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[화학공학실험]이중열교환기

《 개 요 》■ 실험제목■ 목 적■ 이 론● 열교환기의 정의 및 종류● 대수 평균 온도차 (LMTD법)● 열 교환기의 해석● 유효도 ε-NTU 법■ 실험기구 및 방법■ 결과 및 고찰■ Reference■ 실험 제목# 8. 이중열 교환기■ 목적이중열 교환기를 이용하여 찬 유체의 배출온도를 제어함으로서 시스템 제어에 관한 기본개념과 이중열 교환기의 열전달 특성을 이해하는 것이 목적이다.■ 이론● 열교환기의 정의 및 종류- 열교환기란 ?두 물질간에 열에너지의 수수(授受)가 되고 있는 곳에 그 작용을 유효하게 할 목적의 장치로써 공정에서는 투입 열에너지의 회수용이나 반응 온도의 유지용으로 혹은 반응 조절용으로 쓰인다. 즉, 온도의 차이가 있고, 고체 벽으로 분리된 두 유체 사이의 열 교환 현상은 많은 공업 응용 분야에서 찾아 볼수 있다. 이러한 열 교환을 수행하는 열교환기(heat exchange)라 하며,공간 가열, 공조?냉동, 동력 발생, 폐인 회수, 화학 공정 등에 널리 사용되고 있다.- 열교환기의 종류먼저 열교환기로 이중관 배열의 열교환기를 들 수 있는데, 이런 종류의 열교환기에서는 대향류 또는 병행류 유동 방식이 사용되고 환상 공간 사이로 뜨겁거나 차가운 유체가 흐르고 내부 관의 안쪽으로 다른 유체가 흐르게 된다.화학공정에는 셀-관(shell and tube heat exchanger)이 있다. 공기 또는 가스의 가열 및 냉각에는 직교류형 열교환기가 주로 쓰이고 있다. 이중 관군 직교류형 열교환기의 예가 있다. 다른 형태로 직교류형 열교환기가 있는데, 가스가 핀이 달린 주위를 가로질러 지나갈 때 핀 사이의 분리된 통로로 지나가게 되어 서로 혼합되지 않는다. 이런 종류의 열교환기는 공기조화장치에 널리 쓰이고 있다.- 열 교환 방법? 두 유체를 직접 접촉하게 하는 방법? 이중관식 열 교환기로서 두 유체 사이에 고체벽을 두고 간접적으로 접촉시키는 방법이 있다.열교환기는 주로 유동 배열과 구조 형태에 따라 여러 가지로 분류된다. 가장 간단한 열교환기는 동심관 구조를는 process water를위해 더 높은 온도의 물을 사용합니다.1. 지역난방(산업폐열의 사용)2. 난방과 가정요수사용3. 제련산업 - 로 냉각4. 발전소-중앙냉각장치5. 화학산업-process cooling6. 수영장 물가열7. 물회수(엔진냉각)8. 양어장 온도조건물/기름- 몇몇 산업분야에서 물로서 기름을 냉각 시켜야만 합니다.기름은 크게 두 종류가 있습니다.< Mineral oil, Synthetic oil >- Mineral oils : 일반적으로 Mineral oil는 많은 량의방향족들이 포함되어 있지 않습니다. 예를 들자면 1. 유압유냉각2. Quench oil 냉각3. 엔진시험조에서 모터오일 냉각구분방 법사 용 예물/글리콜- 결빙이 염려스러울 때는 물에 글리콜을 첨가합니다.글리콜은 열에 대한 특성이 물과는 다르므로 같은 조건일때도 넓은 절연면적이 필요합니다. 한편 글리콜에따라서특성이 같다고 해도 차이가 많이 납니다. 따라서 글리콜을사용한다면 어떤 제품명을 쓸 것인지를 알아야만 합니다. 1. Heat pump의 내부 cooler2. 개스의 응축3. 식품산업에서 Chilled water생산4. 태양열 시스템열교환기의 고전적 해석 방법은 대수 평균 온도차법(Log Mean Temperature Difference Method)과 ε-NTU 법으로 분류된다. 이 실험에서는 열교환기를 향류 및 병류에 대하여 LMTD법으로 해석하여 비교, 분석하고자 한다.● 대수 평균 온도차 (LMTD법)열교환기에서 관벽을 통하여 전달되는 열량은 에너지 균형 식을 적용하면 다음과 같다.dq = -mh?Ch?dTh = mc?Cc?dTc여기서, 하첨자 h 와 c 는 각각 뜨거운 유체와 찬 유체를 표시한다.dTh ={-dq } over {m_h?C_h }, dTc ={dq } over {m_c?C_c }dTh - dTc = d ( Th - Tc )= -dq ?LEFT [ { 1} over { m_h?C_h} + { 1} over { m_c?C_c}RIGHT ]dq= U?( Th 한 유체가 이 열교환기에서 나타나는 최대 온도차, 즉 뜨거운 유체와 같이 차가운 유체의 입구 온도차만큼 온도가 변한다고 가정하여 계산한다.일반적으로 유효도는 다음과 같이 표현된다.ε ={ TRIANGLE T} over {열교환기내에서의 최대온도차 }■ 실험 기구 및 방법1) 실험 기구?이중열 교환 장치2) 실험 방법▷ 이중열 교환기 내에서의 유체 유동에 따른 총괄열전달계수 측정① 열교환장치 설치우선 유체탱크에 물을 채우고 찬 유체 유입구와 배출구를 호스를 이용하여 연결한다. 전원은220V 콘센트에 연결시킨다. 주전원 스위치를 켜면 각 온도계에 현재의 온도가 표시될것이다.Auto/Manual 스위치를 Auto에 위치시킨다. 컴퓨터를 이용해서 제어할 경우 Select 스위치 를 Manual로 위치시켜 실험한다.② 총괄 열 전달 계수 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 2Liter/min으로설정하여 정상상태가 될 때까지 기다린다. 