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[화학공업실험] 경수유체결과보고서

실험Ⅰ.{{N}_{Re}수 측정(1) 실험 방법1) Reynolds 실험장치에 물을 서서히 채워 수위를 일정하게 유지시킨다.2) 잉크주입 노즐이 정상으로 분사되어 나오는지를 확인하고 수조 위의 용기에 잉크를 채운다.3) 잉크주입 밸브를 열어, 유량속도 병화에 따른 잉크의 착색흐름 정도를 관찰한다.4) 유량조절 밸브를 서서히 열어, 유량속도를 변화시키면서 흐름상태(층류, 난류, 전이영 역)를 관찰하고, 유량변화에 따라 양동이로 유량을 측정하고 동시에 초시계로 유량속 도를 측정한다.5) 계산의 편의를 위하여 물의 온도와 비중을 15℃ 로하여 물의 질량속도를 계산하다.6) 유량속도의 측정이 끝나면 수도 및 잉크의 유출밸브를 닫고, 배수밸브를 열어 수조 중에 있는 물을 배수시킨다◎ Reynolds Number :{{ N}_{Re }ρ=999.01[{kg/m ^3] D=0.02[m] μ=0.00113[pa.s]{{ N}_{Re } ~=~ {D bar V rho} over mu ~=~ D bar V OVER ν{V=질량유속× {1 } over {밀도 } × { 1} over {단면적 } [m/s](2) 실험 결과실험값 계산{N_Re = DV overD(관의 직경) - 0.02m(물의 밀도) - 999.01kg/m3(물의 점도)- 0.00113kg/m sec실험으로 측정한 질량유속으로부터 물의 유속(V)을 측정한다.{V=질량유속× {1 } over {밀도 } × { 1} over {단면적 } [m/s]{{질량유속(kg/sec) }over {밀도(kg/m^3 ) /단면적(m^2 ) }=유속(m/sec)< 1회 >질량유속 - {0.10kg over {30sec} =0.0033kg/sec물의유속 - {0.0033(kg/sec) } over { [3.14 (0.01m)^2 ]/[999.01kg/m^3 ] }= 0.0106m/sec{N_Re- {0.02m 0.0106m/sec 999.01kg/m^3 }over{ 0.00113kg/msec }=188{횟수1차2차3차4차5차6차7차8차630.3223410.000322953680.3052420.*************.2897820.000290Freezing Point가 273K 이므로, 이 이하의 고체 상태일 때 점도는 구할 수 없다.2) 벤젠 (Benzene){TempTemp(K)Benzene 점도(cp)점도 (kg/ms)-10263---5268--0273--5278--102830.7527650.000753152880.6998740.000700202930.6516250.000652252980.6075560.000608303030.5672560.000567353080.5303610.000530403130.4965420.000497453180.4655100.000466503230.4370030.000437553280.4107890.000411603330.3866570.000387653380.3644220.000364703430.3439130.000344753480.3249790.000325803530.3074830.000307853580.2913010.000291903630.2763230.000276953680.2624470.0002621003730.2495820.000250Freezing Point가 278K 이므로, 이 이하의 고체 상태일 때 점도는 구할 수 없다.(3) 고찰이번 실험은 Reynold's number 측정 실험으로 육안으로 잉크의 흐름상태을 관찰하고, 일정시간동안의 물의 질량을 측정하여 질량유량을 통한 Reynold's number 측정하여 이것이 층류, 전이, 난류영역 중 어디에 속해있는지 알아보는 실험이었다.먼저 육안으로 관측한 바를 보면,-잉크의 흐름 상태 측정이 실험을 통해 세 영역이 모두 관측되었으며, 이를 대략 살펴보면 층류영역에서는 잉크가 일정한 속도로 관의 끝에서도 잘 관측할 수 있었다. 일반적인 직선적인 모양을 나타내었다. 전이영역에서는 층류에 비해 직선적이지 않고, 하단부에서도 층류영역에 비해 선명하지 않았다. 난류영역은 잉크의 흐름이 구부러지고, 퍼지는같다.실험Ⅱ. 손실두(head loss)측정 :{{h}_{f}(1) 실험 방법1)측정장치를 정상상태로 만들어주기 위해 유체를 일정 시간동안 흘려준다.2)이렇게 측정 장치를 정상상태로 만들어준후 플랜지, 직관, 벤츄리의 순서대로 측 정 한다.3)측정시 처음에는 관의 1/3, 두 번째는 2/3, 마지막에는 전부를 열어서 측정한다.4)오리피스는 각각의 실험시 계속 같이 측정되므로 모두 9개의 데이터를 측정하게 된 다.