슬러지 유중 건조에 대한 전산 해석 및 실험적 연구

신미수(Mi Soo Shin),김혜숙(Hey Suk Kim),김병갑(Byeong Gap Kim),황민정(Min Jeong Hwang),장동순(Dong Soon Jang),엄태인(Tae In Ohm) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.4

유중 건조 공정의 기본 원리는 수분과 비열차이가 있는 오일을 가열할 때 온도 차이에 따라 형성되는 슬러지 내부의 급격한 압력 변화를 이용한다. 즉 슬러지 내부에 발생하는 급격한 압력 상승이 이루어질 때 슬러지 공극을 통하여 수분이 빠르게 배출하도록 하는 것이다. 본 연구의 목적은 유중 건조공정 중 다양한 운전 변수가 건조효율에 미치는 영향을 구체적으로 규명하기 위한 것이다. 변수 연구를 위하여 일련의 건조 실험과 수치해석을 시도하였으며 그 결과 건조온도, 건조시간, 폐오일종류, 슬러지 종류 등 중요 실험변수에 따른 건조곡선이 얻어졌다. 건조 온도 변화에 따른 연구 결과는 폐오일의 종류에 관계없이 140℃ 이상으로 운전하는 것이 건조효율에 유리한 것으로 나타났으며 이 결과는 수치 해석적 결과로도 확인되었다. 그리고 슬러지 직경의 경우 직경이 감소할수록 효율적으로 건조되는 경향으로 보였으며 이는 비표면적의 증가에 기인하는 것으로 판단되었다. 오일 종류나 물성의 변화에 대한 연구에서는 오일의 점도가 가시적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 특히 점도가 높은 오일의 경우 건조 초반에 수분 증발이 현저히 지체되는 현상이 나타났다. 그러나 건조온도 140℃ 이상에서는 이러한 지체 현상이 감소하는 결과를 나타내었다. 슬러지 종류에 따른 연구에서는 전체적으로 큰 차이를 나타내지는 않았으나 하수슬러지가 다른 종류의 슬러지에 비하여 좀 더 가시적으로 양호한 수분제거 양상을 나타내었다. 수치 해석적 연구는 실험적 연구에 대한 상호보완적인 연구로서 가능성을 보였으나 복잡한 세부모델에 대한 경험적인 모델개발의 필요성이 제기되었다. The basic principle of fry drying process of sludge lies in the rapid pressure change of sludge material caused by the change of temperature between oil and moisture due to the difference of specific heat. Therefore, the rapid increase of pressure in drying sludge induces the efficient moisture escape through sludge pores toward heating oil media. The object of this study is to carry out a systematic investigation of the influence of various parameters associated with the sludge fry drying processes on the drying efficiency. To this end, a series of parametric experimental investigation has been made together with the numerical calculation in order to obtain typical drying curves as function of important parameters such as drying temperature, sludge diameter, oil type and sludge type. In the aspect of frying temperature, especially it is found that the operation higher than 140℃ was favorable in drying efficiency regardless of type of waste oil employed in this study. The same result was also noted consistently in the investigation of numerical calculation, that is, in that the sludge particle drying was efficiently made over 140℃ irrespective of the change of particle diameter. As expected, in general, the decrease of diameter in sludge was found efficient both experiment and numerical calculation in drying due to the increased surface area per unit volume. In the investigation of oil type and property, the effect of the viscosity of waste oil was found to be more influential in drying performance. In particular, when the oil with high viscosity, a visible time delay was noticed in moisture evaporation especially in the early stage of drying. However, the effect of high viscosity decreased significantly over the temperature of 140℃. There was no visible difference observed in the study of sludge type but the sewage sludge with a slightly better efficiency. The numerical study is considered to be a quite useful tool to assist in experiment with more detailed empirical modeling as further work.

