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[액체확산실험] 액체확산실험 평가A+최고예요

5. 액체 확산실험1. 실험목적설계계산에 있어서 흡수,추출등 액상내에서의 물질이동에 포함한 속도과정을 취급할 경우가 많다. 이때에 사용할 상관식에슨 액상내 확산계수값이 포함된다. 용질과 용매가 조합시킨 경우액상내 확산계수는 온도에 따라 변화하고 기상내 확산계수와는 달리 용질의 농도에 의하여 변한다.액체환산계수를 이용하여 액체와 액체간의 확산을 관찰하고 이에 대한 액체확산계수를 측정하고 계산하는데 이TEk. 이를 통해 액체확산에 대한 이론과 또한 확실한 개념이해와 전반적인 내용을 완벽하게 파악하는데 있다.실험에서는 전도도(conductivity)를 이용하여 액체의 확산속도계수를 구하고자 한다.2. 이론?액체의 확산도액체내의 확산이론은 기체확산처럼 발달되지도 않았고, 실험 데이터도 풍부하지 않다. 액체에서의 확산도는 일반적으로 대기압에서기체의 확산도보다 4내지 5자리수만큼 작다. 액체의 확산은 분자의 불규칙한 운동에 의해 생기지만 충돌사이에 움직이는 평균거리는 평균자유행로가 분자크기보다 큰 기체와는 대조적으로 분자의 지름보다 작다.묽은 액체용액의 확산도는 다음식으로부터 개략적으로 계산할수 있다.위의 식은 저용해질 농도에서만 유효하며, 고분자 물질을 첨가하여 용액이 진해졌을 경우에는 적용되지 않는다. 소량의 고분자 물질은 용액의 점도를 100배 이상 높이거나 겔형 용액으로 만들 수 있지만, 고분자 사슬이 너무 멀리 떨어져 있어, 용해질 분자의 이동을 방해할수 없기 때문에 크기가 작은 용해질의 확산도는 약간 감소될 뿐이다.VA값이 400cm3/mol 이상인 경우에는 확산도 계산에 stokes-einstein식을 사용해야 한다.완전히 이온화된 1가 전해질의 묽은 용액에 대한 확산계수는 nernst식으로 주어진다.비전해질의 묽은 수용액에 대해서는 더 간단한 식을 이용할수 있다.? 상간의 확산과 물질전달의 원리확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것이다. 확산의 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도구배에 있다. 농도구배는 농도를 같아지게 없는 면으로 택하면 몰부피가 같으므로, A와B의 몰 확산플럭스의 합을 0으로 놓을수 있다. 즉dCA+ dCB =0 이므로 확산도는 같아야 한다. 즉액체를 취급할때에도 A와 B의 모든 혼합물들이 같은 질량밀도를 가지면 같은 결과를 얻는다. 즉CAMA + CBMB = ?= constMA dCA + MBdCB = 0기준면을 통한 부피흐름이 없으므로, 확산에 의한 부피흐름의 합은 0이다. 부피흐름은 몰흐름에사 몰부피를 곱한것이며, 다음과 같다.? Diffusion (확산)Ionic motion Generalization Migration of neutral molecules and of ions in the absence of an applied electric field? 확산에 관한 Fick의 제 1 법칙기체 분자 운동론으로부터 확산에 관한 Fick 의 제 1 법칙 유도된다.열역학적 힘 F와 점성항력이 균형을 이룰 때 알맹이는 표류속력 s를 얻게 된다.() → 마찰계수알맹이 유량 J는 표류속도 s에 비례하고 또 열역학적 힘은 농도 기울기에 비례하므로 J는에 비례한다. (Fick의 법칙)1. Einstein relation┌→ 확산계수 (=1/3λ)(Fick의 제 1법칙)│ └→ 몰농도의 기울기└→ 단위 넓이, 단위시간당의 물질량으로 나타낸 알맹 이 유량└→ 표류속도⇒ 열역학적 힘과 D를 알면 알맹이의 표류속도를 구할 수 있다.(예) 용액 속의 한 이온이 전기장 ε로부터의 힘을 받을 때는표류속력이이므로,(즉,)의 관계식 으로부터 확산계수(D)와 이온의 이동도(u)를 연결시켜주는 Einstein relation을 얻을 수 있다.(수용액에서의 이온들의 전형적인 확산계수)2. Nernst-Einstein eqn. ⇒ λ → D, 이온확산모형 → λ⇒ 전해질의 전도도를 그 이온들의 확산계수와 연결해 주는 식.? 확산 방정식Time-dependent diffusion process(불균일이 확산되어 버리는 시간-의존 확산)불균일 영역에서 한 점에서의 농도의 시간변화율을 그 확산에 의하여 실효 이동 거리가 약 1cm쯤 증가하려면 하루가 걸린다. (확산은 대단히 느린 과정이다.)⇒ 따라서 용액을 저어줘야 한다.? 물질전달계수와 경막론유체의 정제층을 통한 정상상태의 물질전달에서 BT를 알면 물질전달 속도를 계산하는데 이용될수 있다. 그러나 대부분의 물질전달 조작에서는 난류흐름이 단위면적당 전달속도를 증가시키거나 또는 한 유체속에 다른 유체를 분산시켜 계면쩍의 증가를 돕기때문에, 이것이 보통의 경우가 되지는 않는다. 더구나 유체계면으로의 물질전달은 가끔 비정상상태로 되어, 계속해서 농도구배와 물질전달 속도가 변하고 있다. 이러한 차이에도 불구하고, 대부분의 경우는 단위 농도 차이당 단위면적당 물질전달 속도로 정의되며, 대부분의 경우에 물질전달은 물질전달계수 k를 특징하는 유형의 식을 사용해서 취급된다.정체경막에서의 정상상태 등몰확산에 대한 식을 포함함으로써 kc는 그 중요성을 더하게 된다.따라서 계수 Kc는 분자확산도를 정제층 두께로 나눈것이다. 비정상상태의 확산이나 흐름속에서의 확산을 다룰때 기지의 kc와 Dv값으로부터 유효경막두께를 계산하는데 이용될수 있다.? 경 막 론경막론의 기본개념은 확산에 대한 저항이 일정한 두께를 갖는 정체경막에서의 저항과 같다고 생각하는 것이다. 그림에서 농도구배가 있는 난류기체흐름에서 관벽까지의 물질전달을 생각해보자.벽근처에는 물질전달이 주로 분자확산에 의해 이루어지는 층류층이 있으며, 여기에서의 농도구배는 거의 선형이다. 벽으로부터 거리가 멀어짐에 따라 난류도 강해지며, 와류확산도가 증가하여 같은 플럭스에 낮은 구배가 필요하게 된다.CA값은 관 중앙에서 최대이지만, 이값은 물질전달계수 계산에 사용되지 않는다. 대신 구동력으로 CA - CAI를 취한다. 여기서, CA는 흐름을 완전히 혼합했을때 이루어지는 농도이다. 이것은 흐름이 가중된 평균농도와 같으며, 또한 물질수지 계산에 사용되는 농도이다.? 일방확산의 효과앞에서 다룬것처럼, A성분만이 정체경막을 통해 확산할 때 주어진 농도차이에 대한 물질전달 속도에서의 상대적 fluxmole 평균속도에서의 상대적 flux2. Fick's first law of diffusionFluxGradientForm of Fick's First Law※ 액체확산계수가 기체확산보다 작은 이유확산은 분자운동에 의한 확산운동이 지배적이다. 그러므로 기체 분자의 운동성이 액체분자의 운동성보다 크기 때문에 확산계수 역시 기체 확산계수가 더 큰 값을 갖고 결과적으로 기체확산속도가 액체확산속도 보다 더 빠름을 확인할 수 있다.※액체내의 확산액체내의 확산이론은 기체확산처럼 발달되지도 않았고, 실험 Data도 풍부하지 않다. 액체에서의 확산도는 일반적으로 대기압에서 기체의 확산도 보다 4∼5자리 수 만큼 작다.? 액체확산계수의 계산액체확산의 경우에는(2)위 식 (2)를 적분하여 정리하면 다음과 같이 된다.(3)식 (3)에서 (k-k0) vs. t의 graph를 그리면 액체의 확산계수(D)를 구할 수 있다.여기서 V : 외부 용기 속의 물의 부피 x : 모세관의 길이d : 모세관의 면적 N : 모세관의 개수CM : 단위 몰 변화에 대한 전기전도도의 변화M : NaCl 용액의 농도: 시간에 따른 전도도 변화? 분자확산계수2성분 혼합물이 z방향으로 농도차가 있을때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위시간당 A성분이 확산하는 속도는 단면에서의농도기울기에 비례한다는 것이 위에서 설명한Fick의 확산법칙이다.여기서 DAB를 분자확산계수라 하는데 정상상태에서 위식을 정리하고 기상에서 이상기체법칙을 정리하면 위식은 다음과 같이 표현된다.다음 그림에서와 같이 공기(B)중에 포함된 NH3(A)를 물에 흡수하는 경우와 같이 기체중에 휘발성 액체만이 한방향을 확산하는 일방확산인 경우 물질이동 속도는 다음과 같이 나타낼수 있다.이러한 액체확산은 액-액추출, 가스 흡수와 같은 다양한 분리조작에서 중요한 부분을 차지한다. 이 실험에서 알아보고자 하는 액-액상태에서의 액체확산계수를 측정하는데 가장 좋은 방법은 diaphram cell을 이용하는 것이 가장 좋으며, 여기에 적52.151.852.70182.252.22.95212.352.253.20242.502.33.40272.652.43.65302.752.553.90- 위의 데이터 값을 이용하여 (k-k0) vs. t의 graph를 그리면 액체의 확산계수(D)를 구할 수 있는데 시간에 따른 각각의 농도용액에서의 (k-k0)변화는 다음과 같다.(k-k0)t(k-k0)2M (10-4s)4M (10-4s)6M (10-4s)30.450.750.960.650.951.390.801.221.7121.001.452151.101.552.3181.201.902.55211.301.952.8241.452.003271.602.103.25301.702.253.5액체의 확산 계수는 위의 데이터를 이용하여 (k-k0) vs. t의 graph를 그리고 다음의 관계식을 이용하여 구할수 있다.v 여기서 V : 외부 용기 속의 물의 부피x : 모세관의 길이d : 모세관의 면적N : 모세관의 개수CM : 단위 몰 변화에 대한 전기전도도의 변화M : NaCl 용액의 농도: 시간에 따른 전도도 변화- (k-k0) vs. t의 graph를 도식화 하면 다음과 같다.- 위의 그래프에서 기울기 값은에 해당 하므로 이를 이용하여 액체의 확산계수 D값을 구할수 있다.d[mm]CM[simens]N[개]M[mol]x[mm]V[mm3]D[mm2/s]2M1.002.439024121250.95*1067.2274E-74M1.002.439024121450.95*1064.4492E-76M1.002.439024121650.95*1063.858E-7위의 데이터 값에서이므로를 이용하여 구할수 있다.- 실험에 의하여 몰농도가 높은 용액일수록 액체의 확산 계수가 커짐 을 실험을 통하여 알수 있다.- 묽은 액체용액의 확산도는 다음식으로부터 개략적으로 계산할수 있 다.위의 식은 저용해질 농도에서만 유효하며, 고분자 물질을 첨가하여 용액이 진해졌을 경우에는 적용되지 않는다. 소량의 고분자 물질은 용액의 점도를 100배 이상 높이거나 겔형 용액으로 만들 수 있례한다.

