AIR DRYER PRESENTATION - apro7.ipdisk.co.krapro7.ipdisk.co.kr/publist/HDD1/web/kcaatech/airdryer/흡착식에어드라이어... · Air flows through a bundle of tube-shaped membranes

AIR DRYERPRESENTATION

2010. 01. 21

목 차

1. Air Dryer System2. Compressed Air의 제습방법3. Dryer Type별 특장점 비교4. Dryer System별 구성기기와 Utility 5. Dryer System별 운전비용 비교6. 흡착제의 종류 및 특성7. 대기압 노점, 압력하 노점 환산표8. 노점 온도와 수분량표 (단위체적당)9. Non-Purge Type Dryer 비교

1. Air Dryer System 구성

Desiccant Air Dryer DP: -40℃~-80℃Air

ReceiverCoalescing

Filter

초정밀공업용반도체용의료용

Intake Aftercooler AfterfilterDP: -40℃

정밀공업용

MechanicalSeparator

DrainValve

의료용계장용도장용

CompressorDP: -17℃

일반공압용B/D계장용

Drain Valves

B/D 계장용

2. Compressed Air 제습방법압축공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 방법에는 압축, 냉각, 흡착, 막 분리 방식등의 방법 및 이러한 공정을 조합한 방법이 있습니다등의 방법 및 이러한 공정을 조합한 방법이 있습니다.

• 압축식 ( Compression Process )• 냉동식 ( Refrigeration Process )

- 직접냉각방식 ( Direction Type )간접냉각방식 ( I di i T )- 간접냉각방식 ( Indirection Type )

• 흡수(조해)식 ( Deliquescence Process )흡착식 ( Ad ti P )• 흡착식 ( Adsorption Process )- TSA ( Thermal Swing Adsorption )

PSA ( Pressure Swing Adsorption )- PSA ( Pressure Swing Adsorption )• 막 분리 방식 ( Membrane Process )

2. Compressed Air 제습방법* 압축식 ( Compression Process )

- 공기를 압축하면 온도가 상승하여, 포화절대온도가 낮아진다. 압축후 After-Cooler로 냉각시켜 수분을 응축시켜 제거하고,감압팽창 시키면, 상대습도가 낮아져 건조하게 된다.

- 이러한 방식은 냉각방식에 비해 동력비가 높아, 단독으로 사용되는 경우는거의 없고, 일반적으로 냉각방식, 흡착식 등과의 조합으로 사용되어 진다.

2. Compressed Air 제습방법* 냉동식 ( Refrigeration Process )

1. Cycle Mode ( 운전방식 )* Cycling Type : 부하율에 따라 냉동 Comp.를 Unloading으로 운전할 수 있

지만 Unload 상태의 운전이 장시간 지속 될 경우 Dryer가 On/Off Cycle로y / y운전함.

* Non-Cycling Type : 부하율 변동에 관계없이 냉동기는 항상 On 상태이며Unload System에 의하여 냉동 Comp.부하를 변화시킴. ( Unloading V/V,Unload System에 의하여 냉동 Comp.부하를 변화시킴. ( Unloading V/V, Hot Gas by-pass V/V )

2. Heat Exchange Method ( 열교환 방식 )* Direction Type ( 직접냉각방식 ) : 압축공기와 냉매와의 열교환으로 냉각시켜 제습하는 방식.

* Indirection Type ( 간접냉각 ) : Brine을 냉매와 1차 열교환 시켜 냉각시키 Indirection Type ( 간접냉각 ) Brine을 냉매와 1차 열교환 시켜 냉각시키고 Brine과 압축공기와의 열교환으로 2차 냉각시켜 제습하는 방식.

