1. 분급
분급(classification)이란 넓은 뜻으로는 화학성분, 입자지름, 모양, 색, 밀도, 방사성, 자성 및 정전 특성등에 따라 고체를 분리하는 것을 말한다. 좁은 뜻으로는 밀도가 같은 분립체를 입자 지름에 따라 2개 또는 그 이상의 입자군으로 나누는 조작을 말하며, 입도분급이라고도 한다. 분급은 그 방법, 즉 사용하는 유체에 따라 건식 분급과 습식 분급으로 크게 나눈다. 전자는 기체, 주로 공기를 사용하므로 풍력분급이라 하고, 후자는 액체, 주로 물을 사용하므로 수력분급이라고도 한다.
> 건식분급
건식 분급에는 여기서 설명하는 풍력분급과 체가름이란 것이 있다. 일반적으로 풍력분급은 공업적으로 체가름이 적합하지 않는 범위의 분체를 건식 입도분급하는데 적용하고, 그 범위는 통상 수㎛부터 250㎛ 정도이며, 최근에는 서브미크론 분급도 하게 되었다. 풍력 분급은 기류속에 분산시킨 입자에 방향이 다른 힘을 작용시켜, 입자의 이동거리에 따라 분급하거나, 또는 침강속도의 차를 이용하여 분급하는 것이며, 분리는 입자 지름과 밀도의 함수로 작용한다. 입자에 작용하는 힘은 항력, 부력, 중력, 원심력, 코리오리의 힘(Coriolis effect), 관성력, 정전기력, 자력, 마찰력, 충돌력, 부착력 등이 있다. 풍력 분급기를 원리에 따라 크게 나누면, 입자의 침강속도와 기류속도의 평형을 이용한 것(중력 또는 원심력), 입자가 기류를 가로지르는 방식 및 기타 방식으로 분류할 수 있다.
다음에 풍력 분급이 주된 힘이라고 할 수 있는 원심분급에 대해 설명한다. 원심력은 중력의 수 100배의 값을 쉽게 얻을 수 있고, 회전수를 조절하면 힘이 가변되므로, 중력분급 또는 관성분급보다 작은 입자지름 범위인 수10㎛ 또는 수㎛까지 분급할 수 있다. 기본적인 분급기구는 반지름 방향의 안쪽으로 향한 기류속도와 바깥쪽으로 향하는 입자속도가 평형을 이루는 점이 평형점이고, 이보다 더 큰 입자는 굵은 입자로서 바깥쪽으로 이동하고, 작은 입자는 고운 입자로서 안쪽으로 들어가서 분급된다.
풍력분급은 대부분의 경우, 입자 궤적의 차로 분급되기 때문에 분급부분의 입자의 초기조건 및 유체의 흐름조건을 부여하여, 입자의 운동방정식을 풀면 비교적 간단히 분급기구를 검토할 수 있다. 분급 성능은 분급부분에서의 동일한 입자 지름의 입자 속도 및 입자 위치의 조건이 동일하느냐 안하느냐에 따라 크게 좌우되며, 기류의 균일성 및 입자의 분산이 완전하면 양호한 분급결과를 기대할 수 있다.
> 분급결과의 평가
분급결과를 평가하는 방법은, 분급 목적과 그 정의에 따라 여러 가지 표시법이 있다. 통상 분급의 예리함이나 분급의 정밀도 등의 용어를 사용하나, 정의는 그다지 명확하지 않다. 일반적으로 부분분리효율곡선, 분급효율, 분리입자지름 또는 분급점으로 평가하고, Terra지수, 완전도, 유효도, 수율, 유효율, 회수율 등도 사용한다.
- 부분분리 효율곡선(partial seperation efficiency, grade efficiency)
입자지름 범위의 입자군의 조립으로 분급된 중량 회수율을 플롯한 것을 말한다. 이것은 분급결과를 상당히 명확하게 나타낼 수 있으나, 공식 원료의 입도분포에 따라 영향을 받는다. 분급의 예리함이란, 부분분리효율곡선의 구배를 말하고 구배가 무한대인 경우를 이상적인 분급 또는 완전분급이라 한다.
- 분급효율
분리 및 분급의 정도를 나타내는 각종 효율을 Catlin, Newton, Tromp, Taggert, Joweet, Richard등이 제안했으나, 일반적으로 Newton의 분급효율이 유명하다.
- 분자입자지름
분급점이라고도 한다. 조분(組粉)과 세분(細粉)의 양쪽에 서로 잘못 들어간 입자중량이 같아지는 평형입자지름, 세분 속의 최대입자지름 등을 사용하나, 평형입자지름을 사용하는 경우가 많다.
> 건식 분급기의 종류
건식 분급기는 다음과 같은 형식이 있다.
