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관마찰계수

1. 실험목적유체가 관내를 흐를 대 유체 점성에 의한 관 마찰로 인하여 에너지손실이 발생한다. 본 실험에서는 직선 원관 내에서의 마찰손실을 측정해보고 관 마찰에 의한 에너지 손실을 정확하게 이해하는데 목적이 있다.2. 이론1. 베르누이 방정식정상유동에서 유선을 따라 유체입자의 운동에너지 위치에너지 및 압력에너지의 합은 항상 일정하다는 의미이다. 식을 설명하자면 이렇다.p = 유체의 압력, v = 유체의 속도, z = 위치의 높이, γ(감마) = 비중량수평기준면(HDP)에서 z1, z2 의 높이에 단면 1과 2의 관로속을 유체가 정상적 흐름일 경우를 생각한다. 유체는 비압축성, 비점성 유체 즉 이상유체(ideal fluid)라 한다면, 에너지 불멸의 법칙에 의하여 위의 방정식이 성립한다.위의 식에서 p/γ 는 단위중량의 유체가 갖는 압력 에너지이고, v2/2g 는 단위중량의 유체가 갖는 운동에너지이며, z는 단위중량의 유체가 갖는 위치 에너지이다. 이것들은 다시 길이로 표현할 수 있는데, p/γ 는 압력수두, v2/2g 는 속도수두, z는 위치수두라 하고, 이들 수두의 합 H를 전수두라 한다.(1) Laminar flow (Re < 2100)(2) Turbulent flow (Re > 2100)a) Smooth pipe flow① 3000 < Re < 100,000 (Blausius eq'n)② 5 × 105 < Re < 3 × 106b) rough pipe flow3. 실험1. 장치의 구조※ 장치의 사양A. 규 격 1. 10A : TUBE SIZE2. 15A : TUBE SIZE3. 20A : TUBE SIZEB. SUDDEN CHANGE1. Sudden Enlargement2. Sudden ContractionC. VALVES 1. GATE VALVE : 20A2. GLOVE VALVE: 20A3, BALL VALVE: 20AD. Ventury Meter:Iniet φ20.2 mm, Throat φ10.1mmE. Orifice Meter:Iniet φ20.2폐 동작을 확실히 확인한 후, 실험에 적당한 (manometer로 측정 가능한) 유량으로 조절한다.3) Manometer의 관로에 기포를 빼준 후, 수두와 실험유량을 체크하여야 한다.4) 수은 manometer의 측정 시 관로의 물이 흘러 들어가지 않도록 한다.다. 작동순서1) 실험장치의 모든 밸브를 완전히 열어 놓는다.2) 실험장치의 pump전원 콘센트를 220V에 연결하고 켠다.3) 각 관로 중 실험하고자 하는 line의 흐름 방향 valve와 bypass valve만을 열어놓고 다른 valve는 모두 잠근다.4) 유량조절은 bypass와 control valve를 이용하여 조절한다. (유량을 조절하는 이유는 manometer로 수두 차를 읽을 수 있는 유량으로 맞추어 주는 것이다.)5) Manometer의 수두 차를 읽기 전, manometer와 pipe line 상의 기포를 모두 제거해 주어야 한다.6) 기포를 제거하는 방법은 manometer상단의 공기vent 밸브 ⓐ를 열고 ⓑ를 닫은 상태에서 (manometer속의 기포가 line을 통해 배출됨) control valve를 수 차례 서서히 개폐동작을 반복하여 기포를 완전히 제거한다. 공기vent 밸브ⓐ를 잠근 후 공기주입 밸브 ⓑ를 열어, 공기주입 펌프ⓒ로 공기를 manometer 에 넣어주어 수두 차가 나타나면 공기주입을 잠근 후 수두 차를 읽으면 된다.7) 수두 차를check한 후 그때의 유량을 메스실린더와 초 시계를 이용하여 측정한 후 기록한다.8) 관의 종류 및 관의 길이를 바꾸어 가며 실험을 반복한다.4. 실험결과4.1 실험결과1. VENTURI TUBE DATA표ØD120.2mmØD210.1mm부피시간?hh1속도Q측정Q이론NRe결과정리(C0)h2mlSecmmmmm/sm3/sm3/s16656.072581020.34241.096E-042.191E-046223.480.5066-1561.367712431.4229955.04186800.61691.974E-043.949E-0411214.841.26mlSecmmmmm/sm3/sm3/s16056.4611-470.29279.365E-051.873E-045320.1410.158-361.169221254.00210054.04222980.77742.488E-044.976E-0414131.401.337-1243.105628227.51310393.087243241.05423.373E-046.748E-0419163.080.556-4004.211538278.303. 직관(10A) DATA 표부피시간?hh1속도Q측정NRE결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s16557.565702901.3238.664E-0510.87f=0.174hL=1.699-28028505.386483082.4121.580E-0419.83f=0.15hL=4.862-34039005.076603182.7101.775E-0422.28f=0.146hL=5.961-342※ 각 1번에 관한 계산과정. 2, 3번 모두 동일함.* 10A 직관의 직경 : 0.9134cm* 물의 온도 = 20℃물의 밀도(ρ) : 998kg/m3물의 점성계수(μ) = 0.001109kg/m.s* 물의 부피 유속* 속도* 레이놀즈 수* 마찰계수* 이론수두4. 직관(10A) DATA 표부피시간?hh1속도Q측정NRE결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s17005.281082922.0241.326E-0416.64f=0.157hL=3.577-36429355.381123022.6531.738E-0421.81f=0.146hL=5.744-36639795.201323062.8741.883E-0423.63f=0.143hL=6.608-3665. 직관(15A) DATA 표부피시간?hh1속도Q측정NRE결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s17755.55162260.9561.409E-047.858f=0.189hL=0.963-290210705.245702661.3852.042E-0411.39f=0.172hL=1.842-304310805.035802761.4572.147E-0411.97f=0.17hL=2.01143.249f=0.235hL=0.205-246210704.254161900.9612.518E-047.899f=0.189hL=0.971-226310303.514161981.122.934E-049.206f=0.181hL=1.27-218※위 10A 방법과 동일.* 20A 직관의 직경 : 1.8267cm8. 직관(20A) DATA 표부피시간?hh1속도Q측정NRE결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s16203.475462380.6828.889E-055.606f=0.205hL=0.533-308210103.945162380.9782.567E-048.042f=0.188hL=1.002-278310103.294882381.1722.680E-049.631f=0.179hL=1.374-2509. 급 확대관 DATA표ØD138.0mmØD219.0mm부피시간?hh1속도Q측정NRe결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s12303.92621060.20775.897E-053550.570.00124-15621325.04186800.79392.255E-0413574.310.01819653-1623.35166801.14843.262E-0419636.170.0378152* 측정한 부피 유속** 마찰손실,,여기서 난류일때10. 급 축소관 DATA표ØD138.0mmØD219.0mm부피시간?hh1속도Q측정NRE결과정리h2mlSecmmmmm/sm3/s14403.813301500.40661.155E-046952.840.00474m-180210503.553401641.04152.958E-0417807.180.0311m-176310553.513401701.05833.006E-0418095.880.0321m-1704.2 이론수두와 실제수두 또는 측정 유량과 이론유량을 비교하고, 그 이유를 설명하라.유량을 측정할 때 Orifice plate와 venturi tube 실험방법을 사용 했을 때 유량에 차이가 발생했는데 이것은 유량 측정용 기기를 통과하면서 발생되는 손실과 유량 자체의 동점도 계수에 의하여 발생하는 손고 볼 수 있다. 이것을 관계식으로 나타내면,로 나타낼 수 있다.4.3 관 마찰계수가 레이놀즈수에 따라 변하는 관계를 검토하라.마찰손실계수는 레이놀즈수에 따라 변하게 되는데, 마찰손실계수는 층류일 때 그 값이 크기 때문에 상대적으로 레이놀즈수가 작으면 마찰손실이 커지게 된다. 이것은 관마찰계수의 식에서 알수있는데,,이식에서 보이듯이 관마찰계수는 레이놀즈수만의 함수이기 때문이다.5. 토의이번 실험은 유체가 관에 흐를 때 점성에 의한 마찰로 인하여 에너지 손실을 베르누이 방정식을 이용하여서 알아보고, 관의 직경과 종류에 따라 어떤 차이를 보이는가를 실험하는 것이다.먼저 실험장치의 모든 밸브를 완전히 열어 놓았다. 그리고 실험장치의 pump 전원 콘센트를 220V에 연결하고 켰다. 각 관로 중 실험하고자 하는 line의 흐름 방향 valve와 bypass valve만을 열어놓고 다른 valve는 모두 잠궜다. Manometer의 수두 차를 읽기 전에 manometer와 pipe line 상의 기포를 모두 제거해 주었다.기포는 오차의 원인이므로 정확한 측정을 위해 마노메타 우측상단에 있는 밸브를 열고, 유량을 늘려 제거하였다. 마노메타에서 마찰손실수두를 측정할 수 있게 적절히 유량을 조절한 후 수두차를 기록하고 시간당 유량을 측정하여 유속을 구하였다.공기 vent 밸브를 잠근 후 공기 주입 밸브를 열어, 공기주입 펌프로 공기를 manometer에 넣어 주고, 수두 차가 나타나면 공기 주입 밸브를 잠근 후 수두 차를 읽었다. 유량조절은 bypass와 control valve를 이용하여 조절하였다. 유량을 조절하는 이유는 manometer로 수두 차를 읽을 수 있는 유량으로 맞추어 주기 위함이다. 수두 차를 읽은 후 그때의 유량을 메스실린더와 초시계를 이용하여 측정하였다. 관의 종류 및 관의 길이를 바꾸어 가며 실험을 반복하였다.실험에서 지름이 다른 직관pipe와 venturi, orifice의 수두차이는 모두 다르며 이 결과를 가지고 레이놀즈수와 마찰계수를 구하여보면 인다.