공학/기술| 2003.05.11| 25페이지| 1,000원| 조회(4,350)

전도도, 확산계수, 물질전달, 액체확산계수, 측정법

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기체흡수탑실험 평가A좋아요

1. 기 체 흡 수 탑 실 험1. 실험 목적충진물에서 액체와 기체가 층류로 흐를 때의 특성을 공부한다. 기액 혼합물 중의 한 성분을 액체에 흡수시켜 총괄 물질전달 계수(Kla) 및 이동 단위수 (NTU) 와 이동 단위높이(HTU)를 구한다.2.실험 이론? 충전탑 - 용액에 가스를 흡수시키거나, 거꾸로 액 속의 용존(溶存)가스를 방산시키는 화학장치를 일컫는다.기체와 액체, 액체와 액체 등 이상(異相) 사이의 물질이동을 능률적으로 하기 위하여 내부에 충전물을 채운 탑이다. 이상 사이의 접촉면적을 크게 하고 각 상(相)의 흐름에 충분한 교란을 주어, 흡수 증류 흡착 추출 등의 물 질이동을 효과적으로 행하게 하는 장치이다. 보통 탑 꼭대기로부터 충전물 에 따라 흐르게 하는 액과 탑 바닥으로부터 충전물의 간극을 상승하는 기체 를 향류접촉(向流接觸)시키며 병류(流)시키는 경우도 있다.충전물은 탑의 성능을 좌우하므로 그 선택이 중요하다. 조건으로서는, 제 조가 간단하고 값이 싸며 가스류에 대한 저항이 적고 표면적이 크고 액으로 젖기 쉽고, 중량이 가볍고, 기계적 강도가 충분히 있는 내열성 내식성이 뛰어 나다는 것 등이 필요하다. 예전에는 코크스나 파쇄암석(破碎岩石) 등을 사용 하였으며, 증류용에는 금속제 맥마흔 충전물 등도 있다. 그 밖에 스파이럴링 폴링 인터록스 등이 있다. 탑식 황산 질산 등의 제조공정에서 가스흡수탑으 로 사용되는 것이 그 대표적인 예이다.? 충전탑의 설계충전탑은 기체흡수 및 그 외 다른 조작에 사용되는 일반장치로 다음과 같다.이 장치는 본체가 원통형탑이며, 바닥에는 기체입구와 분배공간이 있고, 위에는 액체입구와 분배장치가 있으며, 위와 아래에 기체 및 액체출구가 있고, 탑 충전물이라고 하는 여러모양의 불활성 고체가 지지되어있다. 충전물 지지대는 힘을 받을수 있도록 골이 있는 망으로 되어 있으며, 트인명적이 커서 지지대에서 범람이 일어나지 않도록 되어 있다. 순수한 용매이거나 용질의 희석용액 및 묽은 액체라고 불리는 유입첵체는 분배장치에 의해 충전물 꼬촉장치에서는 단 접촉장치에서처럼 갑작스런 불연속 적인 조성변화는 없다. 그 대신 조성변화는 장치한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 연속적이다. 그림에서 표시한 전반적인 탑의 한 부분에 대한 물질 수지는 다음과 같다.총물질 : La +V = L + Va성분 A : La ? xa + Vy = Lx + Va ? Ya여기서, Y는 기상의 몰 유량이고, L은 탑의 같은 지점에서 액상의 몰 유량이다. L상과 Y상의 농도인 x와 y는 같은 위치에 작용한다.양끝 흐름에 기준한 총괄물질 수지는 다음과 같다.총물질 : La +Vb = Lb + Va성분 A : La ? xa + Vb ? yb = Lb ? vb + Va ? Ya미분접촉장치에 대한 조작선 식은 단접촉장치에 대한 식과 유사하게 나타난다.기체- 액체간의 한계비 - 위의 식은 조작선의 평균기울기가 액체와 기체의 몰유량비인 L/V임을 보여주고 있다 .따라서 주어진 기체흐름에 대해 액체흐름이 줄어든다. 따라서 조작선의 기울기가 감소한다.L/V 비는 향류탑에서 흡수의 경제성에 미치는 영향이 크다. 물질 전달에 대한 구동력은 y-y*이며, 이것은 다음 그림과 같은 선도상의 조작선과 평형선간의 수직거리에 대례한다.L/V를 증가시키게 되면 탑꼭대기를 제외하고 탑 어디에서나 구동력을 증가시키며, 액체제품이 되어 탈착이나 탈거에 의해 용질을 회수하기가 더욱 어려워 진다. 탈거에 드는 에너지 비용은 흔히 흡수-탈거조작 총비용의 주요부분이 된다.흡수에 대한 최적 액체유량은 두 장치의 조업비용과 장치의 고정비를 균형잡아 구하게 된다. 일반적으로 흡수탑의 액체유량은 최소 유량의 1.1 내지 1.5 배범위에 있어야 한다흡수탑 꼭대기에서의 조건들은 가끔 장치비와 조업비간의 균형을 고려해야하는 설계변수이다. 예를 들어 잠정적인 규격으로 기체흐름에서 제품의 98% 회수를 요구하게 되면 설계자는 탑이 얼만큼 더 높으면 99%를 회수하게 되는가를 계산해보게 된다. 만약 회수된 잉여제품의 가치가 잉여비용을 초과하면 최적 회수율은 적어도 99%이며, 보다 더 높은의 수직선이나 수평선으로 쉽게 결정된다.? 탑높이의 계산흡수탑은 4개의 기본 속도식 중의 어느것을 이용하여 쉽게 설계될수 있다. 기체경막계수가 가장 보편적이다.단면적을 S, 높이 dZ에서의 미소부피는 SdZ이다. 몰유량 V의 변화를 무시하면 다음과 같다.-V dZ = Kya ( y -y* ) S dZ일정한 값을 갖는 것을 제외하고 재정리하여 적분한계를 바꾸면 다음과같다.? 전 달 단 위 수 (NTU)탑높이에 관한 식은 다음과 같이 쓸수 있다.위의 식은 적분치는 증기의 농도면화를 평균 구동력으로 나눈것으로써, 전달단위수(NTU) Noy라고 한다. 하첨자는 Noy 가 기상에 대한 총괄구동력에 기준한 것임을 나타낸다. 다른 부분은 길이의 단위를 가지며, 한개 전달단위의 높이(HTU) Hoy라고 한다. 따라서 tjfrO법은 y-xtjs도로부터 결정한다.