탄소나노섬유를 열원으로 적용한 세탁물 건조기의 개발

이정환(Lee Jung-Hwan),원상연(Won Sang-Yeon) 한국산업정보학회 2018 한국산업정보학회논문지 Vol.23 No.3

본 논문은 세탁물 건조기의 고효율과 건조성능 향상을 위한 탄소나노섬유의 열원(히팅모듈)을 설명하였고, 이 열원의 적용 가능성을 평가하는데 집중하였다. 제안된 히팅모듈의 설계를 위해, 탄소나노섬유램프의 표면온도와 표면온도분포특성에 관한 실험이 수행되었다. 그 램프의 표면온도는 램프에 흐르는 전류의 증가와 함께 선형적으로 증가하였고, 그 램프의 길이가 짧을수록 증가하는 패턴을 보였다. 제안된 히팅모듈은 건조효율, 세탁물의 수분증발률, 건조동작 중 드럼의 내부온도를 기반으로 평가되었다. 건조효율은 KS C 9319의 기준인 45%를 충족하였고, 수분증발률과 드럼의 내부온도는 각각 98.88%와 평균 61.1℃로 S사의 제품과 대등한 건조성능을 보였다. 그 평가와 실제 건조실험 결과로부터, 제안된 탄소나노섬유램프 히팅모듈은 건조효율과 건조성능의 측면에서 세탁물 건조기의 열원으로 적용 가능할 것으로 판단되며, 높은 온도의 열원, 우수한 발열량, 원적외선 방출에 의한 건조성능의 향상과 세탁물의 살균효과를 얻을 수 있다. 추가적으로, 그 건조기들 사이에 건조효율 성능차이가 열원의 소비전력을 기반으로 상세히 분석되었다. This paper presents a heating source of carbon nanofibers for the efficiency and the drying performance of laundry dryer, and focuses on the applicability-evaluation of its source. To design the proposed heating module, experiments were conducted in terms of surface temperature and surface temperature distribution characteristics of carbon nanofiber lamps. The surface temperature of the lamps increased linearly with increment of a current to flow a lamp and revealing the increasing pattern as the length of the ramps is shorter. The proposed heating source was evaluated based on drying efficiency, moisture evaporation rate at laundry, and internal temperature of a drum during drying process. The drying efficiency satisfied a 45% which is specified in KS C 9319. The moisture evaporation rate and the internal temperature of the drum were respectively 98.88% and 61.1℃, which are similar to that of S"s company dryer. From the evaluation and actual drying test results, the proposed carbon nanofiber lamp heating module is considered to be applicable as a heat source for laundry dryer in terms of drying efficiency and drying performance. it is possible to obtain a heat source at a high temperature, an excellent calorific value, an improvement in drying performance, and an effect of sterilizing laundry due to the emission of far-infrared rays. In addition to the applicability, the difference of the drying efficiency between the dryers was analyzed in detail based on the power consumption of the heat sources.

음식물류폐기물 간접건조과정에서의 순환 및 낙하이동에 따른 건조효율 평가

김병태 유기성자원학회 2012 유기물자원화 Vol.20 No.4

Indirected heating dryer is used as one of the food waste treatment technologies for the production of the drier material supplied to the recycling facilities or end user. This study investigated the effect on drying efficiency for the operation of rotating screw with the circulating and falling movements on indirected drying process of food waste. The screw operating condition showed higher drying efficiency despite of the shorter drying time compared to the screw non-operating condition. The moisture content decreased to 14.4% from the initial moisture content of 77.1% after drying 5 hours in the screw operating condition. On the other hand, in the screw non-operating condition, the moisture content decreased slightly to 35.6% after drying 16 hours. During the drying process, variations of the water evaporation rate and particle size showed different tendencies depending on the moisture content regions. In the higher moisture content region above the glue zone(moisture content of about 50%-60%), the particle size increased and the water evaporation rate reached the highest peak. In the range of glue zone, the particle size maximized while the water evaporation rate decreased sharply. In the lower moisture content region below the glue zone, the water evaporation rate and particle size both decreased at the same time. The particle size distribution was widely ranged from 25.0mm to 0.25mm in the screw operating condition while it was narrowly distributed in the screw non-operating condition from 25.0mm to 3.56mm, especially highly concentrated to 25.0mm. It was regarded that the hygroscopic, capillary and gravitational water evaporated more easily from the intra-particle during the circulating and falling movement caused by the rotating of the screw and the difference of the cohesional force of water within intra-particle depending on the moisture content regions. Comparing the effect of the circulating and falling movement on drying efficiency, the water evaporation rates per time and per weight of dry solid in the screw operating condition were higher about 364% and 356%, respectively, than those of the screw non-operating condition. 건조과정에서 시료의 순환과 낙하이동에 따른 건조효과를 평가하기 위하여 음식물류폐기물 8,000kg을 간접건조방식의 건조기에 투입하고 회전스크류 가동시와 미가동시에 대하여 수분함량, 건조율, 평균 입자크기 및 입도분포, 증발수분량 및 건조효율을 비교하였다. 음식물류폐기물의 초기 수분함량은 77.1%로서, 회전스크류 가동시에는 가동 후 5시간 만에 수분함량이 14.4%로 낮아진 반면에 미가동시에는 16시간을 가동시켜도 수분함량 35.6%에 머물고 있어 시료의 순환과 낙하이동이 건조효과 상승에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 건조시작 후 점성구간 도달 이전에는 입자크기가 증가하면서 수분증발률은 최대치를 보인다. 점성구간에서는 입자크기가 최대치를 나타내나 수분증발률은 급감하기 시작하며, 점성구간 이후에는 입자크기와 수분증발률이 동시에 감소하는 것으로 나타났다. 이는 자유수 증발량과 각 구간에서의 점성차이에 기인한 것으로 여겨진다. 평균 입자크기는 가동 후 지속적으로 증가하여 점성구간인 수분함량 70%∼60% 범위에서 최대치를 보인 후 감소하는 경향을 나타내었으나 평균 입자크기의 변화정도는 회전스크류 가동방식에 따라 다르게 나타났다. 또한 회전스크류 가동시 입도분포는 25.0mm에서 0.25mm까지 폭넓게 분포하는 반면에 미가동시에는 25.0mm에서 3.56mm까지의 좁은 입도분포와 25.0mm이상의 입자크기에 집중되고 있다. 회전스크류 가동으로 건조효율에 미치는 효과를 회전스크류 미가동시와 비교하면 시간당 증발수분량은 364%, DS(Dry Solid)당 증발수분량은 356%나 증가한 것으로 평가되었다.

