보은화학(주) 기술자료 - 경수연화장치

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	9. 경수연화장치

가.	경수연화장치 원리


	원수(경수)를 Na형의 양이온교환수지에 통과시켜 원수중의 경도성분인 Ca²⁺ , Mg²⁺ 을 수지중의 Na⁺ 와 교환하여 연수를 제조하는 방식이다.

	▶ 통수 ◀
	2R - SO₃Na ＋ Ca²⁺ (R - SO₃)₂Ca＋ 2Na⁺
	※ R은 이온교환수지의 고분자기체임.

	▶ 재생 ◀
	(R - SO₃)₂Ca ＋ 2NaCl 2R - SO₃Na＋ CaCl₂
	※ 원수중 Na⁺ 이온이 많을경우
	경수연화방식은 가역반응이므로 원수중 Ca²⁺ , Mg²⁺ 보다 Na⁺ 이온이 많으면 역반응이 일어나게 된다. 그러므로 처리수는 경도의 누출이 많고 교환용량도 감소한다. 따라서 이런 때는 재생 Level을 높여서 운전 해야 한다.

나.	경수연화장치의 용도
	* 저압 Boiler 용수
	* 목욕탕 용수
	* 염색 용수
	* 식품제조 용수
	* 세탁용수

다.	경수연화장치의 기본 설계
	ⓐ 원수의 적용범위
	염량
	＊ Total Cations : 1,200 ppm as CaCO₃
	＊ Total Hardness : 1,000 ppm as CaCO₃
	그러나 5,000 ppm as CaCO₃도 쉽게 가능하다.(항류재생방식 또는 2탑식을 채택할 경우 설계 가능함)
	＊ 탁도 : 3도 이하
	＊ 철분 : 원수중 허용되는 철분은 Total Hardness와 상관관계가 있다.

원수의 Total Hardness(ppm as CaCO₃)	허용되는 철분(ppm as Fe)
40	0.6
100	1.5
200	3.0
300	4.5
400	6.0

＊ 유리염소 : 원수중의 유리염소는 이온교환수지를 산화 불가역팽윤을 시킨다. 원수중 허용되는 유리염소는
수온과 상관관계가 있다.

원수의 수온(˚C)	허용되는 Cl₂(ppm)
5 ∼ 10	0.6
10 ∼ 15	0.4
15 ∼ 20	0.2
20 ∼ 25	0.1

＊ 색 도 : 10도 이하

＊ C.O.D : 10ppm as O₂ 이하

＊ 수 온 : 2 ∼ 120 ˚C

ⓑ 처리수 수질

＊ 처리수의 수질은 원수중의 Total Cations, Total Hardness, Na%, 재생제 사용량(재생 Level)에 의해서
좌우된다.

* Na 비에 따른 경도(Hardness) Leakage

(1) 원수경도 300ppm 경우

Na % =

Na + K

x 100

Total Cation

(2) Na %가 높을수록 이온 누출량이 많아지고 Na %가 20% 전후일 때 Na 누출량이 가장 적다

Na 비	재생 Level 50g NaCl 100%	재생 Level 100g NaCl 100%	재생 Level 150g NaCl 100%	재생 Level 200g NaCl 100%
20 %	13 ppm	4.1 ppm	2.2 ppm	0.9 ppm
40 %	28 ppm	5.6 ppm	3.0 ppm	1.8 ppm
60 %	37 ppm	11 ppm	4.6 ppm	2.5 ppm

＊ 재생제는 일반염, 정제염, 해수등을 사용한다.

＊ 일반염일 경우 NaCl의 농도가 95% 이하가 될 경우에는 교환능력이 감소할 수 있으므로 주의 해야한다.
또한 불용성분을 0.5%이상 함유할 경우에는 재생제용 여과장치가 필요하게 된다.

＊ 해수를 사용할 경우에는 탁도가 5% 이상일 경우 여과장치가 필요하다. 재생제 약주농도는 10% NaCl
용액을 사용한다. 재생탱크에서 20% NaCl로 용해한 후 에젝타에서 10% NaCl로 하여 SV 3으로 약주한다.

ⓓ 사용되는 이온교환수지

＊ Bonlite BC107, BC108, Amberlite IR 120, Duolite C1Na

ⓔ 통수량의 범위

▷ 수지탑 1개당 최대가능 통수유량 : 500㎥/hr

▷ 통수유속의 한계

＊ 통수시 압력손실이 1.5kg/㎠ 을 초과하면 안된다.

