충전층 흐름 [단조 실험 A+레포트]

소개

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목차

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

본문내용

이번 실험은 2mm glass bead를 이용해 충전층을 만든 다음에, 고정층과 유동층으로 바뀔 때의 최소 유동화 속도를 측정하고, 유속의 조건을 바꾸어 그에 따른 압력 강하를 측정하는 실험이었다. 장치를 세팅하여 장치 내부에서 아래에서 위로 물의 흐름을 만들어주고, 유체 흐름의 유속과 압력차의 관계를 구했다. 그리고 실험적으로 측정한 초기 유동화 속도를 Ergun Equation을 통해 오차율을 측정해 비교해보았다.
우선 충전물의 공극률을 측정하기 위해서 50mL 실린더에 충전 입자인 2mm glass bead 를 10mL까지 채운 다음 bead+실린더의 무게를 측정했다. 여기서 스포이드로 증류수를 넣어 bead+증류수+실린더의 무게를 다시 측정하여 공극 부피를 잰 후, 공극률을 계산했다. 공극률은 물이 차지하는 부피(공극부피)/전체 용기의 부피로 구한다. 그 결과 공극률은 0.4236이 나왔고, 이는 구형에 가까운 입자의 일반적인 공극률인 0.4~0.45와 유사함을 알 수 있다. 이때 bead안에 증류수를 넣어줄 때는 bead 사이에 기포가 들어가지 않도록 바닥으로 쳐주면서 오차가 발생하지 않도록 한다.
다음으로 장치 안에 2mm bead를 4cm만큼 넣어 충전층을 만들어준다. 이 용기는 위 아래에 구멍이 뚫려있어 물이 통과할 수 있는 구조이고, 원래는 침강실험에서 이용한 3mm glass bead를 사용해야 했지만, 물의 수압이 낮아 최소 유동화 속도를 측정할 수 없었기 때문에 비드의 크기와 충전층의 높이를 줄여 실험을 진행했다. 장치안에 bead를 넣고 뚜껑을 닫은 다음 테플론 테이프로 물이 새지 않도록 감아준 다음에 이를 clamp로 고정한다. 그리고 스탠드에 고정완료 후 디지털 압력계를 유체의 유입구와 유출구에 연결한다. 이때 장치 위쪽의 호스를 압력계 -극, 장치 아래쪽 호스를 압력계 +극에 연결해야 한다. 그리고 연결된 고무 호스와 압력계가 자주 빠지기 때문에 테이프나 테플론 테이프로 고정하였다.

참고자료

· Warren L. McCabe 외 2명, McCabe의 단위조작 7th, McGraw-Hill Education, p.151 (2017)
· CFKO199533149153883.pdf (koreascience.kr),’유동층 연소로의 원리 및 응용’, 김상돈, 한국과학 기술원 화학공학과, p4
· ‘Annular 유동층 반응기에서 최소 유동화 속도 및 압력 요동 특성’, 손성모 외 4인, Korean Chem.Eng,Res,Vol.46,No 4, 2008
· ‘이분산 구형 입자로 구성된 충전층을 흐르는 점성 유체 흐름의 투과도’, 손현진, 구상균, Korea Chem Eng. Res, Vol.50, No1, 2012, p68
· Warren L. McCabe 외 2명, McCabe의 단위조작 7th, McGraw-Hill Education, pp.153-154 (2017)
· 케미컬루핑 연소를 위한 산소 전달 입자의 최소 유동화 속도 및 고속 유동층 전이 유속에 미치는 압력의 영향’, 김정환 외 4인, Trans of Korean Hydrogen and New Energy Society,Vol28,No1,2017
· 대기압 이하에서 운전하는 유동층 반응기의 유동 특성, 박성희, Korean Chem Eng, Res 2020, p309
· Sphericity - Wikipedia, 구형도