2. Compressed Air 제습방법* 냉동식 ( Refrigeration Process )

Advantage Disadvantage / LimitationsIndirection Typeyp

잦은(큰) 부하변동에대응저부하운전시 R. Comp. Off 대기

냉각효율저하

냉수 Line 오염p동결, 과냉방지

대용량 Chiller Unit 유리열교환기 Size 증가복잡한배관장치

Direction Type

일정부하변동에빠른대응

일정한노점유지 저부하운전시동결 과냉일정한노점유지

냉각효율양호 ( Pass 구성용이)냉동 System 단순

저부하운전시동결, 과냉Unloading Device 필요

2. Compressed Air 제습방법* 냉동식 Dryer Air Circuit

SeparatorAir-to-Air HX

• Shell and tube 열교환기

• Separator • Separator

• Automatic condensate drains

Air-to-Refrigerant HXCondensate Drain

2. Compressed Air 제습방법* Air to Air Heat Exchanger

•고온다습한압축공기를

예열 환기를통해 차적인 수분을제거예열교환기를통해 1차적인 수분을제거

본열교환기에서제습효과증폭

• SHELL AND TUBE TYPESHELL AND TUBE TYPE• BAFFLE장착• LOW FIN TUBE 와 SWIRL

GENERATOR 내장으로 효율증대

2. Compressed Air 제습방법* Air to Refrigerant Heat Exchanger

• DEW POINT를만족할수있는충분한전열면적확보

• 냉동시스템에의한열교환방식

• 4 PASS 구조의냉매순환

CORE BUSTER 내장• CORE BUSTER 내장

• SWIRL GENERATOR 내장

LOW FIN TUBES 사용• LOW FIN TUBES 사용

• 다층구조의 BAFFLE 사용

• LOAD 변화에빠른대응Outside Area

X• LOAD 변화에빠른대응 XOutside

Heat TransferCoefficient

=

2. Compressed Air 제습방법* Four Pass System

• 1st & 2nd passesRefrigerant mostly liquidVolume displacement rods (core buster ), increase velocity

• 3rd & 4th passes3rd & 4th passesRefrigerant mostly gasSwirl generators expose remain in liquid Swirl generators expose remain in liquid to tube walls

2. Compressed Air 제습방법* Highly Efficient Separation

• CENTRIFLEX방식의카트리지사용• CENTRIFLEX방식의카트리지사용(효과적인수분제거)

• 1st stage (STAINLESS STEEL)압축공기중의액상입자제거

• 2nd stage입자이상의 형물및3 microns 입자이상의고형물및

유분과수분제거

2. Compressed Air 제습방법* Three Valve Refrigerant Control System

EVAPORATORSEYANG System :Maintains consistent cooling temperatures over a wide range

R.COMP.

of load and ambient conditionsAutomatic - no need for load, ambient or seasonal adj stmentsambient or seasonal adjustments(1) Hot gas by-pass valve(2) Liquid injection valve

CONDENSER

(2) Liquid injection valve(3) Thermal expansion valve

2. Compressed Air 제습방법* Hot Gas by-pass Valve

EVAPORATOR

• Controls pressure/temperature in evaporator

R COMP

• Feeds into suction line AFTER evaporator - maintains consistent t t d i l d h R.COMP.temperature during load changes

• Compressor valve unloading

CONDENSERadded in 20 HP & larger models

2. Compressed Air 제습방법* Thermal Expansion Valve

EVAPORATOR

• Controls evaporator heat load response

• Quickly responds to load changes - regulates refrigerant flow into evaporator R.COMP.flow into evaporator

• Maintains superheat - prevents compressor flooding (slugging)

CONDENSER

compressor flooding (slugging)

2. Compressed Air 제습방법* De-superheating Valve

EVAPORATOR

• Controls temperature of suction gasg

• Prevents compressor overheating

R.COMP.overheating

CONDENSER

2. Compressed Air 제습방법* 흡수식(조해식) ( Deliquescence Process )

- 습공기를 흡습성의 고체 또는 액체와 접촉시켜 수분을 화학적으로 흡수 제거하는 방법으로, 고체흡수제에는 염화칼슘, 염화리튬등 수분과 친화력이 강한

습제 수 과 화학적 반 여 해되 수 제거한흡습제가 수분과 화학적 으로 반응하여 조해되어 수분을 제거한다.- 흡수제는 소모품으로 정기적인 보충이 필요하며, 입구온도보다 약 10℃ 낮은

노점을 얻을 수 있다노점을 얻을 수 있다.- 액체흡수제에는 염화리튬 수용액(30~50%)이 사용되며, 수용액과 습공기를

접촉시켜 제습한다 수분을 흡수한 수용액은 가열과정을 거처 수분을 증발접촉시켜 제습한다. 수분을 흡수한 수용액은 가열과정을 거처 수분을 증발시켜, 수용액농도를 조절하여 순환 재사용한다.