공학/기술| 2012.11.29| 14페이지| 2,000원| 조회(182)

화공, 관마찰계수, 생명화공실험, 실험레포

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다시마를 이용한 중금속 흡탈착

1. 실험목적본 실험은 연속식칼럼에 Ca-loaded 다시마 넣고 시간에 따른 중금속 흡착량과 탈착량을 알아보는 실험이다. 중금속으로는 Cr과 (Cd, Pb, Zn, Cu)중의 1개를 선택하여 2성분계 중금속 이온의 친화력 세기를 알아보고, 흡탈착되는 경향을 알아보고자 한다.2. 이론최근 생활수준이 향상되어 감에 따라 상수 사용량이 늘어나고 만성적인 수자원 부족현상이 나타나고 있으므로 지하수 및 지표수의 효율적인 이용이 필요하며, 이러한 수자원에는 유해한 중금속이 포함되어 있는 경우가 있으므로 사용되기 전에 적당한 전처리에 의해서 제거되어야 할 것이다. 생물학적 흡착을 이용하여 상수, 지하수 및 폐수 중에 함유되어 있는 중금속을 제거 하거나 희귀금속을 회수하는 방법에 대한 연구가 현재 활발히 진행되어 이론적인 체계가 어느 정도 확립되어 가고 있으며, 기술개발의 잠재력이 높아 향후 폐수중의 중금속을 제거할 수 있는 유망한 방법으로 기대되고 있다.여러가지 중금속을 제거하는데 이용되고 있는 생물학적 흡착제로는 균류, 박테리아 및 조류 등이 있으며, 이중에서 조류에 의한 방법이 가장 경제적이고 효율적인 것으로 알려져 있다. 특히 갈색해조류는 중금속 흡착성능이 우수한 흡착제로 알려져 있으며, 미역(Undaria pinnatifida)이나 Ascophyllum nodosum에 의한 납의 흡착량은 흡착제 건조무게의 30% 이상까지 축적하는 것으로 보고되어 있다.본 실험에서는 카르복실기의 함유량이 비교적 높고 국내연안에서 비교적 많이 존재하는 갈색 해조류인 다시마(Laminaria japonica)를 중금속이온 흡착제로써 선택하였으며, Na 및 K와 결합된 alginate는 수용성이므로 흡착실험과정에서 alginate가 실험용액 중으로 계속해서 용해되므로 정확한 흡착량을 측정하기가 어렵다. 따라서 L.japonica에 포함된 모든 경금속을 칼슘으로 이온 교환하여 제조된 Ca-loaded L. japonica를 칼럼에 충전하고 크롬에 대한 흡착실험을 수행하였으며, 반대로 크롬위해 흡착된 양에 따른 탈착에 필요한 CaCl2수용액의 양을 조사해본다.2.1 파과곡선 (Break Through Curve)다시마 흡착탑 설계를 위해서는 수많은 흡착 가능한 물질을 포함하고 있는 원수를 흡착탑에 통과 한 후 유출수의 오염물질 농도가 어느 시점에서 설계기준 또는 허용기준치를 초과할 것이냐에 대한 정보가 필요하다. 이러한 정보는 통상 Pilot-Scale의 실험조사에 의해 얻어지고 있다.Break Through Curve는 각 시스템의 물리화학적 특성 즉 평형관계와 물질이동속도에 의해 영향을 받는다. 다음 Fig. 1에서의 파과 곡선은 흡착탑의 출구에서의 유출농도를 시간에 따라 표시한 것이다. 일반적으로 출구농도가 입구농도의 약 10％가 되는 점 A를 파과점(Break Point)이라 하며 파과점 이후 출구농도는 급격히 증가하여 종말점 B에 도달하게 된다. 결국 흡착제의 수명은 유량, 피 흡착질의 종류 및 농도, 충진된 활성탄의 양과 종류 등에 따라 달라지며 같은 운전 조건일 경우 초기 다시마의 흡착력에 크게 좌우됨을 알 수 있다.2.2 원자 흡수 분광법 (Atomic Absorption spectroscopy)기체 상태의 중성 원자가 복사선 에너지(일반적으로 자외선과 가시광선 영역)을 흡수하는데 관하여 연구하는 방법이다. 원자 흡수의 원리는 자외선 및 가시광선의 흡수 원리와 같다. 그러나 시료의 취급방법, 기기, 얻어진 스펙트럼은 상당히 다르다. 급속 원소의 분석에 원자 흡수법이 유효하게 이용될 수 있다는 사실이 1955년 Walsh, Aikemade, Milatz 등에 의하여 최초로 알려졌다.그후 65원소의 정량방법이 확립되었으며 여러 가지 기기가 고안되어 시판되고 있다.원자 흡광의 원리는 원자 흡수 분석법에 의하여 정량하려는 원소는 원자상태로 분해되고 증발되어 광원에서 나오는 빛살에 노출되어야 한다. 실험적으로는 시료 용액을 분무 상태로 만들어 분출시키는 방법을 많이 이용한다.3. 실험3.1 흡착실험내경 2.5 cm, 길이 50 cm의 크로럼에 Ca-loaded L. japonica 10 g을 충전하였으며, 초기의 충전높이는 15cm 이었다. 중금속함유 용액은 Cr(NO3)·5/2H2O, Cd(NO3)2·4H2O을 3차 증류수에 용해시켜 각각 1 mM (Cr: 52 mg/L, Cd: 112.4 mg/L)의 농도로 제조하고, HNO3 용액을 사용하여 pH 4.5로 조절하여 5 mL/min의 유량으로 흡착칼럼에 공급하였다.3.2 탈착실험Cr+금속 시스템의 연속적인 흡착실험의 경우, 1단계로 크롬이온 용액을 흡착칼럼에 공급하면 크롬이온은 흡착되고, 칼슘이온은 탈착된다. 계속해서 2단계로 금속이온용액을 흡착칼럼에 공급하면 크롬이온은 흡착되고, 흡착되어있던 금속이온은 탈착이 진행된다. 3단계로 염산을 첨가하여 pH 3으로 조절된 1% CaCl2 용액을 흡착칼럼에 공급하면 흡착되어있던 금속이온은 탈착되고, 칼슘이온이 흡착되어 흡착제가 재생된다.4. 