 증발열량(Ⅱ),그 후 제품의 함수율을 유지한 상태로 제품온도까지 가열되는 제품 가열량(Ⅲ)의 합계와 비슷하다 할 수 있다.


L S w m w L S m w q q F w c c t t w w λ w c c t t

여기서, F0는 건조물 처리량 [kg-乾物/h], w는 함수율 [kg-水/kg-乾物], CL은 물 비열[kcal/kg·℃], CS는 무수(無水)재료 비열[kcal/kg·℃], tw는 습구온도[℃], tm은 품온 [℃], λw는 tw에서의 증발잠열 [kcal/kg], 첨자1, 2는 각각 재료의 입구, 출구를 의미한다.


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그림 1.1 함수율과 품온의 관계모델


재료의 함수율 w1이 크고, 제품 함수율 w2가 작은 경우에는 근사적으로 q1+q2 ≒ 600 X 전증발량 으로 된다. 그러나 w1, w2의 차가 작은 경우에는 q1에 대해서 q2가 차지하는 비율이 높게 되므로 식(1.1)에 따라야만 한다.

열손실 q3은 장치의 비표면적, 가열온도, 보온 정도 등 이외에, Leak(누설), 장치 축열량(24시간 운전에서는 문제가 되지 않음)에 따라 다르며, 소형 장치에서는 q1+q2에 대해 그 비율이 비교적 크지만, 대형화하는 정도에 따라서 5~15% 정도로 된다.


재료의 함수율 w1이 크고, 제품 함수율 w2가 작은 경우에는 근사적으로 q1+q2 ≒ 600 × 전증발량 으로 된다. 그러나 w1, w2의 차가 작은 경우에는 q1에 대해서 q2가 차지하는 비율이 높게 되므로 식(1.1)에 따라야만 한다.

열손실 q3은 장치의 비표면적, 가열온도, 보온 정도 등 이외에, Leak(누설), 장치 축열량(24시간 운전에서는 문제가 되지 않음)에 따라 다르며, 소형 장치에서는 q1+q2에 대해 그 비율이 비교적 크지만, 대형화하는 정도에 따라서 5~15% 정도로 된다.





중략.....


월간 히트펌프공조 2019년 11월호 게재