*용* 스토어

*용*

개인

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

8개
전체 판매량

84개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

-
자료문의 응답률

-

전체자료 8개

이중열교환기

1. 실험제목 : 실험 6. 이 중 열 교 환 기2. 실험일자 : 2008년 04월 17일 목요일3. 조 & 이름 :4. 실험목적이중열 교환기를 이용하여 찬 유체의 배출온도를 제어함으로써 시스템 제어에 관한 기본개념과 이중열교환기의 열전달 특성을 이해하는 것이 그 목적이다.5. 실험방법▷ 이중열교환기 내에서의 유체유동에 따른 총괄열전달계수 측정① 열교환장치 설치우선 유체탱크에 물을 채우고 찬 유체 유입구와 배출구를 호수를 이용하여 연결한다. 전원은 220V 콘센트에 연결시킨다. 주전원 스위치를 켜면 각 온도계에 현재의 온도가 표시될 것이다. Auto/Manual 스위치를 Auto에 위치시킨다. 컴퓨터를 이용해서 제어할 경우 Select 스위치를 Manual로 위치시켜 실험한다.② 총괄 열전달계수 측정뜨거운 유체 온도조절기를 동작시켜 약 60℃(온도 콘트롤러에서는 유량에 따라 변할 것이다. 그렇지만 조절하기가 힘드므로 일단 고정적으로 60℃에 맞춰서 실험을 진행한다.)에 맞추고, 유량계를 조절하여 약 1Liter/min의 유량으로 맞춘다. 찬물의 유량은 약 2 Liter/min으로 설정하여 정상상태가 될 때까지 기다린다. 각각의 온도표시기는 열교환기의 각 부분의 온도를 표시할 것이다. 그때의 온도로부터 식(5)를 이용하여 총괄 열전달계수를 측정한다. Liter/min 으로 하여 총괄 열전달 계수를 측정한다.(주의 : Cold flow heater 키면 안됨..!!)6. 실험 기구 및 시약이중열교환기7. 실험 이론▷ 전형적인 열교환장치유동 유체로부터 제거되는, 또는 유동 유체 쪽으로 가해지는 열전달에 대한 구체적 논술 기준을 세우기 위해, 그림 11.1의 단순한 관형 응축기(tubular condenser)를 고려해 보기로 하자. 열은 관 벽을 통해 응축기로부터 관내 차가운 유체 쪽으로 전달된다.응축기로 들어가는 증기가 혼합물이 아닌 단일 성분이고 과열되어 있지 않고, 그리고 응축액이 그 응축온도 이하로 과냉각(subcool)되지 않는다면, 응축기의 동체측 온도n head)로 구성되었고, 이 벤드와 헤드는 스터핑 박스(stuffing box)에 매어져 있다. 한 유체는 내관을 통과하고 제 2의 유체는 외관과 내관 사이의 환형 공간(annular space)을 통해 흐른다. 열교환기의 기능은 찬 유체의 온도를 상승시키고, 더운 유체의 온도를 강하시키는 것이다. 전형적인 열교환기에서는 내관in, 외관in (모두 IPS규격)의 것이 쓰인다.이와 같은 교환기는 수직으로 쌓아 올린 배열로 여러 겹으로 구성되기도 한다. 2중관 교환기는 표면적 100～150이하가 요구되는 경우에 쓰이게 된다. 더 큰 용량의 것으로 수천까지 되는 더 정교한 다관-원통형교환기가 있다.▷ 향류(countercurrent) 및 병류(parallel-current)그림 11.3에서 보는 바와 같이 교환기의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대방향으로 통과된다. 이와 같은 흐름형태를 향류(맞흐름, counterflow or countercurrent flow)라 한다. 이에 대한 온도-거리 곡선은 그림 11.4(a)와 같다.두 유체가 교환기의 같은 끝 부분에서 들어가고, 그 흐름이 같은 방향이면 그 흐름은 병류(parallel)라 한다. 이에 대한 온도-거리 곡선은 그림 11.4(b)에 표시되었다. 하첨자 a는 유입유체, 하첨자 b는 유출유체를 표시한다.그림 11.4(a)와 (b)에서 관찰되는 바와 같이, 병류(병행류)는 그림 11.3에 표시된 단일-통과 교환기(single-pass exchanger)에서는 사용되지 않는다. 왜냐하면 이 방법으로는 한 유체의 유출온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근될 수 없고, 전달될 수 있는 열량도 비향류흐름에 비하여 적기 때문이다.어떤 열교환기에서는 한 유체가 관다발에 직각으로 흐른다. 이것을 교차흐름(cross flow)이라 한다. 자동차 방열기나 가정용 냉동기 내 응축기 등이 교차하름식 열교환기의 예이다.Fig. 11.4 Temperatures in(a) counter-curren면적을 선정하는 것에 무관심하기 때문에 다음과 같이 표시 할 수 있다.()Di와 Do는 각각 관의 안지름(내경)과 바깥지름(외경)이다.▷ logarithmic mean temperature difference(로그평균 온도차)Fig. 11.5 Temperature vs heat flow rate in counter current flow? (11.9) local heat flux()를 전체 전열표면에 대하여 사용하려면 이를 적분하여야 하며 적분을 위한 assumption은1) 총괄전열계수()는 일정한 값2) 유체는 정상상태로 흐르며 유체의 비열은 일정3) 외부와 열 교환이 없다? 윗 가정으로부터와는와 직선적으로 변하게되며와도 역시 직선관계이며, 직선의 기울기는 일정한 값을 가진다.(11.11)?는 전체 열 교환기의 전열속도,이므로(11.12)여기서는 constant로 가정하였으므로, 변수 분리하여 적분하면(11.13)Arrange 하면(11.14)(11.15): logarithmic mean temperature difference (LMTD), 대수평균온도차.? 이때 역시일 때 산술평균온도차 사용하여도 무방.? variable overall coefficient일 때, 즉의 값이 상수가 아니고 직선적으로 변한다면의 대수평균치로써(11.17)는 열 교환기 양단에서의 총괄전열계수▷ 개별 열전달계수총괄전열계수()는 유체물성, 고체 벽 특성, 유속 및 열교환기 치수등을 포함하는 여러 변수에 의존한다.그림 11.8의 속도구배는 벽 근처에서 크고, 난류중심에서 작고, 그리고 완충영역에서 급변된다. 근본적으로 이에 대한 이유는 열이전도(conduction)에 의해 점성 부층을 흐르고 대부분의 유체는 낮은 열전도도를 갖기 때문에 가파른 온도구배가 요구된다. 반면에 중심부에서 빨리 움직이는 에디(eddy)가 난류영역 내 온도를 거의 균일하게 만든다.Fig.11.8 Temperature gradients in forced convection.그림 11.8에서 점선 F1F1, ss equation 으로 만들기 위해를 multiply(11.22)Nussel number(Nu) ⇒, 즉 두 온도구배() 의 비laminar layer(층류층)에서는 열전달이 전도에 의해서만 일어나므로 두께에서 모든 열 전달 저항이 존재한다. 따라서 열전달 속도와 계수는(11.23)(11.24)Nusselt 수의 정의로부터(11.25)Nusselt No.는 층류층의 두께에 대한 관지름(Diameter)의 비이다.⇒ 경막두께(film thickness)라고 하며 일반적으로 층류층의 두께보다 약간 큰 값(완충영역 포함하기 때문).경막전열계수는 각각 고온유체측과 저온유체측에 대하여: 관의 내부면적: 관의 외부면적따라서(11.26)(11.27)▷ Calculation of overall coefficients from individual coefficients (전체 총괄 계수 측정)앞의 정의로부터,,(전도저항)(11.28): thickness of wallThus⇒multiplyor,이므로(총괄계수의 역은 세 개의 개별저항이 직렬로 연결된 상태)(11.32)윗 식에서는 외표면적를 기준으로 한 총괄전열계수, 내표면적을 기준으로 한 총괄 전열계수는 같은 방법으로or(11.33)Thereforeorspecial case()에 있어서 총괄전열계수는로 simplify 됨.8. 실험 결과1) 향류에서 뜨거운 물과 찬 물의 유량에 따른 각 부분의 온도 Ti를 Table로 정리한다.2) 총괄열전달 계수를 구하기 위하여 아래 두 식의 수치를 계산한다.※ 관의 재원? 재질: SS304의 열전도도=9.4?: 1 in=2.54 ×m?: 2 in=5.08m?: 1.2 mm=1.2m=3.66 x 10-2m3) NRe을 계산하여 관내 층류인지 강제대류인지 구분하고 각 온도에서의 물의 물성값을 구하고 에 맞게 각 공식에 대입하여 ho, hi, DL, Uo, Ui 값을 구한다.T유량(L/min)1(˚c)2(˚c)3(˚c)4(˚c)5(˚c)6(˚c)향류0.5(hot)6055511423321.0℃=179.57 Kcal/m.h.℃=89.77 Kcal/m.h.℃4.향류에서 유량 3(hot), 2(cold)일 때,.Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃= 22.34 Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃5.향류에서 유량 1(hot), 2(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=25.81Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃6.향류에서 유량 0.5(hot), 2(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=29.11Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃7. 병류에서 유량 1(hot), 1.5(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=20.65 Kcal/m.h.℃=25.05 Kcal/m.h.℃8. 병류에서 유량 1(hot), 1.0(cold)일 때,위와 같은 방법으로=이므로Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=25.05 Kcal/m.h.℃=24.23 Kcal/m.h.℃9. 병류에서 유량 1(hot), 0.5(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=25.05 Kcal/m.h.℃=27.23 Kcal/m.h.℃10.병류에서 유량 1.5(hot), 2(cold)일 때,.Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃= 22.34 Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃11.병류에서 유량 1(hot), 2(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=25.81Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃12.병류에서 유량 0.5(hot), 2(cold)일 때,Kcal/m.h.℃Kcal/m.h.℃=29.11Kcal/m.h.℃=17.82 Kcal/m.h.℃9. discussion이번 실험은 유체역학에서 배웠던 열의 직접적인 접촉이 아닌 평판이나 튜브등의 물질을 사이로 분리되어 전달되는 열의 흐름인 이중열 교환기에서의 열전달 특성을 이해하고 병류와 향류에서의 온도의 변화량이나 그 효율에 대한 이해를 할 수 있는 실험이었다. 계산과정에서 각각의 평균온도에 따른 물성을 찾아서 식에 대입다.