실험결과4.1 Standard농도(ppm)흡광도0-0.0001100.0799200.1464400.3288그림 Cr standardCr그림 Pb standard농도(ppm)흡광도00.0005100.0749200.1515400.2945Pb그림 Ca standardCa농도(ppm)흡광도00.0013100.0895200.1649400.24724.2 흡착 결과흡착 시간유량pHCr(흡착)Pb(흡착)Ca(흡착)10h1 mL/min3.8137.8735120.837021h1 mL/min3.6529.266585.14337.50632h1 mL/min3.5826.88675.5535387.964543h1 mL/min2.9717.362527.618831.373554h1 mL/min2.957.8392.3251069.00566h1 mL/min3.8333.2955113.289124.2345712h1 mL/min3.8537.6905124.917105.0405824h1 mL/min3.8140.6215126.141120.505591d 12h1 mL/min3.7841.3535129.6075109.61 mL/min3.7739.339136.95155.916112d 12h1 mL/min3.7839.888126.95738.6048123d1 mL/min3.7832.196123.28537.5271133d 12h1 mL/min3.7338.241127.771542.4814144d1 mL/min3.7433.8445118.59340.7589154d 12h1 mL/min3.7532.013118.38943.9894165d1 mL/min3.7337.1415126.34541.405175d 12h1 mL/min3.7334.395102.682539.6812186d1 mL/min3.8732.01395.95231.7109그림 흡착 파과곡선4.3 탈착 결과탈착 시간유량pHCr(탈착)Pb(탈착)10h1 mL/min3.2311.6853.287721h1 mL/min3.3114.43153.464532h1 mL/min3.7311.6853.14143h1 mL/min3.7614.79751.71354h1 mL/min3.4411.3192.52966h1 mL/min3.3611.3192.7573712h1 mL/min3.4013.88252.7573824h1 mL/min3.3312.9661.1674948h1 mL/min3.3713.51652.4037그림 탈착 파과곡선4.4 계산과정흡 착측정농도mg1L1mL60minL1000mLmin흘려준 유속 - 1mL/min36L591.26mgL흡착된 총 크롬의 양 (mg) - = 21285.36mg36L1882.355mgL흡착된 총 납의 양 (mg) - = 67764.78mg21285.36mgmol1g1000mmol51.996g1000mg1mol10g다시마흡착된 크롬의 양 (mmol/g) -= 40.936 mmol/g67764.78mgmol1g1000mmol207.21g1000mg1mol10g다시마흡착된 납의 양 (mmol/g)-= 32.703 mmol/g탈 착흘려준 유속 - 1 mL/min10L115.602mgL탈착된 총 크롬의 양 (mg) - = 1156.02mg10LmgL탈착된 총 납의 양 (mg) - = 232.209mg1156.02mol1g1000mmol51.996g1000mg1mol10g다시마탈착된 크롬의 양 (mmol/g) -= 2.223 mmol/g232,209mgmol1g1000mmol207.21g1000mg1mol10g다시마탈착된 납의 양 (mmol/g)-= 0.112 mmol/g5. 토의본 실험은 연속식칼럼에 Ca-loaded 다시마 넣고 시간에 따른 중금속 흡착량과 탈착량을 알아보는 실험이다. 중금속으로는 Cr과 Pb로 2성분계 중금속 이온의 친화력 세기를 알아보고, 흡·탈착되는 경향을 알아보고자 하였다.우선 다시마 10g을 column에 충전시키고 중금속이 녹아있는 유체를 흘려준다. 흘러나온 유체를 정해진 시간마다 받아놓고 받은 샘플내의 중금속 농도를 분석한다. 이를 통해 다시마에 중금속이 흡착 및 탈착이 되었다는 것을 알 수 있었다.흡착실험을 할 때 이론적으로는 중금속 농도가 초기에는 일정하다가 증가하는 경향을 보여야 한다. 하지만 우리 조는 3-4시간 사이에 감소를 하고 Ca 농도는 급격히 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이 때 pH 또한 감소를 하게 된다. 이는 새로운 다시마를 사용하지 않고 앞 조가 실험을 해왔던 다시마를 재사용함으로써 잔류한 Ca 농도가 합쳐져서 급격하게 높게 나온 것을 확인할 수 있다.다음으로는 탈착실험을 하였는데, 탈착실험에서는 납과 크롬성분이 흡착되어있는 다시마를 컬럼에 충전시킨 후에 다시마와 흡착력이 더 강한 칼슘이 포함되어 있는 CaCl2용액을 흘려주어 카드뮴과 크롬을 탈착시키는 실험이었다. 이 때 납과 크롬이 탈착되어 나오는 용액을 AA기기로 분석하여 탈착 된 중금속의 농도를 알아보았다. AA를 측정할 땐 우리가 측정하려는 용액의 농도가 너무 진해서 15배로 희석하여 측정하였다. 탈착농도 또한 이론적으로는 중금속이 초기에는 많이 탈착되다가 일정해지는 경향이 있어야 하나, 여러 가지 오차의 원인으로 인해 우리조는 그런 경향을 보이지는 않았지만 흡착 그래프와는 비슷한 경향을다.