(2) 실험 결과◎ 개구부에서의 유속{{V}_{개구부}(m/s) = {{ 질량유속} over {밀도 × 단면적 }물의 밀도 = 999.01 Kg/m3 (15℃ H2O 가정)◎ 각 관에서의 유속{{ {u}_{2} } over { { u}_{1} } = ({ { {D}_{1 } } over { {D}_{2 } } })^{2 }{{ u}_{1 }:입구유속(m/s), {{ u}_{ 2}: 출구유속( m/s){{ u}_{1 } = { u}_{0 }× ({ { {D }_{0 } } over { {D }_{1 } } })^{2 }, {{ u}_{2 } = { u}_{1 }× ({ { {u }_{1 } } over { { u}_{2 } } })^{2 }식(1)◎ 각 관에서의 레이놀즈 수{{N}_{Re}= {{DVρ} over {μ}D = 각 관의 직경V = 각 관에서의 속도ρ = 유체의 밀도 999.01Kg/m3 (15℃ H2O 가정) μ = 유체의 점도 0.00113 Kg/ms (15℃ H2O 가정)◎{{ h}_{f }구하기{{{P}_{1}}over{{rho}_{1}}+{g}over{{g}_{c}} { Z}_{1 } +{{alpha}_{1} {{u}_{1}}^{2}}over{2 {g }_{c } }={{P}_{2}}over{{rho}_{2}}+{g}over{{g}_{c}}{ Z}_{2}+{{alpha}_{2} {{u}_{2}}^{2}}over{2 {g }_{c } }+ { h}_{f }{{ h}_{f }= {{ △P} over {ρ }+{{ { α}_{2 } { { over { [3.14 (0.0109m)^2 ]/[999.01kg/m^3 ] }= 0.550m/sec오리피스 출구에서의{(N_Re ) = { D_b V_b } over = {0.0218m 0.550m/s 999.01kg/m^3 } over {0.00113kg/m· s } =10601난류이므로 {_b = 1.05식 (1)로 부터오리피스 입구유속{( V_a ) = ( 0.0218m over 0.0254m )^2 0.550m/sec =0.405m/sec오리피스 입구에서의{(N_Re ) = { D_a V_a } over = {0.0254m 0.405m/s 999.01kg/m^3 } over {0.00113kg/m· s } =9099난류이므로 {_a = 1.05오리피스에서의 손실두{(h_f ){h_f = P over + { _a V_a ^2 - _b V_b ^2 } over 2{= 2894.7Pa over {999.01kg/m^3 } + { 1.05 (0.405m/s)^2 - 1.05 (0.550m/s)^2 } over 2 = 2.825m^2 /s^2 = 2.825J/kg2) 플랜지< 플랜지의 Diameter >{D_b = 0.5 i n. 0.0254m over {1 i n. } =0.0127m{D_a = 1 ~i n. =0.0254m< 플랜지에서의 압력차 P >{P = 11mmHg {10^5 Pa } over 760mmHg =1447.4Pa오리피스의 입구유속과 플랜지의 출구유속을 같다고 가정하면플랜지 출구유속{(V_b ) = 0.405m/sec플랜지 출구에서의{(N_Re ) = { D_b V_b } over = {0.0127m 0.405m/s 999.01kg/m^3 } over {0.00113kg/m· s } =4549난류이므로 {_b = 1.05식 (1)로 부터플랜지 입구유속{( V_a ) = ( 0.0127m over 0.0254m )^2 0.405m/sec =0.101m/sec플랜지 입구에서의{(N_Re ) = { D_a V_a } over = {0.0254m18714벤츄리 입구유속(m/s)0.0470.1280.197벤츄리 입구{{N}_{Re}158843056631손실두{{ h}_{f }(J/kg)1.1148.55320.462-직관{1/32/3전부직관의 압력차(mmHg)17923552.630740394.737949868.4오리피스의 압력차(mmHg)254149질량유속(Kg/s)(통무게 제외)7.300.243310.000.333311.000.3667직관출구유속(m/s)0.4810.6590.725직관 출구 {{N}_{Re}540073978137직관의 입구유속(m/s)0.4810.6590.725직관 입구{{N}_{Re}540073978137손실두{{ h}_{f }(J/kg)23.57640.43549.918-오리피스(플랜지){1/32/3전부오리피스의 압력차(Pa)2894.76578.97631.6오리피스출구질량유속(Kg/s)0.2050.3600.403오리피스출구유속(m/s)0.5500.9661.082오리피스의출구{{N}_{Re}*************57오리피스입구유속(m/s)0.4050.7120.797오리피스의입구{{N}_{Re}90991597817901손실두{{ h}_{f }2.8256.3617.358(벤츄리){1/32/3전부오리피스의 압력차(Pa)2500.013684.228552.6오리피스출구질량유속(Kg/s)0.1900.5150.793오리피스출구유속(m/s)0.5101.3822.129오리피스의출구{{N}_{Re}*************5오리피스입구유속(m/s)0.3761.0181.568오리피스의입구{{N}_{Re}*************1손실두{{ h}_{f }2.44013.23927.493(직관){1/32/3전부오리피스의 압력차(mmHg)857154오리피스출구질량유속(Kg/s)971221.5오리피스출구유속(m/s)9.82912.1오리피스의출구{{N}_{Re}0.10729890.3317120.653104오리피스입구유속(m/s)0.4810.6590.725오리피스의입구{{N}_{Re}3614.193811173.21219}