공학/기술| 2012.01.14| 18페이지| 2,000원| 조회(364)

화학공학실험, 화학, 화학공학, 열교환기, 이중열 교환기, 화학공학실험 및 설계, 시스템 제어

미리보기

닫기
유체마찰_포스트_레포트

1. Subject : 실험 5. 유체마찰 손실2. Date : 2009.03.183. ObjectNewton fluid가 관을 통하여 흐를 때의 압력 손실, 마찰 인자를 구하고 관 부속품들의 상당길이를 측정하여 유량 측정에 흔히 쓰이는 orifice meter의 보정과 유체의 흐름과 그에 따른 도관과의 마찰을 이해하고 이로부터 유체마찰 손실을 구한다.4. Regent & Apparatus유동실험장치, 보정용 탱크, stop watch, 마노미터 2개로 4개의 압력차를 읽을 수 있도록 배열한 마노미터관.5. Procedure① 파이프 배관에 관 부속품 및 U자관 마노미터를 설치한다.② 불순물 및 공기를 제거한 장치에 미지의 시료를 주입한다.③ 유체를 관에 흘려서 U자관 마노미터를 읽는다.④ 구한값 R로써를 구한다.⑤ 이론치를 구하고 페닝의 식으로부터 관로마찰 손실 F를 구한다.⑥ 실험치 : 베르누이의 식으로부터 실험치 F값을 구한 후 비교한다.관부속품 및 밸브Le/D관부속품 및 밸브Le/D45。 엘보우1590。 엘보우 (표준곡선)3290。 엘보우2690。 직각 엘보우69크로스50티 (tee)60～90유니언, 카플링0게이트 밸브 (전개)7게이트 밸브 (3/4 개)40게이트 밸브 (1/2개)200게이트 밸브 (1/4 개)400글로브밸브 (전개)300앵글 밸브 (전개)170수량계300~600Table 1. 관 부속품 및 밸브등의 계수6. Theory급확대 손실파이프의 단면이 점차적으로 확대된다면, 매우 작거나 여분의 손실은 생기지 않는다. 만일 그 변화가 급격하다면 확대된 단면에서의 분사확장으로 생성되는 소용돌이로 인해 추가손실이 일어난다. 이러한 마찰 손실은 양 단면에서 모두 난류일 경우, 다음 식으로 계산할 수 있다.여기서는 마찰손실,는 확대손실계수로써,은 상류의 좁은 단면에서의 속도(m/s),는 하류속도, 그리고 a=1.0이다. 만일 그 흐름이 양 단면에서 모두 층류라면 a= 1/2 이다.급축소 손실파이프의 단면이 갑자기 줄어든다면 그 흐름은 모가 진 구석 주 손실계수이고은 관 이음쇠로 연결된 파이프 내에서의 평균속도이다.마찰 손실과 기계적 에너지 수지식곧은 파이프 내 마찰로 인한 손실, 확대손실, 축소손실, 그리고 관 이음쇠와 밸브에서의 손실등은 기계적 에너지 수지식항에 모두 포함되어 있다.등 모든 속도가 같다면이 된다.상당 직경,흐름 단면이 원형이 아닌 비원형 도관의 경우에는 상당직경을 사용하여 마찰손실을 구한다. 상당직경은 다음식으로 계산되어진다.또한 흐름 단면적과 젖은 둘레와의 비를 수력반지름이라 하는데, 따라서 상당직경은 수력반지름의 4배에 해당함을 알 수 있다. 비원형 도관과 원형 도관에 대한 단위 길이당 압력강하의 비를 나타내면 다음과 같다.따라서.위 식과의 관계로부터 난류조건에 대한 (?P/?x)원형 를 나타내면,위 두식을 이용하면또는 마찰 손실로 나타내면.이다.Bernoulli 방정식일반적으로 유체를 지배하는 방정식의 하나인 Bernoulli 방정식은 다음과 같은 식이다.const. (1)위의 식은 밀도가 일정할 경우의 비압축성유동에 대한 Bernoulli 방정식이며 적분상수(Bernoulli 상수라고 함)는 일반적으로 유체에 따라 서로 다른 값을 가지지만 정상, 무마찰, 비압축성유동을 하는 하나의유체 위에서는 일정한 값을 유지한다. 이 방정식을 적용할 때에는 위의 4가지 가정이 필요하다는 것을 항상 염두에 두어야한다. 각항의 차원은( L/T )²이다. 다시 말하여 m?N/kg 의 단위를 갖는다. 즉, 1N = 1kg?m/s²이므로따라서 식(1)은 단위질량당의 에너지를 나타낸다. 양변을 g로 나누면const. (2)이 식은 단위중량당의 에너지, 즉 m?N/N을 나타낸다. 이 형태의 방정식은 자유표면을 갖는 액체문제를 취급할 때 특히 편리하다. 식(1)에 ρ를 곱하면const. (3)로 주어진다. 이 식은 기체유동에서 편리하다. 왜냐하면 기체유동에서는 통상 고도가 중요하지 않아 γ항이 무시할 수 있기 때문이다. 이 식에서 각 항은 단위체적당의 에너지를 나타낸다.Bernoulli 방정식의 각 항은 에너너지이다. 유동일이란 유동중인 유체가 그 주위에 대해 행한 진정한 일이다.유체마찰에 대한 Bernoulli 방정식의 수정마찰이 있으면 기계적 에너지가 손실된다. 마찰흐름에서는 다음 양(4)위의 식(4)에서처럼 유선에 따라 일정하지 않고 흐름방향에서 항상 감소하며 에너지보존의 원리에 의하여 손실되는 기계적 에너지만큼의 열이 발생하게 된다. 유체마찰이란 흐르는 유체에서 기계적 에너지가 열로 전환되는 것이라 정의할 수 있다.비압축성 유체인 경우 위의 식(4)의 오른쪽에 마찰에 관한 항을 추가하여 Bernoulli 방정식을 수정한다. 운동에너지의 보정인자도 함께 나타내면 식(4)는 다음과 같이 된다.(5)이 식에서와 기타 다른 모든 항의 단위는 단위질량당 에너지이다.항은 지점 a와 b 사이에서 유체의 단위질량당 생기는 모든 마찰(즉, 기계적 에너지가 열이 되는 모든 전환)을 나타낸다. 이항은 식(5)의 다른 항들과는 두 가지 점에서 다르다. 즉 (1) 기계적 에너지항은 특정 위치, 즉 입구 및 출구 지점 a와 b에서의 조건을 나타내며 (2) 마찰은 기계적 에너지항과는 상호 전환될 수 없다는 점이다. 식(5)의 정의에 따르면의 부호는 항상 +이다. 물론 퍼탠셜 흐름에서는 이 값이 0이다.마찰은 경계층 안에서 일어난다. 