습벽탑(화학공학실험) 사전&결과보고서입니다.

소개글

습벽탑(화학공학실험) 사전&결과보고서입니다.에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험제목

실험목적

실험 이론

실험 방법

기구 및 시약

실험결과

토의 및 결과

결론

참고문헌

본문내용

54
18.5
24.7
8.53
102.4
24.4
0.94
11.3
24.8
8.64
103.7
24.5
ppm
200 %
0.32
3.8
24.7
3.40
42.1
24.2
0.33
3.8
24.7
3.19
37.8
24.2
0.30
3.33
24.6
2.61
30.8
24.1
ppm
300 %
0.17
2.0
24.6
2.69
32.4
24.0
0.17
2.0
24.6
2.53
30.0
24.0
0.15
1.7
24.6
2.43
29.4
24.1
1) 각 출구 습도일때의 농도 (CAL)
유량100ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량100ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량100ml/min, Air 6000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 6000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 6000ml/min 경우
2) 각 입구 습도일때의 농도 (CAi)
유량100ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량100ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량100ml/min, Air 6000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량200ml/min, Air 6000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 2000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 4000ml/min 경우
유량300ml/min, Air 6000ml/min 경우
JAi＝kC(CALi-CA0i-1) 로 JAi 구함 (kC 가정)
ⅰ) kC를 가정하고 JAi＝kC(CAL-CAi-1) 식을 이용하여 JAi를 구한다.
ⅱ) JAi×면적(A)＝유량×(CALi-CAi-1)식에 대입해 CALi를 구한다.
ⅲ) 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 나올때까지 반복 계산(Try&Error Method)하여 물질전달 계수 kC를 구한다.
유량 300 ml/min
① 구하기
kC를 0.00003이라 가정하면
ⅰ)
ⅱ) JA7 값을 이용하여
A(관둘레의 면적)= πDL＝ π × 3 ㎝ × 80 ㎝ ＝ 753.98 ㎝2
유량 =
이므로
∴
② 구하기
ⅰ)
ⅱ) JA8 값을 이용하여
∴
③ 구하기
ⅰ)
ⅱ) JA9 값을 이용하여
∴
값이 일치하지 않으므로 다시 kC값을 가정하여 반복계산(Try&Error Method)하여 물질전달 계수 kC를 구하면
이다.
7.Discussion
이번 실험은 Wetted wall column에서 물과 공기를 향류로 접촉시키면서 물을 증발시켜서 물질전달 상수를 측정하는 하는 실험 이었다. 물질전달계수는 D.O Meter로 습벽탑을 통과한 물의 용존산소의 농도를 측정하여, 이로부터 계산할 수 있었다.
습벽탑은 긴 유리관의 벽면을 타고 흘러내리는 얇은 수막을 아래 방향으로 보내고, 여기에 공기를 향류로 보내어 공기 중의 산소가 물에 흡수되는 물질 전달의 한 과정을 통하여 물질 전달 계수를 측정할 수 있도록 설계, 제작 되었다.
실험을 준비 하는 과정에서 N2 gas를 넣어주어야 하는데 그 이유는 처음에 공기를 제거하기 위해서이다. 처음에 기계의 전원을 키면 습도100%로 유지된다. 그런 다음 유량을 각각100, 200, 300ml/min 으로 고정시켜놓고 Air in 을 2000일때와 4000일때 그리고 6000일때를 실험하였다. 탑 상부의 공기는 탑 내부에서 물과 접촉하여 포화되었다고 가정하였다. 그리고 공기는 상온인 25℃로 가정하였다.
먼저 공기를 탑 하부에서 일정하게 공급하고 나중에 유량을 조절하는 과정을 거치는데 먼저 유량을 최대로 하여 벽을 적셔주어야 한다. 그렇지 않고 적은 유량부터 실험을 하면 물이 벽 전체에 막을 생성하지 못하게 되어 물질전달 즉 확산이 어렵게 된다. 공기의 흐름이 빨라지면 물과 접촉하는 공기도 많아지고 그만큼 물이 공기로 많이 확산된다. 물이 공기 중으로 확산이 많이 되면 물질전달계수도 커진다. 다시 말하면 젖은 벽탑 하부로 들어오는 공기는 흐름이 빨라질수록 난류흐름이 된다. 난류라면 레이놀즈 수가 커짐을 의미한다. 그래서 공기의 레이놀즈의 수가 커질수록 두 유체간의 물질전달은 활발히 일어나며 물질전달계수는 증가하게 된다.
공기는 난류 흐름이므로 확산된 수증기의 농도는 경계면을 약간 벗어나면 일정해질 것이다. 그리고 공기의 난류 흐름 영역을 제외한 벽면의 물의 흐름과 경계면 가까이 공기의 흐름은 층류 또는 전이흐름을 가질 것이며 벽면에서는 100%에 가까운 농도로 유지되며 두 유체의 경계면부터 공기의 난류 흐름지역 까지는 급격한 농도차를 가지게 된다. 농도구배가 큰 지역은 공기의 흐름이 빠를수록 줄어들 것이며 대신에 농도구배는 더 가파른 형태가 된다. 이 농도차를 구동력으로 하여 물이 공기 중으로 더 많이 확산되는 것이다. 그리고 공기의 흐름이 느려지면 이와 반대의 현상이 일어나서 상대적으로 물의 확산 속도가 느려질 것이다.
따라서 이 실험에서 물질전달계수는 공기의 레이놀즈 수와 비례한다고 말할 수 있다.
8. conclusion
물이 공기와 접촉하여 물이 공기 중으로 확산하는 현상에서 물의 확산 속도 물질전달계수와 비례한다. 공기의 레이놀즈 수가 증가할수록 물질전달계수가 증가하며 공기의 흐름이 더 빨라질수록 벽탑 내부의 농도구배가 더 커져서 물의 확산이 더 잘 일어나며 이는 최종적으로 물질전달계수의 증가로 이어진다.
9. Reference
1) 단위조작입문 / 김우식 외 4 / 지인당 / p161～162
2) 화학공학 실험법(Ⅰ) / 한국화학공학교육연구회 / 형설출판사 / p71-73
3) 유체역학 / 이종원 / 형설출판사 / p533～535
4) 단위조작 / 이승렬 / 형설출판사 / p273～282

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