[화공단위조작실험 A+] 충전층 흐름의 압력 강하

목차

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

본문내용

- 실험 결과에 대한 설명
이번 실험은 충전층 흐름의 압력 강하에 관한 실험으로, 충전층 흐름 실험을 통해 충전층을 지나는 유체의 평균 유속과 압력강하의 관계와 유동층 상태로 전이할 때의 최소유동화속도를 실험적으로 측정하고 이를 이론적 계산식과 비교하는 것이 목적이다. 충전층 흐름 실험을 진행하기 전 충전물의 공극률을 측정하기 위한 과정을 진행한 후 공극 부피를 전체 부피로 나누어 공극률을 계산한다. 유동화 실험은 총 5회차를 진행하며 유량 조건을 달리하여 각 조건에서의 압력 강하와 유량을 측정한다. 이 과정에서 최소유동화속도 또한 측정한다. 이후 Reynolds 수를 계산하여 흐름을 판단하고, 이론적인 압력 강하와 최소유동화속도를 계산하여 실험값과 비교한다. 측정한 유량을 통해 계산한 평균 유속으로 평균 유속과 압력강하의 그래프를 실험값, 이론값 각각을 나타내어 비교하게 된다.
충전층은 기체 흡수탑처럼 실제 화학공정에서 매우 많이 사용된다. 기체 흡수탑의 경우에는 액상이 탑의 상류에서부터 내려오고 기상이 탑의 하류로부터 올라가는 형태였지만, 기상과 액상이 공존하는 system이 아니더라도 충전층 흐름은 많이 사용되고 있다. 단일상 유체 흐름의 경우에도 많이 적용되는데, Figure 4에 나타나 있는 형태가 한 예가 된다.
Figure 4에서 반응물들이 올라가고, 충전물로 채워진 충전층을 지나 반응이 이루어진 반응물들이 빠져나가는 공업적인 한 예가 된다. 이번 실험에서는 이러한 충전층을 초자기구를 이용하여 간단하게 제작한 것을 사용한다. Figure 5와 같은 실험 장치를 사용하는데, 구형 모양의 Bead로 채워진 충전층을 형성하고, 형성된 충전층에 유체를 아래로부터 공급하여 위로 받는 형태의 흐름을 형성하여 흐름에서 발생하는 압력차를 디지털 압력계를 이용하여 측정하게 된다. 이때 L이 충전층 길이가 된다.

참고자료

· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.139-142 (2017)
· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.150-152 (2017)
· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.152-153 (2017)
· 박상현, "고체입자 크기분포와 부피분율을 고려한 충전층의 이산요소 모델링과 유체유동 특성 연구.", 국내석사학위논문 한국해양대학교 대학원, p.27-29 (2017)
· 워렌 리 맥 카베 외 2, McCabe의 단위조작(7판), 한국맥그로힐, p.154-155 (2017)