이중관열교환

본문내용

무 작으면 열교환기 능력의저하가 심하고 청소를 짧은 기간에 반복하여야 하며 또 너무 크면 전열면적이 커져 비경제적인 동시에 실제의 운전에서는 전열면적이 남은 형이 되고 냉각기둥에서는 온도를 유지하기 우해 유량을 제한하면 흐름속도가 늦어져 더욱 더럽게 되므로 충분한 검토가 필요하다. 의 단위는 경막계수와 동일하다.
이때 총괄열전달계수()는 다음 식으로 표시할 수 있다.
의 값이 크면 오염도가 적다는것을 의미한다.
◆고찰
실험보고서를 쓰게 되면서 열교환기에 대하여 많이 알게 되었다. 열교환 실험을 통해서 향류, 병류흐름에 따라 효율이 얼마나 달라지는지도 알게 되었다. 그리고 열교환기의 설계에 따라 효율이 달라지게 되므로 이중관 열교환실험이 화학공학과에서 매우 중요한 실험이어서 배우는 것이 많았다. 이론상으로만 접하던 열교환, 그리고 병류, 향류에 따라 얼마나 효율이 달라지는지 직접 실험으로 접하게 되어서 매우 관심을 가지고 실험에 임하게 되었다. 실험을 접하면서 장치의 온도조절이 잘안되어서 애를 먹었었다. 처음 온도 조절기로 40℃로 설정을 했지만 온도가 올라가는 속도도 매우 더디었었고 실험 도중 계속 저장탱크에서 공급되는 물의 온도가 수시로 변하여서 데이터 값이 오차가 많을 것으로 생각된다. 또 물이 흘러가는 파이프 부분에는 별다른 단열재가 없어서 열이 많이 빠져나갔을 것으로 예상되어 측정한 데이터 값에 신뢰성이 많이 떨어 졌다. 실제 실험 후 데이터를 비교 하여교 생각 보다 큰 효율의 차이가 보이지 않았는데 아무래도 이는 장치의 정확도의 문제 인거 같다. 또 물을 공급 할 때 온수의 공급유량이 최대 2.5~2.6 l/min(아래그림참조) 밖에 올가지 않았다. 데이터 값을 보면 2000,3000 l/min의 데이터 값이 차이가 많이 안나는 것을 알 수 있다. 실험 데이터를 보면 병류 보다 향류에서의 열효율이 더 높다는 것을 알 수 있다. 하지만 생각보다는 확실히 큰 값을 가졌다라고 보기는 어려웠다. 3번실험에서 보면 공급되는 온수온도가 높을 수록 열효율이 상승 하는 것을 볼 수 있었다. 1,2번 실험 데이터는 비교해 보면 냉각수,온수 유량에 따라 열효율이 달라지는 것을 알 수 있었다. 그리고 이 데이터에서는 온수유량이 냉각수 유량 보다 많을때 더 높은 열효율을 가지는 것 을 볼 수 있었다. 실험의 데이터를 종합하여서 비교해 보면 병류일때 보다는 향류 일때가 열효율이 좋고 또 온수의 유량과 온수의 온도에 따라 열효율 역시 증가 하는 것을 알 수 있다. 이번 실험을 하면서 아쉬운 점이 있었다면 온도조절기의 온도를 조절 하였을때 온도가 매우 늦게 올라가고 또 설정한 온도와는 다르게 온도가 계속 변하고 또 왼쪽 사진에 있는 온수유량계를 보면 3000 l/min을 설정한 상태에도 불구하고 2600l/min 정도 밖에 올라 가지 않는다(밸브를 다 열었습에도 불구하고). 이러한 장치의 오작동 때문에 실험 결과값에 대한 신뢰도가 많이 떨어져 정확한 실험을 못한것이 매우 아쉬웠다
실험을 하고 보고서는 쓰면서 많은 종류의 열교환기 종류들을 알게 되어서 열전달, 반응공학, 단위조작 등에서 보고 배웠던 열교환기에 대해서 더욱 깊게 공부 할 수 있어서 매우 좋았다. 또 실험데이터 값의 계산을 위해 공부 하게 되었던 열손실, 열효율, 대수평균온도차, 총괄전열계수 등에 대해서 알게 되어 다른 전공 수업에서도 많이 도움이 될 수 있어서 매우 좋은 실험이 된거 같다.
◆결과
실험결과데이터를 보면 실험1,2에서는 냉각수, 온수 유량에 따라 열효율을 측정하는 것이었는데 온수유량이 냉각수 유량에 비해 많을 때 더 높은 열효율을 가진다는 것을 알 수 있었고 냉각수, 온수유량과 온수 온도가 같다면 향류 일 때 와 병류 일 때 열효율이 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 데이터에서는 향류 일 때 더 높다고 나오고 있다. 실험3은 온수 온도가 증가하면 열효율 또한 증가하는 것을 알 수 있다. 열효율은 냉각수, 온수의 유량 또 온수온도 , 병류 향류와 관계 있는 것을 알 수 있다. 실제 실험에서 장치의 오작동으로 인해서 온수 유량이 3000 cc/min이 되지 않는 점과 온도 조절이 매우 힘들었고 중요한 것을 또 온수나 냉각수가 파이프를 통해서 열이 많이 빠져나갔기 때문에 값에 오차가 많다. 또 실험을 할 때 시간이 많이 넉넉하지 못하였기 때문에(온도조절기의 문제로 인하여) 변수들을 설정하고 결과 데이터를 추츨할 때 측정한 시간이 차이가 있기 때문에 여기서도 오차가 나온거 같다.
이번 실험의 좋은 점은 열교환기에 관련된 고온유량 일 때 저온유량일때 유체의 유량, 온도에 따른 변화와 허용압력손실 ,물성정수 ,오염계수나 조작법등의 문제가 열교환기의 형식에 따라 또 동시에 데이터값의 계산에 대해서도 각종의 영향을 주는 인자가 있기 때문에 여러 가지 생각을 할 수 있게 되어서 좋았다. 이런 다양한 변수들로 인해 조금이나마 오차이유나 문제 해결능력을 키운 것 같다.
같은 조건하에서는 병류보다는 향류의 효율이 높으며 온수유량과 온수온도는 열교환기의 효율과 밀접한 관계를 가진다는 것, 즉 비례관계를 가진다는 것을 알 수가 있었습니다. 완전한 비례관계인지는 계속적으로 온수온도와 온수유량의 값을 올려보지 않아서 정확한 추정을 할 수는 없지만 어느 정도까지는 비례한다고 생각 할 수가 있다. 이번 실험에서 매우 중요한 사항이었던 열교환기의 설계에 대해 조금 말해보면 프로세스의 설계를 할 때에는 열에 관련된 문제가 존재하는데 일반적으로 두 유체사이의 열교환의 경우 특히 중요하다고 생각이 된다. 이러한 열교환기의 경우 고온 유체의 열을 그대로 이용하기 위해서는 저온유체의 출구온도를 높이는 것이 바람직하나 전열면적이 너무 커지게 되어 경제적이지 못하게 되므로 계산할 때에는 온도조건이 좋은 상태에 있는가를 고려해야 한다. 이번 실험을 통해서 열교환기의 설계방법에 따라 또 열교환기의 조건에 따라 열효율이 다르다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 설계가 매우 중요 하다는 것을 알 수 있다. 또 설계를 하려면 그 바탕이 되는 이론적인 지식도 많이 쌓아야 하고 실험을 할 때 자신이 배운 이론을 바탕으로 꼭 그 실험을 이해해야 하는 것 같다.

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