공학/기술| 2012.11.29| 7페이지| 2,000원| 조회(266)

화공, 크롬, 납, 카드뮴, 다시마를 이용한 중금속 흡탈착, 생명화공실험, 실험레포

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레이놀즈수

1. 실험목적긴 유리관의 벽면을 타고 흘러내리는 얇은 수막을 아래 방향으로 보내고, 여기에 공기를 향류로 보내어 공기 중의 산소가 물에 흡수되는 물질 전달의 한 과정을 통하여, 물질 전달 계수를 공부한다.2. 이론2.1 실험 측정에 의한 기체 확산계수의 측정물질전달계수는 상 사이의 접촉면적을 알고 경계층 분리가 생기지 않는 실험장치 에서 연구된다. 젖은 벽탑은 난류흐름에서 유체 쪽으로의 물질전달과 유체로부터의 물질전달에 대하여 중요한 정보를 제공해 준다. 젖은 벽탑은 탑 꼭대기로 액체를 넣어 관 내벽을 따라 중력에 의해 아래로 내려가도록 하고 기체는 관 내부로 넣어 액체와 접촉하면서 탑을 통해 흐르도록 고안된 수직관이다.관 속의 난류흐름에서 액체로의 물질전달은 약간 용해성이 있는 고체로 만든 관을 이용해서 여러 액체유량에 대한 고체의 용해속도를 측정하여 연구해 왔다. 또 다른 기법은 관 벽의 일부를 전극으로 만들고, 관 벽으로 반응이온의 물질전달속도에 의해 전류가 제한되는 조건하에서 전기화학적 환원이 이루어지도록 하는 것이다.물질전달 면적이 조작조건에 따라 변하는 충전탑, 체판 탑 및 기포 탑과 같은 실제의 물질전달 장치로 실험을 행한다. 먼저 물질전달속도를 부피 물질전달계수 로 바꾼다. 예를 들면, 충전탑에서의 기체 경막 계수는 흐르는 기체 속으로 순수 액체를 증발시켜 구한다. 액체에서의 확산저항은 없다. 마찬가지로, 물에 순수 기체를 흡수시키는 것은 기체 경막 저항을 제거하여 액체 경막 계수를 연구할 수 있게 된다.2.2 젖은 벽탑을 이용한 기체 확산계수의 측정젖은 벽탑은 탑 꼭대기로 액체를 넣어 관 내벽을 따라 중력에 의해 아래로 내려가도록 하고 기체는 관 내부로 넣어 액체와 접촉하면서 탑을 통해 흐르도록 고안된 수직관이다. 일반적으로 기체는 탑 밑으로 들어가서 액체와 향류로 흐르지만 같은 방향으로 흐르게 할 수 있다. 유체경계면에서의 물질전달은 열전달에서 경막을 통해 열이 전달되는 것과 유사하게 경계면에서 이중으로 경막이 있다는 학설이 성립되어 액체경계면과 기체경계면에서 농도 및 분압차에 의해서 다음과 같은 식으로 물질 전달속도를 표시한다.NA = kG A (pi - p) = kL A (C-Ci)NA = 확산물질 A 의 이동속도 [g-mole/min]A = 경계면의 면적 [㎠]p = 확산물질의 기체류에서의 평균분압 [atm]pi = 확산물질의 경계면에서의 분압 [atm]C = 확산물질의 액체 내에서의 평균 농도 [g-mole/㎤]Ci = 확산물질의 경계면에서의 농도 [g-mole/㎤]차원 해석법으로 Gilliand-Sherwood가 실험적으로 묶은 무차원군에 의하여 물질 전달 계수 k는 열전달에서 colburn계수(jH factor)와 유사하게 물질 전달에서의 jM factor로 묶어져서 그 계에서의 유체의 물리적 성질과 압력 및 물질 전달 속도 등과 다음과 같은 관계식이 성립한다. 즉, Reynolds 수가 2000∼35000 사이이고 Schmidt 수(Sc = μ/ρDG)가 0.6∼2.5인 경우 jM은jM = jH = f/2 = 0.023 NRe-0.2jM = {kGP / GM} NSc2/3f = 마찰 계수젖은 벽관 내를 통하는 기체류의 Reynolds 수가 2100 이상일 경우 NRe와 f의 그래프로부터 f의 값을 알고, jM = f/2 이므로 이것으로부터 kG를 구할 수 있다.상기 실험 조건에서 비교적 정확한 것으로는 Gilliand -Sherwood 식으로 NSh = 0.023 NRe^(0.8) NSc^(0.44)가 있다.3. 실험3.1 실험장치※Pump 1 : Deoxygenation feed pumpPump 2 : Absoption feed pump1) Deoxygenation feed pump의 Bypass valve(앞쪽 밸브)와 Adsorption feed pump의 Bypass valve(뒤쪽 밸브)를 열어 놓는다.2) Deoxygenation feed pump S/W를 ON 시킨다.3) Pump가 가동되면서 물이 Deoxygenation column으로 들어가면 뒤쪽 Bypass valve를 막고 앞쪽 Bypass valve를 조절하여 column에 흘러내려가는 물이 넘치지 않도록 조절하여 준다.4) Water flow meter의 조절밸브를 열어주고, 이때 Adsorption column feed pump가 작동되지 않고 있으므로 water flow meter쪽으로 