[화공공정실습설계2] 습벽탑 결과 레포트(A+)

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목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

6
7.1
4000
20
7.72
20
0.56
7.16
6000
20
7.79
20
0.55
7.24
Г =
Re =
20.0℃ 기준
= 1.0087cp = 0.001
= 998
물의 유량
()
공기의 유량
()
Re
Sh
()
j (kg/s)
(kg/m*s)
(m/s)
0.00000835
0.0000334
353.856
104303
0.002809
6.905*10^-8
0.088463907
3.26*10^-4
0.0000668
104707
0.002832
6.989*10^-8
3.27*10^-4
0.0001002
105806
0.002833
7.064*10^-8
3.31*10^-4
0.00001002
0.0000334
424.627
117644
0.002747
7.615*10^-8
0.106156688
3.68*10^-4
0.0000668
119110
0.002759
7.745*10^-8
3.72*10^-4
0.0001002
120381
0.002762
7.836*10^-8
3.76*10^-4
0.00001169
0.0000334
495.398
129778
0.002714
8.300*10^-8
0.123849469
4.06*10^-4
0.0000668
130166
0.002729
8.370*10^-8
4.07*10^-4
0.0001002
131507
0.002731
8.464*10^-8
4.11*10^-4
- 계산식
물 0.5LPM 공기 2LPM 기준
- 그래프
5. 고찰
결과를 보면 유량이 일정할 때 공기 유량이 증가함에 따라 oxydized값(이하 oxy값)이 증가하고 deoxydized값(이하 deoxy값)은 거의 일정하게 유지된다. 이는 당연하듯, 초기 deoxy값은 공기의 유량과는 연관이 없으므로 큰 변동이 없지만, oxy값에서는 공기유량이 증가하면 그만큼 물과 접촉하는 공기의 양이 증가하므로 oxy값이 증가하게 된다. 공기의 유량이 일정하고 물의 유량이 증가하면, oxy값은 감소하고 deoxy값은 증가하는 경향을 나타낸다. 흡수되는 산소의 양은 일정한데 물의 양이 많아지면, 산소를 용질, 물을 용매라고 정의하였을 때 용질의 양은 그대로이고 용매의 양이 증가하는 것과 마찬가지이므로 농도가 낮아지는 효과가 나타난다. 그러므로 oxy값이 감소하게 된다. 물의 유량이 증가할수록 deoxygenation column에서 물이 머무는 시간이 감소하므로 질소로부터 용존 산소 제거가 되는 시간이 짧아져서 deoxy값은 증가한다.
결론적으로 공기 유량이 증가함에 따라 oxy값은 커지고 deoxy값은 거의 일정하므로 C는 증가하는 경향을 보이고, 물의 유량이 증가함에 따라 oxy값은 작아지고 deoxy값은 커지므로 C는 감소하는 경향을 보인다.
는 실험실 조건이 같을 때 물의 유량에 비례하므로 공기 유량과는 무관하고, Re도 마찬가지로 에 대해 정비례 관계이다. 의 분모에 이 있고 물의 유량이 증가함에 따라 이 감소하므로 은 증가한다. 결국 Sh는 에 비례하므로 증가하는 경향을 갖는다. Sh는 물질 이동 속도에 관계가 있는 무차원수이므로 Sh 수가 클수록 물질전달이 원활히 일어난다는 뜻이다. 결국엔 공기 유량이나 물의 유량이 증가하면 물질전달이 잘 일어난다.
관이 건조한 상태에서 바로 실험을 진행하면 처음 물이 흐른 자리로만 길이 생겨(채널링 또는 편류현상) 탑 전체에 골고루 물이 흐르도록 할 수 없으므로 처음에 물이 습벽탑의 벽에 골고루 흐를 수 있도록 탑 상부의 관을 맞물리게하여 물이 충분히 찼을 때 위쪽 관을 약간 돌려 올려주어 일정한 흐름이 벽을 골고루 타도록 설정해주어야 한다.
최대한 얇은 수막을 만들어주는 이유는, 물질전달량을 늘리기 위해서이다. 관의 중심으로부터 흐르는 물의 표면까지의 반지름을 r이라 하고 관의 높이를 z라고 할 때, 관 내에서 물과 산소가 만나는 표면적은 ㅍr^2z이다. 수막이 얇을 때의 반지름을 r1, 두꺼울 때 r2라고 하면 r1 > r2 이므로 ㅍr1^2z > ㅍr2^z이다. 실제 공정에서는 반지름이 크게 차이나지 않더라도, 반지름이나 높이가 실험실 조건에 비해 훨씬 클 뿐만 아니라 표면적은 반지름의 제곱에 비례하기 때문에 그 차이는 무시할 수 없다. 그러므로 최대한 얇은 수막을 유지하는 것이 중요하다. 이러한 이유로 실험 과정에서 물의 유량을 증가시킬 때마다 미세하게나마 수막의 두께가 두꺼워질 수 있다. 크지는 않지만 실험값에 영향을 끼쳤을 것으로 생각된다. 한가지 더 고려해볼 수 있는 사항은 탑의 직경이다. 만약 직경이 작다면 물과 산소가 닿는 표면적이 작아 효율이 줄어들지만, 그만큼 물과 산소의 소비량이 줄어든다. 반면에 직경이 크다면 표면적이 커서 효율이 증가하지만, 그만큼 물과 산소의 소비량이 증가한다. 따라서 최대이익을 갖는 직경을 찾을 필요가 있다.
오차원인을 살펴보면, 충전물 중간중간 비어있는 부분이 존재하였다. 그 부분에서 질소와의 접촉면적이 줄어들어 산소 제거가 원활하지 못해 deoxy값이 약간 크게 측정되었을 것이다. 수조 탱크의 뚜껑을 열어두면 공기중의 산소가 물에 흡수되어 실험값이 이론값보다 약간 크게 측정 될 가능성이 있고, 그렇다고 뚜껑을 닫으면 탱크 내에 공기펌프로 인해 진공상태가 되어 세 펌프 모두 고장이 날 위험이 있다. 따라서 수조탱크와 뚜껑 사이에 보드마커를 두어 뚜껑이 닫히지는 않으면서도 대기와의 접촉을 최소화 해주었다. 이는 임시방편이므로 수조 탱크에 완전히 밀폐되지 않고 공간을 만들 수 있는 장치를 설치하면 개선된다.
oxy값을 측정하는 측정기 부분과 연결된 탑의 하부에서는 물이 쌓일만큼의 유량이 아니어서 관을 통해 이동할 때 공기가 함께 들어간다. 따라서 측정기에 기포가 닿아 값이 일정하게 유지되지 않고 이론값보다 훨씬 크게 측정이 된다. 이 때 그 값이 가장 작은 값을 공기가 없을 때의 순수 물의 oxy값이라고 판단하고 측정하였다. 이를 개선하기 위해서는 탑 하부의 관과 연결된 구멍을 포함해 100원짜리 동전 크기만큼만 움푹 들어가도록 설계하여 물이 그 속으로 고여 공기가 들어가지 못하도록 해야한다.
6. 참고문헌
나노화학공학과실험, 순천향대학교 나노화학공학과, pp.234 ~ 249

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