전달단위수는 다소 이론단수와 비슷하지만 조작선과 평형선이 직선이며 평혈일때만 똑같다. 이런 경우에는가 된다.물질전달계수의 4가지 기본형이 있는 것과 마찬가지로 기상과 액상에 대한 개별 또는 총괄 구동력에 기초한 네종류의 전달단위가 있다.이들은 다음과 같다.기체경막 :액체경막 :총괄기체 :총괄액체 :이중 경막이론으로부터,(1)탑을 통과하는 액체의 몰유량을 LM이라할 때, 두께 dz의 탑절단부에 대해 물질수지를 취하면(2)(3)식 (3)을 적분하면(4)여기서, xA : 액상의 CO2의 몰분율S : 액의 단위부피당 기체화의 접촉면적[m2]KLa : 총괄 물질전달계수[kmol/m3h] NOx : 이동단위수(NTU)ZT : 흡수탑높이[m]실험에서 조작선과 평형선이 나란하고 직선이라고 가정한다.따라서(5)그러므로, 이동단위 높이(HTU : HOx)는 다음과 같다.(6)여기서, C*A : CO2의 포화농도[kgmol/m3]C A,1 : 탑 아래의 CO2의 농도[kgmol/m3]C A,2 : 탑 위의 CO2의 농도[kgmol/m3]LM : 물의 몰유속[kgmol/m2h]액체와 기체간의 접촉 - 특히 큰탑에서는 액체와 기체가 잘 접촉하도에서 아주 먼 속도를 선택해야 하지만 너무 큰 탑을 필요로 할 만큼 낮은 속도는 아니어야 한다. 기체와 액체속도를 낮추면 거의 그것에 비례하여 물질전달 속도도 감소하기 때문에, 설계속도를 낮추면 필요한 탑 높이를 크게 변화시키지 지 않으면서 탑경을 증가 시킨다. 낮은 기체속도의 이점은 압력강하를 줄이는것이지만 일반적으로 소비동력비용이 최적설계의 주요인자는 아니다. 때로는 기체속도를 예상범람속도의 반으로 잡는다. 이것은 너무 보수적으로 보일지 모르지만 범람솓도에 대해 발표된 데이터가 상당히 다양하며 일반 상관관계식이 그다지 정확하지도 않다. 선택한 충전물에 대하여 상세한 성능 데이터가 있으면 보다 근접한 갑을 사용할수 있다 충전탑은 충저물 단위 높이당 일정한 압력강하에 기준해서 설계할수 있다.? 충전물의 압력강하 산출일반적으로 널리 사용되는 상관관계는 다음과 같다.초기 상관관계에는 ?Pflood = 1.5 in H2O / ft-충전물 선위에 범람선이 있지만 최근의 연구결과에 의하면 2내지 3 in 충전물의 경우 단지 0.7 내지 1.5in H2O / ft-충전물의 압력강하에 범람이 잇음이 밝혀졌다.한계 압력강하에 대한 실험식은 다음과 같다.?Pflood = 0.115 F0.7P위 식은 충전율 계수, 10 내지 60에 사용될수 있다. FP 가 더 큰 경우, 범람시의 압력강하는 2.0in H2O / ft로 취할수 있다.충전탑의 압력강하에 대한 다른 형태의 상관관계는 Strigle이 제안했는데 이는 다음과 같다. 이는 두 상관관계가 똑같은 데이터에 기준한다고 하더라도 반대수 좌표도시는 대수좌표도시보다 내삽하기가 더 쉽다.? 물질전달 상관관계총괄물질전달계수나 전달단위높이를 계산하려면, 기상과 액상에 대해 별개의 상관관계가 필요하게 된다. 이와같은 상관관계는 일반적으로 한개의 상이 율속저항을 갖는 계에 대한 실험 데이터에 기초하게 되는데, 이것은 두상에서의 정항이 상당한 크기를 갖은 경우 두 저항들을 정확하게 분리하기가 곤란하기 때문이다. 액상저항은 물로부터 산소나 탄페놀츠탈레인 용액4. 실험방법1) 충전탑의 내부직경과 탑높이를 측정하여 기록한다.2) CO2가 없는 물을 feed tank에 채우고 물펌프를 가동시키고 유량을 맞추어 위에서 아래 방향으로 흐르도록 한다.3) 물의 유속이 일정하게 될 때 채취 밸브 C4.를 열고 충전탑을 통과한 시료 20 ml를 받아 놓는다.4) 시료 20 ml에 앞에서 조제한 0.1 N Ba(OH)2 20ml를 삼각 플라스크에 혼합한 후, 페놀 프탈레인 용액 3～4방울을 스포이드로 플라스크에 떨어 뜨린다(적색이 생김).5) 0.1N HCl을 뷰렛에 일정량을 넣고 한 두방울씩 떨어뜨리며 적정하여 무색이 될 때까지 행한다.6) 소요된 0.1N HCL의 부피를 기록한다.7) 이번에는 CO2를 충전탑 밑에서 위방향으로 흐르도록 봄베의 조절기를 조절하여 흐름이 일정할 때 물의 유량, 기체의 유량, 온도 등을 기록한다(물의 유량과 기체의 유량비는 10 : 5로 맞추어 주는 것이 효과적이다).8) 향류흐름이 일어나 후 채취밸브 C4.로부터 시료 20 ml를 삼각플라스크에 받는다.9) 실험 4, 5에서 행한 방법과 같이 적정한 후 소요된 HCl의 부피를 기록한다(페놀프탈레 인 용액적정 시 적색이 나타나지 않으면 CO2량이 용액보다 포화이상인 과량이므로 CO2 유량을 낮추어 조작한다.).10) 처음 물의 온도와 채취관에서 취한 물의 온도를 측정하여 기록하십시오.11) 기체의 유량을 5 l/min로 일정하게 하고 물의 몰유속을 10～20 l/min으로 변화시키면서 위의 실험을 반복하여 실험하고 측정한 후 기록한다.4.실험 결과▶유량에 따른 적정량water (LPM)CO2 (LPM)Topbottom온도(℃)적정량(ml)온도(℃)적정량(ml)6412.07.512.54.97.5412.07.512.54.59412.07.512.54.3▶CO2의 포화농도(CA*)온도(℃)g CO2 / g H2Okmol CO2 / m2 H2O1023.185.2682016.883.8361221.924.981612.521.6054.9100*

