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레이놀즈 실험 결과레포트

제유체가 가지는 점성효과는 흐름의 상태를 두 개의 전혀 다른 흐름상태로 만든다. 즉, 실제유체의 흐름은 층류(lamina flow)와 난류(turbulent flow)로 구분된다.층류에서는 유체입자가 서로 층을 이루면서 직선적으로 미끄러지게 되며 이를 층과 층 사이에는 분자에 의한 운동량의 변화만이 있을 뿐이다. 반면에 난류는 유체입자가 심한 불규칙운동을 하면서 상호 간에 격렬한 운동량의 교환을 하면서 흐르는 상태를 말한다.이러한 유체흐름의 두가지 형태는 1888년 영국의 Osborne Reynolds의 실험에 의해 증명되었다.Reynolds는 그의 실험에서 착색액의 주입으로 층류와 난류를 정성적으로 판별하였을뿐 아니라 Reynolds 수에 의해 정량적으로 판별할 수 있는 방법을 제시하였다.본 실험에서는 관수로 내의 흐름을 Reynolds의 원실험에서 처럼 색소주입으로 층류와 난류로 구분 식별함과 동시에 층류와 난류의 경계선이 되는 한계흐름(critical flow)에 해당하는 한계유속과 한계 Reynolds수를 결정해 보기로 한다.1. 서론유체가 관을 통해 흐르는 형태를 관찰함으로 유체 흐름 대한 층류 및 난류의 개념을 이해하고 Reynolds Number의 개념을 이해 한다. 또한, 층류와 난류를 지배하는 인자가 무엇인가 알아보자2. 실험 이론* 난류의 성질난류는 흐르는 유체와 공존하는 여러가지 크기의 소용돌이로 이루어진다. 큰 소용돌이가 연속적으로 생기고 이것이 보다 작은 것으로 파괴되며 다시보다 작은 소용돌이를 발생한다. 마지막의 간단한 소용돌이는 사라진다. 일정한 시간과 부피중에는 여러가지크기의 소용돌이가 존재한다. 가장 작은 소용돌이의 지름은 약 1 mm이다. 이보다 작은 소용돌이는 점성 전단에 의해 빨리 파괴된다. 소용돌이 안에서의 흐름은 층류이다. 가장 작은 소용돌이라고 해도 약 10개의 분자를 포함하므로 이는 모두 현미경적 크기이다. 또한 난류는 분자현상이 아니다. 관에서의 흐름 이외에도 다른 방법으로 고체 경계와 접촉되거나 두 층의 유체가 서로 다른 속도로 흐를 때 난류가 생긴다. 앞의 난류를 벽 난류 (Wall turbulence) 라하며 뒤의 것을 자유 난류 (Free turbulence) 라 한다. 벽 난류는 유체가 폐쇄 또는 개방유로에서 흐를 때나 흐름 중에 잠겨있는 고체를 지나서 흐를 때 생긴다. 자유 난류는 정체 유체에서 분사흐름이 도입되거나 경계층이 고체벽에서 분리되어 유체 본체로 흐를 때 생긴다.* 난류와 층류의 비교층류 유동과 난류 유동이 발생하는 몇 가지 예를 우리는 잘 알고 있다. 담배 연기가 담배에서 멀어질 때, 처음에는 매끈하게 규칙적인 형태로 올라간다. 그러나 담배에서 어느 정도 멀어짐에 따라 담배 연기가 불규칙적인 형태로 올라간다. 바꾸어 말하면, 담배 연기로써 층류에서 난류 형태의 이 일어남을 보여 준다. 수도꼭지를 매우 천천히 열 때 적은 양이 흐르게 되어 관찰된 유동형태는 매우 매끈한 층류가 된다. 그 꼭지를 많이 열 때 유량은 파괴되어 난류가 된다.층류와 난류유동 사이의 차이점을 관찰하는 또 다른 방법은 유동 중에 작은 이 있을 때 어떤 현상이 발생하는가를 고려하는 것이다.* 전이 흐름Reynolds No.가 2000～4000인 경우를 전이흐름이라 하는데, 이 상태는 층류가 난류로 변하거나 난류가 층류로 변하는 영역으로 비재현성 영역이 있는 영역이다. 이 영역에서 재현성이 나쁜 이유는, 조건에 따라 층류가 존재하지만 안정한 흐름형태가 아니며 또 어떤 외부교란이 없으면 난류로 바뀌지도 않기 때문이고, 관 벽이 거칠거나 장치에 아주 작은 진동이 있으면 난류로 전이하며, 이 영역에서는 흐름이 층류 또는 난류이고 압력강하는 두 배 달라질 수도 있기 때문이다.* 층류와 난류관로내 흐름에는 층류와 난류가 있고, 층류는 유체가 관로를 흐를때 층을 유지한채 흐르는 상태를 말하며, 보통 유량이 적은 경우에 나타나는 현상이고,난류는 흐름중 와 등을 발생시키는 흐름으로 유량이 크거나 압력강하가 적은 경우에 나타난다.관로중의 일정구간에서 두점의 압력 취출공으로부터 취출된 압력 강하와 유량과의 특성관계을 보면은 압력강하와 유량과 비례하는 범위에서의 흐름을 층류라하고, 유량의 2승에 비례하는 유량이 큰 범위에서의 흐름을 난류라 한다.실제로 원통형 관내의 유속분포를 측정하여 보면은 점도가 높은 경우 관 벽과 유체의 마찰력은 크게 작용함으로 유속분포는 변화한다. 유속이 느릴 때는 점도가 낮은 유체가 흐르는 것과 같은 유속분포를 가진다. 