층류와 난류에서 다같이 속도구배의 유지를 위하여 전단력이 한 일은 결국 점성작용에 의하여 열로 전환되기 때문이다. 분리되지 않는 경계층에서 발생하는 마찰은 표면마찰 (skin friction)이라 한다. 경계층이 분리되어 후류가 형성되면 이 후류 안에서 더욱 에너지의 감쇠가 일어나게 되는데 이러한 마찰은 고체의 위치와 모양의 함수가 되므로 형태마찰 (form friction)이라 한다.주어진 상황에서 표면마찰과 형태마찰이 모두 다 생길 수 있지만 그 정도는 다르다. 전적으로 표면마찰만 되는 경우도 있고 후류가 커서 표면마찰은 비교적 중요하지 않게 되고 주로 형태마찰만 되는 경우도 있다. 식(5)의는 이 두 종류의 마찰손실을 모두 포함하는 것이다.Reynoaight pipe 20A①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(3) Straight pipe 15A①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(4) Straight pipe 10A①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(5) 180° Elbow①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(6) 90° Elbow①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(7) Ball Valve①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(8) Gate Valve (전개)①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(9) Gate Valve (반개)①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(10) Glove Valve (전개)①②③④ 이론⑤⑥ Le⑦? 베르누이(11) Sudden Enlargement①②③④ 베르누이(12) Sudden Contraction①②③④ 베르누이관L(m)H(m)D(m)Q(m3/s)V(m/s)P(N/m2)straight pipe 40A0.50.0300.0380.000350110.3087292.73straight pipe 20A10.070.020.000320481.020683.05straight pipe 15A10.4220.0130.000271842.0484117.8straight pipe 10A10.9880.010.000215292.74119640.76180 엘보우0.09890.0680.020.000303630.9665663.5390 엘보우0.03140.1740.020.000346071.10151697.86볼 밸브0.2760.0740.020.00030380.9670722.08게이트밸브 (전)0.2680.0480.020.000309790.9861468.37게이트밸브 (반)0.2680.1360.020.000306870.97681327.06글로브 밸브(전)0.2760.5160.020.0002780.88495035.05급확대0.1050.050.02~0.0380.000349891.02487.893급축소0.1080.1120.038~0.020.000349751.021092.88계산 결과수치관Re이론 f실험 fLe페닝 F베르누이 26687.58390.7500890 엘보우19234.720.00672110.44762.09105115.2653.61918볼 밸브16886.040.006947550.02811.116273.65831.04334게이트밸브 (전)17219.570.00691290.018050.699771.69860.45523게이트밸브 (반)170573170.006929660.052122.0157611.3573.0438글로브 밸브(전)154523.380.00710730.23399.0862171.47336.2606Kh베르누이 h급확대0.522910.272070.49급축소0.289250.15051.09768. Discussion이번 실험은 유체가 관을 지나가면서 그에 따른 압력차를 이용한 마찰계수, 상당길이, 마찰손실 등을 구해보는 실험이었다. 압력차를 측정하는데 있어서 공기와 불순물을 제거한채로 측정을 하였고, 물의 점도와 밀도는 18℃를 기준으로 하여 측정하였다. 물의 유량을 측정하는데 있어서는 스톱워치를 이용하여 수작업으로 여러번 시도하여 신뢰성 있는 수치로 단위시간당 배출된 물의 양으로 구하였고, 그때의 마노미터 높이차를 이용하여 압력을 구했으며, 유량에 관의 단면적을 나누어 유속을 구했다. 그렇게 구한 유속 및 압력 관의 크기 등으로 레이놀드수를 구하여 실험식인을 이용하여 이론적인 마찰계수 f 를 구하였고 그 f 를 이용하여 상당길이 Le 를 구하였다. L은 압력을 측정하는 관의 길이를 측정한 값이며, 이 값을 이용하여 실험적인 마찰계수 f 를 구하였다. 그리고 이 실험적인 f를 이용하여 마찰손실을 구하였으며, 그에 대한 비교를 위하여 베르누이식을 이용한 마찰손실을 구하였다. 문헌에 나와있는 Le/D와 실험을 통해 구해본 Le/D를 비교해 보면 다음과 같다.관부속품 및 밸브문헌값 Le/D실험값 Le/D90° 엘보우69104.55게이트 밸브 (전개)17034.9885게이트 밸브 (반개)200100.788글로브 밸브 (전개)300454.31값을 비교해 보면 오차가 큰것을 알수 있는데 40A

공학/기술| 2012.01.14| 15페이지| 2,000원| 조회(158)

화학공학실험, 화학 공학, 유체마찰, 화학공학실험 및 설계, Bernoulli ..

