[공학]습벽탑(젖은벽) 실험 보고서

목차

Subject

Name & Section

Date

Object

Theory

Procedure

Result

Discussion

Reference

본문내용

유체의 유속 변화에 따른 물질전달계수의 변화도 확인할 수 있지만 실험기기의 문제로 물의 유량은 일정하게 한 후, 공기의 변화만을 가지고 실험을 하게 되었다.
먼저, 공기가 400,600,800L/h 으로 변화하고 물의 유량은 300cc/min 로 일정하도록 지정했을 때의 변화를 아래와 같은 표로써 나타내어 보았다.
Air
[L/h]
입 구
출 구
물의 유량
[cc/min]
습도 (%)
온도 (℃)
습도 (%)
온도 (℃)
400L/h
46.1 %
20.8℃
2.0 %
20.8℃
300
cc/min
600L/h
43.9 %
20.9℃
1.3 %
20.9℃
800L/h
42.8 %
21.0℃
0.8 %
21.0℃
* DI = 3cm
* L= 80cm
* A=πDL＝π×3cm×80cm＝753.6cm2
다음으로 위의 실험 Data를 이용해 각 습도에 대한 농도를 구할 수 있는데 그 식은 아래와 같다.
그리고 Steam Table을 이용하여 Specific Volume을 구할 수 있다. 따라서,
Specific Volume V = 43400 [㎤/g]
이제 위의 습도식을 이용해 구해보면,
* 46.1% 입구 습도일 때의 농도 (CALi1)
* 43.9% 입구 습도일 때의 농도 (CALi2)
* 42.8% 입구 습도일 때의 농도 (CALi3)
* 2% 출구 습도일 때의 농도 (CAi1)
* 1.3% 출구 습도일 때의 농도 (CAi2)
* 0.8% 출구 습도일 때의 농도 (CAi3)
다음으로 kC를 가정하고 JAi＝kC(CAL-CAi) 식을 이용하여 JAi를 구해 JAi×면적(A)＝유량×(CALi-CAi)식에 대입해 CALi를 구한다. 위의 측정치를 이용해 kC를 계산하여 좁혀가면서 가정하여 x＝L에서 구한 CAL과 측정한 CAL을 비교하여 만약 CAL이 크면 가정을 너무 크게 한 것이기에 kC를 수정하여 값이 나올 때까지 반복 계산(Try&Error Method)하여 물질전달 계수 kC를 구한다.
따라서 kC를 0.00002이라 가정하면,
JA1 값을 이용하여
A(관둘레의 면적)＝πDL＝π×3㎝×80㎝＝753.6㎠
유량은 111.11㎤/s
이므로
또한,
JA2 값을 이용하여 위와 같은 방식으로 풀면,
또한,
JA3 값을 이용하여 위와 같은 방식으로 풀면,
이제 실제값에 대한 계산식을 구해보자.
JA 값을 이용하여 위와 같은 방식으로 풀면,
위와 같이 값을 구하여 측정값과 실제값을 비교한 후에 대략적으로 같지 않으면 kC값을 다시 가정하여 반복계산(Try&Error Method)하면 물질전달 계수 kC를 구할 수 있으며, 이번 실험의 물질전달계수는 다음과 같다.
Discussion
이번 실험은 Wetted wall Column에서 물과 공기를 향류로 접촉시킬 때의 Mass Transfer Coefficiency를 구함으로서 Mass Transfer에 대한 이해를 하고 유속에 따른 Mass Transfer Cofficient의 변화를 관찰하는 것이 목적이었다.
일단 결론부터 말하자면, 공기의 유속이 빨라질수록 output의 D.O가 작아지는 경향을 보였다.
이러한 결과는 공기의 흐름이 빨라지면 물과 접촉하는 공기도 많아지고 그만큼 물이 공기로 많이 확산되기 때문이다. 물이 공기 중으로 확산이 많이 되면 물질전달계수도 커진다. 다시 말하면 젖은 벽탑 하부로 들어오는 공기는 흐름이 빨라질수록 난류흐름이 된다. 난류는 수가 커짐을 의미한다. 그래서 공기의 레이놀즈의 수가 커
질수록 두 유체간의 물질전달은 활발히 일어나며 물질전달계수는 증가하게 된다. 이 실험에서 물질전달계수는 공기의 레이놀즈수와 비례한다고 말할 수 있다.
이론상 실험을 가상하여보면 Wetted Wall column은 난류흐름에서 유체 쪽으로의 물질전달과 유체로부터의 물질전달에 대하여 가치있는 정보를 제공해 조성이 다른 두 유체가 접촉하게 되면 두 유체의 경계면에서는 물질이 이동하는 현상이 생기는데 원기둥의 젖은 관에서 액체와 기체가 서로 접촉할 경우 다른 충진물에서와는 달리 접촉면이 뚜렷하고 그 접촉면의 면적을 비교적 쉽게 계정할 수가 있다. 또 공기의 NRe의 수가 커질수록 물질전달 계수 kL 이 커지는 것을 알 수가 있다.
그리고 전체적으로 실험결과의 도출에 있어서 전체적으로 약간의 오류가 있었다. 보통 어느 정도의 안정된 수치를 기록해야하는데 계속적인 유동이 있어서 정확한 수치를 얻어낼 수 없었기 때문이다. 또한 습벽탑 센서를 손으로 꾹 눌러주지 않으면 물이 새어 습도의 변화가 왔다 갔다 하였기에 이 또한 실험의 오차 원인이다. 전체적으로 기기 자체에 대해 조작 미숙이 크게 작용하였다. 또한, 먼저 공기를 탑 하부에서 일정하게 공급하고 나중에 유량을 조절하는 과정을 거치는데 먼저 유량을 최대로 하여 벽을 적셔주어야 한다. 그렇지 않고 적은 유량부터 실험을 하여 물이 벽 전체에 막을 생성하지 못하게 되어 물질전달 즉 확산이 어렵게 되었다.
실험 과정상, 실험기구의 고장으로 인하여 정상적인 실험 즉, Air를 일정하게 하고 유속을 변화시키고 유속을 일정하게 하고 Air를 측정하여야 하지만 전체적으로 정상적인 작동이 불가능하여 단지 Wetted wall Column에서 물과 Air를 Counter Current flow로 접촉시킬 때의 Mass Transfer Cofficient를 주어진 값으로 한정하여 구함으로써 오차에 대한 문헌치와의 비교로 실험보정을 할 수가 없었다. 그래서 이론상 Mass Transfer에 대하여만 이해를 하였고 유속 측정이 불가능하여 유속에 따른 Mass Transfer Cofficient의 변화를 관찰할 수가 없었다.
Reference
@ 단위조작 / McCabe, Smith, Herriot / Mcgraw Hill / 1993 / p659
@ 화학공학실험법 / 한국화학공학교육연구회 / 형설출판사 / 1982 / p71-73
@ 단위조작 / 허광선 외 4명 / 선문당 / 1995 / p271-272
@ 단위조작 / 이화영 외 2명 / 아카데미 / 1998 / p579-580
@ 단위조작 / 이근배 외 3명 / 형설출판사 / 1985 / p260-294, p344-350

키워드

젖은벽,   습벽탑,   wet wall,   wetted wall,   습벽,   유체,   화공,   열