즉, 관로내의 흐름이 층류일때는 관의 단면에서 본 유속은 거의 같은 유속분포가 된다. 즉,유체의 흐름이 층류로부터 난류로 되는 것은 유량의 크기에 의하나 그것은 유체의 점성의 크기에 좌우됨을 알 수 있다.유량의 어떤 값을 초과하고, 층류가 난류로 변화되는 한계의 값은 유체의 밀도, 점도, 관로 내경에 의해서 달라지게 된다. 즉 관로내 흐름상태를 수치로 표현한 것이 레이놀즈 수이며, 층류 난류로 구분하는 경계치는 2100이다.(Q : 체적유량, ρ: 체적의 밀도, μ : 체적의 점도 D: 관로의 직경)? 유체의 속도관속으로 유체가 흐를 경우 흐르는 방향에 직각인 임의의 단면을 단위시간에 흐르는 유체의 양을 유량이라고 하고 이를 유로의 단면적으로 나눈값이 유체의 평균유속(Meam Velocity)이다.(Q : 체적유량, A : 유로의 단면적, U : 평균 유속, D : 관로의 직경)보통 관내를 유체가 흐를 경우에는 유속이 일정하지 않으며 관벽 부근에서는 벽면 저항에 의하여 유속이 느리고, 관의 중심 부근에서는 최대속도를 나타낸다.유속이 느릴때에는 잉크가 퍼져버리는 현상이 나타난다. 전자는 유체입자가 관의 벽면에 평행한 직선으로 흐르는 경우이며 이런 흐름을 층류, 점성류(viscous flow)라고 한다.후자는 유체의 각입자가 불규칙적으로 흐르는 경우이며 이런 흐름을 난류(furbulent flow)라고 부른다.층류와 난류에서 중심부분에서의 최대속도(m/sec)와 평균속도 U(m/sec)사이에는 대체로 다음과 같은 관계가 있다.층류 :난류 :? 유량유량(Flow rate)이라 함은 유체의 흐름 중 일정 면적의 단면을 통과하는 유체의 체적, 질량 또는 중량을 시간에 대한 비율로 표현한 것을 유량이라 칭하며 각각 유체의 체적을 시간에 대한 비율로 표시한 유량을 체적 유량 (용적유량), 유체의 질량을 시간에 대한 비율로 표시한 질량유량, 유체를 일정시간 동안 흐르는 량을 표시한 유량을 적산유량이라 칭한다.① 체적유량 : Q = A.v [㎥/s]② 질량유량 : M = Q.ρ = A.v.ρ [kg/s]③ 중량유량 : W = Q.ρ.g = A.v.ρ.g [N/s]④ 적산유량 : G = ∫Q.ρ = ∫A.v.ρ [㎥,kg]( A : 단면적, v : 속도, ρ = 밀도 )측정 대상인 유체의 분류는 기체, 액체, 증기, 혼합 기체 등으로 일반적으로 분류하고 흐름 상태에 따라 층류, 난류, 맥동류 등으로, 온도에 따라서 고 온도로부터 극저온, 압력에 따라서 고압력으로 부터 저압력, 점도에 따라 고점도로 부터 저점도, 량에 따라서 대유량으로 부터 극소유량 유체등으로 다양하게 분류한다.유량측정은 관로의 상태에 따라 개수로, 폐수로(관로) 유량측정으로 크게 나누고, 측정방법에 따라 임의 시간당 흐르는 체적량을 계량하는 직접법과 임의 단면적을 통과하는 유량과의 상관 관계를 이용하여 유속, 전기적인량 등의 변화를 검출, 유량을 측정하는 방식인 간접방식으로 분류한다.? 레이놀드 수와 상, 하임계 속도레이놀드(Reynolds)는 이 실험을 통하여 아주 작은 속도에서 유체입자가 서로 흐트러짐 없이 층과 층 사이를 평행하게 미끄러지면서 흐르고 있는 상태를 층류유동상태(層流流動狀態) 라고 하였고, 유속이 빨라져서 물감이 전부 흐트러지게 되어 유체의 입자가 서로 마구 뒤섞이는 상태를 난류의 유동상태라고 하였다.느린 속도에서 유속을 점차 증가시켜 어느 일정한 속도에 이르면 층류가 난류로 나뉘어지는데, 관에서 층류를 난류로 변하게 하는 유속을 상임계속도(Upper critical velocity)라 하고, 난류상태의 흐름에서 유속을 줄이면 다시 층류상태로 변화되는데 이 때의 유속을 하임계계수(lower critical velocity) 라 한다. 레이놀드(Reynolds)는 층류와 난류는 점성력과 관성력의 상대적 크기에 의하여 지배될 것이라는 생각에서 관성력과 점성력의 비로서 무차원수 Reynolds 수를 아래 식과 같이 정의 하였고, Renolds 수와 유동 (층류와 난류) 사이의 함수관계를 밝혀냈다. 실제로 층류는 유체입자가 갖는 관성력에 비하여 입자에 작용하는 점성력(제동력)이 크게 작용하는 유동이다. 난류는 반대로 입자가 갖는 관성력이 입자에 작용하는 점성력에 비하여 크게 작용되는 유동이다. Reynolds는 위와 같은 실험에서 유동 현상의 변화에 크게 영향을 미치는 인자들은 유량에 관계되는 유속과 단면적으로 보고, 이 것들의 적을 무차원(non-dimension)수 Reynolds number Re로 나타냈다.즉,V: 유체의 평균 유속 d: 유리관의 내경μ: 점성 ρ: 유체의 밀도υ: 동점성계수레이놀즈는 층류운동의 상한치가 12,000