각각의 온도표시기는 열교환기의 각 부분의 온도를 표시할 것이다. 그 때의 온도로부터 식(5)를 이용하여 총괄 열전달계수를 측정한다. 같은과정을 반복하여 뜨거운 물을 0.5, 1.0, 1.5 Liter.min 으로 하여 총괄 열전달 계수를 측정한다.(주의 : Cold folw heater 키면 안됨..!!)■ 결과 및 고찰● 결과○ 병류에서의 경우cold waterhot waterT _{1}T _{2}T _{3}T _{4}T _{5}T _{6}T _{7}2 l/min1 l/min62************* l/min59************* l/min5*************h _{o}h _{i}U _{o}U _{i}D _{L}Cold flow 2 Liter/minHot flow 1 Liter/min1.20*106MES 0.00432} =446N _{Gr} = {m ^{prime } c _{p}} over {kl} = {983.13 TIMES (1 TIMES 10 ^{-3} ) TIMES (4.187 TIMES 10 ^{3} )} over {0.6629 TIMES (1.2 TIMES 10 ^{-3} )} =5.17 TIMES 10 ^{6}N _{Pt} `=` {c _{p} mu } over {k} = {(4.187 TIMES 10 ^{3} ) TIMES (4.32 TIMES 10 ^{-4} )} over {0.6629} =2.73{h _{1} D} over {k} =0.023( {DG} over {mu } ) ^{0.8} ( {mu c _{p}} over {k} ) ^{1/3} ( {mu } over {mu _{w}} ) ^{0.14}h _{o} =0.023(N _{Re} ) ^{0.8} (N _{Pt} ) ^{1/3} ( {mu } over {mu _{w}} ) ^{0.14} ( {k} over {D} )=0.023 TIMES (446) ^{0.8} (2.73) ^{1/3} TIMES {0.6692} over {(5.08 TIMES 10 ^{-2} )} =55.75U _{o} = {1} over {{1} over {h _{i}} ( {D _{o}} over {Di} )+ {x _{m}} over {k _{w}} ( {D _{o}} over {Di} )+ {1} over {h _{o}}} = {1} over {{1} over {126.13} ( {5.08} over {2.54} )+ {1.2 TIMES 10 ^{-3}} over {9.4} ( {5.08} over {2.54} )+ {1} over {55.75}} =29.37D _{L} = {D _{o} -D _{i}} over {ln(D _{0} /Di)} = {(5.08 TIMES 10 ^{-2} -2.54 TIMES 10 ^{-2} )} over {ln(5.08/2.54)} =0.0366U _{i} = {1} ov {1.2 TIMES 10 ^{-3}} over {9.4} ( {2.54 TIMES 10 ^{-2}} over {0.0366} )+ {1} over {2.09 TIMES 10 ^{6}} ( {2.54} over {5.08} )} =62.7뜨거운 물 2 Liter/min (60CENTIGRADE )rho =983.13`kg/m ^{3}A=pi /4(D _{i} ) ^{2} =0.00203m ^{2}mu `=`0.432cP`=0.00432g/cm.s`=4.32 TIMES 10 ^{-4} `kg/m.sk=0.6629 W/m.Kc _{p} =4.187`kJ/kg.KN _{Re} =` {Dv rho } over {mu } = {DQ rho } over {mu A} = {(5.08 TIMES 10 ^{-2} )(2 TIMES 10 ^{-3} /60)(983.13)} over {(4.32 TIMES 10 ^{-4} ) TIMES 0.00432} =892N _{Gr} = {m ^{prime } c _{p}} over {kl} = {983.13 TIMES (2 TIMES 10 ^{-3} ) TIMES (4.187 TIMES 10 ^{3} )} over {0.6629 TIMES (1.2 TIMES 10 ^{-3} )} =10.3 TIMES 10 ^{6}N _{Pt} `=` {c _{p} mu } over {k} = {(4.187 TIMES 10 ^{3} ) TIMES (4.32 TIMES 10 ^{-4} )} over {0.6629} =2.73{h _{1} D} over {k} =0.023( {DG} over {mu } ) ^{0.8} ( {mu c _{p}} over {k} ) ^{1/3} ( {mu } over {mu _{w}} ) ^{0.14}h _{o} =0.023(N _{Re} ) ^{0.8} (N _{Pt} ) ^{1/3} ( {mu } over {mu _{w}} ) ^{0.14} ( {k} over {D} )=0.023 TIMES (892) ^{0.8} (2.73){7}

공학/기술| 2006.06.03| 20페이지| 1,000원| 조회(1,266)

열교환기, 대수평균온도차, 이중열교환기

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