공학/기술| 2004.09.28| 14페이지| 1,000원| 조회(352)

단위조작, 공업화학실험, 화학공업실험, 경수유체, 경수유체결과보고서

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[물질전달] 확산계수구하기

1) Estimate the diffusion coefficient of carbon dioxide in air at 276K and 1atm. The experimental value is 0.144 cm2/s.기체의 확산도 구하는 식DAB = 확산도, cm2/sT = 276K/k (K)MAir78.63.71129CO2195.23.94144MAir = 29, MCO= 44P = 1 atm=3.826= 충돌 적분? 물질전달 부록19참고= 2.2 ,=1.041= 2.3 ,=1.026내삽법에 의해=2.228 인 경우식에 구한 값들 대입DAB == 0.1343cm/s◆ 실험값과의 오차오차(%) =◆ 온도의 변화에 따른 확산도2600.1227722650.1263312700.1299232750.1335482800.1372072850.1408992900.1446232950.1483793000.1521673050.1559873100.1598393150.1637213200.1676353350.1795593400.1835943450.1876593500.1917533550.1958763600.2000293650.2042113700.208421◆ 압력의 변화에 따른 확산도0.50.26861.00.13431.50.0895332.00.067152.50.053723.00.0447673.50.0383714.00.0335754.50.0298445.00.026865.50.0244186.00.0223836.50.0206627.00.0191867.50.0179078.00.0167888.50.01589.00.0149229.50.01413710.00.013432) Use the Wilke-Chang correlation to estimate D°AB for ethanol ediffusing into water at 288K. The viscosity of water at this temperature is essentially 1.15cP. The experimental value of D°AB is 1.0×10-5 cm2/s.액체의 확산도 구하는 식((cP)181001.152.6Ethanol46.0778.2값구하기위해 Racktett 식 이용..● Properties of EthanolZ= 0.240, V= 167 cm/molTr = 351.35/513.7 = 0.6837Vsat = 167c㎥/mol0.24= 59.8c㎥/molDv = 7.4?10-8 ?= 1.089 ? 10-5◆ 오차율계산◆ 온도에 따른 물의 점도 변화 (CRC Handbook 참고)2801.4282851.2352901.0812950.95483000.85133050.76473100.69153150.62913200.57553250.5293300.48843350.45283400.42133450.39343500.36843550.3463600.32593650.30763700.2911

공학/기술| 2004.09.27| 6페이지| 1,000원| 조회(2,591)

