화학공학실험 분쇄 결과보고서

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본문내용

0.1019 ,
b=0.7 (5분)
n=-0.2154 ,
b=2.015 (10분)
n=-0.1789 ,
b=3.21 (15분)
6.실험 고찰
이번 실험은 ball mill이라는 분쇄기를 이용해 고체시료(분필)를 분당 회전 수와 시간에 따라 분쇄가 얼마나 효과적인지를 알아보는 실험이었다. 변수로 회전 수 200RPM, 300RPM, 500RPM과 시간 5분, 10분, 15분을 잡고 실험을 수행하였다. 실험결과에서 세가지 회전 수에서 모두 체의 입경이 감소할수록 값이 조금씩 감소하는 것을 알 수 있었고, 특히나 x가 200μm이하(65Mesh 이상)일 경우 급격하게 감소하는 모습을 보였다. 이는 중간단계의 입경크기보다 가장 입경이 작은 입자로 오히려 분쇄가 더 잘 되었다는 것을 알 수 있다. 시간에 따른 변화를 살펴보면 예상했던 바와 같이 오랜 시간 동안 분쇄시킬수록 분쇄의 효과가 큰 것으로 나타났고, 회전 수에 따른 변화를 살펴보면 500 RPM일 때 의 값이 가장 크게 나타났으며 이는 회전수가 증가할수록 분쇄가 더 효과적임을 보여주는 것이었다.
하지만 이번 실험결과에 대해서는 많은 오차가 있다고 생각된다. 많은 오차가 발생했다고 생각한 이유는 실험결과 Data에서도 알 수 있듯이, 시료의 보존율이 너무 낮았다. 5분마다 최초시료의 약 10%가 손실됨을 확인 할 수 있고, RPM이 500일 때는 15분 분쇄시 최초시료의 62%가 손실됨을 확인 할 수 있다. 주 손실원인은 볼 밀 분쇄도중 분쇄된 가루들이 계속해서 밖으로 나오는 기계적 결함이 가장 컸고, 5분간격으로 각 Mesh의 질량을 측정하는데 일부는 공기 중으로 흩어져 날아가 모든 분말을 다 모아서 측정 할 수 없으며 , 볼에 묻은 분필가루의 회수가 안되기 때문에 많은 양의 시료가 회수 불가능 이였다. 그 외에 실험전에도 볼 밀과 체에 남아있던 분필가루로 인해 정확한 측정도 사실 힘들었다. 그리고 볼 밀 기계가 200RPM을 맞춰놓으면 바로 200RPM으로 돌아가는 것이 아니라 구동시간이 걸리기 때문에 측정하는 기준이 무엇이냐에 따라 회수양이 다를 것이다. 다른 화학적 반응이 필요한 것이 아닌 물리적으로 일어나는 실험이였고 습하지 않은 일정온도의 실험실에서 실험을 진행했기 때문에 회수에 대한 오차를 제외하고는 다른 큰 오차는 발생하지 않았다고 생각한다.
이러한 시료의 보존율 즉, 회수에 의한 오차들로 인해 그래프에서 많이 특이한 결과를 보인다. 각 RPM마다 n 기울기값이 양의값을 가져야 하는데 음의 값을 보이는 것 그리고 절편값과 관련된 b(상수)값은 시간이 경과할수록 증가한다. 왜 이런 그래프가 나오는지 생각해보면, 일단 n 기울기값이 음의값을 가지는 이유는 R값을 구하는 과정에서 누적데이터를 사용했기 때문에 계속해서 우리는 R값이 증가 할 수 밖에 없었다. 그래서 원래라면 시료의 무게가 어느정도 계속 줄어들다가 체의 입경이 아주 작을 때 증가해야하는 것이 맞지만 누적 데이터이기 때문에 계속해서 R값이 증가해 음의 기울기가 나왔던 것이다. 누적 데이터가 아니라 각 체의 개별 데이터 였다면 기울이값이 양의 값을 가지는 구간이 존재하였을 테지만 측정데이터 처리 차이로 인해 음의 값이 나올 수 밖에 없었다. b(상수)값이 시간에 따라 증가하는 것은 시료가 시간이 갈수록 많이 손실되기 때문에 그 절편값이 더 커져야 함을 의미한다. 따라서 시료의 손실이 없는 이상적인 실험에서는 b(상수)값이 거의 비슷하기 때문에 지금처럼 한 RPM당 3개의 그래프가 눈에 보이게 개별로 나오는 것이 아니라 어느정도 비슷한 위치에서 3개의 그래프가 뭉쳐 하나로 보이게 나올 것이다.
또한, 식에서 의미를 찾아내기위해 의 관계식을 보면, 우항의 log의 값이 증가할수록 좌항의 값 역시 같이 증가한다. 여기서 우항의 는 mesh와 관련이 있으며 좌항의 는, 체 입경이상의 큰 입자의 질량과 관련이 있다. 즉, 위의 관계식에서 우항의 가 증가하면 좌항 역시 증가해야하는데, 좌항이 증가하기 위해서는 의 값도 작아져야 한다는 사실을 알 수 있다. 따라서 체가 촘촘할수록 입경이상의 큰 입자의 질량은 줄어들고 그 이하의 더 작은 입자들의 질량이 커진다는 것을 알 수 있고 이것은 아주 작은 입자까지 분쇄가 잘된다는 것과 같은 의미가 된다.
이론에서 살펴본 바와 같이 회전수가 작은 경우로 볼은 벽 쪽으로 운동하고 회전수가 커질 경우로 볼은 벽을 타고 내부로 운동하며 회전수가 최대일 경우에는 분쇄작용은 일어나지 않는다. 그런데 우리의 실험결과에서는 회전수가 500RPM이 될 때까지 분쇄작용이 증가하였으므로 아직 최대 분쇄작용이 일어나지 않았다고 판단되어 최대 회전 수는 500RPM이상인 것으로 추정된다.
7. 사용 기호
기호
의미
기호
의미
기호
의미
R(Dp)
누적 잔류 분율(%)
X
체의 입경(Mesh)
b
x=1의 조건에서 구한 상수
n
와 log x를 log-log 좌표 계에 도시하여 생긴 직선의 기울기
8. 참고문헌
1) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p519. ( 실험목적 )
2) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p519. ( 분쇄란? )
3) 이현호,전창오,천경수, 무기화학합성실험, 동화기술(2001), P27. ( 분쇄의 원리 )
4) 김용욱, 분체공학, 동화기술(2001), p184-189 ( 고체의 강도와 분쇄의 물리화학 )
5) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p521. ( 잔류분율과 통과분율 )
6) 이현호,전창오,천경수, 무기화학합성실험, 동화기술(2001), P28~29. ( 분쇄기의 종류 )
7) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p519~520. ( 볼밀의 회전속도 )
8) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p522. ( 실험기구 및 시약 )
9) 성기천,이진휘,김기준, 화학공학실험, (주)사이텍미디어(2000), p523. ( 실험방법 )
10) 이현호,전창오,천경수, 무기화학합성실험, 동화기술(2001), P30. ( 표준 sieve 테이블 )

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