가압수 확산 혼화

정의

가압수 확산 혼화는 가압수를 노즐로 고속 분사해 약품을 섞는 급속혼화 방식이다.

펌프로 가압한 물을 노즐에서 내보내면 고속의 제트가 생긴다.

제트가 원수를 끌어들여 응집제를 수 초 안에 고르게 섞는다.

구조와 원리

가압수 제트는 노즐 출구에서 나온 고속의 물줄기다.

제트 운동량이 주변 유체를 끌어들여 가장자리에 전단과 와류를 만든다.

이 난류 혼합이 혼합의 주된 힘이다. 분자확산은 느려 기여가 작다.

그래서 노즐 출구 속도와 노즐 직경이 혼합 세기를 정한다.

구성요소

가압수 확산 혼화 설비는 공급부, 분배관·노즐, 약품 주입부로 나뉜다.

공급부는 펌프로 혼화용 물을 고압으로 공급한다.

분배관·노즐은 가압수를 나눠 제트를 만들고, 노즐 배치가 균일성을 정한다.

약품은 제트 근처에 넣고, 단락류가 생기지 않게 혼화 구간을 설계한다.

노즐이 막히면 혼화 효과가 급격히 줄어든다.

속도경사 계산

혼화 세기는 속도경사 G로 나타낸다. 체류시간 t와 곱한 GT도 지표로 쓴다.

G는 혼화 동력 P를 점성계수 μ와 혼화 용적 V로 나눈 값의 제곱근이다.

가상의 예로 P 500 W, μ 1.0×10⁻³ Pa·s, V 2 m³을 넣으면 G는 500 s⁻¹이다.

500 s⁻¹는 수백에서 천 s⁻¹ 범위에 드는 상식적인 값이다.

필요 동력 계산

앞 문제의 정답은 4배다. 동력 P는 G의 제곱에 비례하기 때문이다.

목표 G 800 s⁻¹을 얻으려면 P = G²μV로 필요한 동력을 구한다.

G 800, μ 1.0×10⁻³, V 10 m³을 대입하면 6,400 W가 된다.

6,400 W, 즉 6.4 kW는 소규모 혼화조에서 상식 범위에 드는 값이다.

헷갈리는 점과 정리

헷갈리는 점부터 짚자. 분자확산이 아니라 제트의 난류 혼합이 원리다.

혼화는 약품을 순간 분산하는 단계이고, 응집은 그 뒤 플록을 키우는 단계다.

단락류 방지, 노즐 막힘, 동력비를 빠뜨리면 감점된다.

정리하면 가압수를 노즐로 쏘아 제트 난류로 급속혼화하는 방식이다.