[화공단위조작실험A+] 충전층 흐름의 압력 강하

소개글

"[화공단위조작실험A+] 충전층 흐름의 압력 강하"에 대한 내용입니다.

목차

0. Title
1. Purpose
2. Principle
3. Apparatus and Reagents
4. Procedure
5. Results
6. Discussion
7. Reference

본문내용

0. Title
충전층 흐름의 압력 강하 실험

1. Purpose
충전층을 지나는 유체 흐름의 유속과 압력차의 관계를 구하고 초기 유동화 속도를 실험적으로 측정한다.

2. Principle
1) 모세관 모델[1][2]
충전층은 화학공정에서 기체흡수탑, 증류, 반응기, 여과기 등에 사용되는 데 공정설계 및 운전 조건최적화를 위해 충전층을 지나는 유체흐름의 유속과 충전층에 걸리는 압력강하의 관계가 기본적으로 필요하다.

<Figure 1. 충전층과 모세관 모델의 개념도>

보통 충전층 내에서 임의적으로 채워진 충전물 사이, 즉 공극으로 유체가 흐르므로 이를 수학적으로 완전히 해석하기는 어려워 수학적 모델링 방법을 주로 사용한다. 충전층 공극을 통과하는 유체 흐름을 다수의 작은 모세관 흐름으로 보는 모세관 모델이 일반적이다. 모델링을 통해 유체 평균속도와 압력차의 상관 관계를 해석해보면 실제 유로는 모양이 불규칙하고, 단면적과 배향이 다양하며 서로 얽혀 있어 채널이 불규칙하고, 굽어 있는 등 수식화가 어렵지만 모세관 모델에서는 균일한 원형 유로가 있으며 고체의 전체 표면적과 그 사이의 공극 면적이 층의 단면을 이룬다는 가정하게 유로의 상당 지름을 구할 수 있게 한다.

<중 략>

6. Disccution
1) 실험 원리와 결과에 대한 정리
충전층 흐름의 압력 강하 실험은 충전층을 지나는 유체 흐름의 유속과 압력차의 관계를 구하고, 초기 유동화 속도를 실험적으로 측정하는 데에 목적이 있다. 먼저 충전물의 공극률을 구하기 위해 50ml 메스 실린더에 지름 0.3cm 구형의 충전물을 넣고, 50ml 눈금선까지 20ml 피펫을 사용하여 증류수를 10ml씩 첨가하면서 총 들어간 물의 양을 측정했다. 이에 구해지는 값은 공극 부피로, 전체 부피인 50ml로 나누어 최종 공극률을 계산했다. 또한, 용기의 높이는 버니어 캘리퍼스를 이용하여 측정했는데, 지름 D의 경우 내경이므로 Figure 4에 2부분을 이용하여, 높이 L의 경우 뚜껑을 합친 겉면의 전체 높이이므로 1부분을 이용하여 그 길이를 측정했다.

참고 자료

화공단위조작실험 교재 개정판-단조실험8충전층흐름rev
Mccabe L. Warren 외 2명, McCabe의 단위조작 7th, McGraw Hill Education, p.139-142, p.150-154 (2017)
https://wiki.anton-paar.com/kr-kr/water/, 물의 밀도와 점도
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/fluidization, Fluidization
https://en.wikipedia.org/wiki/Fluidization, Fluidization
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/minimum-fluidization-velocity, Minimum fluidization velocity