＊ SV 의 허용범위 : 5∼ 50

ⓕ 수지층고

＊ 최저 : 800 mm H

＊ 통상 : 1,000 ∼ 1,400 mm H

＊ 최고 : 통수시 압력손실이 1.5 kg/㎠을 초과하지 않는 범위에서 1,400 mm H를 초과해도 된다.

ⓖ 재생횟수

＊ 경제성을 고려하여 통상적으로 Total Hardness 의 양에 따라 재생횟수가 결정된다.

원수의 Total Hardness (ppm as CaCO₃)	재생횟수(회/일)	개략통수 LV
50 ∼ 200	1	40 ∼ 10
200 ∼ 400	2	20 ∼ 10
400 ∼ 800	3	20 ∼ 10
800이상	4	15이하

ⓗ 재생 Time Schedule

＊ 재생소요시간은 2시간 이내로 하는 것이 좋다.(식염재생의 표준 Time Schedule)

공 정	역 세	침 정	약 주	압 출	수 세	통 수
시간(分)	20	5	30	15 ∼ 40	--	6hr 이상
유속(SV, LV)	LV 13 ∼ 20	-	SV 1.5 ∼ 4	1.5 ∼ 4	통수유속과 같게	SV 4 ∼ 50
비고	BE 50 ∼ 80%	-	10% NaCl	＞ ℓ / ℓ - R	10ℓ / ℓ - R	-

ⓘ 연수장치의 계산 예

▷ 수지량의 계산

800 ㎥/cyc × 105 ppm × 1.05(안전율) × 1.05(마모율)	= 2,315.25 ℓ ⇒ 2,400 ℓ로 계산

40g as CaCO₃ / ℓ - R(교환용량)

▷ Tank Size

수지량 : 2,400 ℓ

수지층고 : 600 ∼ 1,500mm(1,200mm로 한다)

최대통수유속 : SV = 40

최소통수유속 : SV = 3

Tank Size는 수지량의 1.5배 이상.

2.4㎥(수지량) = 1.2m (수지층고) ÷ 3.14 ÷ 반지름 ÷ 반지름

2.4㎥ = 1.2 × 3.14 × 0.8 × 0.8m

Tank Dia = 1,600mm

Tank High = 수지층고 × 1.5 = 1,200 × 1.5 = 1,800 mm 이상

※ 참고 LV = 40m³/hr ÷ 2,0096m²(탱크 단면적) = 19.9 m/hr

SV = 40m³ ÷ 2.4m³(수지량) = 16.66 m³/hr

라.

가정용 연수기

  경수연화의 원리를 이용하여 가정용 연수기를 사용한다. 상수도에는 보통 경도성분이 80ppm 정도이며, 이 정도의 경도성분은 음용이나 일상용수로서 전혀 지장은 없으나 연수기를 사용하면 비누의 거품이 놀라울 정도로 많이나고 욕조의 물이 깨끗해지며 머리를 감으면 모발의 때가 완전히 제거되어 부드럽고 퍼머 머리는 웨이브가 오래간다.
  또한 얼굴이나 몸을 씻으면 때가 깨끗이 씻기고 화장도 잘 먹으며 피부가 당기지 않아 기분이 쾌적해진다. 빨래할 때 세탁용수로서도 세제가 적게들고 깨끗이 쉽게 빨아진다.
  주방에서 커피나 차를 끓일때에도 연수기를 사용하면 차의 향기가 훨씬 좋으며, 또한 가정용 보일러에도 스케일(Scale)이 생기지 않아 열효율이 좋아지고 따라서 연료절감의 효과도 얻을 수 있다.

마.

경수연화 관련 용어

ⓐ T.C : Total Cation

ⓑ T.H : Total Hardness

ⓓ 경도 :
Ca²⁺ 를 Ca경도 Mg²⁺ 를 Mg경도라 하고, Ca경도와 Mg경도를 합한 량을 전경도(T,H) 또는 총경도라고 한다.

ⓔ 일시경도와 영구경도
Ca(HCO₃)₃ , Mg(HCO₃)₂ 와 같이 중탄산기와 결합한 경도를 일시경도라고 하고, 이와 같은 염은 약산성
양이온이온교환수지로 교환이 가능하다. 일시경도 이외의 Ca, Mg염을 영구경도라 한다.