- 이방식은 비교적 높은습도 및 대용량에 적합하나 부식성의 흡수제를 사용이방식은 비교적 높은습도 및 대용량에 적합하나, 부식성의 흡수제를 사용하므로 용기등의 방청, 제품의 오염, 흡수제의 Carry-Over 등에 대한 충분한검토가 필요하다검토가 필요하다.

2. Compressed Air 제습방법* 흡착식 ( Adsorption Process )

- 습공기를 흡착제 층에 통과시켜, 물리적 흡착작용을 통해 제습하는 방법으로,흡착제로는 알루미나겔, 시리카겔, 모레큐라시브등이 사용된다.

수의 착탑 성되 있 및 재생과정 연속적 수행한- 복수의 흡착탑으로 구성되어 있어 건조 및 재생과정을 연속적으로 수행한다.- 이 방법은 용이하게 저 노점의 압축공기를 얻을 수 있으며, 압력하 -70℃ 이하

의 노점온도도 가능하다의 노점온도도 가능하다.1. TSA ( 가열재생방식 )

흡착제를 재생하는 과정에 열원을 사용하는 방식이며 사용하는 열원 또는- 흡착제를 재생하는 과정에 열원을 사용하는 방식이며, 사용하는 열원 또는재생Air를 사용하는 방식에 따라 다양하게 구분한다.

2 PSA ( 비가열재생방식 )2. PSA ( 비가열재생방식 )- 일반적으로 Heatless Dryer를 호칭하며, 건조공기의 일부를 분기하여 사용

하고 소용량에 적합하고 운전유지비용이 매우 높다하고, 소용량에 적합하고, 운전유지비용이 매우 높다.

2. Compressed Air 제습방법* 막 분리 방식 ( Membrane Process )

- 투과막을 사용하여 제습하는 방식으로, 압축공기중의 기체성분의 확산속도의차이에 의하여, 확산속도가 빠른 수분(H20)은 짧은시간에 투과막을 통과하여외 배 되 확산속 상대적 린 질 산 내 에 남게외부로 배출되고, 확산속도가 상대적으로 느린 질소나 산소는 내부에 남게되어 -20℃ 이하의 노점을 얻을 수 있다.

S Ai i d tCompressed air saturated with

water vapor enters the dryer

Sweep Air is used to carry water vapor out of the dryer Dried air exits the

tube bundle for use downstream

Water Vapor (plus sweep air)

passes through the

Air flows through a bundle of tube-

shaped membranes (thi k f ti d i ki

p gmembrane walls,

lowering the dew point

(think of tiny drinking straws)

표1. 제습장치의 분류

제습장치 흡착식 가열재생 Open Cycle

냉동식 비가열재생

Blower Purge

Heater 냉동식 비가열재생 Internal

Heater External

흡수식External

Closed Cycle

압축식Closed Loop

Blower Non Purge

막분리방식Heat of

Compression

3. Dryer Type별 특장점 비교

3. Dryer Type별 특장점 비교

3. Dryer Type별 특장점 비교

3. Dryer Type별 특장점 비교

3. Dryer Type별 특장점 비교* Combination System

1 예열교환기 40℃에서 22℃로냉1. 예열교환기①

40℃에서 22℃로냉각 ( 수분 64% 제거 )

2. 본열교환기②

22℃에서 4℃로냉각 (수분 89%제거 )② 각 ( 수분 89% 제거 )

3. 흡착식드라이어

⑤

노점(압력하) –70℃이하로제습 ( 수분99.98% 제거 )⑤ )

4. 예열교환기①

4℃의공기를 31℃로가열

4. Dryer System별 구성기기와 Utility

System

흡착식 Dryer

SystemBlower Purge

Heater Internal

Heater External

Closed Loop

Blower Non Purge

Heat of Compression

Heatless

냉동기 no no no no no no no

구성기기

흡착탑 yes yes yes yes yes yes yes

Blower yes no no yes yes no no구성기기

Cooler no no no yes no yes no

Heater yes yes yes yes yes no no

Utility

제어전원 yes yes yes yes yes yes yes

냉각수 no no no yes no yes no

Utility전기 or 스팀 yes yes yes yes yes no no

Purge Loss yes yes yes no no no yes

5. Dryer System별 운전유지비용 비교- 10,000 Nm3/hr 용, 1일 24시간, 년간 340일 가동기준- 입구압력, 입구온도, 외기온도 : 7 Kgf/cm2, 40℃, 38℃조건- 전력비 : 50 원/Kw, 압축공기 단가 : 9원/m3, 알루미나겔 단가 : 3,000 원/Kg 기준

