염화희토류 수화물($RECl_3{\cdot}xH_2O$) 내 존재하는 수분을 제거하기 위하여 탈수화 장치를 제작하여 8가지(La, Ce, Nd, Pr, Sm. Eu, Gd, Y)$Cl_3{\cdot}xH_2O$에 대한 탈수화 실험을 수행하였다. 탈수화 과정 중 희토류옥시염화물의 형성을 억제하기 위하여 TGA 분석을 바탕으로 하여 단계적인 온도 상승($80{\rightarrow}150{\rightarrow}230^{\circ}C$)구간을 설정하였으며 증발된 수분의 원활한 이동을 위하여 예열된 Ar 가스와 vacuum pump를 이용하였다. 각 온도구간에서의 탈수화 정도를 살펴본 결과 $YCl_3{\cdot}xH_2O$를 제외한 염화희토류 수화물은 원자번호가 높을수록 높은 온도에서 더 많은 탈수화가 일어남을 알 수 있었다. 탈수화 과정 후 희토류옥시염화물의 형성은 보이지 않았으며 염화 희토류 수화물 내 수분을 10%이하로 감소시킬 수 있었다.
최근들어 활엽수 펄프와 재생섬유의 사용이 증대되고, 용수절감을 위해 초지공정이 점차 폐쇄화되어감에 따라 초지계 내의 미세분 함량이 증가하고 있으며, 이로 인해 탈수조건은 더욱 악화되고 있다. 하지만 현재 진행되고 있는 초지속도의 고속화를 위해서는 습부에서 의 탈수를 더욱 촉진시킬 필요성이 대두되고 있으며, 이를 위해 여러 가지 방안이 모색되 고 있다. 탈수현상은 원료조성, 초지설비의 종류와 공정구성, 화학첨가제의 사용 여부 등 매우 다양 한 인자에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 어떤 주어진 설비를 이용하여 목표 품질의 종 이를 생산하고자 할 경우 초지설비, 운전조건, 펄프 원료, 고해 조건 등은 쉽게 변화시키 기 어렵기 때문에 초지기에서의 탈수성을 조절하기 위해서 각종 탈수촉진제가 사용되고 있다 이러한 탈수촉진제의 선정 및 현장 적용에 앞서 실험실적인 평가가 우선적으로 이루어져 야 하는 것은 당연하다. 탈수성의 실험실적인 평가를 위해 1990년대부터 Britt Jar를 변 형시킨 Dynamic Drainage Analyser(DDA)가 폭 넓게 활용되고 있다 .. DDA는 지필 형 성 시 나타나는 스크린 하부에서의 진공도를 측정하여, 갈수선에서의 탈수시간을 도출하 고 탈수성을 평가할 수 있는 장치이다. 그러나 탈수촉진제와 같은 첨가제의 성능을 평가할 경우, 그 첨가 정도에 따라 지료의 보류도가 달라져 측정되는 탈수시간에 영향을 주므 로 이러한 방식으로 얻은 탈수시간은 정확한 의미에서의 탈수성 평가방법이라 할 수 없 다. 이에 탈수성 평가 시 보류의 영향을 반영하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 탈수성의 평가에 있어 탈수시간과 더불어 습지필의 건조도에 대한 고려 역시 필수적이다. 건조도는 DDA를 이용할 경우 지펼 형성 이후 나타나는 최종 진공도의 정도로 표시되는투기도를 통해 파악되나 적용되는 보류 및 탈수 시스템의 종류에 따라 나타나는 응집 양상은 다양하므로 경우에 따라서 탈수시간과 습지필의 투기도가 서로 반대되는 결과를 나 타내기도 한다. 본 연구에서는 탈수시간 뿐만 아니라 습지필의 건조도를 동시에 고려함으 로써 DDA를 이용하여 더욱 정확하게 탈수성을 평가할 수 있는 방안을 모색하였다.