공학/기술| 2003.05.11| 23페이지| 1,000원| 조회(3,085)

실험, 기체, 물질전달, 흡수, 충진물

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젖은벽탑실험 평가A좋아요

2. 젖은 벽탑 실험1. 실 험 목 적긴 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. 이 론? 상간의 확산과 물질전달의 원리확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것이다. 확산의 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도구배에 있다. 농도구배는 농도를 같아지게 하여 농도구배를 없애는 방향으로 성분을 이동시키려고 한다.확산 성분을 구배의 고농도끝에 계속해서 공급하고 저농도 끝에서 제거하여 구배를 유지하면, 확산 성분의 흐름은 연속적이다. 이 이동은 물질전달 조작에서 이용된다. 예를들면, 물또는 묽은 용액과 접촉하는 소금 결정은 계면부근에서 농도구배가 시작되며 소금은 계면에 수직한 방향으로 액체층을 통해 확산한다. 계면에서 떨어진 소금의 흐름은 결정이 용해될때까지 계속한다. 소금이 불용성 고체와 잘 섞여 있을때, 이 공정은 침출의 경우가 된다.확산의 일반적인 원인은 농도구배이긴 하지만, 역삼투압에서와 같은 활동도구배, 압력구배, 온도구배, 또는 원심력과 같은 외력장에 의해서도 확산이 일어날 수 있다. 온도에 의해 생긴 분자확산은 열확산이며, 외력정에 의한 것은 강제확산이다. 둘다 화학공학에서는 드문 경우이다.확산은 고체나 유체의 정제층을 통한 분자이동에 한정되지 않는다. 유체에서의 열이동이 대류에 의해 일어나는 것과 마찬가지로 확산 또한 물리적 혼합과 난류의 와류에 의해 유체상에서 일어날 수 있고, 이것을 와류확산이라고 한다. 때에 따라서는 이 확산 공정은 확산 방향에 평행한 방향의 혼합물 본체흐름에 동반되기도 하며, 가끔 열이동과 연관되이기 한다.? 확 산 이 론? 확산과 열전달의 비교열의 흐름과 확산사이에는 유사성이 있다. 각각에서 구배가 흐름의 원인이다. 열전달에서는 온도구배가 구동력이며, 확산에서는 그 힘이 농도구배이다. 각 경우에 단위면적당 플럭스는 구배에 직접 비례한다. 그러나 열 작아져서 구배가 가파르게 된다. 다음 그림은 비등점 근처의 액체가 커다란 공기흐름으로 증발할 때 생기는 것과 같이 층에서의 농도에 큰 변화가 있음을 보여준다.? 물질전달계수와 경막론유체의 정제층을 통한 정상상태의 물질전달에서 BT를 알면 물질전달 속도를 계산하는데 이용될수 있다. 그러나 대부분의 물질전달 조작에서는 난류흐름이 단위면적당 전달속도를 증가시키거나 또는 한 유체속에 다른 유체를 분산시켜 계면쩍의 증가를 돕기때문에, 이것이 보통의 경우가 되지는 않는다. 더구나 유체계면으로의 물질전달은 가끔 비정상상태로 되어, 계속해서 농도구배와 물질전달 속도가 변하고 있다. 이러한 차이에도 불구하고, 대부분의 경우는 단위 농도 차이당 단위면적당 물질전달 속도로 정의되며, 대부분의 경우에 물질전달은 물질전달계수 k를 특징하는 유형의 식을 사용해서 취급된다.정체경막에서의 정상상태 등몰확산에 대한 식을 포함함으로써 kc는 그 중요성을 더하게 된다.? 경 막 론경막론의 기본개념은 확산에 대한 저항이 일정한 두께를 갖는 정체경막에서의 저항과 같다고 생각하는 것이다. 그림에서 농도구배가 있는 난류기체흐름에서 관벽까지의 물질전달을 생각해보자.벽근처에는 물질전달이 주로 분자확산에 의해 이루어지는 층류층이 있으며, 여기에서의 농도구배는 거의 선형이다. 벽으로부터 거리가 멀어짐에 따라 난류도 강해지며, 와류확산도가 증가하여 같은 플럭스에 낮은 구배가 필요하게 된다.CA값은 관 중앙에서 최대이지만, 이값은 물질전달계수 계산에 사용되지 않는다. 대신 구동력으로 CA - CAI를 취한다. 여기서, CA는 흐름을 완전히 혼합했을때 이루어지는 농도이다. 이것은 흐름이 가중된 평균농도와 같으며, 또한 물질수지 계산에 사용되는 농도이다.▶ Fick's law유체의 연속방정식을 유도할 때에 물질 자체의 종류는 고려하지 않았다. 그러나 이제는 조금 다른 관점으로 두 물질이 섞여있는 유체에 적용되는 연속방정식을 생각해 보고자 한다. 두 물질이 함께 흐르는 경우, 물질 사이에서 발생하는 전달현상을 함께te of water per meter of wetted perimeter [kg/(s)(m)]실험에 의하여 구한 (Sh)L과 (Re)L간의 power-law관계를 구할 수 있으며 이것을 윗식과 비교한다. 그 결과 다음과 같은 식으로부터 kL을 계산할 수 있다.여기서,j = change in concentration of oxygen in the water passing through the column volumetric flow rate of water.A = Area for mass transfer = Log mean concentration difference△CLM = Log mean concentration difference.에서 Sc와 Ga수는 실험시에는 상수이므로,(Sh)L = Co Re0.4 (Co는 0.433(Sc)1/2(Ga)1/6 )양변에 logarithmic을 취하면,log(Sh)L = logCo + 0.4 logRe∴ Co결정 : 실험에서 얻어진 data로 알 수 있는 Re와 Sh의 관계식(log(Sh)L 와 logRe의 plot)에서의 기울기를 얻을 수 있다.한편, 물질전달의 기본식인 Fick's Law에서→jA : 총괄 물질전달량A: 단면적Δclm: 탑하부와 상부의 농도의 log 평균값 )()j는 산소가 물질전달되어 나오는 물의 유량 속의 산소의 몰속도이므로 실험할 때는 탑위로 나오는 물의 유량을 측정하고 산소의 농도를 측정함으로써 속도는 구할 수 있다.실제 장치내에서는 물질전달의 복잡성 때문에 물질전달에 대한 기본식들은 거의 이용할수 없고, 차원해석과 반이론적 유추에 의해 만들어진 경험적 방법들로 실제 활용할수 있는 식들을 만든다. 다음과 같은 몇가지 단계로 문제에 접근할수 있다.1. 물질전달계수 k는 상간의 접촉면적을 알고 경계층분리가 생기지 않는 실험장치에서 연구된다. 이 장치는 난류흐름에서 유체쪽으로의 물질전 달과 유체로부터의 물질전달에 대하여 가치있는 정보를 제공해준다.2. 관속의 난류흐름에서 액체로의 물질전달은 약간 용enation column에 보내 주기 위하여 Nitrogen gas bomb에 달린 Regulator 조절 손잡이를 서서히 움직이면서 N2 Gas 를 적당량 흘려 보낸다.(밑의 관으로 gas가 딸려 나가지않도록 조절하여준다)9. Absorption column feed pump가 작동 되면서 물이 유량계를 지나 습벽 탑으로 물이 공급되면 최고치의 유량으로 조절하여 놓는다. Absorption column으로 물이 흐르게 되면 관 안으로 흐르는 물이 골고루 퍼져서 흐 르는가 확인한 후 유량계의 유량을 적당히 줄여 주어야 한다.(물이 골고 루 흐르지 아니하면 장치의 수평이 맞지 않았거나 유량이 적거나 한 것이다)10. 정상 상태의 흐름이 지속되면 Absorption column의 inlet와 outlet의 D.O. Meter로 용존산소를 측정한다.4. 실험방법① 물 저장조에 물을 채운다.② 탈산소 펌프(2)-우측 s/w의 전원을 넣어 탈산소 용기에 물을 가득 채운 후 넘칠 때까지 기다린다.③ 질소를 탈산소 용기 내로 공급한다.④ 공기 압축기의 전원을 넣어 공기의 유량을 500ml/min을 유지시킨다.⑤ 흡수탑의 펌프(1)-중앙의 s/w를 가동시켜 60ml/min의 유속으로 물을 wetted wall column으로 공급시킨다.⑥ 용존 산소 측정기에 전원을 넣어 탑상부(probe 1)의 용존산소 농도를 측 정한다. (이 때 용존산소는 대개 10 ％이하로 떨어져 있게 된다).※주의, 센서는 액체에 잠겨있어야 한다.⑦ 물이 wetter wall column의 탑상부로부터 하부로 떨어질 때, 벽 전체로 균일하게 흘러 내리도록 하기 위하여 손잡이가 긴 브러쉬로 벽을 깨끗하 게 하여 준다. - 실험전후로 청소가 요구⑧ 일정시간(5 분)이 지난 후 probe 2를 이용하여 탑하부의 용존산소량을 측정한다.물론, 센서는 잠겨있어야 한다.⑨ ⑤의 유속 120, 150, 200, 250 및 280 ml/min으로 변화시켜 가며 ⑥～⑧의 실험을 반복한다.⑩ ④의 유속을 1000과 2.9620.01638.89E-087.25E-051617.15423210.1????◈ Air flow rate = 7.0 LPMWater(LPM)O2in(ppm)O2out(ppm)ΔCLM(kg/m3)jkLReNsh30.992.8720.01669.41E-087.53E-051617.15424095.63????위의 계산값을 바탕으로 air의 변화에 따른 DO의 변화를 그래프로 나타내면 다음과 같다.위의 표에서 알수 있듯이 공기유량이 많아 질수록 용존산소량(DO)는 감소함을 알 수 있고 이는 out에서의 용존산소량이 많이 감소함을 의미한다.공기유량의 변화에 따른 j값의 변화는 다음과 같다.j는 산소가 물질전달되어 나오는 물의 유량 속의 산소의 몰속도이 므로 실험할 때는 탑위로 나오는 물의 유량을 측정하고 산소의 농도를 측정함으로써 속도는 구할 수 있는데 위의 그래프에서 확인 알수 있듯 이 공기 유량이 증가할수록 더 많은 양의 산소가 물질전달되어진다.또한 공기유속 변화에 따른 물질전달계수(kL)의 관계를 그래프로 나타내면 다음과 같다.공기 유량이 증가할수록 물질전달계수의 값은 증가함을 그래프를 통하여 알수 있다.이러한 물질전달계수 k는 상간의 접촉면적을 알고 경계층 분리가 생기지 않는 실험 장치에서 연구되는데 실험에 사용된 젖은벽탑이 이러한 예이다. 이러한 젖은 벽탑 장치는 난류흐름에서 유체쪽으로의 물질전달과 유체로부 터의 물질전달에 대해 가치있는 정보를 제공해준다. 이때 벽탑에서의 형태항력은 없다.실험에서는 적은 유량에서 벽탑에 액막이 형성되지 않아 공기유량의 변화만을 이용하여 임하였기에 일정한 레이놀즈 수를 가지게 된다. 따라서 가장 기본적인 형태의 레이놀즈수에 대한 물질전달 계수값을 비교할수 없었다.따라서 유량의 변화에 따른 물질전달계수값의 변화를 살펴보기 위하여 다음 데이터를 참조로 설명하겠다.다음의 데이터값은 영남대학교 화학과에서 실험한 젖은 벽탑에 관한 데이터 값이다.◈ Air flow rate = 4.0 LPMWater(LPM)O2in(ppm)O2out(pp어난다.

공학/기술| 2003.05.11| 28페이지| 1,000원| 조회(677)

