[화공단위조작실험]충전층 흐름의 압력강하 결과레포트

소개

충전층 흐름의 압력강하 실험 결과레포트 입니다.
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목차

1. Title
2. Date
3. Apparatus & Reagents
4. Results
5. Discussion
6. Reference

본문내용

5.1. 실험 원리에 대한 정리
5.1.1. 고체 고정층을 통과하는 흐름(Flow through a fixed bed of solids)
실제 화학 공정에는 유체가 정지되어 있는 고체 입자층을 통과하여 흐르는 경우가 많다. 이는 유체의 흐름에 보다 복잡한 경로를 제공함으로써 유체와 고체의 접촉면적이 증가하도록 하여 물질 전달이 충분한 시간 동안 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 기체 흡수탑과 같은 충전탑, 여과, 이온 교환 반응기, 촉매 반응기 등 다양한 화학 공학 프로세스에서 고체 고정층을 통과하는 흐름이 사용되고 있다.
본 실험에서 다루는 흐름은 정지 상태의 고체 고정층을 흐르는 단일 유체의 흐름이다. 유체가 고체 고정층의 공극(void)을 흐를 때, 흐름에 대한 저항은 고정층을 구성하는 모든 입자들의 전체 항력에 의해 생성된다. 따라서 유체가 고정층을 통과하면서 압력차가 발생하게 된다. 고정층을 흐르는 유체가 실제로 지나는 유로는 매우 불규칙적이며 서로 얽혀 있는 등 복잡하기 때문에 수식화가 어렵다. 그러므로 충전층을 가늘고 균일한 두께의 여러 개의 원형 모세관으로 구성된 것으로 모델링하여 수식화함으로써 고정층에 의한 압력 강하를 구할 수 있다.
실제 고정층이 충전된 칼럼과 모세관 모델을 Figure 3에 나타내었다. 두 경우에서 고정층의 단면적과 길이는 동일하며, 충전 입자의 지름은 Dp이고 모세관의 지름은 Deq, 모세관의 개수는 n이다. 모세관 모델에서는 유체가 모세관 내부를 흐르는, 즉 관 내부를 흐르는 상태이기 때문에 관 흐름에 대한 식들을 사용할 수 있다. 이때, 적절한 n과 Deq를 설정하여 실제 시스템과 모세관 모델을 적절하게 연관짓는 것이 중요하다.
두 시스템을 성공적으로 연관짓기 위해서 다음의 두 가지를 가정한다. 첫 번째는 유체와 고정층의 입자들이 접촉하는 면적과 모세관의 벽 면적의 합이 동일하다는 것이고 두 번째는 고정층에서 입자를 제외하고 비어 있는 공극(void)의 부피와 모세관의 부피가 동일하다는 것이다.

참고자료

· Warren L. MaCabe 외 2, 단위조작, McGrawHill Education, 139-142 (2017)
· Warren L. MaCabe 외 2, 단위조작, McGrawHill Education, 150-151 (2017)
· Warren L. MaCabe 외 2, 단위조작, McGrawHill Education, 151-153 (2017)
· Warren L. MaCabe 외 2, 단위조작, McGrawHill Education, 151 (2017)
· Warren L. MaCabe 외 2, 단위조작, McGrawHill Education, 153-154 (2017)
· www.wikipedia.org, Fluidized bed
· Ömer Akgiray 외 1, Water Science and Technology: Water Supply, vol.1, no.2 (2001), 66-69