확산계수, 물질전달, 물질전달계수

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[침강속도] 침강속도 평가B괜찮아요

학번 : 11980686이름 : 함용철담당교수 : 노경호 교수님제출일자 : 2003년 11월 14일1. 시험일시 : 2003년 11월 14일2. 실험제목 : 침강 / 건조속도의 측정3. 실험목족 :1) 침강속도 실험의 목적 :? 구형의 물체가 중력하에서 액체를 통하여 침강할 때의 현상을 알아본다.? Drag계수의 의미를 이해한다.? Drag계수와와의 상관관계를 이해한다2) 건조속도 실험의 목적 :?균일하게 현탁된 액체에서 일정시간이 지나면서 일정부위에서 액체를 채취한후에 건조시킨후 그 채취액의 평균 지름(Dp)과 적산체통과율(Di)사이의 관계를알아본다4. 실험 원리1) 침강속도 측정 실험① 레이놀드(NRe) 수레이놀드수는 유체역학에서 가장 유명한 무차원 매개변수이다. 이변수의 조합이층류운동과 난류유동을 구별하는 기준으로 사용될 수 있다는 것을 처음으로증명한 영국의 공학자인 레이놀드의 명예를 기리기 위하여 이 변수를 레이놀드수라 부른다.레이놀드수는 유체입자의 점성력에 대한 관성력의 비이다. 만약 레이놀드수가매우 작은 경우 이것은 점성력이 지배적임을 의미하므로 관성의 영향을 무시할수 있다. 즉 유체밀도는 중요한 변수가 될 수 없다. 반대인 경우는 점성효과가관성효과에 비하여 상대적으로 작으므로 점성효과를 무시할 수 있으며 비점성유체로 취급한다.레이놀드 수가 2100보다 작으면 언제나 층류이지만 입구에서의 교란을 완전히제거하면 24000이상에서도 층류가 유지되도록 할 수 있다. 그러나 유속의변동등에 의해 이처럼 큰 레이놀드 수에서의 층류를 교란시키면 즉시 난류가 된다.이러한 조건에서는 교란이 증폭되지만 레이놀드수가 2100미만일 때는 교란이생겨도 감쇠되어 층류가 유지된다. 어떠한 유량에서는 교란이 감쇠되지도 않고증폭되지도 않는데. 이러한 흐름은 중립적 안정 흐름이라 한다. 일반 조건에서원관 속에 유체가 흐를 때는, 레이놀드수가 4000이상이면 난류이고 2100～4000에서는 전이영역으로 관 입구의 조건과 입구로부터의 거리에 따라 층류가 되기도하고 난류가 되기도 한다.② 무차원군무차원수명 칭해 석적용범위Reynolds 수, Re모든 유체역학 문제에서 중요Froude 수, Fr자유표면운동Euler 수, Eu압력 또는 압력차이가 중요한 문제Cauchy 수, Ca유체의 압축성이 중요한 유동Mach 수, Ma유체의 압축성이 중요한 유동Strouhal 수, St특정진동수로 진동하는비정상 유동Weber 수, We표면장력이 중요한 문제(중력가속도),(체적탄성계수),(특성길이),(진동유동의 진동수)(압력),(음속),(표면장력),(속도),(점성계수)(밀도)③ NRe와 CD항력이란 복잡한 성질이므로, f와 Re의 관계에 비해 CD와 Rep의 관계는복잡해진다. CD와 Rep의 관계에서 레이놀드 수에 따라 곡선의 기울기가달라지는 것은 형태 항력과 벽항력에 영향을 미치는 인자들의 상호작용결과이다. 구를 예로 들어서 이러한 영향을 알아보기로 한다.레이놀드 수가 작으면 구에 대한 항력은 이론식인 Stokes 법칙으로 나타낼수 있다.윗식과로부터이론적으로 Stokes 법칙이 성립되는 것은가 1보다 상당히 작은영역이다. 그러나 실제로는 레이놀드수가 1보다 작으면 모든 범위에서 오차가크지 않다. 이 법칙이 적용되는 낮은 유속으로 유체 안에서 움직이는 구는 유체를 변형시키면서 이동한다. 벽 전단은 점성력에 의해서만 생기며, 관성력은무시된다. 구의 움직임은 구에서 상당히 멀리 떨어진 유체에도 영향을미치는데. 구의 지름의 20～30배에 해당하는 범위에 고체 벽이 있으면, 벽 효과를 고려하여 Stokes법칙을 수정한다. 이 법칙에 따르는 흐름 형태를 미동흐름이라 한다. Reynolds수가 10 이상으로 커지면 Stokes법칙 영역에서 크게벗어나 다음과 같이 된다.적도면 바로 앞 점에서 분리가 일어나며, 후류가 생겨서 반구 뒷면 전체를 덮게된다. 이 후류는 마찰손실이 크다는 특성이 있다. 또한 큰 형태항력이 발생하게하는데, 실제로 항력의 대부분은 이 후류 때문에 생기는 것이다. 후류에서는와류의 각속도, 즉 회전운동에너지가 크다. Bernoulli의 원리에 의하면,후류에서의 압력은 분리된 경계층에서의 압력보다 낮다. 따라서 후류에서는흡입이 생기며, 압력벡터의 성분은 흐름방향으로 작용한다. 압력 항력, 따라서전체항력은 Stokes법칙이 적용되는 경우에 비하여 아주 커진다.④ Drag force 와 Drag coefficient유체가 흐르는 방향에서 유체가 고체에 미치는 힘을 항력(Drag force)라 한다.Newton의 운동 제 3법칙에 따르면, 이때 고체는 크기가 같고 방향이 반대인힘을 유체에 미친다. 딸서 고체 벽이 흐름방향과 평행이면 벽전단(wall shear)가 유일한 항력이다. 그러나 일반적으로 유체중에 잠긴 물체의 벽은 흐름방향과 어떤 각을 이룬다. 이때 항력에 기여하는 것은 벽 전단 중에서 흐름방향 성분이다. 유체 압력은 벽에 직각인 방향으로 작용하는데, 이 압력의 흐름방향 성분도 항력에 기여한다. 따라서 면적 요소에 작용하는 전체 항력은 이 두성분의 합이 된다. 