공학/기술| 2011.12.20| 17페이지| 2,500원| 조회(112)

레이놀즈, 레이놀드, 층류, 난류, 제유체, 점성효과, 실제유체, 흐름상태, 유체입자

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흡착 실험 결과레포트

- 목차 -1. 요약2. 서론3. 이론4. 실험 장치 및 재료5. 실험 방법6. 실험 결과7. 실험결과에 대한 고찰8. 결론9. 인용문헌10. 부록1. 요약본 실험은 미지의 시료가 활성탄에 의해 얼마나 흡착되는지 흡착 효율을 알아보는 실험이다. 이 실험으로 활성탄의 효과와 파과곡선에 대해 이해 할 수 있다. 일단 0.05N의 초산을 10L가량 준비하고(우리는 0.01N의 초산을 사용하였다) 컬럼에 활성탄을 채워 흡착장치를 가동시킨다. 흡착시간 등 신간에 민감한 실험이므로 철저히 지키도록 해야 하며 흡착이 종료된 초산을 일정시간으로 하여 받는다. 받은 초산을 NaOH로 적정하여 그 양을 기록한다. 흡착이 안된 초산을 적정한 NaOH의 양과 흡착기구를 통해 나온 초산을 적정한 NaOH양이 같아지면 실험을 종료한다. 우리가 측정한 바로 유량을 300으로 하여 가장 작은 컬럼으로 실험하였는데 0.01N의 초산의 적정양은 1.3ml였고 30초단위로 초기적정량 0.2ml부터 시작하여 4분후 1.3ml로 실험이 종료 되었다.2. 서론각종 산업폐수를 위해 액상흡착이 어떻게 이루어지는 가를 알아보고 직접 실험을 하여 우리가 다루는 실험기구의 액상흡착 효율성과 활성탄의 효과를 각 컬럼을 통해 실험하여 알아보자.3. 이론* 흡착일단 흡착에 대하여 알아보자. 흡착이란 고체와 기체, 기체와 액체 등의 계면에서 기체 혹은 액체 혼합물 중의 목적 성분을 제 3의 물질을 이용하여 분리하는 조작이다. 흡착에서 사용되는 용어는 다음과 같다.흡착제(adsorbent) = 제 3의 물질 예) 활성탄, 실리카겔흡착질(adsorption) = 흡착되어지는 목적 성분 예) 초산흡착계(adsorption system) = 흡착제 + 흡착질화학 공업에서 흡착제를 사용하여 기체 혹은 액체 혼합물을 분리, 정제하거나 불순물의 제거, 유용성분의 회수 등을 행하는 경우가 많다. 공기로부터 산소와 질소를 생산하거나 다공성의 활성탄 등을 흡착제로 사용하여 공기 정화, 하수 및 산업폐수의 고도 처리 등 공해 방지 관의 차이점은 보시다시피 넓은관이 너 흡착시간이 길어진다는 것을 알 수 있다. 그리고 유량이 느리다면 흡착시간은 길어지게 된다. 그것을 설명하기 위한 식이 밑에 있다.이상적인 파과곡선의 경우, t* 시간에 공급된 모든 용질이 흡착되고 고체상의 농도는 초기 값 W0로부터 평형 값 또는 포화 값 Wsat까지 증가한다. 따라서,또는,여기서 L과 ρb는 각각 흡착층의 길이와 겉보기 밀도이다. 새 탄소나 완전히 재생된 탄소인 경우, W = 0이지만 완전한 재생에는 너무 비용이 많이 든다.분기점시간 tb 는 늘 t*보다 작으며 분기점에서 흡착된 용질의 실제량은 그림 (a)(b)에서 보는 바와 같이 시간 tb까지 파과곡선을 적분해서 구할 수 있다. 물질 전달 영역이 상대적으로 좁으면, 파과곡선은 그림 (a)와 같이 더욱 가파르다. 물질전달 영역이 거의 흡착층 길이만큼 길면, 파과곡선이 그림 (b)와 같이 연장되어 흡착층의 절반 이하가 이용된다. 흡착제를 효율적으로 이용하고 재생에 드는 에너지 비용을 절감하기 위해서는 좁은 물질전달 영역이 바람직하다.흡착층 간위단면적에 대한 용질 공급속도는 겉보기 속도와 농도의 곱이다.4. 실험 장치 및 재료* 실험 재료1. Activated Carbon (활성탄)2. 0.05N CH3COOH3. 0.1N NaOH4. 증류수5. 페놀프탈레인 용액ADSORPTION COLUMN : in? : 10 x 600mmin? : 10 x 300mm (실험시 사용한 컬럼)in? : 20 x 600mmin? : 20 x 300mmFEED PUMP : 10 ~ 120ml/minFLOW METER : 10 ~ 100ml/min적산 시간계 : 0 ~ 999hrFEED TANK : PVC 10L* 실험 장치③ Hour meter ② Hour meter Start S/WReset S/W④ Hour meter⑩ Column(4종)⑥ Air vent pin ① Main Feed Pump S/W⑤ Damper Bottle⑨ Flow meter⑦ Damper 배수 valv컬럼에 ‘A-활성탄 충전 방법’을 참고하여 넣는다. 각 컬럼에 들어가는 활성탄의 양은 대략 다음과 같다.길이직경30cm60cm1cm15g30g2cm60g120g* 실제로 실험 해 본 결과 표에 나온 무게만큼은 들어가지 않았고 표에 값보다 1/2 ~ 2/3 정도가 들어 가는 것을 알 수 있었다.3. 90℃에서 24시간 정도 건조시킨 활성탄을 준비하고, 이 활성탄을 흡착탑에 충진한다.* 실험시 우리는 통에 담긴 활성탄을 바로 사용하였다.B. 시료의 준비1. 0.05N CH3COOH을 10L 만들어서 Feed tank애 넣는다. (*주의)* 실험시 잘못 계산하여 0.01N로 만들어 버렸는데 공식을 참조하자.(부록)2. 0.1N NaOH 1L를 만들어 뷰렛에 일정량을 넣고 적정준비 한다.3. Feed(원액) 시료 20ml를 취하여 적정을 한다.C. 