미리보기

닫기
기액평형

1. 실험 제목 :#4. 기-액 평형(Vapor-Liquid Equilibrium)2. 실험 목적 :물질 전달 과정의 하나인 증류 개념을 이용하여, 일정한 압력하에서 혼합 용액을 일정한 온도로 증발시켜 혼합 증기와의 평형 관계가 기-액 평형 장치내에서 이루어지는 것을 실측하여, 기-액 평형 관계를 관찰한다.3. 이 론 :◈ 증류 : 끓는점이 서로 다른 휘발성 액체 혼합물을 가열하면 끓는점이 낮은 물질이 빨리 끓어 먼저 증발하여 기상이 되고, 끓는점이 높은 물질은 거의 증발하지 않는다. 이렇게 끓는점의 차이를 이용하여 분리하는 조작을 증류라 한다.◈ 기-액 평형조성 : 기-액 평형 상태에 있는 용액 중 낮은 끓는점 성분의 물질량을 분율을 χ, 기상 중의 낮은 끓는점 성분의 물질량 분율을 У로 나타낸다.표Ⅳ-1. 메탄올-물계 기액평형(1atm)온도(℃)χу1000096.40.0200.13491.20.0600.30487.70.1000.41884.40.1500.51781.70.2000.57978.00.3000.66575.30.4000.72973.10.5000.77971.20.6000.82569.30.7000.87067.60.8000.91566.00.9000.95864.61.001.00표Ⅳ-1은 메탄올과 물 계에서 기-액 평형 조성을 나타낸 도표이며, 그림 Ⅳ-1은 끓는점 t 와 χ, y와의 관계를 나타낸 그래프를 끓는점-조성 선도라 하며, 위의 선을χ-t 곡선 또는 끓는점 곡선이라 하고, 아래 선을 y-t 곡선이라 한다.그림 Ⅳ-2는 어떤 일정 온도에서 χ와 y관계를 그린 그래프로 x-y 선도라 하며, 위의 곡선을 x-y곡선(평행선)이라 한다.◈ 평형의 정의와 평형조건a) 평형이란 정적인 조건, 즉 변화가 없음을 의미하는 말이다. 약간의 일시적인 외부조건의 방해 이후에, 어떤 계가 그 계의 처음상태로 빠르게 혹은 천천히 되돌아갔을 때 바로 이러한 상태를 평형(equilibrium)이라고 한다. 평형상태는 거시적 성질의 변화가 나타나지 않는다는 의미에서 정지상이다. 그이것은 추출조작 설계의 계산에 쓰인다.◈ 깁스자유에너지깁스의 자유에너지(G)는 G=H-TS로 표시한다. 여기서 H는 엔탈피(enthalpy), T는 열역학적 온도, S는 엔트로피(entropy)이다.원래 내부에너지는 절대값을 얻기 힘든 양이므로 보통 엔탈피도 열적 변화에 따르는 증감만을 문제삼는다. 부피를 일정하게 유지한 채 물질계가 주고받은 열량은 그대로 내부에너지의 증감으로 되는 데 반해, 압력을 일정하게 유지한 채 물질계에 드나든 열량은 물질계의 엔탈피의 증감과 같다.일정한 온도와 압력에 놓인 계에서 기브스의 자유에너지 변화량(ΔG)은 계와 주위의 전체 엔트로피 변화에 비례한다. 즉 ΔG=ΔH-TΔS이다. 자발적 변화는 전체 엔트로피의 증가를 수반한다(열역학 제2법칙). 그러므로 이 식에 의하면 일정한 온도와 압력에서 일어나는 자발적 변화는 계에서 기브스의 자유에너지가 줄어드는 현상이 나타난다. 그러므로 계에서 기브스의 자유에너지 변화를 통해 계가 자발적인 변화를 일으킬 수 있는지의 여부를 알 수 있다. 따라서 기브스의 자유에너지는 일정한 온도와 압력 조건에 있는 화학평형조건을 구하는 데 유용하다.ΔG와 반응의 자발성 간의 관계는, 온도와 압력이 일정한 경우 ΔG가 0보다 작으면 정반응이 자발적이며, 0이면 반응은 평형상태, 0보다 크면 정반응은 비자발적이나 역반응이 자발적이다.◈ 화학퍼텐셜(chemical potential)온도 압력 및 조성이 임의로 변화할 때 화학 퍼텐셜의 상대적인 변화량은 계산할 수 있으나 화학 퍼텐셜의 절대량은 계산할 수 없다. 화학 퍼텐셜과 측정 가능한 변수들 온도, 압력, 및 조성은 서로 미분방정식의 형태로 연관지어져 있고 이를 적분하는 경우 단지 적분 구간에서의 차이만을 나태내 주기 때문이다.어떤 순수 성분 I 에 대하여 화학 퍼텐셜은 온도 및 압력과 다음과 같은 미분방정식의 관계를 지닌다.du(i) = - s(i)dT + v(i)dP여기서 s(i)는 몰 엔트로피 v(i)는 몰 부피이다. 임의 온도와 압력에서 적분하여 u(iP는 성분 I의 분압으로 알려져 있다.위의 식에 의해 표현되는 VLE에 대한 간단한 모델은 상대적으로 작은 부류의 계들에 대한 실제 거동을 사실적으로 나타내어 준다. 그럼에도 불구하고 이 모델은 VLE 계산을 가장 간단한 형태로 보여 주는데 효과적이며 EH한 좀 더 복잡한 계에 대한 비교의 기준이 된다. Raoult의 법칙의 한계는 증기압을 알고 있는 성분들에만 적용할 수 있다는 점이며 이 때문에 성분이 “아임계”, 즉 적용온도는 성분의 임계온도 이하여야 한다는 점이 요구된다.Raoult의 법칙의 중요하고도 유용한 한 가지 특징은 기상이 이상기체이기만 하면 몰분율이 1에 근접하는 어떠한 성분에 대해서도 유효하다는 점이다. 여기에서 구성성분의 화학적 유사성은 필요조건이 아니다.i.e.,"비휘발성 물질 용액에서, 용액 속 용매의 증기압은 용매의 몰분율에 비례하며, 또 용매의 증기압내림률은 용질의 몰분율과 같다"전체 농도 범위에 걸쳐 라울의 법칙이 성립하는 용액을 이상용액이라고 한다. 