전적으로 압력 성분만에 의해 항력이 생기는 극단적인예로서는 흐름에 직각인 평판의 항력을 들 수 있다.흐름방향에 대해 각도 90°-α만큼 기울어져 있는 면적 요소 dA에 미치는압력과 전단력을 아래 그름에 보였다. 벽 전단에 의한 항력은이고압력에 의한 항력은이다. 이러한 양을 적분하면 물체에 미치는 전체항력이 되는데 각각 유체에 접하고 있는 물체의 전체 표면에 대해 평가한다. 벽전단 및 압력에 의한 항력의 전체 적분치를 각각 벽 항력(wall drag) 및 형태항력(form drag)이라 한다.실제 유체에서는 벽항력과 형태 항력으로 인한 형이 복잡하므로 일반적으로는항력을 예측할 수가 없다.관이나 유로를 통한 유체 흐름에서는 속도두×밀도에 대한 전단응력의 비로정의되는 마찰계수가 유용하다. 잠긴 고체에 대해서는 마찰계수에 상응하는항력계수(drag coefficient)가 유용하다. 흐르는 유체중에 매끈한 구가 잠겨있고,이 구에 접근하는 흐름은 고체 경계로부터 충분히 떨어져 있어서 유속이 균일하다고 하자 흐름 방향에 직각인 평면에 대한 고체의 투영면적을 Ap로 표기한다. 구의 투영면적은 원의 면적과 같으므로 지름을 Dp라 하면이다. 전체항력을 FD라 하면, 단위 투영면적당 평균 항력은 FD/Ap.이다.마찰계수 f를와 속도두×밀도의 비로 정의한 것처럼, 항력계수 FD를FD/Ap와 밀도×속도두의 비로 정의한다.=물체에 접근하는 흐름의 유속입자의 형상이 구가 아니면, 그 크기와 기하학적 형태, 유체의 흐름 방향에대한 배향을 규정해야 한다. 중요한 기본 치수로는 특성길이와 기준 치수에대한 비를 사용한다. 입자가 원기둥형인 경우 지름 D를 기준치수로 사용하고특성길이는 L/D비로 나타낸다. 입자와 흐름사이의 배향은 실린더 축과 흐름방향 사이의 각도로 정의한다. 이어서 투영면적 Ap=LDp가 된다. 실린더 축이흐름 방향에 평행으로 배향된 경우에는 Ap=가 되어, 지름이 같은구의 투영면적과 같아진다.차원해석에 의하면, 비압축성 유체 중에서 매끈한 고체의 항력계수는 레이놀드수와 형상비에 따라 달라진다. 특정 형상인 경우유체 중의 입자의 레이놀드수는 다음과 같이 정의한다.=특성길이형상과 배향이 다르면, CD와 Rep의 관계도 달라진다. 레이놀드수가 낮은매끈한 구의 경우에는 대략적 이론식이 있지만 일반적으로는 CD와 Rep의관계를 실험에 의해 구한다.⑤ Stokes?law=항력=입자의 직경=입자의 속도=유체의 점성계수4개의 변수들이 있고, 변수들을 표현하기 위하여 3개의 기준차원(F, L, T)이있다.그러므로 파이이론에 따라 하나의 파이항만이 얻어진다. 이 파이항은 고찰에의하여 쉽게 다음과 같이 만들 수 있다.단 하나의 파이항만이 있으므로또는의 최종 관계식을 얻을 수 있다.따라서 주어진 입자와 유체에 대하여, 항력은 속도에 따라 다음과 같이 직접적으로 변한다.실제로 차원해석은 항력이 속도에 따라 직접적으로 변할 뿐만 아니라 또한입자 직경과 유체의 점성계수에 따라서도 직접적으로 변한다는 것을 보여준다.그러나 상수 C값을 알지 못하기 때문에 항력의 값을 예측할 수는 없다. 주어진입자와 유체에 대하여 항력과 그에 대응되는 속도를 측정하기 위한 실험을수행해야만 한다. 비록 원칙적으로는 실험을 한번만 해도 된다 하더라도, C에대하여 신뢰성 있는 값을 얻기 위하여 수차례 반복 실험을 해야 한다. 일단C값이 결정되면 다른 구형의 입자와 다른 유체를 이용한 비슷한 실험들을 반복할 필요가 없다. 즉 항력이 입자의 직경과 속도 그리고 유체의 점성계수만에의한 함수인 한 C는 일반상수이다. 이론적으로 C=3π이므로 최종식은 다음과같다이 식을 Stokes?law라 한다. 이러한 경우는 레이놀드수가 작은 경우에만타당하다.2) 건조속도 측정 실험① Drying고체 물질로부터 비교적 적은 양의 물이나 다른 액체를 제거하여 잔류 액체의함량을 받아들일 수 있는 낮은 값까지 감소시키는 것을 뜻한다.경우에 따라서 어떤 제품은 액체를 전혀 포함하지 않는데 이것을 완전건조라고한다.?건조되는 물질의 종류가 다양하고 사용되는 건조장치의 유형도 많기 때문에.모든 물질과 모든 건조기를 포괄하는 단일 건조이론이란 없다. 원료의 모양과크기, 수분 평형관계, 고체를 통한 수분 흐름 기구 및 기화에 필요한 열의공급 방법의 다양성 등 모든 것들이 통일된 취급을 방해한다.?건조기에서 온도가 변하는 방법은 원료의 성질과 액체함량, 가열매체의 온도,건조시간 및 건조 고체의 허용 최종 온도에 따라 다르다.?건조기에 들어가는 공기는 완전히 건조되어 있는 경우가 없고, 약간의 수분을함유하고 있어서 일정한 상대습도를 지니고 있다. 일정한 습도를 갖는 공기를사용하는 경우 건조기를 나가는 고체의 수분함량은 들어가는 공기의 습도에대응하는 평형수분 함량보다 적을 수가 없다. 공기의 습도 때문에 들어가는공기로 제거할 수 없는 젖은 고체의 몰 분량을 평형수분이라고 한다.?횡단-순환식 건조 : 건조층 또는 고체 평판의 표면을 가로지르거나 아니면연속적인 쉬트 또는 필름의 한면 또는 양면을 가로질러 기체를 불어넣는다.건조 속도=증발속도=열전달 계수=온도에서의 숨은열=건조면적?순환식 건조 : 스크린 위에 쌓인 굵은 알갱이 고체층을 통해 기체를 불어넣는