장치의 운전방법1. 전원을 220V 10A이상의 콘센트에 연결한다.2. ⑧번 Feed tank에 시료를 준비하고,3. ⑫번 Filter와 ⑪번 Feed pump의 연결을 확인한다.4. ⑤번 Damper Bottle과 ⑪번 Feed pump의 연결을 확인한다.5. Damper Bottle 윗 부분의 ⑥ Air vent pin을 열어 놓는다.6. Damper와 컬럼 하부를 연결한다.7. 컬럼의 상부와 유량계 하부를 연결한다.8. 유량계의 상부 배출구에서 나오는 액을 비이커에 받을 수 있도록 한다.9. 이제 장치가 상부 배출구에서 나오는 액을 비이커에 받을 수 있도록 한다.10. Feed pimp를 가동시키고 Damper에서 Air vent pin을 열어 공기를 1/2정도 빼준다음 칼럼으로 시료가 공급되도록 한다.11. 시료가 공급될 시 공탑속도를 측정하여야 한다. 컬럼은 투명한 재질로 되어있으므로 실험자가 컬럼내로 공급되는 시료의 속도측정이 가능하다. 초시계로 시료가 컬럼 하부에 공급될 때 시작하여 컬럼상부에 이르렀을 때, 그 때 길이와 시간을 측정한 다음 이동한 길이 ÷ 소요된 시간(cm/s)로 하여 계산한다.12. 이제 시 재실험의 요인을 줄여준다.D. 유량조절방법1. 유량계의 조절 밸브를 완전히 열어 놓고 ①번 Main Feed pump S/W를 올려준다.2. 밸브로 유량을 조절을 하는 것이 아니라 Feed pump의 stroke조절 나사로 유량을 조절한다.* 유량조절시 공기가 차게 되면 유량 조절이 잘 안되므로 실험 시작시에 공기를 빼주고 실험을 해야한다.3. 실제유량측정Pump상단의 3 Way valve를 공급선 반대 방향으로 향하게 하고 초시계와 메스 실린더로 유량을 측정하고 Flow meter와 비교하여 검, 교정선을 작성한다.- 도입되는 시료원액은 활성탄탑을 통과한 후 유량계를 지나서 처리수로 방류된다.- 방류되는 처리수를 시간대 별로 채취하여 그 농도를 측정한다.- 위의 과정을 충전탑의 직경과 길이에 따른 변수를 주고 도입원액농도, 도입원액의 유량을 변화시키면서 되풀이 실험한다.- 부록으로 첨부된 DATA표에 기록하고 그 결과를 그래프로 작성한다.- 샘플시료는 미리 준비한 0.1N NaOH로 적정을 하여 이를 시간과 함께 기록하도록 한다.(적정은 sampling 즉시 하여야 한다.) (*중요)- 기본적인 실험시간은 활성탄 20g당 1시간 가량 소요된다. 물론 이는 약간의 변동이 있을 수 있다. 실험시간이 2시간 이상일 경우 샘플의 숫자가 많아져 한꺼번에 적정하기가 오히려 번거러울 수 있다. 이때는 샘플을 취하는 즉시 적정을 하여 나중에 혼란스럽지 않도록 한다. (*중요)- 공급액을 적정했을 때와 그 양이 거의 일치했을 때 실험을 종료하고 전체 실험시간을 기록하도록 한다.- 컬럼을 바꾸어 6~15까지를 반복하도록 한다. 경우에 따라 Feed tank의 시료가 모자랄 수 있으며 이때는 다시 제조한 후 Feed가 부족하지 않도록 공급시켜 주어야 한다.* 우리 조는 실험을 여러 번 실패하여 시간이 없었지만 유량 조절을 잘하여 실험시간을 단축한다면 컬럼 2-3개정도를 실험해 볼 수 있다.주의사항1. 전원을 연결할 시 장치 전체에 물기를 제거하여 감전이나 합선의 위험이 없도록한다. (*중요)4. 컬럼의 상, 하부에는 유리섬유가 들어간다. 이는 인체에 극히 해로우므로 다룰 때 대기 중에 날리지 않도록 주의 하여야 한다.5. 시료에 중금속이 들어가는 경우 취급시 실험자의 세심한 주의가 필요하다.< 결과값의 그래프 >결과값 계산층의 단면적당 용질의 공급속도흡착된 용질의 총량그래프의 면적= 파과곡선이 수직선일 때 같은 양을 흡착하는데 필요한 이상시간따라서 평형값(포화값) WSAT는CA/CA0 = 0.46 이고 t = 1min 인 분기점에서는따라서 분기점까지 흡착된 양은 다음과 같다.따라서 총 용량의 11.4%가 사용되었으며 이는 길이로 3.4cm에 해당되며 미사용 된 층의 길이는 26.6cm이다.7. 실험결과에 대한 고찰실번 실험의 큰 오차는 CH3COOH를 0.05N로 만들어야 하는데 0.01N로 만들어 제작한 것인 것이다. 그 결과 결과 값을 구할 범위가 너무 좁아졌고 거기에 유량도 최대로 올려서 값이 적정량이 너무 작게 나왔다. 원래대로라면 내가 얻은 결과값에 적정량의 5-6배 이상 정도가 나와야 정상이 될 것이다. 그래프도 원래는 더 자세하게 나왔어야 되는데 처음 농도가 올라가기 시작하는 부분을 집어내지 못해서 걱정이 많았다. 전주에 다른 조도 하는 것을 보았는데 나와 비슷한 일을 겪었다. 이 부분에 대해 충분히 숙지해야 원활한 실험을 할 수 있을 것 같다.8. 결론처음으로 들어온 기계를 처음 시도한 우리조가 그래도 몇 주 연습을 해보고 실험에 들어갈 수 있어서 많이 헤메지는 않았다. 실험 간에 여러 가지를 해보면서 어느 것이 실험하는데 용이한지 알 수 있었고, 마지막까지는 정확한 결과를 내지 못했지만 다음 조들에게는 어떻게 해야 할지 정확한 방향을 제시해 줄 수 있을 것 같다. 그리고 컬럼의 접합부분이 잘 맞지 않아서 컬럼은 되도록 꽉 조여 주어야 하고 그것도 안 된다면 파라필름 등을 준비하여 만약을 대비하는 것도 좋겠다. 그리고 혹시 모를 것을 대비해 증류수도 부족할 경우도 대비해야 할 것이다. 유량을 낮게 하였을 경우 실험 같다.