물이 흘러들어온다.5) Deoxygenation column안에 공기기포가 없어질 때까지 기다린다.6) 뒤쪽 Bypass valve를 조금 열어주고 Absorption column feed pump S/W를 ON한다.7) Nitrogen gas를 Deoxygenation column에 보내 주기 위하여 Nitrogen gas bumb에 달린 Regulator 조절 손잡이를 서서히 움직이면서 N2 Gas를 적당량 흘려 보낸다. (밑의 관으로 gas가 딸려 나가지 않도록 조절하여 준다.)8) Absorption column feed pump가 작동 되면서 물이 유량계를 지나 습벽탑으로 물이 공급되면 최고치의 유량으로 조절하여 놓는다. Absorption column으로 물이 흐르게 되면 관 안으로 흐르는 물이 골고루 퍼져서 흐르는가 확인한 후 유량계의 유량을 적당히 줄여 주어야 한다.(물이골고루 흐르지 아니하면 장치의 수평이 맞지 않았거나 유량이 적거나 한 것이다.)9) 정상 상태의 흐름이 지속되면Absorption column의 inlet와 ouplet의 D.O. Meter로 용존산소를 측정한다.3.2 실험방법① 물 유입구(1)로 물을 유입 시킨다. 이때 위어(5)를 통하여 일정수위 이상의 물이 배출될 수 있도록 유량을 조절한다.② 잉크탱크(6)에 잉크를 채우고, 잉크조절밸브(7)을 열어 유리관으로 일정한 유량으로 주입한다.③ 유량조절밸브(3)를 조절하여 유리관으로 흐르는 유량을 조절하고, 유량계(4)에 표시되는 유량을 측정한다.④ 유체의 유량을 일정하게 맞춘 후 유체흐름이 정상상태에 도달 할 때까지 잠시 기다린 후 잉크의 유동을 관찰하다.⑤ 층류의 흐름을 가질 때의 유속과 이에 따른 유체유동의 정도를 관찰한다.⑥ 전이영역의 흐름을 가질 때의 유속과 이에 따른 유체유동의 정도를 관찰한다.⑦ 난류의 흐름을 가질때의 유속과 이에 따른 유체유동의 정도를 관찰한다.? 유속에 따른 NRe (Reynolds' Number)계산하고, NRe에 따른 유체유동현상을 이론적으로 고찰한다. * 각 유속의 측정을 3회 반복한다.4. 실험결과4.1 실험결과물의 온도()밀도()점도()직경(m)200.998211.0060.0254횟수30sLaminar1회325ml2회345ml3회310mltransition1회1180ml2회1140ml3회1110mlturbulent1회2675ml2회2670ml3회2680ml위의 조건일 때 층류, 전이영역, 난류 각각의 경우에서 아래의 식을 이용하여 유속과를 계산한다.4.2 층류 (Laminar)부피(L)유속()10.3250.021391539.116620.3450.022707572.29330.310.020403514.2343평균 NRe=541.88134.3 전이영역 (Transition)부피(L)유속()11.180.0776651957.40821.140.0750321891.05531.110.0730571841.29평균 NRe=1896.5844.4 난류 (Turbulent)부피(L)유속()12.6750.1760624437.34422.670.1757334429.0532.680.1763914445.638평균 NRe=4437.3445. 토의이번실험은 Reynolds 실험 장치를 이용하여 관을 통과하는 유체의 흐름 모양을 시각적으로 관찰하는 동시에 일정한 시간 내의 흘러가는 유체의 부피를 통해서 층류, 난류, 전이영역의 Reynolds 수를 확인하는 실험이었다.유체역학 전공과목 수업시간에 배웠던 Reynolds수와 층, 난류 관계, 그리고 이론적으로만 알고 있던 각각의 유체모양을 실험을 통해 직접 확인할 수 있는 계기가 되었다.실험을 하기 전에 먼저 레이놀즈 실험관에 물을 채워 놓는다. 물을 채울 때는 위어를 통해 물이 일정 수위를 유지할 수 있도록 해야 한다. 잉크조절밸브를 적당히 열어 잉크가 유리관으로 일정하게 들어갈 수 있도록 조절한 뒤, 밸브의 여는 정도를 조절하면서 층류, 전이영역, 난류 순으로 흐름을 관찰하였다. 실험은 3회 반복하였다. 밸브를 많이 열어 유체가 많이 흘러갈수록 난류 쪽으로 변한다는 것을 관찰 할 수 있었다. 실험을 하는 중에는 유체의 흐름이 항상 정상상태에 도달 할 수 있도록 신경을 써야한다.실험을 할 때 수온은 20이고, 관의 지름은 1in(0.0254)이다. 수온을 통해 유체의 밀도와 점도를 문헌값에서 찾을 수 있었다.수동으로 밸브를 조절하므로 오차가 날 수 있고, 수조와 배출관 사이에 물이 새는 곳이 있었던 것이 오차의 원인이 될 것이다. 실험을 하는 동안 각각의 흐름을 살펴보면서 층류는 직선흐름, 전이영역은 직선과 곡선흐름, 난류는 흩날리는 모양으로 흐르는 것을 관찰 할 수 있었다.LaminarTransitionTurbulence원형관