본 연구에서는 폐수산자원인 불가사리와 조개껍질 분말을 이용한 탈수보조제(물리개량제)의 가능성을 확인하였다. 불가사리와 조개껍질을 이용한 탈수보조제는 유가자원 소모라는 기존의 탈수보조제의 문제점을 보완하여 폐자원의 자원화라는 이점이 있으며 탈수케이크의 함수율을 효과적으로 낮추어 주어 소각등의 후속공정에 도움을 줄 수 있는 것으로 사료된다. 뿐만아니라 천연 비료로 사용되어지는 불가사리의 활용이라는 점에서 탈수슬러지 퇴비화등 자원 재이용에의 적용성 또한 증대시킬 수 있다.
펄스동전기법은 점토성-사질토에서 탈수화 공정을 효율적으로 진행하기 위해 제안되었다. 제안된 동전기법은 점토성-사질토에서 토양 안정성의 증진을 위해 전류 흐름에 따르는 유체의 이동에 의한 탈수화 공정을 진행하는 것이다. 제안된 동전기법의 성능을 확인하기 위해 제작된 샘플은 총 7일간에 점진적으로 압력을 증가시켜 30 psi($2.11kgf/cm^2$)의 최종압력으로 압축과정을 거쳐 완성되었다. 기존의 연속적인 처리와 펄스방식으로 처리하는 공정을 비교하여 각각의 특성을 관찰하였다. 각각의 테스트는 48시간 동안 3 V/cm의 전압 경사 조건으로 연속적인 처리공정과 48시간 동안 총 8시간씩 3회에 걸쳐 전기를 차단하는 펄스방식으로 진행하였다. 그 결과, 펄스방식의 효율이 연속처리방식의 효율과 비슷한 것으로 나타났고 펄스방식이 연속처리방식보다 전력소비가 약 50 % 감소로 그 경제성을 입증하였다.
안료 생산 공정의 슬러지로부터 물을 제거하는 감량화 공정은 제품의 질 향상, 건조경비 절감 그리고 안료 운송경비 절감 등의 다양한 측면에서 매우 중요하다. 안료입자는 크기가 $5{\mu}m$ 이하로 미세하여 기계적인 힘에 의한 탈수가 어렵다. 미세입자의 탈수율 향상을 위해 기존의 필터프레스 탈수장치의 압착판 사이에 고정 열판을 장착하고, 열수를 고정열판에 공급하여 케이크 층에 열을 공급하여 슬러지 탈수하는 열필터프레스 탈수장치를 개발하였다. 이 장치를 통해 압착공정의 유무 탈수시간 변화와 같은 변수 실험을 통해 안료슬러지에 대한 탈수율 평가하였다. 그 결과 열 탈수 시 압착공정에 의한 탈수율이 비압착공정에 비하여 약 20% 증가하였다. 압착공정이 있는 경우, 탈수시간을 70분과 80분으로 하여 수행한 결과 탈수시간이 80분으로 길게 하였을 때, 함수율 46.7wt%에서 43.9wt%로 감소하였고, 탈수속도는 $4.0DSkg/m^2{\cdot}hr$에서 $3.5DSkg/m^2{\cdot}hr$으로 감소한 것으로 분석되었다. 열 탈수는 케이크 층으로부터 액체의 배출을 원활이 할 수 있어 장치의 여과포 막힘 현상(Clogging)을 최소화 할 수 있음을 관찰하였다. 따라서 본 연구를 통해, 압착공정이 탈수율 향상에 효과적이며, 탈수시간이 80분으로 길게 할 경우, 저함수율 탈수 케이크를 생산할 수 있지만 탈수속도의 감소로 인한 생산량 저감을 초래할 수 있다. 즉 본 연구에서 개발한 열필터프레스 탈수장치를 안료와 같은 미세입자가 함유된 슬러지에 적용한다면 보다 효과적으로 탈수케이크를 생산 할 수 있을 것으로 분석된다.