어떤 온도에서 순용매의 증기압을 p0, 같은 온도에서 용액의 증기압을 p, 그 용액 중의 용질의 몰분율을 x2라 하면,의 관계가 성립한다. 여기서 n1, n2는 각각 용액 중의 용매 또는 용질의 몰수이다. 이 법칙을 이용하여 묽은 용액의 증기압내림을 측정함으로써 용질의 분자량을 구할 수 있다.◈ 돌턴의 분압 법칙돌턴의 분압 법칙(Dolton's partial pressure law)은 증기를 이상 기체라 가정하고, 전체 압력 P는 각 성분 분압의 합과 같다.이성분계의 이상 용액에서 성분 A의 분압을 pA는 기상의 전압을 P와 그 성분의 몰분율 y와 곱한 것과 같으며 다음 식과 같다.◈ 단증류 (simple distillation)회분증류중 가장 간단한 예가 단증류이다. 일정량의 액체 혼합물을 가열하여 생긴 증기를 냉각기로 보내어 응축시켜 저비점성분이 풍부한 액체를 얻는 방법으로 미분증류 (differential distillation) 또는 회분조작을 하므로 회분단증류 (simple 로부터 x와 y를 동일한 도표상에 그려서 사용할 때가 많다. 이것을 기-액 상평형 선도라고 한다. 보통 증류는 대기압하에서 조작되므로 x와 y의 값은 1기압하에서의 측정치가 표시된다. 그림 는 비점도표로부터 x-y선도를 얻는 방법을 나타낸 것이다.◈ 기-액 평형의 적용화학반응 뿐만 아니라 공업적으로 중요한 수많은 물질전달 조업에서 원하는 결과는 조성의 변화이다. 증류, 흡착, 그리고 추출과 같은 공정들에서는 조성이 다른 상들간에 접촉이 이루어지며 상들이 평형상태에 있지 않으면 상들 사이의 물질전달에 의해 상들의 조성이 변한다. 변화의 정도와 전달속도는 모두 계가 평형으로부터 벗어난 정도에 따라 좌우된다. 그러므로 물질전달을 정량적으로 다루기 위해서는 평형온도, 압력 및 상 조성들을 알아야 한다.실제의 공업적 적용에서 가장 흔히 접하게 되는 공존하는 상은 증기와 액체이다. 혼합물의 성질을 알기위해, 또는 실제 산업공정에서 물질을 분리하기 위한 분리공정 설계에 필수적으로 사용되는 자료의 한가지로서 흡수조작에 의한 설계를 계산할 때 쓰이는 기본데이터이다.◈ 메카베-틸레법에 의한 이론 단수 구하기정류탑의 단수는 각각의 방정식으로부터 구한 조작선과 기액 평형선을 이용하여 이론 단수를 구하는 방법으로 메카베-틸레(McCabe- Thiele)법을 많이 이용한다. 이 방법은 다음과 같이 가정하여 이론 단수를 구할 수 있다.① 혼합열과 관벽에 열손실이 없다고 가정한다.② 각 단에서 상승하는 증기의 조성은 응축액의 조성과 평형 상태에 있다고 가정한다.③ 각 단에서 액체는 완전히 혼합되어 있다고 가정한다.■ 참고 : 조작선이란 회수부, 농축부, 원료 공급단에 대한 각 방정식을 이용하여 그래프에 그리는 선이며, 정류탑의 단수를 구하는 데 이용된다.메카베-틸레법에 의한 순서는 그림 IV-14와 같다.위와 같이 그려서 얻은 삼각형 수가 이론 단수이며 원료 공급 조작선과 만나는 단은 원료 공급단이며, 그 위가 농축부의 이론 단수이고, 아래가 회수부의 이론 단수이다.1. x축을 액상의 조1920.180 wt%29.9729.9929.9929.989.8100 wt%27.9527.9827.9827.977.79y = ax + b9.8a + b = 0, 7.79a + b = 100,y = -49.75x + 487.55y = ax + b where as, y = wt % of MeOH x = Mass of Mixturea = slope (- 49.75) b = intercept (487.55)b. 기-액 평형 실험Temp[℃]LiquidWeight[g]LiquidWeightFractionLiquid molFraction xVaporWeight [g]VaporWeightFractionVapor molFraction y749.0935.320.2358.0686.570.78769.1134.330.2278.1582.090.72779.1333.330.2208.2079.600.69788.0786.060.7809.0636.820.25< weight > 29.27 - 20.18 = 9.09 28.24 - 20.18 = 8.0629.29 - 20.18 = 9.11 28.33 - 20.18 = 8.1529.31 - 20.18 = 9.13 28.38 - 20.18 = 8.2028.25 - 20.18 = 8.07 29.24 - 20.18 = 9.06c. Weight Fraction 계산y = -49.75 × 9.09 + 487.55 = 35.32y = -49.75 × 9.11 + 487.55 = 34.33y = -49.75 × 9.13 + 487.55 = 33.33y = -49.75 × 8.07 + 487.55 = 86.06y = -49.75 × 8.06 + 487.55 = 86.57y = -49.75 × 8.15 + 487.55 = 82.09y = -49.75 × 8.20 + 487.55 = 79.60y = -49.75 × 9.06 + 487.55 = 36.821)2)3)4)1)2)3)4)Table 5. Liquid - Gas Equilibrium of MeOH and H2

