반응조 : 플러그흐름형과 완전혼합형

효율적인 반응 공정을 설계하려면 반응조 내에서 물질이 어떻게 이동하고 혼합되는지 이해하는 것이 필수적입니다. 화학공정, 환경공학, 유체역학 등 다양한 분야에서 사용되는 플러그 흐름형(Plug Flow)과 완전 혼합형(Completely Mixed) 반응조는 각각의 특성과 장단점으로 서로 다른 상황에서 활용됩니다. 이번 포스팅에서는 두 반응기의 기본 원리와 차이점, 그리고 각각의 적용 사례를 알아보겠습니다.

1. 플러그 흐름형(Plug Flow Reactor, PFR)

• 플러그 흐름형 반응기는 유체가 반응기를 통과하면서 "플러그"처럼 층별로 이동하는 모델입니다.
• 유체의 각 층은 반응기 안에서 서로 섞이지 않으며, 층별로 일정한 속도로 이동합니다.
• 반응기 길이에 따라 농도와 온도가 변하기 때문에 위치에 따라 반응 진행도가 달라집니다
• 유체가 층별로 이동하며 반응이 진행되기 때문에 고효율 반응이 가능합니다.
• 모든 입자가 동일한 체류 시간을 가지므로 정밀한 반응 제어가 가능합니다.

2. 완전 혼합형(Completely Mixed Reactor, CSTR)

• 완전 혼합형 반응기는 내부 물질이 완전히 혼합되어 반응기 전체가 동일한 농도와 온도를 유지하는 모델입니다.
• 반응기 내부에 들어온 물질이 즉시 균일하게 섞입니다.
• 체류 시간의 분포가 다양하며, 입자가 반응기 안에 오래 머무르거나 빠르게 빠져나갈 수 있습니다.
• 균일한 농도 유지를 통해 공정을 쉽게 제어할 수 있습니다.
• 입출구 농도가 동일하므로 일정한 품질의 반응물을 생성할 수 있습니다.

3. 장단점 비교

구분	플로그 흐름형	완전 혼합형
장점	- 유기물 제거율이 높아 동일한 제거효율을 얻기 위한 반응조 큭가 작아진다 - 포기에 필요한 동력 소요가 적다 - 계단식, 점감식 등 부하변동에 대처할 수 있는 구조 변경이 가능하다 - 부하조건이 안정된 조건인 경우 단회로 발생이 적고 고도의 처리수를 얻을 수 있다.	- 포기조 내 모든 부분에서 생물학적 환경조건이 일정하고 효율적인 처리가 가능하다. - 산소의 이용속도가 일정하고 공기가 유효하게 이용되므로 고농도 처리가 가능하다. - 충격부하가나 부하면동에 강하다. - 유독물질 유입시에 미생물에 의한 영향을 줄일 수 있다. - 포기조 내 높은 MLSS, 산소공급이 가능하다.
단점	- 충격부하나 부하변동에 민감하다. - 유입부의 BOD 부하가 높아 DO가 부족할 수 있다. - 슬러지 팽화의 우려가 있다. 유해물질의 유입에 극히 민감하다. 처리기능에 변화를 가져오기 쉽다.	- 동일한 용량이 PFR보다 처리효율이 낮다. - 완전혼합 및 포기에 피리요한 동력이 크다 - 단회로의 발생 가능성이 크다 - 포기조의 형상, 포기방법 등에 제약이 있다.