제지 공정의 효율적인 운영을 위해 공정변수를 확인하는 작업은 매우 중요하다. 탈수 특성 평가를 위하여 SR(Shopper- RegIer)과 CSF(Canadian Standard Freeness tester) 그리고 원형 수초지기 동의 비난류 상태의 자연탈수 특성 평가 장치와 동적 조건의 감압식 탈수성 분석기 퉁이 도입되어 있으나 제지 공정에 보다 더 근접한 탈수, 보류 특성을 평가 하기 위하여 특히 wet-end 첨가제들의 효능을 보다 정확히 분석할 수 있도록 난휴 발생과 감압 탈수 둥을 유도한 탈수 특성 평가 장치 개발의 필요성이 커지고 있다Il, 2) 이미 소개된 RDA-HSF
입자의 크기가 $5{\mu}m$ 이하인 미세입자를 함유한 안료 슬러지를 탈수하여 케이크화될 때 기공의 크기가 매우 작아 물의 배출이 어려운 특성이 있다. 기존의 외부가압력으로 탈수하는 기계식 탈수방법으로 탈수하기는 어렵다. 본 연구는 케이크 층에 저온 열을 인가하여 케이크 충의 기공으로부터 물을 원활하게 배출하여 탈수율을 향상시키고자 하는 연구이다. 케이크 층에 일정한 온도를 공급 할 수 있는 Piston형 열 탈수장치를 구축하여 미세 안료 입자 200g에 대하여 탈수 실험을 수행한 결과 여액량은 176.8g, 케이크 무게는 19.4g, 케이크 두께는 4.2mm로 측정되었으며, 함수율은 47wt%이며 면적당 건조 입자의 잔류량(여과 속도)은 $2.1DS\;m^{2}{\cdot}cycle$로 분석되었다. 이 결과는 기존의 기계식 탈수 방법에 의한 결과에 비하여 여액량은 증가하였으며, 케이크 무게와 두께는 감소하였고 탈수속도는 증가하였다. 그리고 함수율은 약 30%감소하여, 전반적으로 탈수율이 매우 향상되는 결과를 도출하였다. 그 이유는 케이크 층에 열을 인가함으로서 케이크 기공에 작용하는 내부 증발압으로 인해 물이 케이크 충으로부터 원활하게 배출되었기 때문이다. 따라서 본 연구는 미세 입자를 함유한 슬러지의 감량화를 위한 고효율 탈수 시스템 구축에 있어 매우 유용한 기술로 평가된다.
초지기의 생산성을 극대화 하기 위한 방법은 초지기의 고속화와 광폭화를 통한 대형화이다. 다품종 소량 생산에서는생산 설비의 대형화가 비효율적이기 때문에 고속 광폭화는 주로 신문용지의 생산에 적용되어 왔다. 그러나 현재 인쇄용지 분야에 있어서도 생산성 향상의 일환으로 고속 초지기들이 도입되고 있으며, 2000m/min에 도달하기 위한 노력이 진행 중이다. 장망식 초지기에서는 와이어의 하부로만 탈수가 일어나기 때문에 제조된 종이는 표면과 이면의 구조적 차이가 발생한다.
수소화붕소나트륨은 안정적으로 수소가 저장된 물질이며, 촉매반응으로 수소를 용이하게 분리할 수 있다. 본 연구에서는 탈수소 반응률을 높이기 위해 비표면적이 큰 마이크로 pin fin 화학반응기를 제작하여 수소화붕소나트륨 수용액의 압력강하 및 탈수소 화학반응 실험을 수행하였다. 나노공정을 이용하여 실리콘웨이퍼에 높이 $300{\mu}m$, 직경 $50{\mu}m$의 pin fin을 축간격 1.3, 횡간격 1.5으로 엇갈림 배열하였다. 수소화붕소나트륨 수용액은 5~20 wt.% 농도로 Re수 1~60으로 공급되었으며, 초고속카메라를 이용하여 탈수소반응 유동양상을 관찰하였다. 실험 결과 마이크로 pin fin 화학반응기는 동일 수력학적직경을 가지는 직관 마이크로채널 화학반응기보다 화학반응 성능이 2.45배 우수한 반면, 압력강하는 1.5배 증가하였다.
간단한 통계역학적 방법을 사용 수화된 이온의 완화시칸, 탈수화시의 활성화, 에너지, 탈수화율 등을 계산하였다. 구상한 model에 의하면 수화된 물과 탈수화된 물 간의 평형상수, 물-이온간 에너지 항, 각종 species 간의 혼합 factor들이 들어있다. 이론과 실험은 잘 맞는 겨로가를 보이고 있다. 또한 이온이 탈수화식의 압력의 영향도 아울러 논의하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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