유동화(화학공학실험) 사전&결과보고서입니다.

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목차

실험제목
실험목적
실험 이론
실험 방법
기구 및 시약
실험결과
토의 및 결과
결론
참고문헌

본문내용

유입속도) u로 통과할 때 많은 양의 기포가 입자 층을 통하여 상승하는데 이러한 입자층은 끓는 액체처럼 보여 진다. 이러한 상태를 기포 유동층(bubbling fluidized bed-BFB)이라 한다. 상업적 공정 특히 고체촉매 기상반응은 종종 기체속도가 u=5~30인 기포 층에서 조작되기도 한다.
기포 유동층에서의 전화 율이 플러그흐름부터 혼합흐름 이하까지 변하는 것은 계산을 통하여 보여준다. 기포 층의 이러한 곤란함과 난처함으로 인하여 오랫동안 새로운 상황에서 추산이나 예측에 신뢰성을 갖지 못하였다. 이러한 사실 때문에 대형화는 조심스럽고 불확실한 요소들이 남게 되었다.
이러한 어려움은 기포 유동층 내에서 접촉과 흐름양식에 대한 지식의 부족으로부터 발생한 것으로 인식되어져 왔다. 실제로 상승하는 기체 기포에 의해서 많은 고체의 우회가 일어나게 된다. 이것으로부터 기포에 유동층의 거동을 예측하는 것은 기포 유동층에 적합한 흐름 모델의 선정이 선행되어야 함을 알 수 있다.
기포 유동층은 이상접촉에서 단일유체 반응기(층진층, 튜브 등)처럼 미미한 것이 아니라, 심각한 편기를 나타내므로 흐름 특성의 이러한 문제를 어떻게 시도하였는가를 알아보는 것이 유익하다.
7. 실험방법
1) 전원 스위치를 올려준다.
2) 물이 column을 통하여 올라가나 확인한다.
3) Glass bead가 아래로 쌓이면 일정량의 물을 다시 올려 보내 원하는 기준 높이를 정한다.
4) Manometer 차압을 구하기 위하여 아래와 같은 조작을 해준다.
① 공기 주입 밸브는 잠그고 공기 vent 밸브를 열어 manometer 내의 공기가 모두 없어지면 밸브를 다시 잠근다.
② 이후 공기 주입 밸브를 열고 Air 스포이드로 공기를 넣어주면 수두차가 생긴다.
③ 위와 같은 방법으로 유량을 변화시켜가며 유동화되는 상태와 수두차, 유동화 높이, 유량(유속) 등을 기록한다.
* 실험 기구 및 시약
유동화 실험 장치
- Fluid : Water
- Particle : Glass bead (Round & Transparent)
Specific Gravity : 1850
Diameter : 1-1.5mm (평균 1.25mm)
- Flow meter : 18L/min
- Manometer : 0-500mm
- Column volume : (가로 * 세로 * 높이 = 150mm * 15mm * 1000mm)
8. 결과 및 토의
( 가로축 = 유속, 세로축 = 유동층 높이 )
( 가로축 = 유속, 세로축 = 수두차 높이 )
<실험 데이터>
수두차(mmH2O)
유동층 높이(mm)
유량(1/min)
유속(cm/sec)
40mm
68
230
0
0
110
235
1
0.7407
95
250
2
1.4814
92
270
3
2.2222
102
300
4
2.9629
112
330
5
3.7037
118
390
6
4.4444
110
410
7
5.1851
80
530
8
5.92592
60mm
68
235
0
0
98
240
1
0.7407
100
245
2
1.4814
102
255
3
2.2222
98
265
4
2.9629
110
290
5
3.7037
124
380
6
4.4444
122
400
7
5.1851
128
500
8
5.92592
80mm
68
235
0
0
70
240
1
0.7407
92
245
2
1.4814
84
250
3
2.2222
88
260
4
2.9629
116
310
5
3.7037
112
335
6
4.4444
124
410
7
5.1851
128
470
8
5.92592
기준 높이를 각 20mm씩 증가시키면서 각 기준 높이에 따른 유량을 9번 다르게 측정함으로써 총 27번 수두차와 유동층 높이를 측정하였다. 유동층은 앞에서 언급했던바와 같이 초기 높이로 되돌아가지 않는데 이것은 입자들이 서로 움직이다가 정지 상태로 돌아가게 되면 입자의 배열이 처음처럼 정돈되지 않고 공극이 더 많이 생기게 되어 그 층의 높이가 올라가는 것으로 해석할 수 있다. 즉 처음의 밀집된 형태처럼 정돈되지 않기 때문이다.
유동층의 높이는 유속을 올려줌에 따라 일정 속도 이상이 되면 계속 선형적으로 증가하는 형태의 그래프를 보이게 되는데 이번 실험의 결과 데이터는 이론과 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 고정층에서는 유동층의 높이가 변화하지 않는데 이것은 그 압력강하가 고정층을 움직일만큼 크지 않아 고정층 사이로 유속이 흐르기 때문인 것으로 생각해 볼 수 있다. 유속이 증가하면서의 수두차를 살펴보면 이론에서의 경우는 일정 속도까지 증가하면 수두차가 증가하다가 고정된 값을 지니게 되는 것을 살펴볼 수 있는데 이번 실험에서도 이론과 비슷한 경향성을 보였다. 일정한 경향성을 보이지 않은 몇 데이터의 경우는 펌프를 조작하면서 물이 들어가거나 제대로 펌프를 눌러주지 않은데서 발생한 오차로 생각해 볼 수 있다. 충전층의 높이가 증가하면서 수두차도 식에 따라 증가하지만 일정 속도 이상으로 증가하면 충전층은 증가하지 않게 되므로 압력 강하도 일정한 값을 유지하게 된다.
유동층 실험 데이터 표
유체의 온도
20.20℃
유체의 점도
1g/cmsec
입자의 직경
0.125cm
입자의 밀도
1.85g/
유체의 밀도
1g/
공극률
별참
구형도
1
공극률
공극률을 구할 때는 고정층일 경우에 레이놀즈 수에 따라 달라지게 되는데 이번 실험 데이터의 결과 값을 놓고 계산해보면,
의 값에 대입하여 1보다 작을 때, 1과 1000 사이일 때, 1000보다 클 때로 나누어 레이놀즈 수의 값을 지닐 때의 식에 대입하면 그 값을 구할 수 있다. 그런데 이번 실험에서는 사실 속도가 0일 때를 제외하고는 나머지 층에서 모두 유동화되어 유동층의 높이가 달라지는 결과를 보였으므로 우리는 이 식을 사용하지 않고 다른 식을 사용하여 공극률을 구해야 했다.
9. 참고문헌
화학반응공학 / 김상환 / 사이텍미디어 / 2000 / 452-456p
Fundamentals of chemical reaction engineering / mark. E .davis / 동화기술 / 2006 / 291-294p
유체역학 / 이화영 / 한국맥그로힐 / 2005 / 167-174p

키워드

유동화실험,   유동화실험결과,   유동화,   유동층