실험, 확산, 물질전달, 벽탑

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[화학공학] 기체확산실험 평가A+최고예요

4. 기 체 확 산 실 험1. 목 적확산계수는 물질이동속도를 지배하는 중요인자이며, 정확도가 좋은 확산계수 data를 얻는 것이 물질이동 조작에서 필요하다.기상확산계수 측정방법은 많이 있지만 stefan법이 가장 널리 이용되고 있다. 본실험에서도 이 방법으로써 액상에서 기상으로 확산하는 용매들의 기상확계수를 측정하고 각종 추산식에 의한 계산값과 비교한다. 이를 통하여 기상확산계수의 측정법을 터듣함과 동시에 확산에 대한 개념이해와 총체적인 내용을 완벽하게 파악하는데 있으며, 기상분자확산 현상의 물리적 의미를 기체분자운동론의 입장에서 이해한다.2. 실험 이론? 상간의 확산과 물질전달의 원리확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것이다. 확산의 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도구배에 있다. 농도구배는 농도를 같아지게 하여 농도구배를 없애는 방향으로 성분을 이동시키려고 한다.확산 성분을 구배의 고농도끝에 계속해서 공급하고 저농도 끝에서 제거하여 구배를 유지하면, 확산 성분의 흐름은 연속적이다. 이 이동은 물질전달 조작에서 이용된다. 예를들면, 물또는 묽은 용액과 접촉하는 소금 결정은 계면부근에서 농도구배가 시작되며 소금은 계면에 수직한 방향으로 액체층을 통해 확산한다. 계면에서 떨어진 소금의 흐름은 결정이 용해될때까지 계속한다. 소금이 불용성 고체와 잘 섞여 있을때, 이 공정은 침출의 경우가 된다.확산의 일반적인 원인은 농도구배이긴 하지만, 역삼투압에서와 같은 활동도구배, 압력구배, 온도구배, 또는 원심력과 같은 외력장에 의해서도 확산이 일어날 수 있다. 온도에 의해 생긴 분자확산은 열확산이며, 외력정에 의한 것은 강제확산이다. 둘다 화학공학에서는 드문 경우이다.확산은 고체나 유체의 정제층을 통한 분자이동에 한정되지 않는다. 유체에서의 열이동이 대류에 의해 일어나는 것과 마찬가지로 확산 또한 물리적 혼합과 난류의 와류에 의해 유체상에서 일어날 수 있고, 이것을 와류확산이라고 한다. 때에 따라서는 이 확산 공정은 확산 방향에 평행한 산량확산이론에서는 5가지 상호관련된 계면들이 사용된다. 즉1. 길이/시간으로 정의된 속도 u2. 면N을 가로질러 흐르는 플럭스, 몰/면적-시간3. 속도가 0인 면에 대한 상대적 플럭스 J, 몰/면적-시간4. 농도 c 및 몰밀도 ?M, 몰/부피(몰분율도 사용될수 있다.)5. 농도구배 dc/db, 여기서 b는 확산이 일어나고 있는 면에 수직한 경 로의 길이필요에 따라 적절한 하첨자를 사용한다. 이식들은 SI, cgs 및 fps단위에 똑같이 사용한다. 경우에 따사서는 몰단위 대신 질량단위를 유량과 농도에 사용될 수도 있다.? 확산량개개 물질의이동과 전체상의 이동을 설명하기 위해서는 몇가지 속도가 필요하다. 절대운동은 의미가 없으므로, 어떤 속도는 임의의 정지상태를 기준하지 않으면 안된다. 여기서 특별한 설명없이 “속도” 라고 함은 상간dml 계면에 대한 상대적인 속도를 뜻하며, 계면에 대해 정지해있는 관측자가 느끼는 속도이다.혼합물에 있는 어느 한성분의 개별분자들은 불규칙 운동을 하고 있다. 그성분의 계면에 수직한 방향으로의 순간속도들은 모두 합하고 그 성분의 분자수로 나누면, 그것이 그 성분의 거시적 속도이다. 예를 들면 성분 A에 대한 속도는 uA로 표시한다.? 확산도간의 관계DAB와 DBA 간의 관계늠 몰 밀도가 조성에 R상관하지 않으므로 이상기체에 대해서는 쉽게 알수 있다.CA + CB = ?M = P/RT일정한 온도와 압력하의 기체에서 A와 B가 확산하는 경우,dCA+ dCB = d?M = 0와 같이 쓸수있다. 부피유량이 없는 면으로 택하면 몰부피가 같으므로, A와B의 몰 확산플럭스의 합을 0으로 놓을수 있다. 즉dCA+ dCB =0 이므로 확산도는 같아야 한다. 즉액체를 취급할때에도 A와 B의 모든 혼합물들이 같은 질량밀도를 가지면 같은 결과를 얻는다. 즉CAMA + CBMB = ?= constMA dCA + MBdCB = 0기준면을 통한 부피흐름이 없으므로, 확산에 의한 부피흐름의 합은 0이다. 부피흐름은 몰흐름에사 몰부피를 곱한것이며, 다음과 같다.?),XA = 기상에서의 A의 mole분율 (-),C = 기상에서의 농도 (gmole/cm3)액면의 높이 Z를 일정하게 유지하고 정상상태에 도달하면NAZ는 일정하므로 식(4-2)에서 몰분율을 전압과 분압으로 표시하고 적분하여 정리하면NAZ = {(PDAB/RT)/(Z2 - Z1)} ln(PB2/PB1)위식으로부터 A물질의 B물질에 대한 확산계수DAB ={ NAZ (Z2 -Z1) RT } / { P ln (PB2 / PB1) }단, T = 액체의 절대온도 (K),P = 전압력(여기는 대기압) (atm),PB1, PB2 = 1지점과 2지점에서의 B물질의 분 압 (atm)? 물질전달계수와 경막론유체의 정제층을 통한 정상상태의 물질전달에서 BT를 알면 물질전달 속도를 계산하는데 이용될수 있다. 그러나 대부분의 물질전달 조작에서는 난류흐름이 단위면적당 전달속도를 증가시키거나 또는 한 유체속에 다른 유체를 분산시켜 계면쩍의 증가를 돕기때문에, 이것이 보통의 경우가 되지는 않는다. 