공학/기술| 2012.11.29| 8페이지| 2,000원| 조회(132)

화공, 레이놀즈 수, 실험레포트, 생명화공실험

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효모(yeast)의 회분식 플라스크 배양

1. 실험목적이번 실험에서는 효모의 플라스크 배양을 통한 회분식 성장 특성을 파악해 보는 것이다.2. 이론1. 효모란?·효모 : 균계에 속하는 미생물로 크기는 대략 3~4㎛로 하나의 세포로 이루어진 단세포 생물·효모의 특징 : 진핵세포 구조이고 내외의구형, 계란형 등의 단세포형, 출아(budding)에의해 번식, 과일의 과피와 과즙, 수액, 꽃의 밀선, 토양, 바닷물, 곤충의 체내 등에 널리 분포한다. 알코올 발효능력이 강한 종류가 많아 주류 양조,빵 제조에 이용·효모의 형태 및 세포구조 :-형태 : 난형(cerevisiae type), 타원형(ellipsoideus type), 소시지형(막대형; pastorianustype), 레몬형(방추형; apiculatus type), 구형(torula type), 삼각형(trignopsistype), 위균사형(candida type)-세포구조·효모의 분류2. 효모의 번식법·영양번식*출아(budding)법 : 세포 표면에 작은 돌기가 생겨 점차 커지고 핵이 이동하면 원래의 세포와의 사이에 경계가 생겨 새로운 세포를 형성-다극출아(multilateral budding)법 : 세포의 여러 곳에서 출아-양극출아(bipolar budding)법 : 세포의 양끝에서만 출아-위균사(pseudomycelium) : 출아한 세포가 길게 연결되어 균사형이 되는 경우-진균사(true mycelium) : 곰팡이와 같이 격벽을 가진 균사를 형성*분열(fission)법 : 세포의 중앙에 격벽이 생기고, 이로부터 2개의 세포로 분열*출아분열 : 출아한 다음 그 기부가 들어가지 않고 모세포와의 사이에 칸을 막고 분열·포자형성에 의한 번식 : 생존에 불리한 환경 또는 생활사이클의 일부로서 자낭포자 형성*무성생식 : 단위생식, 한 개의 영양세포가 무성적으로 포자 형성*유성생식3. 실험1. 실험장치 및 기기항온 진탕 배양기 (30oC), 플라스크, 솜마개, 호일, Clean bench, 분센버너, Autoclave, Spectrophotometer,2. 준비 시약Yeast strain, Yeast extract, Peptone, Glucose, NaCl3. 실험방법① 다음 조성의 GPY 배지를 300 mL 준비한다.glucose 20 g/L, yeast extract 10 g/L, peptone 10 g/L② 250 mL 삼각 플라스크를 3 개 준비하여 각각 30, 100, 100 mL의 GPY 배지를 넣고 솜 마개 및 호일로 싸고 121oC에서 15분 동안 고압멸균 (autoclave)한다.③ 샘플링을 위한 blue tip 또는 5 mL 유리 피펫도 역시 같이 멸균한다.④ 실험조교가 전날 냉장고에서 꺼낸 yeast의 보관 균주를 30 mL 배지가 있는 플라스크에 접종하고, 30oC shaking incubator에서 100 rpm으로 12시간 이상 배양한다.⑤ 나머지 2개의 100 mL 배지가 있는 플라스크에 24시간 배양된 첫 번째 플라스크에서 10 mL 배양액을 각각 접종하고 shaking incubator에서 배양하면서, 접종 시간을 기준으로 time 0, 1, 2, 3, 4, 6, 18, 24시간에 3 mL 정도씩 샘플링하여(clean bench 안에서) 600 nm에서 optical density를 측정한다.⑥ 각각의 optical density와 cell mass 간의 검정 곡선을 이용하여 cell growth curve를 작성한다.4. 실험결과4.1 시간에 따른 농도변화시간농도12시 50분 (0시간)0.202→1배0.20213시 50분 (1시간)0.114→2배0.22814시 50분 (2시간)0.136→2배0.27215시 50분 (3시간)0.187→2배0.37416시 50분 (4시간)0.314→2배0.62818시 50분 (6시간)0.288→4배1.15222시 50분 (10시간)0.320→6배1.9209시 (약 20시간)0.324→8배2.59213시 (약 24시간)0.337→8배2.6967:30 AM (18시간 경과)0.323→8배2.584[표 ] 시간에 따른 농도변화4.2 시간에 따른 농도변화 그래프[그래프 ] 시간에 따른 농도변화[그림 1] cell growth curve우리 실험결과와 이론적인 cell growth curve와 비교해보면 비슷한 형태인 것을 확인할 수 있다. 우리 실험에서는 효모를 배양한지 약 24시간 만에 Death phase로 된 것을 확인할 수 있었다.5. 토의이번실험은 효모의 플라스크 배양을 통한 회분식 성장 특성을 파악해 보는 것이었다. GPY배지를 직접 만들고, 효모를 접종하여 배양하면서 UV로 그 농도 변화를 측정하여 관찰하는 실험인데, GPY배지를 만들고 멸균시키는 데에는 시간이 오래걸려서 매뉴얼에 나와있는 실험방법순서대로 하지 않고 미리 만들어진 GPY배지를 이용하여 실험을 하였다.yeast농도를 측정할 때 먼저 영점고정을 하여야 하는데, yeast가 없는 배지로 측정하는 것이 제일 좋으나 24시간 동안 계속 새 배지로 갈아주어야 하기 때문에 힘들다. 따라서 이번실험에서는 증류수로 영점고정을 하야 단일파장, 600nm에서 측정하였다. 측정되는 값이 0~0.4에서 정확성을 보이기 때문에 그 이상의 농도가 나올 경우 맞게 희석을 시켜서 측정하여야 한다. 0.1에서 0.5사이의 농도값에서 정확성을 보이기 때문에 이에 맞게 농도를 희석해서 측정해야 한다.정해진 시간마다 와서 측정을 해야하는 번거로움도 있었지만 다른 시간대 조와 함께 실험을 하여 수월히 할 수 있었다.5.1 cell growth curve의 모양에 대해 토론해보시오. (lag phase, exponential phase 등)[그림 2] cell growth curve위의 이론적인 cell growth curve를 보면 lag phase, exponential phase, stationary phase가 잘 나타나 있다.[그래프 ] 시간에 따른 농도변화lag phase나 stationary phase가 완전히 일정한 농도로 유지되지는 않지만 형태는 거의 비슷하다.5.2 본 실험에서는 포도당의 농도가 낮은 편이지만 yeast는 포도당을 과량으로 주더라도 어느 이상의 농도로 ethanol을 만들지 못한다. 그 이유는 무엇인지 조사해보아라.효모는 당의 분해에 필요한 효소를 분비하여 일련의 반응이 일어나도록 한다. 한 개의 효모는 초당 약 10만개의 당분자를 알코올로 전환시킬 수 있다. 이렇듯 반응기질의 양, 발효기간, 목표 알코올 농도 등을 알고 있으면 필요한 효모의 양을 예측 할 수 있다. 반대로 생각해보면 효모의 양을 알고 있을 때의 포도당의 양도 예측 할 수 있기 때문에 과량의 포도당을 넣어준다고 해서 일정량 이상의 알코올이 생기는 것은 아니다.

