4000 m3 가스 중 NH3 80 ppm을 4 ppm으로 활성탄 300℃

4000 m3 가스 중 NH3 80 ppm을 4 ppm으로 활성탄 300℃

 

 

유량이 4000 m3인 가스 중의 NH3 농도가 80 ppm이었다.

이 오염 농도를 4 ppm으로 낮추기 위해서

활성탄을 몇 kg 주입하여야 하는가?

(상수 k와 n은 각각 0.015와 3.5이며,

활성탄으로 유입되는 처리가스의 온도는 300℃이다.)

 

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흡착 등온식 (Freundlich 등온식)

Freundlich adsorption isotherm

 

 

X / M = KC^(1/n)

> X: 흡착된 오염물(피흡착제, 피흡착물)의 질량

> M: 활성탄(흡착제)의 질량

> X/M: 흡착제 단위질량당 흡착된 피흡착물의 질량

> C: 흡착이 평형상태에 도달했을 때

용액내에 남아있는 피흡착물의 질량

> K: 상수

> n: 상수 (0~1 값)

 

 

 

 

오염물의 상태가 기체(가스)이므로,

기체의 ppm 농도를 mg/L 형태로 환산해 주어야 한다.

( 참고: 기체 ppm https://ywpop.tistory.com/5494 )

 

 

 

 

80 ppm을 4 ppm으로

---> 80 – 4 = 76 ppm

---> 흡착된 NH3의 농도

 

 

 

76 ppm NH3 = (76 mol NH3 / 10^6 mol 공기) × 10^6

 

 

 

NH3의 몰질량 = 17 g/mol 이므로,

76 mol NH3의 질량을 계산하면,

76 mol × (17 g/mol)

= 1292 g = 1.292 kg NH3

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

PV = nRT 로부터,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3097 )

 

온도 300℃, 압력 대기압(= 1 atm) 조건에서

10^6 mol 공기의 부피를 계산하면,

V = nRT / P

= (10^6) (0.08206) (273+300) / (1)

= 47020380 L = 47020.38 m3 공기

 

 

 

4000 m3 유량 속 NH3의 질량을 계산하면,

(1.292 kg / 47020.38 m3) (4000 m3) = 0.1099 kg NH3

---> 흡착된 오염물의 질량(X)

 

 

 

 

4 ppm NH3 = (4 mol NH3 / 10^6 mol 공기) × 10^6

 

4 mol × (17 g/mol)

= 68 g = 0.068 kg NH3

 

 

 

(0.068 kg / 47020.38 m3) (4000 m3) = 0.0057847 kg NH3

---> 평형상태에 남아있는 오염물의 질량(C)

 

 

 

 

X / M = KC^(1/n)

 

0.1099 / M = 0.015 (0.0057847^(1/3.5))

 

M = 0.1099 / [0.015 (0.0057847^(1/3.5))]

= 31.934 kg

 

 

 

답: 약 32 kg

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/6913 ] 물리흡착과 화학흡착

 

 

 

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