습식 스크러버 미반응 NaOH 중화를 위한 H₂SO₄ 용액 사용량 계산

 
A 화학공장의 황산 제조 공정에서는 배출가스 내에 포함된 산성가스(SO3, H2SO4 미스트 등)를 제거하기 위해 습식 스크러버를 운영하고 있다. 습식 스크러버에는 중화제로 NaOH 용액을 주입하여 산성가스를 중화시킨다. 하지만 이 중화 과정에서 일부 미반응된 NaOH가 배출가스와 함께 외부로 배출된다. 하루에 배출되는 가스량은 500 m3이며, 이 가스에 포함된 미반응 NaOH의 농도는 0.9%이다. 환경법규상 미반응된 알칼리 물질을 그대로 배출할 수 없으므로, 후속 중화처리 공정에서 비중이 1.68이고 순도가 80%인 황산(H2SO4) 용액을 이용하여 잔류 NaOH를 중화 제거하고자 한다. 이때 필요한 H2SO4 용액의 양(m3/hr)을 산출하시오.

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반응식 (텍스트로 표현)
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O

• 분자량: NaOH = 40 kg/kmol, H2SO4 = 98 kg/kmol
• 질량비: 2 × 40 kg NaOH : 98 kg H2SO4 = 80 kg NaOH : 98 kg H2SO4

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풀이 과정
(1) 하루 배출가스 중 미반응 NaOH의 양 계산 (kg/day)

• 하루 배출가스량: 500 m3/day
• 미반응 NaOH 농도: 0.9%
• 계산식: 500 m3/day × (0.9 / 100) × 1000 kg/m3 = 4500 kg/day

(2) 반응식에 따라 필요한 H2SO4 순수량 계산 (kg/day)

• 반응식 질량비: 80 kg NaOH : 98 kg H2SO4
• 비례식: 80 kg : 98 kg = 4500 kg : X kg
• X값 계산: X = (4500 kg × 98 kg) ÷ 80 kg = 5512.5 kg/day

(3) 실제 필요한 H2SO4 용액의 부피 계산 (m3/day)

• H2SO4 용액 순도: 80% (0.8)
• H2SO4 용액 비중: 1.68 (밀도 = 1680 kg/m3)
• 계산식: 5512.5 kg/day = 용액량(m3/day) × 0.8 × 1680 kg/m3
• 용액량 계산: 용액량(m3/day) = 5512.5 ÷ (0.8 × 1680) = 5512.5 ÷ 1344 = 4.10 m3/day

(4) 하루 사용량을 시간당 사용량으로 환산 (m3/hr)

• 계산식: 4.10 m3/day ÷ 24 hr/day = 0.171 m3/hr

최종 정답: 약 0.171 m3/hr
 
+ NaOH (가성소다)는 알칼리성이 강해 산성가스(SO₂, SO₃, HCl 등) 중화에 효과적임