공학/기술| 2011.12.20| 14페이지| 2,500원| 조회(427)

흡착, 흡착실험

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유동층의 유동특성 결과레포트

1. 서 론액체나 기체가 고체입자층을 통하여 아주 낮은 속도로 올라가면 입자는 움직이지 않는다. 유체속도를 점점 증가시키면 압력강하 및 각 입자에 대한 항력이 증가하며, 마침내 입자가 움직이기 시작하여 유체중에 현탁되는데 이런 현상을 유동화라 말한다. 이 실험은 유동화 현상을 이용하여 충진층 및 유동층에서의 압력손실과 유체 유동조건과의 관계를 조사하고 최소 유동화속도의 실험치와 계산치를 비교 검토한다.2. 실험 이론◎ 유동층충진층을 통과하는 유체의 속도를 증가시키면 입자들이 마치 비등하고 있는 유체와 같이 보이며 이러한 상태를 유동상태라고 하고 이 유동화된 층을 유동층이라고 한다.유동화가 시작하는 유속에서의 층에서의 ΔP는 층내에 존재하는 전입자 중량과 같아진다.즉,ΔP = m/A (7-4)= L(ρs - ρ) (1 - ε)여기서, A = 층단면적, ㎠m = 전입자 중량, gρs = 입장의 밀도, g/㎤따라서 유동화에 필요한 최소속도, Umf는 식(7-4)와 그때의 NRw,p수의 크기에 따라 식(7-1), (7-2), (7-3) 중의 어느 하나의 식으로부터 계산할 수 있다.예를 들어 NRe,p < 1.0의 경우umf =(7-5)액체나 기체가 고체 입자층을 통하여 아주 낮은 속도로 올라가면 입자는 움직이지 않으며, 압력강하(ΔP)는 Ergun-equation로 주어진다.유체속도를 점점 증가시키면 압력강하 및 각입자에 대한 항력이 증가하며, 마침내 입자가 움직이기 시작하여 유체중에 현탁된다.이런 현상을 ‘유동화’라 말하며 이런 현상이 일어나는 장치를 Fluidization bed라고 한다.◎ 마노미터에 의한 압력 측정ΔP =◎ 충진층어떤 분립체가 충진된 층을 통해서 유체를 통과시킬 경우 층 상하의 압력차 ΔP는1) NRe,p =< 1.0 일 때ΔP =(7-1)(Kozeny-Carman식)2) 1.0 < NRe,p < 1,000일때ΔP =(7-2)(ERGUN equation)3) NRe,p > 1,000 일 때ΔP =(7-3)여기서, gc = 중력 환산 계수 gㆍ㎝/㎤φ = 표면계수◎ 유동화 조건미세한 입상 물질을 조금채운 수직관을 생각하자.이 관의 상부는 열려있고, 하부에는 Distributor가 있어서 촉매층을 지지하고 전체 단면에서 흐름을 균일하게 유지시킨다. 이 Distributor 밑에서 공기를 저속으로 도입하면 입자운동을 일으키지 않으면서 위로 올라간다.입자가 아주 작은 경우 입자 사이의 통로에서의 흐름은 층류가 되며, 이층에서의 압력강하는 속도u에 비례한다. 속도를 점점 크게 하면 압력강하는 증가하지만, 입자는 움직이지 않고 층높이는 그대로 유지된다.어떤 속도가 되면, 층에서의 압력강하가 입자에 대한 중력, 즉 층의 무게와 균형을 이루게 되며 그 이상의 속도를 증가시키면 입자가 움직인다.속도를 더욱 증가시키면, 입자가 분리되어 층에서 떠돌아다니게 되어 진정한 유동화가 시작된다. 일단 층이 유동화 되면 층에서의 압력강하는 일정하게 유지되지만, 유속증가에 따라 높이는 계속 커진다.3. 실험 장치 및 방법① 내경이 5-10㎝인 유리판 밑에 다공판 혹은 금속망을 붙인 충진관② 마노미터(물)③ 액체의 속도측정 장치 - 로타미터 혹은 오리피스 미터④ 액체펌프⑤ 입자크기 : 0.09㎝⑥ 입자밀도 : 2.75g/㎤⑦ 입자 총중량 : 90.36g⑧ 입자층 단면 : 15㎝ × 2㎝실험 방법1. 전원은 AC 11OV， lOA 상당의 전선으로 배선을 한다.2. Sump tank 2/3정도의 물을 준비한다3. Column Tank의 하부에 있는 배수 Valve를 닫아 놓는다.4. Pump Head 밑 부분의 배수 Valve를 열어놓고 Head에 물이 차면 배수 Valve를 닫은 후 Pump에 전기를 넣는다. (Head에 물이 없는 상태에서 Pump를 가동시키면 Impeller의 마모로 Pump가 손상된다. )5. 유량계 밸브와 bypass valve를 열어 놓는다.6. Manometer hose 핀을 측정위치의 Tap에 연결한다.7. 전원 스위치를 올려준다.8. 물이 Column을 통하여 올라가나 확인한다.9. 만약 올라가는 물의olumn에 채운다. (glass bead를 채우는 방법은 column에 물을 채우고 깔때기를 사용하여 상단으로 넣어주며 막대를 집어넣어 휘저어 주면서 넣는다. 이때 주의할 점은 전면 aeryI에 흠이 가지 않도록 조심하여 다루어야 한다. )11. Glass bead를 모두 넣었다면 Column내의 물을 하단으로 빼주어 glass bead의 높이를 기록한다.12. Glass bead가 아래로 쌓아면 일정량의 물을 다시 올려 보내준다.13. Manometer 차압을 구하기 위하여 아래와 같은 조작하여 준다.① 공기주입 밸브는 잠그고 공기 vent 밸브를 열어 manometer 내의 공기가 모두 없어지면 밸브를 다시 잠근다.② 이후 공기주입밸브를 열고 Air 스포이트로 공기를 넣어주면 수주차가 생긴다.③ 위와 같은 방법으로 유량을 변화시켜가며 유동화되는 상태와 수두차, 유통화 높이，유량(유속) 등을 기록한다.14. 