공학/기술| 2012.01.14| 13페이지| 2,000원| 조회(142)

전압계, 전류계, 기액 평형, 화학공학실험 및 설계, 증기관, 냉각관, 회수부, 증류..

미리보기

닫기
압력제어 실험

1. Subject 압력 제어2. Date 11. 3. 31 (목)3. Section & Name4. Object 자동 공정제어의 근본 원리 및 피드백 제어 루프를 철저히 이해하고, 이를 바탕으로 비례(P), 비례미분(PD), 비례적분(PI), 비례미분적분(PID) 동작 특성 실험 및 정동작, 역동작 실험을 통하여 장치의 사용법을 습득하는 입력 값에 따른 출력 값의 변화를 비교해본다.5. Principle(1) PIDPID 제어는 자동제어 방식 가운데서 가장 흔히 이용되는 제어 방식이다.P: Proportional(비례), I: Integral(적분), D: Differential(미분) 의 3가지 조합을 말하는데, PID제어란 이 조합을 통하여 시스템을 제어하는 것으로 시스템의 외부 환경 조건과 구조에 상관없이 제어가 가능하다.(2) PID 제어란?자동제어 방식 가운데서 가장 흔히 이용되는 제어방식으로 PID 제어라는 방식이 있습니다. 고전 제어 방식의 하나지만 현재까지도 많이 사용됩니다. 간단하다 는데 이점이 있습니다. 이것도 목표 위치 제어에 있어서 목표 위치를 빨리 도달하게 하고 빨리 안정됨 상태로 유지시키기 위한 제어의 한 방식이다? P: Proportional ( 비례 제어 동작 )비례 이득이 너무 크면 시스템에 큰 오버 슈트 발생비례 이득이 너무 작으면 시스템은 제어 명령치 에 도달하지 못한다.비례 제어기만 있는 경우 정상 상태에서 OFFSET 발생 가능? I: Integral ( 적분 제어 동작 )정상 상태 오차가 0 이 될 때까지 오차를 적분하여 출력오차가 0 이 되면 적분 제어기는 이전 출력을 유지(정상 상태의 오차 제거 능력)적분 이득 K 를 잘못 선정하면 오버 슈트 증가 , 불안정 가능? D: Differential(미분)이 3가지 조합으로 제어하는 것으로 유연한 제어가 가능해진다.(3) 단순 On/Off 제어단순한 On/Off 제어의 경우에는 제어 조작 량은 0%와 100% 사이를 왕래하므로 조작 량의 변화가 너무 크고, 실제 목표 값에다면, P 제어는 출력이 목표 값에 접근하면 U(t)(P 제어기 출력)가 작아져 더 이상 미세하게 제어할 수 없게 되어 출력은 목표 값에 아주 가까운 상태에서 안정한 상태를 이루게 된다.즉, 모터축의 회전을 방해하는 외부 토크로 인해 출력이 아무리 시간이 지나도 목표 값과 일치하지 않는 상태가 발생한다.이 미소한 오차를 "Steady state error"라고 한다. 이 Steady state error를 없애기 위해 사용되는 것이 I(적분) 제어이다. 이 제어는 미소한 Steady state error를 시간적으로 누적하여 제어기의 출력을 증가시킨다.이 증가된 출력으로 error를 없애는 방식이 I 제어다. 그러나 error의 누적으로 인해 출력의 진동이 증가한다. 비례 동작에 적분 동작을 추가한 제어를 "PI 제어"라 부른다.다음은 그림 11-13의 제어기에 I 제어기를 추가한 PI 제어 시스템의 응답 곡선이다.- PD(비례, 미분) 제어기 :P 제어를 사용한 시스템은 그림 11-13과 같이 목표 값을 지나치는 값, 즉 Overshoot가 큼을 볼 수 있다.여기서 P gain이 커지면 목표 값에 이르는 시간(Rise time)은 짧아지지만 Overshoot가 더 커지게 된다. 이 말은 제어 시스템의 응답 성능이 나빠짐을 의미한다. 이 Overshoot를 줄이기 위해 사용하는 것이 D(미분) 제어이다.이 제어는 오차의 변화를 예측하여 과도한 제어 입력을 상쇄시켜주기 때문에 Overshoot를 줄여준다. 그러나 정상 상태에서 시간에 따라 변하는 양이 없으면 미분 제어기의 역할이 없어지므로 P 제어가 가지고 있는 Steady state error에는 영향을 미치지 못한다.비례 동작에 미분 동작을 추가한 제어를 "PD 제어"라 부른다.다음은 그림 11-13의 제어기에 D 제어기를 추가한 PD 제어 시스템의 응답 곡선이다.PID(비례, 적분, 미분) 제어PID(비례, 적분, 미분) 제어기 :[표] 11-5 P, PI, PD 제어기의 장단점제 어 기장 점단 점P 제어로 목표 값에 이르는 것을 볼 수 있다. 두 가지 경우 모두 각각 장단점을 가지고 있다. 따라서 P gain의 크기는 시스템의 목적이 요구하는 성능에 따라 달라진다.다음은 D gain(Kd)의 변화에 따른 직류 모터의 위치제어 시뮬레이션 시스템의 응답 변화를 알아본 것이다.목표각 : 5rad, Kp : 45, Kd : 10목표각 : 5rad, Kp : 45, Kd : 10[그림] 11-19 D gain에 변화에 따른 시스템의 응답 곡선그림 11-19 에서 알 수 있듯이 D gain을 크게 하면 Rise time에는 거의 변화가 없지만, Overshoot이 작아져 목표 값에 이르는 시간이 줄어드는 것을 볼 수 있다. 이 직류 모터 시뮬레이션 시스템은 Steady state error가 거의 없기 때문에 P, D gain을 조정함으로써 사용자가 원하는 제어 시스템을 시뮬레이션 할 수 있다.P gain을 증가시켜 목표 값에 이르는 시스템의 반응 속도를 높일 수 있으며, D gain을 증가시켜 Overshoot를 줄임으로써 시스템의 진동을 작게 할 수 있다. 