공학/기술| 2012.11.12| 7페이지| 2,000원| 조회(261)

회분식, 효모, 회분식 플라스크 배양

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멸균조작 및 순수배양법

1. 실험목적미생물 배양에 필요한 멸균조작법에 대해 알고, Streak-plate(평판도말법) 방법을 이용해 순수한 박테리아 배양군을 분리하는 방법을 배운다.2. 이론1. 배지배지 : 미생물을 배양하기 위하여 미생물의 성장에 적절한 영양분, 삼투압, pH조건을 충족시켜주기 위하여 인위적으로 만들어준 환경을 말한다.(1) 기초배지(basal medium): 영양요구성이 엄격하지 않은 세균, 예를 들면 대장균과 같은 장내세균과의 세균을 발육시키는데 사용되는 보통 액체배지이며 이것을 한천으로겔화시킨 보통 한천배지, 펩톤수(peptone water) 등이 있다.(2) 영양강화배지(enriched medium): 보통한천배지와 같은 기초배지에서는 발육할 수 없는 세균을 발육시키기 위하여 혈액, 혈청 등을 보통한천배지에 가하여 영양소를 보강시킨 것이다.(3) 선택배지(selective medium): 여러 종류의 세균이 혼재하고 있는 접종재료에서 목적으로 하는 균 이외의 균의 발육을 억제하도록 발육저해제를 가해 선택성을 갖게 한 배지를 가리킨다. 포도상구균용의 만니톨 식염 배지, 이질균속이나 살모넬라속 균의분리에 사용되는 SS 한천배지 등이 있다.(4) 증균 배지(enrichment medium): 검사 재료 중에 목적으로 하는 균의 수가 혼재하고있는 균에 비해 적은 경우에는 목적균만을 선택적으로 발육시키기 위한 배지로 한번재료를 접종해서 배양하면 분리배양이 용이하다. 이것을 증균배양이라 하며 이때 사용하는 배지를 분리증균 배지라 한다. Typhus균의 배양에 사용되는 셀레니트(selenite)배지, 콜레라균의 증균을 위한 알칼리성 펩톤수 등이 있다.(5) 감염배지(differential medium): 서로 다른 세균은 각각 다른 콜로니 형태를 나타내는것을 이용해서 서로 구별이 가능하도록 고안된 배지를 가리킨다. 맥콘키(MacConkey)한천배지, BTB lactose 첨가 한천배지 등이 있다.(6) 수송 배지(transport medium): 임상 유래의 검사재료 중의 세균이 사멸 또는 과잉 증식하는 일이 없이 장시간 원래대로의 상태로 유지할 수 있도록 고안된 배지를 가리킨다. 검체의 수송과 일시적 보존에 사용된다. Sruat 배지, Carry and Blair 배지 등이 있다.(7) 보존배지(maintenance medium): 균주를 장기보존을 위해 사용되는 배지로 Dorset’segg 배지, 가죽고기(cooked meat) 배지 등이 있다. 미생물의 증식을 지지하도록 각종영양성분을 소재로 하여 보급한 혼합체로 각 균의 발육에 필요한 성분을 가하여 세균을 인공적인 환경 하에서 배양하도록 연구한 것이다.2. 멸균조작멸균조작: 혼재해 있는 모든 미생물을 살균 혹은 제거하기 위하여 실시하는 조작(1) 화염멸균: 백금이나 백금선 같이 불꽃에 직접 접촉하여도 안전한 물건에 묻어 있는미생물을 불꽃으로 태워서 죽이는 방법(2) 건열멸균: 주로 유리기구 등과 같이 고온에 안전한 물체를 멸균할 때 사용하는 방법(3) 습열멸균: 멸균하고자 하는 물체를 끓는 물이나 증기로 멸균하는 방법이며 건열멸균에비하여 낮은 온도와 짧은 시간 내에 멸균이 가능하다.(4) 여과멸균: 열에 의하여 파괴되거나 변질되는 액상 물질을 여과기에 통과시켜 미생물을분리 제거하는 방법3. 평판도말법미생물을 고형배지위에 접종하는 한가지 방법으로 획선에 의해서 균농도가 점차로 감소하는 것을 이용한 방법4. 순수배양법순수 배양은 다른 종류의 생명체가 섞여있지 않은, 단일종의 미생물 집단이 있는 상태로만드는 것으로 두 과정을 거친다.첫째, 다른 것으로부터 순수하게 분리둘째, 순수 분리한 균을 적절한 환경에서 다른 미생물의 오염이 없는 것을 배양3. 실험1. 실험장치 및 시약500mL 플라스크, 솜마개, 알루미늄호일, Incubator (37oC), Petri dish 10개 이상, 접종루프, Clean bench, 분센버너, Autoclave, 현미경, 불가리스, Agar, MRS media (glucose, yeastextract 등), Ethanol2. 실험방법(1) 시중에서 파는 “불가리스” 등의 요구르트 1병을 실험시간에 준비해온다. 요구르트에들어 있는 Lactobacillus, Streptococcus 등의 혼합 유산균에서 single colony를 분리해내는 것이 실험의 목적이다.