- 중력분급기
입자의 낙하속도 또는 낙하위치의 차이에 따라 분급하는 방법이며 기류의 방향에 따라 수평류형, 수직류형, 경사류형이 있다.
- 관성 분급기
수평방향의 비행거리에 의해 분급하는 직선형(테이블식 또는 벨트 컨베이어식), 곡선형(임펙트형, 판톤게론형 등), 경사형 (루버형)이 있다.
- 원심분급기
기류의 선회를 이용한 것(사이클론, 클라시크론 등)과 에어 세퍼레이트라 부르는 기계적인 회전에 의한 것(휘자형, 스타트밴드형, 게이코형 등)이 있다. 그리고, 마이크론 세퍼레이터, 마이크론플렉스(수평형, 수직형), 멀티플렉스, 지그재그 분급기, 어큐컷, 코니컬 세퍼레이터, 터보 클래시파이어, 슈퍼 세퍼레이터, 디스퍼젼 세퍼레이터 등이 있다.
- 기타
엘보 제트, 유동층 분급기, 버츄얼 임펙트, O-Sepa 등 최근에 개발된 분급기도 있다.
2. 집진
집진(dust collection)은 크게 나누면 건식과 습식(스크러버), 또는 공업 프로세스용과 공기용(에어필터 및 에어클리너)이 있고, 현재는 건식 고성능 백필터(bag filter)와 전기 집진기 및 클린룸용 고성능 여과지 필터 등이 주목되고 있다. 프로세스용 집진 농도가 높고, 압력 손실도 2kPa안팎이고, 공기용은 2자리 이상 낮고, 압력 손실도 1자리가 낮다.주요한 형식의 특징을 아래표에 나타냈다. 또 노동부 관계에서는 용후(用後) 처리라 하고 제진(除塵)이라 호칭한다.
형 식 포집입자지름 (㎛) 압력손실 (Pa) 최고온도 (℃) 입구농도 (g/㎥) 설비비 비 고
충력침강실 20 50~100 1,000(내장) ~ 1,000 소 전치용 관성집진기 20 500 1,000(내장) ~ 500 소 전치용 사이클론 1 2,000 1,000(내장) ~ 1,000 중 간편 백 필터 0.01 2,000 250(유리) 20~0.1 대 응축불가 전기집진기 0.02 300 400 ~ 20~0.1 최대 폭발성가스불가 스크러버 0.2 2,000~10,000 - 100~1 중 배수처리 필요 (이동)충전중 0.1 2,000~3,000 400 50~1 대 개발도중 에어필터 1~0.001 200~500 ~ 100 0.01 ~ 소 건축 설비용 엔진 및 압축기용 에어클리너 ~ 1 1000 ~ ~ 50 1 ~ 소
집진 성능은 에어필터가 최고이나, 가스속도가 여과표면(布面)에서 공기투과속도가 0.02m/s 안팎으로 작으므로, 대형으로 되면 여과포가 고온 고압가스에 약한 결점을 갖고 있다. 한편, 전기 집진은 가스속도가 1m/s 안팎으로 크고, 압력 손실은 최소이다. 그러나, 분진의 특성에 따라서는 집진율이 저하하는 결점을 갖고 있다.
> 여과 집진(gas filtration)
건식 집진으로서 최고의 집진성능을 가지며, 프로세스용은 부대(袋) 모양의 천으로 고농도 분진(g/㎥N)을 집진하고, 공기 청정용은 주로 섬유 충전층에 의해 저분진 농도(mg/㎥N)의 제진을 한다.
> 백 필터(fabric filter, bag filter)
건식 집진으로서는 최고의 포집성능을 가지며, 높은 온도에 견디는 여과포가 없으므로 현재 250℃가 한계이다. 여과포의 수명은 2년 이상이 상식으로 되어있다. 여과포의 재질은 가스와 분진에 대한 저항력이 있는 것을 선정하고 , 주로 테트론, 나일론, 유리가 많다. 또 직포나 펠트도 사용하고, 부착한 퇴적분진을 털어내는 방식에 따라 진동, 역풍(逆風), 펄스 제트, 역풍 진동 등으로 분류한다. 구조는 다실 병렬이며, 각실마다 일정한 주기로 털어내서 연속 운전을 하는 것이 많다. 여과속도는 0.5~5m/min이고, 털어내는 역풍 속도도 같은 정도이며, 여과 속도에 따라 여과포의 눈막힘 압력손실 증대 또는 파손 등이 크게 좌우 되는 경우가 많다. 여과포의 모양은 원통(100~300φ, 길이15m 이하), 또는 봉투모양(예로 1m X 2m)이고, 기계1대에 몇천개를 설치하는 경우도 있다. | |