그러나 P gain을 무한정 늘리거나, 무한정 줄일 수 없다. P gain이 너무 작으면 시스템의 출력이 목표 값에 이르는데 오랜 시간이 걸려 응답 성능이 나빠지고, 반대로 너무 크면 제어기의 출력이 너무 켜져서 시스템의 출력이 진동하다가 무한대로 켜져 발산하게 된다.D gain은 P gain과 달리 무한정 줄여도 시스템에 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 너무 커지면 P gain과 마찬가지로 시스템의 출력이 발산하게 된다.다음은 P,D gain이 일정한 범위를 넘어서 제어가 불가능할 때 시스템의 출력이 발산하는 모습을 보여준다.목표각 : 5rad, Kp : 150, Kd : 10목표각 : 5rad, Kp : 45, Kd : 3000[그림] 11-20 D gain에 변화에 따른 시스템의 응답 곡선그림 11-20을 통해 P,D gain에 따라 시스템 제어가 불가능해지는 경우를 보았다.그림 11-20에서는 P,D g 예측하여 적절한 동작을 취한다.② 공정의 폐루프 응답에 대하여 안정화 효과를 가져온다.가장 적절한 제어기를 선정하는데 있어서 다음과 같은 규칙을 받아들일 수 있다.a) 가능하면 단순 비례동작제어기를 사용하라. (a) Kc의 적당한 값으로써, 허용할 수 있는 오프셋을 얻을 수 있거나, (b) 공정이 P제어가 오프셋을 나타내지 않는 적분동작(즉, 전달 함수 내에 1/s항)을 갖고 있다면, 단순비례동작제어기를 사용할 수 있다. 그러므로 기체 압력 혹은 액위 제어에 대해서는 P제어기 단독으로 사용될 수 있다.b) 만일 단순비례동작제어기가 알맞지 않는다면, PI제어기를 사용하라. 비례동작제어기 단독으로 충분히 작은 정상상태 오차(오프셋)를 제공하지 못할 때는 PI제어기가 사용되어야 한다. 그러므로 PI제어기는 액위 혹은 기체압력제어계에는 매우 드물게 사용되지만 유속제어에는 매우 자주(거의 항상) 사용된다. 유소계의 응답은 비교적 빠르다. 따라서 폐루프 계의 응답속도는 적분동작방식에 의하여 둔화됨에도 불구하고 만족스러울 정도로 유지된다.c) 폐루프 응답의 속도를 증가시키면서 진동이 적게 하기 위해서는 PID제어기를 사용하라. PI제어기는 오프셋을 제거하지만, 폐루프 응답의 속도를 줄인다. 응답이 매우 완만한 다용량 공정에 대해서는 PI제어기의 부착은 응답을 더욱 완만하게 만든다. 이런 경우 안정화 효과를 갖는 미분제어동작의 첨부는 과도한 진동 없이 보다 빠른 응답을 초래하는 더 큰 이득의 사용을 허용한다. 그러므로 완만하고 다용량 공정인 온도와 조성제어에 대해서는 미분동작을 추천한다.(8) 파라미터를 구하는 방법PID 제어 방식에 있어서의 과제는 각 항에 붙는 정수, Kp, Ki, Kd를 정하는 방법이다.이것의 최적 값을 구하는 방법은 몇 가지 있지만, 어느 것이나 난해하며, 소형의 마이크로컴퓨터로 실현하기 위해서는 번거로운 것이다(tuning이라 부른다).그래서 이 파라미터는 cut and try로 실제 제어한 결과에서 최적한 값을 구하고, 그 값을 설정하도록 한다.안정하거나 상관없이, 제어루프는 제어기 조정 변수등의 루프파라미터의 적절한 선택으로 안정화 되어질 수 있다.계단응답을 평가하기 위한 계단응답 조사에서는 오버슈트 , 정정시간 의 중요한 두가지 기준이 있다. 제어될 프로세스에 따라 허용 오버슈트와 정정시간이 결정된다. 오버슈트는 예를 들어 초과될 수 있는 허용온도에 관련될 수 있으며, 이는 생산품에서의 화학적인 변화의 원인이 될 수 있다. 긴 정정시간 역시 생산품에서 변화의 원인이 될 수 있다.최적화 기준으로서 오버슈트 크기와 제어시간에 관련되는 항목으로는 최대 오버슈트 크기 , 허용 범위 , 상승시간 ,정정시간 , 제어변수로 변환된 기준변수 그림 3과 그림4가 이를 나타내고 있다.최적화는 정해진 제어계통의 형(type)과 제어기 형의 조합에 대해 오버슈트와 정정시간사이에 절충이 이루어져야한다. x 특성에 의해 둘러싸인 영역은 최소로 감소 되어야 한다.최적화 기준은 안정한 제어 프로세스는 실제적인 조건에서 유용하기 위해서는 최적 특성을 가져야만 한다. 동시에 최적 제어 프로세스의 형태는 프로세스에 따라 다를 수도 있다.그러므로 궁극적으로 제어 변수 특성 x(t)와 에 둘러싸인 영역 Ai를 최소화 시키는 것이 최적화의 목적이다.오디오기술자의 관점에서 잘 적용된 PID 제어기 기능을 생각해보자.제어계통은 저역통과(low pass) 필터이다. 이것은 구형파의 상승부 모서리를 없애버리며, 상승시 경사를 완만하게 만든다. 제어기의 목적은 구형파 입력에 대해 가능한 정확히 일치시키기 위해서, 제어 루프 응답을 적응시키는 것이다. 따라서 제어기가 이러한 특성을 갖기 위해서는 PD특성과 같은 고역통과 필터로 동작하여야 한다. PD 제어기구성은 계통편차 를 발생하므로 이것은 충분치 않다. 계통편차를 보상해주기위해 I 요소를 도입한다.(10) Ziegler & Nichols 제어기 설정법제어기술자의 업무는 제어계통 특성에 대한 자신의 지식에 기초하여, 보다 적절한 제어기계수를 계산하여 제어계통에 적용하여 최적의 결과를 얻는 것이다다.