실험이 끝나면 유량을 최대로 하여 glass bead를 흘러넘치게 하여 bead fiIter가 설치된 용기에 bead를 모은다. 쌓이는 Bead를 막대를 이용하여 계속 휘저어 주어야 물의 흐름을 원활하게 할 수 있다.15. 실험이 끝나면 장치내의 모든 부분의 물을 배수하여 준다.4. 실험 결과유동층 실험 DATA Table유체의 온도19 ℃유체의 점도0.001 g/cmㆍsec입자의 직경1 mm입자의 밀도1.9 g/㎤유체의 밀도1 g/㎤공 극 률0.206구 형 도1기 준 높 이297 mm기준높이(mm)부피(ml)시간(sec)유동층높이(mm)수두차(mmH2O)비 고297 mm3000601290-1000= 290182+88= 2701) Manometer Tap의 위치까지를 기준 높이로 정하고 정상상태로 만든 후 유 동화가 되는가 확인한다.그 후 일정시간 흐른 후 그때의 층 놓 이와 수두차를 기록한다.2) Manometer 수두차가 변하지 않는 범위 까지 유속을 천천히 줄여주면서 층 높 이를 기록한다.3) 2)의 과정을 수행하면서 각각의 유량을측정한다.4) 유000601530-1000= 530184+84= 26812000601730-1000= 730236+60= 29613500601875-1000= 875248+40= 288* 유동층의 높이에서 1000을 뺀 이유는 Manometer의 눈금이 1000부터 시작했기 때문이며,수두차에서 두 눈금의 값을 더한 이유는 가운데를 0으로 보지 않고 양끝에서 눈금을 쟀기 때문임을 참고해주세요.① 입자의 밀도② 공극률③ 유체의 유량④ 유체의 유속⑤ 압력강하부피(ml)유동층높이(mm)수두차(mmH2O)유량(ml/s)유속(cm/s)△P(Pa)3000290270502.*************2721004.442101.*************06.673711.*************008.895112.*************25106127.7위 그래프에서 알 수 있듯이, 유속이 증가함에 따라 유동층의 높이와 압력강하가 증가한다. 그러나 일단 유동층화가 되면 유동층 사이의 압력강하는 일정하게 되나 유동층의 높이는 유속의 증가에 따라서 증가하게 된다.5. 실험결과에 따른 고찰① 실험장치에서 추가 고장이 나서 추의 눈금을 맞추기가 어려웠다.- 이 과정에서 유속이 일정하지 못했기때문에 그에따른 수두차와 유동층높이에 영향을 끼쳤을것이라 생각된다. 좀더 정확히 측정하기 위해선 눈금을 조금씩 움직이며 맞춘 후, 조금 기다렸다가 추가 완전히 멈춘후에 실험을 시작해야 했다.② 물 순환 시켜주는 pump의 성능이 흔들리므로 일정한 유속을 유지 할 수 없다.③ 유속계가 있지만 충진층으로부터 유동층으로 변하는 지점의 눈금값이 최소값 이하이므로 유명무실하다.④ 마노미터의 관내부가 노후하여 정확한 측정이 불가능하므로 오차가 발생하였다.⑤ 유속측정시 물을 포집하는 부분이 부피가 커서 정확한 유속 측정이 불가능했다.6. 결론실험에 있어서 오차는 매우 조심스러워야 하고, 최대한 줄여야하지만 이번 실험에 있어서는 실험기구에 의한 오차가 가장 많았다. 가장 세밀해야할 눈금측정에 있어서도 추와 pump의 성능으로 인해 일 McCabe, Smith, Harriot : Unit operation of Chemical Engineering, 5th ed. 3. Harriot, J. A. : Ind. Eng. Chem.,2. Perry, J. H. (ed.) : Chemical Engineers' Handbook, 6th ed., McGraw-hill, New York, 1984.3. 화공생명공학실험 TEXT8. 부록▷ 유동성 고체의 거동유동화된 입자들의 거동은 입자의 크기와 밀도, 유체의 성질과 유체의 속도에 의존한다. 유체가 액체이면 입자들은 개개의 입자들로써 액체층을 통과한다. 이때 이 유체층은 매우 균일한 층이다. 이런 형태의 운동을 입자 유동화라 한다.그러나, 유체가 기체이면 입자 유동화를 얻기가 어렵다. 속도가 wm에 가까울 때, 즉 wm≤w≤1.2wm일 때와 입자 크기가 50㎛ 정도일 때만이 기체에 의해 유동화된 입자들의 특성이 고체-액체 계와 유사하다는 것을 보여준다. 크기가 작은 입자들(< 20㎛)은 종종 유동층에서 덩어리지거나 흩어지는데, 이것은 그림 3a와 같이 주로 유체가 유동층을 통과할 때 분출하거나 편류로 인한 표면력에 기인한다. 큰 입자들은 그림 3b와 같이 특히 더 높은 속도에서 기포를 형성한다. 기포는 유동층의 표면에서 터지면서 위쪽 공간에서 입자로 튄다. 유동층은 끓고 있는 액체와 매우 비슷해서 이런 종류의 유동화에 비등층(boiling bed)이라는 이름이 붙여졌다. 유동층에서 입자가 기포와 따로 움직이거나 올려져 완전하게 응집해서 운동하면 이런 형태의 유동화 방법을 응집유동화(aggregative fluidization)라 한다.▷ 최소 유동화 속도최소 유동화 속도에 관한 식을 구할 때에는 층에서의 압력강화가 단면의 단위 면적당 층무게와 같다고 놓고 대체된 유체의 부력을 고려한다. 즉,(1)초기 유동화에서 ε은 최소 공극률 εM 이다.따라서,(2)충전층에서의 압력강하에 관한 ERGUN식을 다음식으로 다시 정리할 수 있다.(3)이 식을 초기 유동화

공학/기술| 2011.12.20| 10페이지| 2,500원| 조회(424)

