이중열 교환기(화학공학실험) 사전&결과보고서입니다.

소개글

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목차

1. Title
2. Date
3. Object
4. Theory
5. Experimental Procedure
6. Reagent & Apparatus
7. Result
8. Discussion
9. Reference

본문내용

표면상에 과도한 고형물을 부착하게 하는 원인이 되므로 가능하다면 피해야 한다.
퇴적과 오염에 의한 영향이 일반적으로 열교환기의 설계상 주의를 요하는데 튜브 내 외의 오염저항에 대한 식은 다음과 같다.
여기서 는 튜브내의 오염계수(fouling coefficient) 이고 는 튜브외부의 오염계수(W/m2`K)이다. 또한, Uo에 대해서도 유사한 식을 얻을 수 있다.
열전달 장치를 설계하는데 사용되는 오염계수는 많은 문헌에 수록되어 있다.
5. Experimental Procedure
① 열교환 장치 설치
우선 유체탱크에 물을 채우고 찬 유체 유입구와 배출구를 호스를 이용하여 연결한다. 전원은 220V 콘센트에 연결시킨다. 주전원 스위치를 켜면 각 온도계에 현재의 온도가 표시될 것이다. Auto/Manual 스위치를 Auto에 위치시킨다. 컴퓨터를 이용해서 제어할 경우, Select 스위치를 Manual로 위치시켜 실험한다.
② 총괄 열전달 계수 측정
뜨거운 유체 온도조절기를 동작시켜 약 60℃(온도 콘트롤러에서는 유량에 따라 변할 것이다. 그렇지만 조절하기가 힘들기 때문에 일단 고정적으로 60℃에 맞춰서 실험을 진행한다.)에 맞추고, 유량계를 조절하여 약 1Liter/min의 유량으로 맞춘다. 찬물의 유량은 약 2Liter/min으로 설정하여 정상상태가 될 때까지 기다린다. 각각의 온도표시기는 열교환기의 각 부분의 온도를 표시할 것이다. 그 때의 온도로부터 총괄 열전달계수를 측정한다. 같은 과정을 반복하여 뜨거운 물을 0.5, 1.0, 1.5 Liter/min 으로 하여 총괄 열전달 계수를 측정한다.
(주의 : Cold flow heater를 키면 안됨!)
6. Reagent & Apparatus
<--- 실험장치
7. Result
뜨거운 물은 T1 -> T3으로 가고
차가운 물은 T4 -> T6으로 간다. (향류시)
차가운 물은 T6 -> T4로 간다. (병류시)
℃
L/min
번호
T1
T2
T3
T4
T5
T6
향류
hot 2
1
60
50
45
16
23
27
cold 2
hot 1.5
2
60
49
43
16
22
26
cold 2
hot 1
3
60
49
43
15
22
26
cold 2
hot 1
4
60
49
44
16
22
27
cold 1
hot 2
5
60
56
53
16
23
28
cold 1
hot 1.5
6
60
51
46
16
23
29
cold 1
hot 2
7
60
53
51
33
30
16
병류
cold 2
hot 1.5
8
60
47
43
29
27
16
cold 2
hot 1
9
60
50
47
28
26
16
cold 2
hot 1
10
60
47
43
29
26
16
cold 1
hot 2
11
60
52
50
32
28
16
cold 1
hot 1.5
12
60
48
45
33
28
16
cold 1
1번실험(향류)
2번실험(향류)
3번실험(향류)
4번실험(향류)5번실험(향류)6번실험(향류)
7번실험(병류)8번실험(병류)9번실험(병류)
10번실험(병류)11번실험(병류)12번실험(병류)
위 표 x축은 1,2,3은 각각(T1,2,3빨간색)과 (T4,5,6파랑색)을 나타내고
y축은 온도(℃)를 나타낸다.
※계산
다음으로 열의 이동은 관의 벽을 통해서만 일어나므로 내관을 기준으로 아래의 식을 이용해 총괄열전달 계수를 구한다.
*관의 제원
재질 : SS304 (열전도도 = 9.4)
: 1 in =
D o : 2 in = 5.08 * 10-2 m
이를 위해서 먼저, NRE 을 계산하여 관내 층류인지 강제대류인지를 구분하고 각 온도에서의 물의 물성값을 구하고 NRE에 맞게 각 공식에 대입하여 ho hi DL Uo Ui 값을 구한다.
1번 실험에서 뜨거운 물과 찬 물의 유량( 1.0 , 2.0 l/min)에 해당하는 물성치는 각각, 찬물의 평균온도 10℃ 일 때의 물성치
A=0.00046㎡
: 993 kg/㎥
: 0.681 Kg/m.s
k : 0.498 Kcal/m.h.℃ =4.56 이고,
을 구해보면,
찬물의 유량은
<--층류
=69.17㎉/㎡h℃
뜨거운 물의 평균온도 60℃일 때 물성치
=988kg/㎥
=0.5585 Kg/m.s
k= 0.549 Kcal/m.h.℃ =3.66
뜨거운 물의 유량은
<--- 난류
㎉/㎡h℃
=0.0366
정리하면,
ho=69.17 hi=455.76 Do=5.08 m Di=2.54 m
: 1.2m
Km=9.4 DL=0.0366
따라서 위의 수치를 총괄열전달계수 식에 대입하면,
= 52.35 Kcal/m.h.℃
= 0.025Kcal/m.h.℃
8. Discussion
향류와 병류의 큰차이점은 input되는 찬물과 output되는 찬물의 온도차이에 있다고 알고 있었는데, (특히 향류는 열전달이 잘되므로 output찬물이 output뜨거운 물보다 온도가 높게 될 수도 있음) 실제 실험결과에서는 그다지 만족하지 못할 데이터가 나왔다. T1~T6의 데이터가 향류, 병류에서 다르게 나온 것은 다행이지만 온도차이가 별로 많이 나질 않았다. 오히려 병류가 output되는 T4온도가 가장 높게 나옴으로서 많은 문제점이 있다고 생각된다.
가장 큰 실험오차로는 뜨거운 물을 60℃로 맞춘 다음 정상상태를 유지시켜야 하는 부분에서 온도 맞추기가 어렵다 보니 60℃가 되는 시점에서 바로 데이터를 기록, 정상상태라 보기 어려웠다. 또한 물의 속도에 따른, 즉 레이놀즈수에 따른 데이터의 변화가 보이지 않아서 아쉬웠다. 층류와 난류의 열전달은 분명한 차이가 있으므로 속도의 변화에 따른 열절달의 변화가 나와야 하는데 안 나온 이유는 역시 위와 마찬가지로 정상상태까지 기다리지 않은 점 때문인 것으로 보인다.
9. Reference
열전달 / Holman / 희중당 / 2002 / p455～485
열전달 / 강영구 / 동명사 / 1998 / p1～2, 205～210
화공열역학 / Stanley I, sandler / 사이텍 미디어 / 2001 / p82～85
화공단위조작 / Christie J. Geankoplis / 대 웅 / 1997 / p300-310
단위조작실험 / 고 용 식 / 선 학 / 2000 / p192-209

키워드

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