공학/기술| 2012.01.14| 18페이지| 2,000원| 조회(586)

공정제어, 압력제어, 화학공학실험 및 설계, 근본원리, 자동공정제어, 피드백제어루..

미리보기

닫기
습벽탑

1. Subject습벽탑2. Date2006.04.033. Section & Name4. Abstract(1) ObjectWetted Wall column에서 물과 공기를 향류로 접촉시키면서 물을 증발시켜서 물질전달상수를 측정한다.(2) Procedure① 주전원 스위치를 켠다.② 시스템이 정상상태에 도달하도록 한다.③ Air compressor를 작동하여 Air in과 Air out 부분의 상대습도가 거의 비슷한 수치를 나타낼 때까지 작동시킨다. 비슷한 수치가 되면 Air의 공 급을 중단한다.④ Reservoir에서 나가는 물의 양과 벽탑을 통해 나 오는 물의 양이 일정해지도록 조절한다.⑤ 위의 정상상태 과정에 도달하면 이때의 물의 유속을 확인한 후 Air의 공급을 시작한다.⑥ Air를 200, 400, 600 ㎖/min의 양으로 공급해준다. 이 때 물의 유속은 각각 100, 200, 300 ㎖/min의 양으로 공급해준다.⑦ 수분 흡수관을 통해 나오는 Air의 습도가 정상상 태가 되기를 기다려서 각각의 온도와 습도를 확인 한다.(3) Result① 실험조건배경습도 = 31%기압 = 1atm온도 = 19℃탑의 직경(D) = 3.2㎝탑의 높이 = 67.2㎝② 실험결과공기유속(㎖/min)물유속(㎖/min)200040006000O2 Inlet(ppm)O2 Outlet(ppm)O2 Inlet(ppm)O2 Outlet(ppm)O2 Inlet(ppm)O2 Outlet(ppm)1000.699.760.648.720.679.592000.849.760.7610.100.709.753001.239.201.4212.741.0911.395. Principle(1) 습벽탑과 물질전달계수(Wetted Wall column & Mass transfer coefficient)젖은 벽탑은 탑 꼭대기로 액체를 넣어 관 내벽을 따라 중력에 의해 아래로 내려가도록 하 고 기체는 관 내부로 넣어 액체와 접촉하면서 탑을 통해 흐르도록 고안된 수직관이다. 일반적 으로 기체는 탑 밑으로 들어가서 액체와 향압과 평형상태에 있는 액체의 농도 g mole/㎤총괄물질전달속도계수와 각 경막물질전달계수간에는 (2)과 (3)식이 성립한다.(2)(3)여기서 m은 헨리의 상수이다. 그러나 급수가 아니고 순수액의 증발일 경우 액내에서의 저 항은 무시할 수가 있어서대신로 놓을 수가 있으며 (1) 식을 다음과 같이 수정할 수가 있다.한편, 차원해석법으로 Gilliland Sherwood 가 실험식으로 묶은 무차원 군에 의하여 물질전 달계수 k는 열전달에서 Colburn 계수 (factor ) 와 유사하게 물질전달에서의factor로 묶어져서 그 계에서의 유체의 물리적 성질과 압력 및 물질전달속도 등과 같은 관계식이 성립 한다.레이놀즈수가 2000 ～ 35000 사이이고 슈미트 수가 0.6 ～ 2.5 인 경우은여기서이고, f 는 마찰계수이다. 그러므로 젖은관 안을 통과하는 기체 유의 레이놀즈수가 2100 이상일 경우와 f 의 graph로부터 f 의 값을 알고, 0.5 f =이므로 이것으로부터를 구할 수 있다. 그러나 위 식은 그 정확성이 별로 크지 않고 상기 실험에서 비교적 정확한 것으로는 Gilliland Sherwood 식으로가 있다. 그러나 이 식은 계수 D를 알지 못하면 사용할 수가 없다. 관 속의 난류 흐름에서 액 체로의 물질전달은 약간 용해성이 있는 고체로 만든 관을 이용해서 여러 액체유량에 대한 고 체의 용해속도를 측정하여 연구해 왔다. 또 다른 기법은 관벽의 일부를 전극으로 만들고 관벽 으로 반응이온의 물질전달속도에 의해 전류가 제한되는 조건 하에서 전기화학적 환원이 이루 어지도록 하는 것이다.확산속도의 기초식으로부터 물질전달속도를 구하는데 필요한 물질전달계수에 대하여 알아 보면 물질전달계수()는 차원분석을 해보면 Diffusivity, 기체 속도, 기체 밀도, 기체 점 도, 관의 직경으로 나타낼 수가 있는데 각각의 단위는▶ Dimensional AnalysisDiffusivity(확산계수)Air velocity uAir DensityAir viscosity μColum수장치는 판형탑과 충전탑이 있다.(3) 이중 피중박 이론(Two-film theory)기상에서 액상으로 어느 성분이 이동하는 기구에 관해서는 다음과 같은 설이 있다. 즉 기상 본체, 액상본체에서는 물질은 주로 대류에 의해서 이동하지만 기상과 액상과의 경계면 부근에 서는 그 양측에 흐트러짐이 없는 엷은 경막이 존재하기 때문에 물질은 이 두 경막 내를 분자 확산에 의해서 이동해야만 된다. 그러므로 이 경막은 확산에 대해서 큰 저항을 나타내기 때문에 이 부분의 확산속도는 대단히 느리다. 그러나 경계면 그 자체에서는 항상 기액의 평형이 성립 되어 있고 이 부분에서는 물질이동의 저항은 전혀 없다고 생각된다. 이것은 Lewis-Whitman의 이중 피중막이론으로 알려져 있다. 이 학설에 관해서는 다소의 이론도 있지만 실용상 매우 편 리하므로 오늘날 널리 인정되고 있다.6. Result & Discussion(1) 분석에 사용한 공식by Grlliland and Sherwood (Wetted wall column)other reference for avove eqation : Am. Inst. Chem. J., 2, 437(1956)여기서,위 식들에서 실험을 통하여과간의 power-law 관계를 구할 수 있으며 이것을 위의 식과 비교하면 그 결과 다음의식을 얻을 수 있다.kL = Liquid film mass transfer coefficient [m/s]j = Change in concentration of oxygen in the water passing through the column× Volumetric flow rate of water [mole/s]A = Area for mass transfer [㎡]= Log mean concentration difference [mole/L](2) Result을 구하기 위해서 우선 각각 항목의 값을 구하면① Change in concentration of oxygen in the water passing through thr가 일어나는 면적은 column의 안쪽 면적이므로= 0.0676㎡⑤ Log mean concentration difference [mole/L],공기유속(㎖/min)물유속(㎖/min)200040006000(mole/L)(mole/L)(mole/L)1007.8828 × 10-67.1231 × 10-67.7180 × 10-62008.3742 × 10-68.3132 × 10-67.9115 × 10-63009.1202 × 10-611.8798 × 10-610.1070 × 10-6- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=100㎖/min= 7.8828 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 8.3742 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=2000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 9.1202 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=100㎖/min= 7.1231 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 8.3132 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=4000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 11.8798 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=100㎖/min= 7.7180 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=200㎖/min= 7.9115 × 10-6 [mole/L]- At 공기유속=6000㎖/min, 물유속=300㎖/min= 10.1070 × 10-6 [mole/L]⑥ Liquid film mass transfer coefficient [m/s], kL공기유속(㎖/min)물유속(㎖/min)200040006000kL(m/s)kL(m/s)kL(m/s)1001.5762 × 10-31.5538 × 10-31.5832 × 10-32002.9182 × 10-33.0781 × 10-33.1340 × 10-33003.5913 × 10-33.9158 × 10-34. 제거한 물의 산소 함유량(ppm)을 측정하고, 이 물을 공기와 향류로 지나가게 한 후의 산소 함유량(ppm)을 다시 측정하였다. 그리고 이 실험값들을 Gilliland Sherwood 식과 Sc, Re 등을 이용하여 계산하였다. 그 결과 물질전달계수의 평균값으로 2.8376×10-3[m/s]을 얻을 수 있었다.아래에는 그래프를 이용해서 공기유속과 물유속에 따른 물질전달계수의 크기 변화와 경향에 대해 알아보았다.먼저 물질전달계수와 공기유속과의 관계를 보면, 물유속이 일정할 때 공기유속이 증가할수록 물질 전달계수가 증가하는 경향을 나타낸다. 그리고 공기유속이 일정할 때 물유속이 증가할수록 물질전달 계수가 증가하는 경향을 나타낸다. 그래서 물질전달계수가 가장 작을 때(공기유속=2000㎖/min, 물유속=100㎖/min)인 경우보다 가장 클 때(공기유속=6000㎖/min, 물유속=300㎖/min)의 경우가 2.7배 정도 큰 값이 나왔다.Stokes Einstein Law에 의하면 Liquid mass diffusion coefficient는 온도에 비례하고 solute의 반경과 매질의 점도에 반비례하는 성질을 가진다. 그리고 Binary system에서 Gas mass diffusion coefficient는 온도에 비례하고 압력과 분자량, 충돌직경에 반비례하게 된다. 이번 실험은 기체와 액체 간의 확산에 의한 물질전달이므로 앞의 두 가지 계수들을 모두 비교해 볼 것이다. 실험 조건에 따르면 공기의 유속과 물의 유속을 변수로 하였지만 온도, solute의 반경, 매질의 점도, 압력, 분자량 등이 모두 일정하였다. 물의 유속이나 공기의 유속을 증가시키면서 물질의 농도나 압력의 미세한 변화가 있을 수도 있겠지만 매우 작은 무시 가능한 값일 것이고 실제로 Result ①의 “Change in concentration of oxygen in the water passing through the column”의 값이 공기나 물의 속도에 상관없이 무질서한 경향을 나타내었다. .

공학/기술| 2012.01.14| 11페이지| 2,000원| 조회(176)

물, 공기, 화학공학, 단위조작, 공업화학, 향류, 습벽탑, wetted wall c..

미리보기

닫기