더구나 유체계면으로의 물질전달은 가끔 비정상상태로 되어, 계속해서 농도구배와 물질전달 속도가 변하고 있다. 이러한 차이에도 불구하고, 대부분의 경우는 단위 농도 차이당 단위면적당 물질전달 속도로 정의되며, 대부분의 경우에 물질전달은 물질전달계수 k를 특징하는 유형의 식을 사용해서 취급된다.정체경막에서의 정상상태 등몰확산에 대한 식을 포함함으로써 kc는 그 중요성을 더하게 된다.따라서 계수 Kc는 분자확산도를 정제층 두께로 나눈것이다. 비정상상태의 확산이나 흐름속에서의 확산을 다룰때 기지의 kc와 Dv값으로부터 유효경막두께를 계산하는데 이용될수 있다.? 경 막 론경막론의 기본개념은 확산에 대한 저항이 일정한 두께를 갖는 정체경막에서의 저항과 같다고 생각하는 것이다. 그림에서 농도구배가 있는 난류기체흐름에서 관벽까지의 물질전달을 생각해보자.벽근처에는 물질전달이 주로 분자확산에 의해 이루어지는 층류층이 있으며, 여기에서의 농도구배는 거의 선형이다. 벽으로부터 거리가 멀어짐에 따라 난류도 강해지며, 와류식을 얻게 된다.(11)식(11)에 식(4)와 식(10)을 대입시키면 다음과 같은 결과식을 얻는다.(12)식(12)는 온도와 압력이 일정한 낮은 밀도의 기체에 자주 적용되는 식이다.질량 기준mole량 기준i-성분의 농도(concentration)단위부피당 i-성분의 질량(밀도)단위부피당 i-성분의 mole량i-성분의 분율(fraction): 질량분율: mole분율평균 속도i-성분의 확산속도(평균속도에 대한 i-성분의 상대속도)기준좌표에서의 flux질량평균속도에서의 상대적 fluxmole 평균속도에서의 상대적 flux2. Fick's first law of diffusionFluxGradientForm of Fick's First Law? 분자확산계수2성분 혼합물이 z방향으로 농도차가 있을때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위시간당 A성분이 확산하는 속도는 단면에서의농도기울기에 비례한다는 것이 위에서 설명한Fick의 확산법칙이다.여기서 DAB를 분자확산계수라 하는데 정상상태에서 위식을 정리하고 기상에서 이상기체법칙을 정리하면 위식은 다음과 같이 표현된다.다음 그림에서와 같이 공기(B)중에 포함된 NH3(A)를 물에 흡수하는 경우와 같이 기체중에 휘발성 액체만이 한방향을 확산하는 일방확산인 경우 물질이동 속도는 다음과 같이 나타낼수 있다.?기체확산계수의 실험적 측정원리휘발성이 큰 액체(아세톤, 사염화탄소, 메탄올, 에테르 등)의 z방향으로의 확산에 의한 이동시 물질이동 속도를 측정하여 기체의 확산속도를 구한다.T자형 tube 상부에서 수증기가 불어서 증발에 의한 액체표면에서 증기가 확산된다. 확산계수 d는 winkleman's method에 의하여 쉽게 구할 수 있다. 관계식은 다음과 같다.Fig. 1. 기체확산(T자형 tube)(1)여기서 D : 확산계수 [m2/sec]L : 물질이동 유효거리 [m]CA : 계면에서의 포화농도 [kmol/m3]CB : 증기분자농도 [kmol/m3]CT : CA + CB액체의 확산시 증발에 대한식은(2)ρL는 휘발성 액체의 밀도이990.810.540.453021.561.10.90.60.48온도시간*************4273045°C(Lt2-L02)35°C(Lt2-L02)25°C(Lt2-L02)AIR OAIR XAIR OAIR XAIR OAIR X0000000.0480.0400.0400.0320.0100.0100.1120.0970.0500.0300.0160.0130.1760.1340.0700.0600.0270.0180.2110.1390.1100.0620.0260.0230.2990.2300.1270.0750.0240.0220.4760.3010.1220.0760.0350.0250.5820.3140.1710.0990.0400.0360.6560.3840.1210.0970.0540.0240.6800.4070.1700.1230.0610.0340.7600.3890.2300.1540.0680.028위의 결과값을 이용하여 기준시간당 액면의 높이 변화를 계산하면 다음과 같다.위의 계산 결과값을 이용하여 시간 t(sec) 와의 관계에 대한 그래프를 도식화하면 다음과 같다.위의 그래프에서 알수 있듯이 T자관에 공기를 주입시켰을때가 관안의 아세톤의 확산이 더 잘일어나고 액면의 높이 변화가 더욱 커진다. 이는 공기를 연속적으로 주입시켜줌으로 인해 확산에 의한 분자 운동이 더 활발히 일어나기 때문이라고 유추할수 있다. 같은 그래프를 각각의 다른 온도범위에서 적용하면 다음과 같은데 각각의 온도범위에서도 같은 경향을 파악할수 있다.위의 세그래프에서는 다음과 같은 점을 유추할수 있다.- 공기를 주입함으로 인해 기체분자의 운동이 더욱 활발히 이루어질수 있 으므로 결과적으로 확산이 더 잘일어나 액면의 높이가 더욱 급속히 감속 한다.- 각각의 다른 온도범위에서 측정한결과 온도가 높을때가 낮을때보다 액면높이변화폭이 더욱 커진다. 결과적으로 온도가 가장 높을때 최종 액면의높이 변화가 가장 크고 확산이 가장 많이 일어났다.이를 이용하여 기상과 액상의 몰밀도를 구하고 확산계수를 구한결과는 다음과 같다.온도45°C35°C25°C분하다.