하수슬러지 처리를 위한 다축 스크류 난류 접촉식 건조기의 최적 설계 연구

나은수(En Soo Na),신성수(Sung Soo Shin),신미수(Mi Soo Shin),장동순(Dong Soon Jang) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.4

본 연구는 유무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다. The purpose of this study is to investigate basically the mechanism of heat transfer by the resolution of complex fluid flow inside a sophisticated designed screw dryer for the treatment of sewage sludge by using numerical analysis and experimental study. By doing this, the result was quite helpful to obtain the design criteria for enhancing drying efficiency, thereby achieving the optimal design of a multiple screw type dryer for treating inorganic and organic sludge wastes. One notable design feature of the dryer was to bypass a certain of fraction of the hot combustion gases into the bottom of the screw cylinder, by the fluid flow induction, across the delicately designed holes on the screw surface to agitate internally the sticky sludges, This offers many benefits not only in the enhancement of thermal efficiency even for the high viscosity material but also greater flexibility in the application of system design and operation. However, one careful precaution was made in operation in that when distributing the hot flue gas over the lump of sludge for internal agitation not to make any pore blocking and to avoid too much pressure drop caused by inertial resistance across the lump of sludge. The optimal retention time for rotating the screw at 1 rpm in order to treat 200kg/hr of sewage sludge was determined empirically about 100 minutes. The corresponding optimal heat source was found to be 150,000kcal/hr, A series of numerical calculation is performed to resolve flow characteristics in order to assist in the system design as function of important system and operational variables. The numerical calculation is successfully evaluated against experimental temperature profile and flow field characteristics. In general, the calculation results are physically reasonable and consistent in parametric study. In further studies, more quantitative data analyses such as pressure drop across the type and loading of drying sludge will be made for the system evaluation in experiment and calculation.

드럼식 건조기 설계 모듈 개발 및 검증

오상현(Sang Hyun Oh),김성일(Sung Il Kim),박기호(KI Ho Park),주영환(Younghwan Joo),고아현(A Hyun Ko),조민정(Min Jeong Cho),윤시원(Si Won Yoon) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

지열원 열펌프 열풍건조기와 냉풍데시칸트건조기의 감(곶감, 감말랭이) 건조비교

박승태(Seung Tae Park),조승구(Seung Gu Cho),조기현(Gi Hyeon Cho),이정호(Jeong Ho Lee),박성찬(Seong Chan Park),황보경(Gyeong Hwangbo),김영일(Yeong Il Kim),양원석(Won Seok Yang),오상민(Sang Min Oh) 대한설비공학회 2018 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.6

냉풍데시칸트건조기의 건조방법 개선

박승태(Seung Tae Park),조승구(Seung Gu Cho),조기현(Gi Hyeon Cho),강희석(Hee Seok Kang),박은규(Eun Geu Park),금종수(Jong Su Kum),이양봉(Yang Bong Lee) 대한설비공학회 2021 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.-

냉풍데시칸트건조기의 건조방법 개선

박승태(Seung Tae Park),조승구(Seung Gu Cho),조기현(Gi Hyeon Cho),강희석(Hee Seok Kang),박은규(Eun Geu Park),금종수(Jong Su Kum),이양봉(Yang Bong Lee) 대한설비공학회 2021 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2021 No.11

냉풍데시칸트건조기와 냉풍건조기에서의 감귤박 건조

박승태(Seung Tae Park),홍경수(Kyoung Su Hong),조승구(Seung Gu Cho),황보경(Gyeong Hwangbo),박은규(Eun Geu Park),김태형(Tae Hyung Kim),백종국(Jong Kuk Paek),신승민(Seung Min Shin),금종수(Jong Su Kum),이양봉(Yang Bong Lee) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6

제주테크노파크 생물종다양성연구소의 감귤박 돼지사료화 연구에 있어서, 냉풍데시칸트건조기로 감귤박 건조실험을 진행하였으며, 1~2차 건조에서는 돼지들이 먹지 않은 현상들이 발생하여 3~4차 건조를 통해 사료화를 진행 중에 있다.

수치 해석을 이용한 가정 의류건조기의 성능 분석

김수경(S.K. Kim),손덕영(D.Y. Sohn),최윤호(Y.H. Choi),강근(G. Kang) 한국전산유체공학회 2010 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

The characteristics of a condenser dryer and a vented dryer that are common types of domestic clothes dryers for home use are predicted and compared in an effort to improve the efficiency and to overcome economical and environmental problems due to its inefficient power consumption. In the present study, a drying system is simplified by assuming the mechanism is composed of several elements such as heater and drum and mathematical models using the mass and energy conservation of moisture and air through each element are defined. Based on this mathematical model, the computational tool is developed to predict temperature, humidity and enthalpy of moisture and air in a drum and remained moisture contents (RMC) in drying materials. The computational results are verified by comparing with experimental results from existing studies. In addition, the efficiency of a dryer is calculated using these predicted results for a given condition and the drying characteristics of a condenser dryer and a vented dryer are compared and analyzed.