유동층, 유동층의 유동특성, 유동특성

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역삼투막 실험 결과레포트

? 요 약? 목 차1. 서 론--------------------------p12. 이 론--------------------------p2~33. 실험장치 및 방법---------------p4~74. 실 험 결 과---------------------p8~105. 실험결과에 대한 고찰----------p116. 결 론--------------------------p117. 인 용 문 헌---------------------p12실험목적막분리기를 이용하여 NaCl을 분리 하는 역삼투막 실험을 통해,농도, 온도, 압력등 각 수치에 어떤 상관관계가 있는지 이해하고,분리공정을 이해하도록 한다.실험 장치및재료막분리기 , 전도도계NaCl, 증류수, 세정액, 삼각플라스크100㎖, 세척병, 비커 ,티슈실험방법1. 전원을 220V 10A상당의 배선으로 연결된 콘센트에 연결한다.2. Feed Tank에 온도를 20로 맞춘 순수를 약 20리터정도로 채운다.(이 시점에서 순수 투과 Flux를 구한다.)3. Feed Tank와 Low pressure pump를 연결되어 있는지확인한다.4. 모든 밸브를 Maximum으로 열어 놓는다.5. Feed Tank의 콕크가 열려 있는지 확인한다.6. Low pressure pump의 S/W를 올려준다.7. Feed Tank의 물이 원활이 순환 되는가 확인한다.8. Micro-Filter Housing의 공기가 모두 배출되도록 Lowpressure pump를 가동한다.9. 유량계를 보아 공기방울이 제거 되었나 확인하고,Feed Bypass밸브를 닫아주면서 High-pressure pump의S/W를 올려 High-pressure pump를 가동한다.(주의: Procon Pump가 공회전을 해서는 절대로 안 된다.)10. Membrane Out 밸브를 조절하여 Data표에 있는 압력으로막 분리기(Membrane)에 공급하도록 한다.※ 표준곡선을 그리기 위해서 100, 150, 500, 1300, 3000, 5000,7000, 10000ppm Na, MF) 등의 막분리 기술이 공업용수 제조와 공업제품 분야에 널리 이용되고 있다.일본의 경우 하수와 산업폐수처리 분야에서 통산성 공업기술원의 대형프로젝트인 아쿠아 르네상스90 계획과 건축성의 바이오포커스 등에서 UF 와 MF 를 이용한 막여과 프로세스의 연구개발이 추진되어 분뇨처리와 처리수 재이용 등에도 실용화되고 있으며, 후생성은 1991년부터 3년 계획으로 UF와 MF 에 의한 막분리 기술을 이용한 정수처리기술의 개발을 목적으로 MAC 21(Membrane Aqua Century 21) 계획을 착수하여 실용화에 박차를 가하고 있다. 또한 구미에서는 점차 강화되고 있는 규제기준과 상수원의 오염으로 인해 수처리공정에 UF, MF, NF(NanoFiltration) 등의 적용 가능성에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 우리나라에서는 수도에 관련된 분야의 막기술로 중공사형의 UF와 MF, RO 그리고 활성탄을 조합한 가정용 정수기가 사용되고 있을 뿐 대량처리를 위한 정수장에 실용화할 수 있는 기술이 전무한 실정이다.정수처리에 이용되어 온 막분리법으로는 RO, 저압 RO, 또는 나노여과(NF), UF, MF 등이 있다. 저압 RO와 NF 등이 UF와 MF 보다는 THM의 제거에 효과적인 것으로 보고되어 있다. 그러나 무기염류(TDS)의 제거가 필요한 경우 이외에는 조작압력이 1,000 kPa(10 기압) 정도되는 RO와 NF 보다는 조작압력이 100kPa(1 기압) 정도인 UF와 MF를 이용하는 편이 경제적일 것으로 판단된다.2.이론반투과성 막을 사이에 두고 용매가 용질의 농도가 낮은쪽에서 높은 쪽으로 통과하는 현상을 말한다. 반대로 역삼투는 용질의 농도가 낮은쪽에 삼투압보다 더 큰 압력을 가하여 용매의 이동을 용질의 농도가 낮은 쪽으로 보내는 방법을 말하며, 이러한 방법을 이용해서 분리해내는 조작을 역삼투법(reverse osmosis)이라고 한다.※ 역 삼투막의 특징역 삼투막은 막 표면의 기공크기가 0.001마이크로미터(사람 머리카락 굵기의 100만분의도의 물은 거르지 않고 그냥 폐수로 버 리는 물 낭비가 발생7. 정수량과 폐수량의 비율을 변화시킬 때에는 막의 정수능력도 변화하는 일정치 못한 제거능력을 가지고 있다.배제도(Rejection rate): Feed 농도 ,: Permeated의 농도투과량농축도: Reject의 농도한편, 여러 가지의 R, Jv간의 상관관계식을 Pusch의 선형모델이라 하는데 다음의 관계가 있다.즉, R과 Jv를 선형화한 A, B값을 구한다. 이때 A값이 1에 가까우면 막으로서 유용한 것으로 판정하는 값이다. 배제율이 높을수록 A는 1에 가깝다. B값은 국부용질 투과도라 하며 배제율이 높은 막일수록 작은 값이 나오게 된다.실험방법① 전원을 220V 10A 상당의 배선으로 연결된 콘센트에 연결한다.② Feed Tank에 온도를 20℃로 맞춘 순수를 약 50ℓ 정도로 채운다.(이 시점에서 순수 투과 Flux를 구한다.)③ Feed Tank와 Low pressure pump가 연결되어 있는 확인한다.④ 모든 밸브를 Maximum으로 열어놓는다.⑤ Feed Tank의 콕크가 열려 있는지 확인한다.⑥ Low-pressure pump의 S/W를 올려준다.⑦ Feed Tank의 물이 원활이 순환 되는가 확인한다.⑧ Micro-Filter Housing의 공기가 모두 배출되도록 Low-pressure pump를 가동한다.⑨ 유량계를 모아 공기방울이 제거 되었나 확인하고 Feed Bypass밸브를 닫아주면서 High-pressure pump 의 S/W를 올려 High-pressure pump를 가동한다.⑩ Membrane Out 밸브를 조절하여 Data표( 8㎏/㎠, 12㎏/㎠,16㎏/㎠ )에 있는압력으로 막 분리기(Membrane)에 공급하도록 한다.1) 압력조절① Feed Bypass 밸브를 완전히 닫아 준다.② Membrane Out 밸브를 서서히 닫으면서 원하는 압력으로 조절한다.2) NaCl 농도에 따른 실험① 실험에 필요한 NaCl용액을 5000ppm과 8000ppm 두 종류로 100ℓntrate를 건조된 삼각 플라스크에 100㎖이상으로 가득 받는다.5) 전도도 측정① 세척병에 순수를 담아 놓는다.② 티슈를 준비한다.③ 12개의 시료를 채취한 삼각 플라스크의 용량을 100㎖로 일정하게 맞춘다.④ 세척병의 순수로 전도도계 프로브에 뚫린 구멍으로 흘려 넣는다.⑤ 티슈로 겉에 묻은 물기를 닦아낸다.⑥ 장치에 달린 Dryer로 프로브 내부를 건조시킨다.⑦ 삼각 플라스크에 프로브를 넣고 프로브에 뚫린 구멍으로 기포가 나오도록 약하게 흔들어 준다.⑧ 약 1분 정도 기다린 후 안정된 값을 기록한다.6) 막 세정① 모든 작업이 끝났으면 막을 세정한다.② 증류수 또는 화학적 세정액을 준비한다.③ ⑦번 펌프와 세정액을 준비한 탱크와 연결한다.④ Permeate line의 호스와 Concentrate line의 호스를 세정액 탱크로 연결한다.⑤ Low pressure pump S/W를 올려준다.⑥ 약 30분간 세정하여 준다. (오염조건에 따라 변할 수 있다.)7) 장치와 용기 세척① 실험이 끝났으면 모든 용기와 장치를 Permeate로 세척한다.② 막이 건조되지 않게 실험이 끝난 후 V2번을 잠근다.8) 투과량 측정실험① 전도도계를 표준용액과 보정한다.② 분석을 위해 전도도계의 Standard curve를 작성한다.③ NaCl을 사용하여 실험하는 경우, 농도를 10ppm에서 2000ppm까지 표준용액을임의로 몇 개 만든 후 각각의 전도도를 측정한다.(이것을 선형화하여 실제 본 실험 시에 전도도를 측정하여 역으로 NaCl농도를 계산한다.)④ 농축수와 처리수를 Sampling할 삼각 플라스크를 증류수로 세척하여 건조시켜 놓는다.⑤ 순수를 이용하여 압력 변화를 일정하게 (4, 8, 12, 16 ㎏f/㎠까지)주어 투과량을 측정한다.9) 농도 변화와 압력 변화에 따른 실험① 5000ppm, 8000ppm의 NaCl용액을 100ℓ씩 준비한다.② 먼저 5000ppm 용액부터 실험을 시작한다.③ 압력 조절방법대로 8, 12, 16 ㎏f/㎠로 맞추어 실험한다.(압력변화를 정상 원수농도 : 63.03 ms (5137.90 ppm)(5000ppm)압력( ㎏f/㎠)CONCENTRATE 유량PERMEATE 유량CONCENTRATE 전도도 msPERMEATE 전도도 msoutletinlet압력차1215340.9104.80.991345.50.797.31.1611570.485.71.2【표 4】계산 Data원 수 : 온도 22 ℃ 원수농도 : 63.03 ms (5137.90 ppm)(5000ppm)압력(㎏f/㎠)Jv(LPM)PERMEATE 농도(PPM)CONCENTRATE 농도(PPM)R(배제도)D(농축도)1/Jv1/R30.9167.508479.500.96740.65041.111.033740.7183.507879.500.96430.53361.431.037050.3191.506951.500.96270.35293.331.03878000ppm기록표 원 수 : 온도 22 ℃ 원수농도 : 96.11 ms (7784.30 ppm)(8000ppm)압력( ㎏f/㎠)CONCENTRATE 유량PERMEATE 유량CONCENTRATE 전도도 msPERMEATE 전도도 msoutletinlet압력차1215340.6145.23.6812460.4127.52.9510570.2112.52.2계산 Data원 수 : 온도 22 ℃ 원수농도 : 96.11 ms (7784.30 ppm)(8000ppm)압력(㎏f/㎠)Jv(LPM)PERMEATE 농도(PPM)CONCENTRATE 농도(PPM)R(배제도)D(농축도)1/Jv1/R30.6383.511711.50.95070.50451.671.051940.4327.510295.50.95790.32262.51.044050.2271.59095.50.96510.168451.03621/Jv에 따른 1/R 값 (5000ppm) 1/Jv에 따른 1/R 값 (8000ppm)A, B값을 농도별로 구한다.8000ppm 실험에서의 경우에서= A + 1.67B = 1.0519 --- (1)= A + 2.5B = 1.0440 --- (2)= A + 5B = 1.el에서

