개념 한 쪽
배기가스 중의 먼지를 제거하는 장치는 분리 원리와 처리 대상 입자의 크기·현장 조건에 따라 선택한다. 집진 방식은 건식과 습식으로 나뉘며, 원심력·여과·전기력·세정 등 각 원리에 따라 포집 가능한 입경이 달라진다.
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출제기준 단원 「대기오염방지 장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 혼합입자 질량 기준 효율 계산 | 1 | 서로 다른 크기 입자가 섞인 경우 질량 기준 집진효율을 구하는 법 |
| 습식 스크러버 성능 판단 | 1 | 세정식(스크러버) 중 미세입자 포집과 압력손실 특성으로 장치 분류 |
| 미립자 포집에 적합한 장치 선택 | 1 | 가장 작은 입자까지 포집 가능한 집진장치 종류를 고르는 문항 |
집진장치는 분진을 물리적으로 분리·포집하는 설비로, 선택 기준은 분진의 입자크기·예상 집진효율·설치장소 등 현실 조건이다. 입자크기에 따라 중력식·관성식·원심력식·여과식·전기집진·세정식 등의 방식이 적용되며, 각 방식은 포집 가능한 입경과 압력손실·운전비가 상이하다.
원심력식(사이클론)은 배기가스를 회전시켜 원심력으로 무거운 분진을 벽면으로 던져 분리하는 방식이다. 사이클론 및 멀티클론은 원심력을 이용하므로 비교적 굵은 입자에 유리하다. 문제에서 '회전'·'원심력' 키워드가 나오면 사이클론을 연상하면 된다.
여과식(백필터 등)은 필터로 가스를 통과시켜 미세입자까지 포집하는 방식으로 집진효율이 높다. 전기집진은 입자를 하전시켜 전기적 인력으로 포집하므로 초미세 입자까지 효과적으로 잡을 수 있다. 세정식(스크러버)은 물막이나 물방울에 입자가 충돌·접촉하여 분리되는 습식 방식으로, 액막·액방울이라는 단서가 있으면 세정식을 선택한다.
장치별 특징을 기준으로 하면, 전기집진과 여과식이 미립자 포집에 유리하고 원심력식·관성식은 굵은 입자에 유리하다는 관계를 기억해야 한다. 또한 벤츄리 스크러버는 스로트에서 가스를 고속 가속해 물방울과 충돌시켜 매우 미세한 입자까지 포집할 수 있으나 압력손실과 동력비가 크다는 점을 고려해야 한다.
질량 기준 집진효율 계산 예를 든다. 직경 1μm 입자 1,000개와 10μm 입자 10개가 섞여 있을 때, 입자 질량은 지름의 세제곱에 비례하므로 초기 총질량은 1,000×1³ + 10×10³ = 1,000 + 10,000 = 11,000이 된다. 집진 후 직경 1μm 500개, 10μm 1개가 남으면 잔류질량은 500×1³ + 1×10³ = 500 + 1,000 = 1,500이 된다. 질량 기준 효율은 (11,000 − 1,500)/11,000 × 100 ≈ 86.4%가 된다. 이 예는 혼합 입경 문제에서 '개수'가 아닌 '지름³×개수'로 질량 기준을 사용해야 함을 보여 준다.
단위 부피당 직경 1μm 입자가 1000개, 10μm 입자가 10개 섞여 있는 유체가 집진장치를 거쳐 직경 1μm 입자 500개, 10μm 입자 1개가 있는 유체로 변화하였을 때 집진효율은?
정답 ④ · 문항은 입자가 섞인 유체의 집진효율을 물으며 질량 기준 계산이 요구된다. 입자 질량은 입경의 세제곱에 비례하므로 처음 질량은 1μm 1000개×1³ + 10μm 10개×10³ = 1000 + 10000 = 11000(단위 비례값), 잔류 질량은 500×1³ + 1×10³ = 500 + 1000 = 1500이므로 효율 η = (11000−1500)/11000 = 9500/11000 ≈ 0.864 → 86.4%.
집진효율은 질량 기준으로 계산: 입자 질량은 지름의 3제곱에 비례하므로 (11,000−1,500)/11,000=86.4%이다.
다음 세정식 집진장치중에서 가장 미세한 입자의 집진과 높은 집진효율을 가진 것은 어떤 장치인가?
정답 ③ · 문제는 세정식 집진장치들 가운데 미세입자 포집 능력이 가장 뛰어난 장치를 묻고 있다. 미세입자 집진 성능은 가스와 액적의 충돌·응집을 유발하는 속도와 액적 크기 등에 의해 결정되며, 벤츄리 스크럽은 좁은 스로트에서 가스를 고속으로 가속시켜 강한 충돌과 미세한 분무를 통해 1μm 이하의 초미세 입자까지 효과적으로 포집한다.
세정식 집진장치 중 최고의 미세입자 포집·집진효율은 벤츄리 스크래버다.
다음 집진장치 중에서 미립자집진에 가장 적합한 것은?
정답 ④ · 문항은 미립자, 즉 매우 작은 입자 포집에 가장 적합한 장치를 묻고 있다. 전기집진기는 입자에 전하를 부여한 뒤 전극에 흡착시키는 방식으로 1 μm 이하의 초미세 입자까지도 효과적으로 포집할 수 있다.
전기집진(코트렐)은 미립자를 하전시켜 극판에 붙이므로 초미세 먼지까지 포집한다.
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