A Numerical and Experimental Study for Fry-drying of Various Sludge

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 $140^{\circ}C$ 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 $140^{\circ}C$ 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 $140^{\circ}C$. 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.

슬러지 유중 건조에 대한 전산 해석 및 실험적 연구

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 $140^{\circ}C$ 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 $140^{\circ}C$ 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.