화학공학 실험 - 유동화 실험

소개글

화학공학 실험 - 유동화 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Subject
2. Object
3. Procedure
4. Principle
5. Result
6. Discussion & Conclusion

본문내용

증가하면 입자들이 서로 충분히 떨어져서 층 안을 돌아다니게 되어 참 유동화가 일어난다(dense, 점 B).
유동층의 유량을 점점 감소시키면 압력강하는 일정하면서도 층 높이가 감소한다(선 BC). 층의 최종높이는 고정층의 초기치보다 커지는데, 유동화 상태에서 천천히 가라앉을 때에 비하여 한꺼번에 들이부었을 때 한층 치밀하게 충전되기 때문이다. 결과적으로 저속일 때의 압력강하는 초기 고정층에 비해 적어진다. 다시 유동화 시키면 점 B에서 압력강하와 층 무게가 같아지므로, 점 B가 최소유동화속도(minimum fluidization velocity) 을 나타낸다고 보아야 한다.
※ 최소유동화속도(Minimum fluidization velocity)
충전층에서의 압력강하에 대한 Ergun equation을 이용하여 초기 유동화에 적용하면 최소 유동화에 대한 2차식이 된다. 즉,
입자가 아주 작으면, Ergun equation에서 층류 항만이 중요하다. 일 때, 최소 유동화 속도의 식은 다음과 같다.
여러 가지 실험에 따르면, 은 입자의 2.0 제곱보다 다소 작게 변하며, 꼭 점도에 역비례하는 것은 아니다. 예상한 지수값이 다소 달라지는데, 이는 Ergun equation의 둘째 항을 무시한 것에 따른 다소의 오차와 입도에 따른 공극률 의 불확실성이 를 계산할 때의 주된 오차가 될 것이다.
에 대한 의존도는 입자 300까지는 유지되며, 유동화의 응용은 대개 입도 30～300 범위이다. 그러나, 석탄 연소층의 유동화에서처럼 입도 1 이상인 입자를 유동화 시키는 경우도 있다. 아주 큰 입자인 경우에는 층류 항이 무시되며, 은 입도의 제곱근에 따라 달라진다. 일 때의 식은 다음과 같다.
※ Burke-Plummer 방정식
유동층화가 되어 고체입자가 부유할 때 입자의 가 1000보다 크면 유속과 압력강화 사이의 관계는 다음과 같다.
5. Result
1. 기준 높이를 정하고, 유량을 변화시켜 가면서(증가,감소) 그에 따른 수두차와 유동층 높이를 측정한다.
유속 = 유량 / 단면적 (150 mm * 15 mm )을 계산하면
기준높이
[mm]
수두차
[]
유동층 높이[mm]
유량
[L/min]
유속
[cm/sec]
600
56
290
4
2.96
66
355
5
3.70
68
390
6
4.44
76
465
7
5.18
700
20
275
4
2.96
34
350
5
3.70
38
410
6
4.44
40
470
7
5.18
800
64
280
4
2.96
66
350
5
3.70
70
395
6
4.44
70
480
7
5.18
2. 식에 의해 이론적인 수두차를 계산하면,
(h-수두차 L-유동층 높이 e-공극률 Pw-물의밀도 Ps-입자의 밀도)
(단 공극률 = 0.54, 물의 밀도 = 1.0 g/cm, 입자의 밀도 = 1.85 g/cm)
예) 유동층의 높이 L=290일 때
=113.39mmH2O
위와 같은 방법으로 실험시 측정했던 수두차에 대한 각각의 이론치를 구해서 비교해 보면 다음과 같다.
***실험시 측정 수두차 VS 이론적 수두차 비교***
기준높이
(mm)
유동층 높이
(mm)
수두차
(mmH2O)
이론적수두차
(mmH2O)
600
290
56
113.39
355
66
138.81
390
68
152.49
465
76
181.82
700
275
20
107.53
350
34
136.85
410
38
160.31
470
40
183.77
800
280
64
109.48
350
66
136.85
395
70
154.45
480
70
187.68
6. Discussion
&
Conclusion
이번 주는 원래 습벽탑 실험을 하기로 되어 있었고 그에 대한 실험 예비 보고서도 써 왔었는데 실험실에 있는 습벽탑 실험 장치가 지난 주 부터 작동이 되지 않는다고 하여 갑작스럽게 하게 된 것이 유동화 실험이었다.
위에 있는 기준 높이가 600, 700, 800mm일 때의 그래프를 보면 다음과 같이 해석할 수 있다.
① 그래프와 실험 결과 값에서 유속이 증가할수록 유동층의 높이는 증가하는 것을 볼 수 있는데 반해 수두차는 미세하게 증가하긴 하나 그 정도가 그리 크지는 않다는 것을 확인할 수 있다.
② 이론적 그래프와 달리 실험값으로 얻은 그래프에서는 Fixed-bed일 때의 그래프가 관찰되지 않았다. 그 이유를 추정해보면 실험에서는 유동화가 일어난 후에 측정된 DATA값으로 볼 수 있다. 다시 말해서 가장 작은 유량 4 L/min도 유동화를 일으키고도 남는 것이라고 볼 수 있겠다.
③ 따라서 고정층의 값을 관찰하기 위해서는 유량을 작게 또한 세분화시켜서 DATA값을 얻어내야 한다.
④ 따라서 유량 4 L/min이하의 세분화된 DATA를 갖지 않으면 고정층을 관찰 할 수 없고 유속감소 후의 유동층의 높이차를 또한 관찰 할 수 없었다.
⑤ 실험적으로 얻은 수두차와 계산에 의해 이론적으로 얻은 수두차가 대체로 60~70mmH2O, 최대140mmH2O 정도의 큰 차이를 보이고 있었다. 이러한 차이를 보이는 원인으로는 이론의 의한 수두차는 유동층의 높이와 비례관계에 있음으로, 잘못 해석된 유동층의 높이를 원인으로 추정할 수 있다.
⑥ 실험을 하면서 마노미터의 조작오차와 기포와 이물질 등으로 발생되는 오차, 그리고 마노미터를 사용하는 실험자와 실험 때마다 같은 조작을 할 수 없는 것들에 의해 이론적인 데이터에 비해 오차를 보인 것을 추정할 수 있었다. 이러한 오차를 발생시킨 원인을 생각해보면, 먼저 가장 큰 이유는 마노미터를 측정할 때 마노미터의 값이 안정화가 된 후 측정해야하지만 그 변화정도가 너무 커 안정화되지 않은 상태에서 측정해 결과 값에서 나타나듯이 같은 유량에서의 높이 차가 많이 발생하였다. 4번 측정하여 사용하였지만 그것으로는 이러한 조작미숙을 보정할 수 없었다고 본다. 다른 이유로는 마노미터 안에 생기는 기포로 인한 것과 펌프를 누를 때 조작자가 같더라도 매번 그 차이가 발생하므로 이 역시 결과 값에
큰 차이를 가져왔을 것이라 본다.
이번 실험을 통해서, 유속이 증가함에 따라 유동층의 높이도 증가하고 수두차도 증가하게 되는데 수두차의 증가정도가 약한 것을 볼 수 있었다.

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