공학/기술| 2004.07.21| 8페이지| 1,000원| 조회(443)

공업화학실험, 침강속도, 화학공업실험, 침강속도실험보고서

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[기체흡수예비보고서] 기체흡수

1. 실험 제목 : 기체 흡수2. 실험 목적 :1) 혼합 기체 또는 증기를 액과 접촉시켜서 어떤 특정한 기체를 액 중에 용해, 흡 수시키는 조작은 실험실에서나 화학공장에서나 여러 가지 목적에서 널리 사용되 수 있다. 혼합 기체 중에서 어떤 성분을 회수하기 위하여, 제거 정제하기 위하 여, 또는 기체와 액의 반응 생성물을 얻기 위함이 흡수의 목적이라고 할 수 있 다. 본 실험에서는 흡수의 원리를 이해한다.2) 충전탑에서 기체 혼합물 중의 한 성분을 액체에 흡수시켜 물질수지에 의하여 물질전달계수를 구하고 이동단위수(N.T.U)와 이동단위높이(H.T.U)를 계산하여 흡수탑에 대한 원리를 이해하고자 한다.3. 실험 이론1) 기체 흡수 :혼합기체 또는 증기를 액체과 접촉시켜서 어떤 특정한 기체를 액중에 용해, 흡수시키는 조작은 실험실에서나 화학공장에서나 여러 가지 목적에서 널리 사용되고 있다. 혼합기체중에서 어떤 성분을 회수하기 위해서, 제거 정제 하기 위하여, 또는 기체와 액의 반응성분물을 얻기 위함이 흡수의 목적이라고 볼 수 있다. 이런경우 액에 흡수시키지 않더라도 본체에 또는 흡착시켜도 좋고 혹은 혼합기체를 액화한후 증류에 의하여 분리 해도 좋을 것이다. 어떤 방법을 택하는냐 하는 것은 경제적인 견지에서 결정되지 않으면 안 된다. 여기서는 기체흡수를 완전히 물리적으로 흡수된다고 생각되는 경우만을 취급하고 화학반응을 동반하는 경우는 아직 연구가 완전하지 않은 점이 있으므로 논하지 않기로 한다. 기체 혼합물 중의 어느 특정한 성분을 적당한 용매에 용해시켜 끌어내는 조작을 보통 기체흡수(gas absorption)라고 하고 증류와 같이 널리 쓰는 분리공정의 하나이다.2) 충 전 탑충전탑은 기체흡수 및 그 외 다른 조작에 사용되는 일반 장치이다. 이 장치는 본체가 원통형 탑(column 또는 tower)이며, 바닥에는 기체 입구와 분배공간이 있고, 위에는 액체 입구와 분배 창치가 있으며, 위와 아래에 기체 및 액체 출구가 있고, 탑 충전물(tower packing)이라고덜 심하다. 보통 크기의 탑에서는 적어도 충전물 지름의 8배가 되는 탑 지름을 갖게 함으로써 편류를 최소화 할 수 있다. 탑 지름과 충전물 지름의 비가 8:1이하이면, 액체가 충전물로부터 흘러나와 탑 벽을따라 흐르는 경향이 있다. 그러나 이 요구조건에 맞는 충전물로 채워진 작은 탑에서도 액체분배와 편류가 탑의 성능에 중요한 영향을 미친다.큰 탑에서는 초기의 분배가 특히 중요하다. 그러나 초기 분배가 잘 되었다고 하더라도 탑 속에 매 5 내지 10m 마다 충전층 바로 위에 액체용 재분배장치를 설치할 필요가 있다. 액체분리를 개선하면 직경이 9m정도 큰 충전탑을 효과적으로 이용할 수 있다.6) 부 하 점단위충전층 깊이당 압력강하는 유체마찰에서 생기는 것으로서, 대수좌표 상에 기체유량 Gy에 대해 도시한다. Gy는 공탑을 기준한 단위시간, 단위면적당 기체의 질량으로 표시된다. 따라서, Gy는 Gy=u0 y 에 의해 공탑 기체속도와 관계된다. 여기서, y는 기체의 밀도를 나타낸다. 충전물이 젖지 않았으면 선은 직선이며, 약 1.8의 기울기를 갖는다. 그러므로 압력강하는 속도의 1.8승에 비례하여 증가한다. 충전물이 일정한 액체유량으로 젖으면 압력강하와 기체유량간의 관계는 처음에는 마른 충전물에 대한 선과 평행을 이룬다. 이 경우, 압력강하는 마른 충전물의 경우보다 큰데, 이것은 탑에 있는 액체가 기체의 흐름공간을 줄이기 때문이다. 그렇지만 공극률이 기체흐름에 의해 변하지는 않는다. 보통의 기체속도에서는 기체가 아래로 흐르는 액체를 방해하여 액체의 체류량이 기체흐름에 따라 증가하기 때문에 젖은 충전물에 대한 선이 점차 가파르게 된다. 압력강하선의 기울기 변화로 판단할 수 있는 바와 같이, 액체 체류량이 증가하기 시작하는 점을 부하점(loading point)이라고 한다. 그러나 부하점에 대한 정확한 값을 찾기는 쉽지 않다.7) 조작선, 평형선2성분계에서 다단식 반응기 속에 있는 두상의 조성은 x를 횡축으로, y를 종축으로하는 x-y선도로 나타낼 수 있다. 탑 내의 중간} over {V } x+ { {V }_{a }{ y}_{a }- {L }_{a } { x}_{a } } over { V}(5)식 (5)에서 x와 y는 탑 전체의 임의 부분에서 서로 접촉하고 있는 액체와 기체의 조성을 표시한다. 어느 주어진 높이에서의 조성은 충전물 위치와 관계없다고 가정한다.기체 혼합물로부터 용해성 성분을 흡수함으로써 총 기체유량 V는 기체가 탑을 통과함에 따라 감소하고, 액체흐름 L은 증가한다. 이러한 변화는 조작선을 약간 구부러지게 만든다. 용해성 기체를 10% 이하 함유하는 묽은 혼합물에 대해서는 총 유량변화의 영향이 무시되며, 설계는 평균유량에 기준해서 한다.10) McCabe-Thiele method를 이용 이상단수 구하는 방법두 상 사이에 물질전달이 일어나기 위해서는 두상을 충분히 접촉시킬 필요가 있다. 