(천원)

Purge Type

Non Purge Heated Type구분 TypeHeatless

Type External Internal Blower Purge

CombinationType

Heater - 126 Kw 114 Kw 138 Kw 25 Kw 141 Kw

전

력

Blower - - - 30 Hp 10 Hp -

냉동 Comp. - - - - 30 Hp -

냉각수 Pump - - - - 5 Hp 5 Hpp p p

냉각 Fan - - - - 0.5 Hp 0.5 Hp

평균 Purge Air 량 15 % 12 % 10 % 1.5 % 1 % -

흡착제충진량, Kg 3,400 5,000 5,000 5,300 2,200 5,700

년간운전비합계 120,904 125,258 107,510 57,244 24,143 42,707

년간운전비비교 501 % 519 % 445 % 237 % 100 % 177 %

6. 흡착제의 종류 및 특성* Activated Alumina Gel

• 다공질의 산화 알루미늄 흡착제로서 표면적이 크고 충격과 마찰에 대한 기계적 강도가이 크고, 충격과 마찰에 대한 기계적 강도가높을 뿐만 아니라 수분접촉에도 강하기 때문에 제습제로서는 가장 많이 사용되고 있는흡착제입니다.

• 가열에 의한 재생 시 요구노점에 따라 재생• 가열에 의한 재생 시 요구노점에 따라 재생온도 범위는 175 ~ 250℃이며, 최저 평형노점은 압력하 -76℃ 정도 입니다.

6. 흡착제의 종류 및 특성* Silica Gel

• 비표면적이 600~750 m2/g 으로 매우 커, 입구온도가 낮고 상대습도가 높을 경우에 수분구온도가 낮고 상대습도가 높을 경우에 수분흡착 능력이 대단히 우수하나, 수분접촉 및충격에 대한 기계적 강도는 다소 약하다.

• 가열에 의한 재생 시 재생소요열량이 가장적으며 요구노점에 따라 재생온도 범위는적으며,요구노점에 따라 재생온도 범위는150~180℃ 이고, 250℃ 이상 가열하면 흡착 능력을 상실하며, 최저 평형 노점은 압력하 70℃ 정도 입니다하 -70℃ 정도 입니다.

6. 흡착제의 종류 및 특성* Molecular Sieves

• 상대습도에 관계없이 비교적 높은 흡착특성을유지하며 입구온도 및 상대습도에 따라 흡착유지하며, 입구온도 및 상대습도에 따라 흡착율이 급격히 감소하는 실리카겔 이나 알루미나겔과는 달리, 흡착율의 변화가 매우 적기 때문에 입구온도가 높거나 상대습도가 낮은 경우에주로 사용되며 미량의 수분을 포함한 가스의초건조제로 사용됩니다.

• 가열에 의한 재생시 요구노점에 따라 다르지만재생온도 범위는 200 300℃ 이며 최저 평형재생온도 범위는 200 ~ 300℃ 이며 최저 평형노점은 압력하 -80℃ 정도입니다.

6. 흡착제의 종류 및 특성* Silica Alumina Gel

• 입구온도가 낮고 상대습도가 높을 경우에 수분흡착 능력이 대단히 우수하며 Sili G l의분흡착 능력이 대단히 우수하며, Silica Gel의단점을 SiO2와 Al2O3를 합성하여 보완. Alumina Gel에 비해 분진 발생율이 낮고, 약 2배에 가까운 비표면적을 갖고 있어, 수분 흡착력 이 대단히 높다.

• 가열에 의한 재생시 재생소요열량은 Alumina Gel 정도이며, 낮은 온도영역(130℃ ~ 150℃) 에서도 재생이 가능하다 250℃ 이상 가열하에서도 재생이 가능하다. 250℃ 이상 가열하면 흡착능력을 상실하며, 최저 평형 노점은 압력하 -70℃ 정도 입니다.