공학/기술| 2011.12.20| 12페이지| 2,500원| 조회(247)

역삼투, 역삼투막

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단증류 실험 결과레포트

1. 실험 목적Methanol-Water 계의 단증유류를 실험하여 그 개념을 이해하고 실험결과를 Rayleigh식과 비교 검토한다. 또한 분석 장치로서의 Abbe 굴절계의 사용법을 이해한다.2. 실험 이론단증류는 b.p차가 큰 물질들의 분리나 정교한 분리가 불필요한 경우에 사용된다. 원액을 일정량 가열용기내에 넣고 이를 증류하는 방식으로 용기내의 조성과 유출액의 조성이 시간에 따라 연속적으로 변화한다.Fig.8-1과 같이 어느 순간 용기내의 저 비점 성분의 조성이 x [wt%]인 L [kg]의 액이 조성 y [wt%]로서 dL [kg] 증발 된다면, 이 순간의 저 비점 성분에 대한 물질수지는 식 (8-1)및 식 (8-2)의 Rayleigh 식으로 나타낼 수 있다.Lx = (L - dL)(x - dx) + dL(y + dy) - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-1)여기서, dL, dx, dL, dy 는 무시할 수 있으므로dL / L = dx / (y - x) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-2)[Fig. 8-1](8-2)식을 적분하면- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-3)여기서, 첨자 1,2는 각각 증류 개시 시작과 종료를 나타낸다. 식 (8-2)를 풀기 위해서는 y와 x의 평형관계식(상대휘발도) 및 평형곡선(Equilibrium Curve)이 필요하며, 이로부터 해석적 또는 도식적으로 해를 구할 수 있다.y기상중의메탄올wt%2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.0－0.2－0.4－0.6－0.8－1.00.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010.000.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010.00x액상 중의 메탄올 wt%1009080706050403020100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000 x1 x2그)를 알고 있는 경우- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-6)에서를 구하고 x vs. I의 곡선으로부터를 결정할 수 있다.유출액 총량을 D [kg], 평균조성을[wt%]라 하면- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-7)따라서 유출액의 평균조성은 식(8-7)로부터- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-8)[해석적 방법]Rault의 법칙이 성립하는 2성분계의 단증류의 경우에는 상대휘발도로부터- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (8-9)따라서 (8-9)의 식을 (8-3)식에 대입하여 적분하면- - - - - - - - - - - - - - - (8-10)3. 실험 장치 및 방법(1) 실험 준비물 * 가열맨틀* 초시계* 항온조* 온도계 ( ~150℃)* 증류플라스크, 500ml* 삼각플라스크 및 Mass cylinder, 250ml* 단열재* 어댑터* Pipette, 5ml* 리히비히 냉각기* 비중병* Methanol(2) 실험 장치↑*Abbe* 굴절계 :Abbe 굴절계의 모습인데, 유출액 혹은 원액을 렌즈 부분에 drop한 다음, 빨간색으로 표시 된 동그란 부분을 이용하여 오른쪽 그림의 렌즈 부분의 X표시에 맞춘다. 그다음 밑에 초록색 부분의 눈금을 읽어 굴절율을 읽는다.↑ 증류기의 모습. 이 그림에서는 철망과 끓임쪽을 이용했지만, 앞선 강의 시간중 실험에서는 가열 맨틀을 이용하여 실험하였다. 냉각수가 들어가서 기화된 Metanol 증기를 냉각시킨다음 유출액으로 drop되게 해주는 기능을 한다.(3) 실험 방법ㄱ. 일정조성 (40 ~60 wt%)의 메탄올 수용액을 300cc 정도 제조하여 정확히 용량 및 조성을 측정하여 증류플라스크에 넣는다. 이때 원액의 조성은 Abbe 굴절계 및된 메탄올의 부피: 150ml- 사용된 메탄올의 질량: 113.65 g- 사용된 메탄올ㅡ물의 부피: 300g- 사용된 메탄올ㅡ물의 질량: 262.25g- 사용된 메탄올ㅡ물의 밀도:= 0.874 g/ml밀도[d]0.874 g/ml굴절율1.343양[g]262.25 g메탄올 조성[wt%]50 wt%메탄올 양[g]113.65 g※유출액의 분석 Data.- 유출액의 총 부피: 92.5 ml- 유출액의 총 질량: 81.007 g시간(min)질량(g)부피(ml)온도(℃)밀도(g/ml)513.06915.5810.8431014.20816.5820.8611513.06115.0830.8712013.99416.0840.8752513.75515.0860.9173012.92014.5870.891총량81.00792.5밀도[d]0.8764굴절율1.3386양[g]81.007 g메탄올 조성[wt%]68wt%메탄올 양[g] = 양x조성55.08g※잔액의 분석 Data.- 잔액의 총 질량: 159.61 g- 잔액의 총 부피: 196 ml밀도[d]0.814굴절율1.338양[kg]159.61(g)메탄올 조성[wt%]92wt%메탄올 양[g]146.84g※ 손실량- 총질량-유출액의 질량-잔액의 질량= (262.2 - 159.61 - 92.5) g = 10.09 g5. 결과 및 고찰우선 시간에 따른 온도변화가 나타나 있는 그래프를 보면 계속 증가하고 있는 것을 알수 있다. 실험을 할때 기계에 온도는 90℃로 설정을 한뒤 실험을 시작했다. 용액이 끓기 시작한 온도는 80℃정도였다. 여기 데이터에 넣진 못했지만, 실험 당시 데이터를 보면 우리 조는 실험을 50분 정도까지 했는데, 88℃에서 더 이상 올라가지 않았다. 시간에 따른 질량과 부피변화의 그래프를 보면 5분에서 10분까지는 증가를 하다가 그 이후로는 감소하는 경향을 볼수 있다. 15분째 결과는 예외로 해야겠다. 아마도 약간의 데이터 측정 오류인듯 사료된다. 이는 10분까지는 둥근 플라스크에서 가열되고 있는 용액 내에 증기압이 크고 끊는 점이 낮은 메,ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(1)함수 dx/(y-x)는 평형데이터표나 형형곡선을 이용해서 도식적분이나 수치적분을 할 수있다.이상 혼합물인 경우, Rayleigh 식의 간단한 대체식은 상대휘발도를 이용해서 유도 될수있는데, 회분증류를 하는 동안 증류기의 온도가 증가하지만, 증기압의 비인 상대휘발도는 그다지 변하지 않아서 평균치를 사용할 수있다.상대 휘발도,ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(2) 로부터,ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(3) 를 얻을 수 있다.혼합물에 A가 nA몰, B가 nB몰이 있다면, 비 nA/nB 는 xA/xB 와 같다. dn몰이 기화하면 A의 변화는 yAdn또는 dnA이고, B의 변화는 yBdn 또는 dnB 이다. 이들을 (3)에 대입하면 다음과 같이 된다.ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(4)또는,ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(5)한계사이에서 적분하면 다음과 같다.ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(6)또는,ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ(7)가 된다.(7)식은 대수 죄표상에 직선으로 그려서 회분증류 과정을 알 수 있으며, 또한 한 성분의 회수량이 정해졌을 때 직접 이용할 수 있다.(2) 40 mol%의 메탄올 수용액 270g을 플라스크에 넣고 단순증류 시킨 결과 잔액 중 20 mol%가 메탄올이었다. 이때 유출된 양과 유출액의 순간조성 및 평균조성을 구하여 라. 단,는 4.7로서 일정하다고 가정한다.방법1)(Table. 8-4) Methanol-Water 계의 가역 평형값 (760mmHg)에서 40 mol%의 메탄올 수용액의 액 조성과 증기조성을 찾아 표와 같이 계산하였다.xyy-x1/(y-x)?x?x/(y-x)0.40.7290.3293.03950.12.88960.288960.30.6650.3652.73970.12.68910.268910.20.5790.3792.63850.1Rayleigh 식의 식으로부터을 알수 있고,방법2)이 식에 x의 값을 대입하여 y값을 정하여 값을 구한다.여기서는 4.7로서 일정하다고 가정한다.x=0.4 일때 y=0.758x=0.3 일때 y=0.668x=0.2 일때 y=0.540xyy-x1/(y-x)?x?x/(y-x)0이 유출된 양만큼 빼주면 남아있는 메탄올이 계산이 되고 남아있는 전체 질량 분의 남아있는 메탄올을 계산하여 x를 구할 수 있다.그러면 이 rayleigh 식에서 적분해야할 term인에서가 x에 따라서 어떻게 함수로 진행 될지를 알아야 한다. 만약 기액평형 Data를 이용한다면0.020.1348.7720.040.2305.2630.060.3044.0980.080.3653.5090.100.4183.1450.150.5172.7250.200.5792.6390.300.6652.7400.400.7293.0400.500.7793.5840.600.8254.4440.700.8755.7140.800.9158.6960.900.95817.2410.950.97934.4831.001.000이런 식으로 x와의 관계를 Graph로 나타낼 수 있도록 표시를 한다.혹은 실험 Data로 도식적분할 경우도 같은 방법으로 x와 그에 따른의 표를 Graph로 그려서 밑의 넓이를 계산할 수가 있겠다. 적분은 Simpson's 적분법인이 식을 사용하여 개략적인 넓이를 구해도 되나 Computer Program이 발달하여 수치해석적으로 넓이를 쉽게 구할 수 있다. 그럼 Matlab을 이용하여 넓이를 구해보겠다.ㆍm.file(알고리즘)%%Data 섹션(온도, 부피, 질량, 밀도, 기체조성)T=[77.8 79.6 81.0 82.8 84.6 86.5 88.6 90.6 92.1 93.2];V=[21 22 22 21 20 19 17.5 16.6 15 15];m=[19.8 18.6 18.5 17.7 17.1 16.4 15.4 14.7 13.5 13.5];d=m./Vy=[35 80 83 82 76.5 73 68 64 57 57];%%기체조성으로 각각의 액체조성을 찾음for i=1:10x(i)=(90-m(i)*y(i)/100)/(300-m(i))*100end%%f라는 함수가 우리가 적분해야할 1/(y-x)f=1./(y-x)x=x(3:10);f=f(3:10);%%x에 따른 f의 그래프를 그린다.plot(x,f)ㆍfigur

공학/기술| 2011.12.20| 15페이지| 2,500원| 조회(919)

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