공업적으로는 향류 접촉방식이 많이 이용되며, 그 조작으로는 계단식과 연속식이 있다. 그림1-(a)와같은 계단식 접촉조작에서는 두 상이 접촉하여 물질전달이 일어나는 장소를 단(stage)이라 하며, 두상으 각 단에서 그 조성이 평형상태에 도달한 후에 각각 다음의 상하 단으로 이동한다. 각 단은 정체량에 대해 출입하는 양이 대단히 적어서 평형에 도달하는 조건과 시간이 문제되지 않고 발열 또는 흡열에 의한 열량의 증감이 없는 이상단(ideal stage)으로 생각한다. 그러나 실제로는 정체량에 대한 출입량이 적지 않으며 두 상 사이의 접촉도 충분하지 못하므로 평형상태에 도달하기 전에 다음 단으로 이동하게 된다. 따라서 물질전달에 필요한 실제단수는 이상단의 수, 즉 이론단수(number of theoritical srage)보다 많아진다연속식 접촉조작에서는 그림 1-(b)에서는 두 상의 평형관계가 성립될 높이의 간격 AB를 가상해서 하나의 이론단에 상당하는 것으로 계산하며 이 높이가 낮을수록 효율이 좋다.이상단 수의 결정에 있어서 전반적인 중요 문제는 실제 증류탑에서 원하는 농도범위, 즉 xa에서 xb또는 ya에서 yb를 달성하는데 필요한서 이루는 접촉각의 측정은 접착 (adhesion), 표면처리 그리고 폴리머 표면 분석과 같은 많은 분야에서 잘 알려진 분석 기술로서, 수 단위의 단일층 변화에도 민감한 표면 분석 기술이다. 접촉각( )은 고체표면의 젖음 성(wettability)을 나타내는 척도로서, 대부분 고착된(sessile) 물방울에 의해 측정 된다. 낮은 접촉각은 높은 젖음성(친수성, hydrophilic)과 높은 표면 에너지를 나타 내고 높은 접촉각은 낮은 젖음성(소수성, hydrophobic)과 낮은 표면 에너지를 나타 낸다. 평평한 고체표면에 접촉한 액체의 접촉각은 액체-고체-기체 접합점에서 물방 울 곡선의 끝점과 고체 표면의 접촉접에서 측정된다{{2) 접촉각에 영향을 주는 요인 :ⅰ) 온도접촉각은 온도에 영향을 받습니다. 실제로 온도가 올라가거나 내려가면 각도가 변합니다. (저는 온도당 얼마나 변하는지 측정해 보지는 못했습니다.) 이러한 이유로 결과의 재현성을 보장하기 위해서 측정시 다른 실험들처럼 표준 온도를 반드시 지켜야 할 필요가 있습니다. 또한, 개방된 공간에서 평형상태의 접촉각을 측정하려면, 온도는 시험 액체의 증발을 유발 시키기 때문에 더욱 온도 관리가 필요합니다. 즉 액체의 증기압을 고려해야 한다는 것인데 일반적으로 접촉각은 접촉후 수초이내에 그 영상을 얻기 때문에 증기압에 의한 손실은 없다고 가정합니다.그러나 표면장력의 측정의 경우엔 온도가 올라가면 표면장력값이 일반적으로 떨어집니다.ⅱ) 시간표면과 닿아 있는 방울의 접촉각은 시간이 지나감에 따라 액체의 증발 또는 표면과 액체 사이에 존재하는 힘의 변화에 의해서 변하게 됩니다. 표면 자체의 품질은 표면의 준비 상태에 따라 변하는 시간 의존 함수이며 시간이 지날수록 표면은 점점 더 낡은 상태로 바뀌게 됩니다. 이런 현상은 특히 고분자에서 더 분명하게 드러난답니다. 장비가 아무리 비싸도 낡은 상태의 표면만을 검사한다면 이건 좀 문제가 있겠죠. 그런면에 접촉각 측정장비의 매력이 있습니다. 저희 실험실에서는 세정후의 실리 효과땜에 오히려 값이 올라가는 것 같습니다.)RA > 0.1 ㎛ and < 60도 감소 (이것도 제가 볼땐 표면이 친수성일 경우 물방울이 표면과 더 달라붙을려고 해서 값이 감소하는 것 같습니다. 또한 표면에 rough할 수록 표면적이 늘어나는 효과도 있을꺼구요.)RA > 0.1 ㎛ and 60도 < < 86도 변화없슴(!)즉 매우 미세한 거칠기에는 영향을 받지 않고 0.1 ㎛를 기준으로 값의 변동이 큼을 알 수 있습니다. 이 거칠기 효과에 대한 논문도 정말 많이 나와 있습니다. 60도 이하면 친수성 경향이 있다고 여겨지고 70도 이상이면 소수성 경향이 있다고 말하곤 합니다. (사람마다 친수성과 소수성의 기준은 매우 다릅니다.저는 보통 90도를 기준으로 삼습니다.)ⅶ) 정량 공급율동적 접촉각을 측정하는 경우 방울 체적은 액량이 감소함에 따라 체적이 변합니다. 방울의 가장자리가 움직이기 시작하면서 이들 움직임의 속도가 접촉각에 영향을 미치게 됩니다. 알아본 문헌에 의하면 정량 공급 속도는 분당 0.01부터 0.1ml/m 정도가 적당하다고 되어있습니다. 또한, 공급속도에 대해서는 정량공급 비율과 방울 동작사이에는 비례관계가 성립하지 않는다고 보고되어 있습니다. 저의 실험실의 경우 정량공급의 양은 분당 5 ㎕~ 20 ㎕ 정도 입니다.ⅷ) 장비의 카메라의 기울기 정도장비의 카메라의 기울기도 접촉각의 변화를 유발합니다. 정확하게 구별될 정도의 값이 주어지지는 않지만 장비 회사의 카달로그를 잘 보시면 어느정도의 변화량인지 아실수 있습니다. 제가 다루는 장비의 경우엔 기울기정도가 1도 증가하면 약 0.2도정도의 오차를 보입니다. 그렇지만 이 값도 측정하고자 하는 물방울의 각도에 따라 다른데 낮은 접촉각의 경우가 더 큰 영향을 받습니다. 실제 측정시에는 3도를 넘기지 않는것이 접촉각측정에 있어서 좋을것 같습니다.ⅸ) 렌즈의 영향과 백그라운드 라이트 효과렌즈는 그 특성상 빛의 굴절을 유발합니다. 따라서 많은 대물렌즈를 거쳐서 들어오는 영상은 그 자체가 일그러짐을 가지고 있을 이다.

