개념 한 쪽
유해가스 제거에 흡수법은 액체 흡수제를 이용해 기체 성분을 용해 또는 화학반응시켜 제거하는 공정이다. 흡수제의 물성 요구조건과 흡수탑의 종류, 설계에 필요한 이동단위 개념과 화학량론적 계산이 핵심이다.
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출제기준 단원 「흡수 처리설비」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 흡수액 성질 판별 | 1 | 흡수액의 물성 요구조건 중 틀린 설명을 고르기 |
| 흡착제-용도 연결 배제 | 1 | 흡착제별 일반적 용도와 거리가 먼 항목 식별 |
| 충전탑 설계 높이 계산 | 1 | HOG와 NOG 이용해 충전층 높이 산출 |
흡수제(흡수액)는 유해가스를 잘 녹여 처리효율을 높여야 하며, 휘발성은 적어야 흡수액의 손실을 줄일 수 있다. 점도가 낮아 기액 접촉이 원활해야 하고 화학적 안정성이 있어야 장기간 사용할 수 있다. 빙점은 낮아 동결을 방지해야 하고 비점은 높아 증발 손실을 줄여야 한다는 원리가 제시된다.
흡수탑은 접촉 방식에 따라 충전탑, 분무탑 등으로 구분되며 충전탑은 충전제 표면을 흐르는 액체와 기체가 접촉하는 기액 접촉형 장치이다. 기체분산형 장치는 스프레이탑 등에서 보이며, 충전탑을 기체분산형이라고 표현하는 것은 틀린 진술이다.
충전탑 설계에서는 이동단위 높이(HOG)와 이동단위 수(NOG 또는 NTU)를 사용해 충전층 높이 Z를 결정한다. Z = HOG × NOG 공식을 사용하며, 흡수효율과 대응되는 NOG 값을 이용해 탑 높이를 산출한다. 예를 들어 효율 99%는 NOG 약 4.6에 대응한다는 설명이 제시된다.
흡수공정과 관련된 정량계산은 화학량론과 몰비를 따른다. 유황이 산화되어 SO2가 생성되는 경우 S:SO2 질량비는 1:2이고, SO2의 흡수 반응 SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O로부터 SO2 1몰당 NaOH 2몰이 필요하다는 점으로 필요한 흡수제 질량을 계산한다.
문제: 하루 5톤의 유비철광에서 유황분 20%가 모두 산화되어 SO2로 배출될 때, SO2를 NaOH로 처리해 최종 생성물이 Na2SO3가 되도록 하려면 이론적으로 필요한 NaOH 양은 얼마인가? 풀이: 유황량은 5톤 × 20% = 1톤이다. S(32) → SO2(64)이므로 질량비 1:2로 SO2 생성량은 2톤이다. 반응식 SO2 + 2NaOH → Na2SO3에서 SO2 64g당 NaOH 80g이 필요하므로 질량비로는 80/64 = 1.25배가 필요하다. 따라서 NaOH 필요량은 2톤 × 1.25 = 2.5톤이다.
문제: 이동단위 높이 HOG = 1.2m인 충전탑에서 흡수효율 99%일 때 충전층 높이는? 풀이: 효율 99%에 해당하는 NOG는 약 4.6이다. 따라서 충전층 높이 Z = HOG × NOG = 1.2m × 4.6 ≈ 5.52m로, 가장 근접한 선택지는 5.5m이다.
다음 중 유해가스를 처리 하기 위한 흡수액의 구비 요건중 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 유해가스를 처리하기 위한 흡수액이 갖추어야 할 요건 중 틀린 것을 찾는 문제이다. 흡수액은 유해가스를 잘 녹여야 하므로 용해도가 높아야 하고 점성이 낮아야 하며 화학적으로 안정해야 하는 것이 바람직하다.
흡수액은 유해가스를 잘 녹여야 하므로 휘발성이 크면 흡수액 자체가 날아가 처리 효율이 떨어진다.
흡착제 종류별로 일반적으로 사용되는 용도와 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 문항은 주요 흡착제와 그 일반적 용도 간의 부적합한 짝을 찾는 문제이다. 실리카겔은 주로 습기 제거(건조제)로 사용되며 석유분류물 처리에는 적합하지 않으므로 이 짝이 부적절하다.
실리카겔은 주로 습기 제거(건조제)로 쓰이며, 석유분류물 처리에는 활성탄이나 분자체가 더 적합하다.
흡수를 이용한 유해가스처리방법인 충전탑에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ① · 문제는 충전탑의 성격과 관련된 설명 중 틀린 것을 찾으라는 질문이다. 충전탑은 기체와 액체가 충전제 표면을 통해 접촉하는 기액 접촉형 장치로 분류되므로 ‘기체분산형’이라고 한 진술은 부정확하다.
충전탑은 기액 접촉형이므로 기체분산형이라는 설명이 틀린 진술이다.
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