공학/기술| 2003.05.11| 25페이지| 1,000원| 조회(1,827)

실험, 화학공학, 확산계수, 기체확산

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습윤고체건조실험 평가C아쉬워요

3. 습 윤 고 체 건 조 실 험1. 실험목적수분을 포함하는 재료로부터 열에 의하여 재료의 수분을 기화 증발시켜 제거하는 조작을 건조라 한다. 이와 같은 건조조작에 필요한 건조장치의 설계를 위하여 습윤재료의 건조기구 및 건조특성곡선 등을 알아야 한다.본 실험에서는 습윤고체의 열풍건조실험을 통하여 건조의 제반현상과 건조특성곡선 등을 이해하고자 한다.2. 실험이론일반적으로 고체를 건조한다는 것은 고체물질로부터 비교적 적은 양의 물이나 다른 액체를 제거하여 잔류 액체의 함량을 받아들일수 있는 낮은 값까지 감소시키는 것을 뜻한다. 건조는 일련의 조작중 마지막 단계이며, 건조기에서 나온 제품은 최종 포장을 하며 되는 상태이다.물이나 다른 액체들은 압착이나 원심력에 의해 기계적으로 또는 열적으로 기화에 의해 고체로부터 제거된다. 일반적으로 열적인 것보다는 기계적으로 액체를 제거하는 것이 비용면에서 싸다. 따라서 물질을 가열된 건조기에 공급하기 전에 액체함량을 되도록 많이 줄이는 것이 바람직하다.건조된 물질의 액체 함량은 제품에 따라 다르다. 경우에따라서 어떤 제품은 액체를 전혀 포함하지 않는데, 이것을 완전건조라고 한다. 보다 평범하게는 대부분의 제품에 약간의 물이 포함되어 있다.건조되는 고체는 얇은 조각, 알갱이, 결정, 분말, 평판형 똔느 연속적인 박관형등 여러 가지 다른 형태로 있으며, 광범위하게 다른 성질을 지니고 있다. 기화되는 액체는 소금 결정 건조에서와 같이 고체표면이 있을수 있으며, 고분자물질 박판에서 용매를 제거하는 것 같이 완전히 고체 내부에 있을수도 있다. 어떤 건조기에 공급되는 원료는 고체가 입자로써 부유되거나 용액속에 들어가 있는 액체일 경우가 있다. 건조된 제품은 마구 다루거나 더운 환경에도 견딜수 있는 것이 있고, 낮은 온도에서 잘 다루어야하는것도 있다.▶ 건조기의 분류건조장치들을 분류할수 있는 간단한 방법은 없다. 어떤 건조기는 연속적이고 어떤 것은 회분식이며, 어떤 것은 고체를 교반하고 어떤 것은 본질적으로 교반되지 않는다. 건조옹도를 낮추도입.여기서, mV: Average rate of mass-transfer기체 중에서 들어가는 습도 Ha나가는 습도를 Hb라 하면,이 개념은 Rotary dryer에서 적합하다.여기서,For air-water system,건조기에서의 물질전달▶ 상평형습한 고체에 대한 평형 데이터는 보통 기체의 상대습도와 고체의 액체함량간의 관계식으로 주어지는데, 여기서 고체의 액체함량은 완전건조 고체 단위질량당 액체의 질량으로 나타낸다. 평형관계식의 예는 다음과 같다.이런 유형의 곡선들은 온도와는 거의 무관하다. 이와 같은 곡선들의 횡좌표는 건조기체 단위질량당 증기의 질량으로 표시되는 절대습도로 쉽게 환산된다.유체상에서는 확산이 몰분율로 표시되는 농도차에 의해 지배된다. 그렇지만 젖은 고체에서는 몰분율은 거의 의미가 없고, 건조계산을 쉽게 하기 위해서 수분함량은 거의 완전건조고체 단위 질량당 물의 질량으로 표시된다.▶ 횡단 순환식 건조열전달과 물질전달이 모두 관련될때, 건조기구는 고체의 성질 및 고체와기체의 접촉 방법에 관계된다. 고체에는 3가지 종류가 있다. 즉 결정형, 다공성형, 비다공성형이다. 결정형 입자에는 내부액체를 갖고 있지 않으며, 건조는 오직 고체표면에서만 일어난다. 이와 같은 입자들로 이루어진 층은 아주 다공성인 고체라고 생각될수 있다.?일정한 건조조건깊이가 50내지 70mm이고, 공기가 그 위로 순환되는 젖은 고체층을 생각해보자. 온도, 습도, 및 건조표면을 가로지르는 공기의 유속과 방향이 일정하다고 가정한다. 이것을 일정한 건조조건하의 건조라고 한다. 고체의 수분함량과 기타 인자들은 변하는데 반해, 공기흐름의 조건들만이일정하다는 것을 유의해야한다.? 정속기간.예비조절기간후에 각 곡선은 첫 번째 주요 건조기간에 속하는 수평선분 AB를 갖는다. 고체의 초기 수분함량이 어떤 최소치보다 작으면 존재하지 않을수도 있는 이기간을 정속기간이라고 한다. 이것은 수분함량과는 관계가 없는 건조속도로 특정지을수 있다. 이 기간 동안 고체는 아주 젖어 있어서 전체 건조표면 위에식이며 제품이 50 ~ 100lb/hr 의 소형에적합하며 때때로 진공 건조기도 있다.단형 건조기는 생산 속도가 작을때 유용하다. 그들은 거의 아무나 건조시킬수 있지만 짐을 싣고 내리는 노동력에 대한 운전비용이 비싸진다. 이 건조기는 염료나 의약품과 같은 값비싼 제품에 자주 이용된다. 단형 건조기는 가끔 간접 가열법을 써서 감압하에서 운전될 수도 있다.? 망-콘베이어형 건조기그림과 같이 이동하는 Screen위에 피건조 물을 놓고 연속적으로 건조.Screen : 30 MeshWide : 6 ft., Length ; 12 ~ 150 ft.Drying time : 5 ~ 120 min.고형물을 취급하거나 부서지기 쉬운 물질의 건조에 적합하다.또한 다양한 고체를 연속적으로 , 그리고 부드럽게 처리하며, 비용도 합리적이고 수증기 소지가 적어 보통 물 1kg을 증발 시키는데 수증기 2kg이 소비된다. 공기는 각 구획을 개별적으로 재순환해서 환기되거나 고체와 향류로 한 구획에서다른 구획으로 통과할 수 있다. 