(2) 500 mL 플라스크에 아래 조성의 MRS-agar 배지를 200 mL 만들어 넣고 솜마개 및호일로 씌운후 121oC, 15분 동안 멸균한다.MRS media with agar: Glucose (20 g/L), Yeast extract (20 g/L),Sodium acetate (3 g/L), Ammonium citrate (2 g/L),K2HPO4 (2 g/L), MgSO4.7H2O (0.1 g/L), Agar (15 g/L)(3) 멸균이 끝난 플라스크는 clean bench에 넣고 약 45 oC (손으로 만져서 약간 뜨거울정도)로 식으면, petri dish에 적당량씩 부어서 clean bench 안에서 굳혀 10개 이상의 agar plate를 만들어 놓는다 (UV 등을 켜고 바람을 켜놓는다.)(4) Agar plate 마다 다음과 같이 각각의 방법마다 1-2개의 agar plate에 외부의 균을 도입한 후, plate를 거꾸로 뒤집어서 30oC incubator에서 배양한다.※주의사항● 뚜껑을 열고 공기 중에 30 분 정도 노출시킨 후 닫는다.● 손가락을 agar 표면에 찍어 본다. (화장실 갔다 와서 손 안 씻은 사람이 하면 더욱 좋다.....!!!!!)● 손을 비누로 씻은 후 다시 다른 agar 표면에 찍어 본다.● 씻은 손을 다른 사람과 악수 후에 다시 agar 표면에 찍어 본다.● Clean bench 바깥에서는 뚜껑을 열지 않은 plate(5) 요구르트 샘플에 loop를 담궜다가 꺼낸 후 agar plate에 streaking 한다. 랩을 싼 후뒤집어서 30oC incubator에서 배양한다. 24-48시간 배양 후에 colony 형성을 관찰하고조교에게 검사받는다. 현미경으로 서로 다른 모양과 크기의 colony들을 관찰해보시오.4. 실험결과그림 3 30분 동안 clean bench 환경그림 4 30분 동안 바깥 환경? ?그림 안 씻은 손으로 찍고 30분 후그림 씻은 손으로 찍고 30분 후? ?그림 불가리스로 streaking?실험 결과에서 보면 30분 동안 바깥 환경에 뒀을 때 조금이지만 colony가 생성된 것으로 보인다. 그리고 확실히 손을 씻기 전보다 비누로 깨끗이 씻은 후에 세균이 매우 감소한 것을 확인할 수 있다. 불가리스로 streaking을 하고 다른 균으로 오염되지 않은 순수한 single colony를 배양할 수 있음을 확인하였다. 그리고 clean bench 안의 환경에서 배양된 세균은 하나도 없음을 알 수 있었다.5. 토의그림 8 유산균 현미경 사진5.1 위의 실험들을 통해서 느낀 점을 토의해 보시오.이번 실험은 미생물 배양에 필요한 멸균조작법에 대해서 알고, streak-plate 방법을 이용하여 순수한 박테리아 배양균을 분리하는 순수 배양법을 이용한 실험이었다. streak-plate 방법은 이전에 산업미생물학이라는 과목에서 이론적으로 배운 적이 있는데, 실험을 통해서 다시 한 번 숙지할 수 있었다. 이론적으로 공부를 할 때보다 실험을 직접 해보니 흥미로운 면도 있었지만 생각보다 잘 streaking이 되지 않았고, agar plate가 보기와는 달리 말랑해서 잘못하게 되면 loop가 긁어지지 않고 파묻히는 느낌이 들어 까다로웠다.이번 실험을 통해 생물 실험은 clean bench 안에서 실험을 하는 것이 매우 중요하다고 느꼈다. petri dish에 배지를 만들고 clean bench 안과 밖에 두어 다른 오염 균을 비교를 해보니 그 중요함을 더욱 알 수 있었다.48시간 동안 incubator에 배양을 시킨 후 각각 실험했던 petri dish를 관찰하니 각 colony를 확인할 수 있었다. 너무 적은 양이라 단일군을 따서 현미경으로 관찰하지 못했지만 인터넷을 통해 유산균의 현미경 사진을 확인할 수 있었다.5.2 여러 가지 멸균 (sterilization) 방법에 대해 기술해 보시오. 자연계에서 순수 균을 분리해 내는 방법에 대해 기술해보시오.화염멸균법 : 멸균시킬 물체를 직접 불꽃에 접촉시켜 표면에 존재하는 미생물을 태워서 죽이는 방법, 백금선, 유리기구, 도자기 등 표면, 금속기구를 멸균시킬 때 사용건열멸균법 : 건열멸균기를 사용하여 160~180℃에서 1~2시간 동안 건열처리하여 미생물을 산화 또는 탄화시켜 미생물 및 포자를 완전히 멸균하는 방법, 페트리접시, 피펫, 주사기, 금속기구, 기름 종류, 분말을 멸균시킬 때 사용자비멸균법 : 완전한 멸균은 기대하지 못하지만 가장 간편함으로써, 100℃에서 30분 동안 끓이고 1~2%의 탄산나트륨을 물에 첨가하면 살균력이 높아지고 금속의 부식을 방지할 수 있다. 주사기나 수술기구 등을 멸균할 때 사용

공학/기술| 2012.11.12| 6페이지| 2,000원| 조회(268)

순수배양법, 멸균조작, 생명화공실험

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