6. 흡착제의 종류 및 특성* Adsorbent Gel Data

항목 Alumina Gel Silica Gel Molecular Sieves Silica Alumina Gel

Size 2 ~ 6.4 2 ~ 5 1.5 ~ 5 2.4 ~ 4.75

Al2O3 / SiO2 93 / 0.02 % 0.3 / 99 % - 15 / 85 %

Surface Area 360 m2/g 750 m2/g 480 m2/g 600 m2/g

Total Pore Volume 0.5 cc/g 0.37 cc/g 0.4 cc/g 0.45 cc/g

Bulk Density 770 g/l 750 g/l 700 g/l 760 g/l

Crush Strength 25 ~ 32 kg - 20 kg 15 ~ 20 kg

Regeneration Temp. 175 ~ 250 ℃ 150 ~ 180 ℃ 200 ~ 320 ℃ 130 ~ 150 ℃

Few Dust By Handling 묻어남 좋음 묻어남 좋음

Not Crack in Boiled Water 좋음 깨짐 좋음 좋음

6. 흡착제의 종류 및 특성* Comparison of Relative Humidity Effect on Various Desiccant

40

45

40

45

30

35

40

ity, w

t%

30

35

40

15

20

25

ter C

apac

15

20

25

0

5

10Wat

0

5

10

00 5 10 15 20 25 30 40 50 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Relative Humidity, wt%

0

6. 흡착제의 종류 및 특성* Heat of Adsorption

• Silica Gel 610~650 kcal/kg

• Activated Alumina 700~750 kcal/kg

• Molecular Sieve ≒ 1,000 kcal/kg

6. 흡착제의 종류 및 특성* Hydro-Thermal Ageing

7. 대기압노점, 압력하노점 환산표

7. 대기압노점, 압력하노점 환산표* 노점 환산식

1. 압력하 노점을 대기압 노점으로 환산Ex : 압력하 노점 -20℃ at 7 kgf/cm2t = Gw (수분량:g/m3) x 대기의 절대압 (kgfcm2 abs) / 압력하 절대압 (kgf/cm2 abs)t Gw (수분량 g/m3) x 대기의 절대압 (kgfcm2 abs) / 압력하 절대압 (kgf/cm2 abs)= 0.882 x 1.0332 / ( 7.0 + 1.0332 )= 0.1134 ≒ -40℃ ( 대기압 노점 )

2. 대기압 노점을 압력하 노점으로 환산Ex : 대기압 노점 -40℃, 압력하 노점( 7 kgf/cm2 ) 으로t G (수분량: / 3) 압력하 절대압 (k f/ 2 b ) / 대기의 절대압 (k f 2 b )t = Gw (수분량:g/m3) x 압력하 절대압 (kgf/cm2 abs) / 대기의 절대압 (kgfcm2 abs) = 0.119 x ( 7.0 + 1.0332 ) / 1.0332= 0.925 ≒ -20℃ ( 압력하 노점 at 7.0 kgf/cm2 )

8. 노점온도와 수분량표

9. Non-Purge Type Dryer 비교* Closed Loop Dryer

• Closed Loop 회로를 구성하여Purge Loss가 없으며, 저압 또는Gas Dryer, 특수 Dryer용으로적용범위가 확대되고 있다적용범위가 확대되고 있다.

• 재생 Device : - Regen. Blower- Regen. Cooler

9. Non-Purge Type Dryer 비교* Blower Non Purge Dryer

• 재생시 Heating후 Blower Cooling & D i C li 과정을 거치므로& Drying Cooling 과정을 거치므로Purge Loss가 없고 Tower 전환시DP & Outlet 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

• 재생 Device :• 재생 Device : - Regen. Blower

9. Non-Purge Type Dryer 비교* Blower Non Purge Dryer

• 재생시 압축열을 사용하여 Heater용량이 작아질수 있고 재생 Air를용량이 작아질수 있고, 재생 Air를순환시켜 Purge Loss가 없다.

• 밀폐회로로 구성되므로 외부의 여향을 받지 않는다.

• 재생 Device : - Regen. Coolerg- Sprit Air ( Inlet Air )

9. Non-Purge Type Dryer 비교

9. Non-Purge Type Dryer 비교

9. Non-Purge Type Dryer 비교