이런 건조기는 고체의수분함량이 감소함에 따라 건조조건이 상당히 바뀌어져야할 때 특히 유용하다.? 탑형 건조기그림과 같이 회전축에 여러 개의 Dough-nut 형 tray가 붙어 있으며, 급송물은맨 위 단에서 공급되어 Scrubber 에 의하여 차례차례 밑단으로 내려오면서건조되도록 되어 있다. 건조가 끝난 것은 맨 밑단에서 나오도록 되어 있다.그림에 설명한 터보건조기는 가열 기체를 내부로 재순환시키는 탑형 건조기이다. 터빈 송풍기는 공기나 기체를 쟁반 사이을 통해 바깥쪽으로 밀고, 가열체를 지나 다른 쟁반들 사이의 안쪽으로 밀어 순환 시킨다.예열된 공기는 보통 탑 밑으로 뽑아들여 탑 위로 배출함으로써 향류흐름을 이룬다.? 회전식 건조기그림과 같이 회전하는 원통형으로서, 약간 경사진 연속 식이며, 피건조물과 더운 공기는 보통 역류되도록 되어 있다. 일반적으로 소금, 설탕, 여러 가지의 부수려기, 결정성 물질로 오염을 방지하여야 할 물질의 건조에 많이 사용된다.Volumetr 열풍건조 실험을 하기 위한 실험장치의 개략도는 다음과 같다. 공기의 유입을 위한 송풍기(A)와 유량을 조절할 수 있는 damper(B)가 설치되어 있고, 유입된 공기의 속도를 측정하기 위한 pitot관(P)과 이와 연결된 경사마노메터(N)가 설치되어 있고 유입된 공기를 가열시키는 히터(F)와 온도계(C), 습윤고체의 무게를 측정할 수 있는 천평(E)이 설치되어 있다.4. 실험방법1) 건조시료인 입방체형 경석(pumice)과 구형 경석(pumice)을 전기오븐에 넣어 30분간 완전히 건조시킨다. 이 때 전기오븐의 온도를 120℃정도로 유지한다.2) 건조된 시료를 완전히 식힌 후, 천평으로 무게를 적확히 측정한다. 무게 측정 후 이들 시료를 증류수 속에 넣고 수분으로 완전히 포화시킨다.3) 실험장치의 스위치 G를 넣어 송풍기를 가동시킨 후, 스위치 H를 넣어 히 터를 가동시킨다.4) 가열되는 heater의 수를 조절하여 열풍의 온도가 33℃정도가 되게 하고,damper(H)를 조절하여 열풍의 속도가 관 중심에서 약 7 m/sec 되게 조 절한다.5) 유량과 공기의 온도를 측정한다(일정한 온도에 도달된 후).6) 건조시료를 증류수 속에서 꺼내어 실험장치의 M지점에 설치한다. 이 때 D구멍을 이용하여 천평과 시료를 연결한다.7) 시료 설치 후 1분 간격으로 습윤재료의 무게를 기록한다.8) 무게의 변화가 없을 때까지 기록한다.9) 건조조건을 바꾸어서 위의 실험을 반복한다(즉 열풍의 온도 38℃정도, 관 중심에서 열풍의 속도는 4 m/sec가 되는 조건).10) 시료를 바꾸어 가면서 위의 실험과정을 반복한다.11) 실험이 끝난 후, 대기의 온도 및 습도를 측정한다.4.실험결과▶실험은 건조에 미치는 영향을 비교분석하기 위하여 각기 다른 열풍속도과 온도조건에서 실시하였다.풍속 4㎧,30℃시간(min)구형(g)입방체(g)W(구형)W(입방체)dw/dt(구형)dw/dt(입방체)018.0218.340.296400.139130.005040.00311117.9518.290.2913780.003600.003731716.6817.640.200000.095650.002160.003111816.6517.590.197840.092550.002880.003731916.6117.530.194960.088820.003600.003112016.5617.480.191370.085710.002880.003112116.5217.430.188490.082610.002160.007452216.4917.310.186330.075160.002880.006832316.4517.200.183450.068320.002880.004972416.4117.120.180580.063350.002160.004352516.3817.050.178420.059010.002160.008072616.3516.920.176260.050930.002160.003732716.3216.860.174100.047200.001440.003732816.316.80.172660.043480.002160.003732916.2716.740.170500.039750.001440.003113016.2516.690.169060.036650.001440.002483116.2316.650.167630.034160.001440.000003216.2116.650.166190.034160.000000.001243316.2116.630.166190.032920.166190.001243416.610.031680.001863516.580.029810.000003616.580.029810.02981위의 실험을 기기에 풍속은 동일하게하고 기기내에 온도조건을 달리하여 실험한 것이다. 실험결과에서 비교할수 있듯이 기기내 온도가 상승할수록 고체는 보다 더 빨리 건조됨을 확인할수 있다.또한 위의 실험결과와 같은 방법으로 데이터를 이용해 그래프를 도식화하면 다음의 결과를 얻을수 있다.마찬가지로 구형이 보다 많은 수분함량을 가지며 더 빠른 속도로 건조됨을 확인할수 있으며 함수율과의 관계와 건조속도곡선을 도식화하면 다음과 같다.위의 두조건하진다.

공학/기술| 2003.05.11| 40페이지| 1,000원| 조회(884)

실험, 고체, 습윤, 함수율

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