공학/기술| 2004.07.21| 20페이지| 1,500원| 조회(777)

기체흡수, 공업화학실험, 화학공업실험, 기체접촉

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[열전도도 측정] 열전도도 측정

1. 실험제목 : 도체의 열전도도 측정 결과2. 실험방법1) 열전도도 측정장치의 setting 상태 즉, 냉각수의 유량이 100{l/hr로 유지되고 있는가와 열전도도 측정 장치의 연결상태와 외부와의 온도차단상태, 각 indicator의 연결상태등을 check한다.2) setting 상태가 끝났다면 Heater를 작동시켜 100℃까지의 steady state가 될 때까지 기다린다.3) 더 이상의 온도변화가 없을 때(steady state) 각 부분의 온도를 측정한다.(측정장치의 특성상 low T와 high T를 측정하여 산술평균값을 취한다.)4) 1∼⑩까지의 각 부분의 온도를 측정한 뒤, 스위치를 다시 조금씩 간격을 두 면서 처음 1의 위치에 놓는다.5) 다시 3), 4)번을 되풀이하여 100℃에서의 온도차를 측정한다.6) 초기 온도를 200℃로 올린 뒤 온도 변화가 없을때까지(steady state) 기다린 다.7) 더 이상의 온도변화가 없을시 3), 4)번의 실험을 반복한다.8) 온도를 x축으로 indicator의 각 부분을 y축으로 하여 graph를 그린 뒤, Δ Ta, ΔTb를 구한다.9) 이값을 이용하여 {lambda prime _a , ``` lambda prime _b, ``` lambda를 구한다.3. 실험결과1) 100℃에서의 열 전도도 측정 결과.{Delta t_a = 10.69 ℃.{Delta t_b = 36.63 ℃.{L_a = 4.0mm,``` L_b = 2.0mm,```L_R = 30mm.{lambda_R = 320`kcal/m``hr``℃.ΔtR = (Δt1,2 +Δt2,3 +Δt3,4 +Δt7,8 +Δt8,9 +Δt9,10)/6{={(3+2.5+2+2.5+2.5+2)}over{6} = 2.42℃.{lambda prime _a = {Delta t_R }over{Delta t_a }· {L_a}over{L_R }· lambda_R `=`{2.42}over{38}·{4}over{30}·320=2.72{kcal}over{m ``hr``℃ }bda_R = 320`kcal/m``hr``℃.ΔtR = (Δt1,2 +Δt2,3 +Δt3,4 +Δt7,8 +Δt8,9 +Δt9,10)/6{={(4+2+2.5+2+3+2)}over{6} = 2.58℃.{lambda prime _a = {Delta t_R }over{Delta t_a }· {L_a}over{L_R }· lambda_R `=`{2.58}over{37}·{4}over{30}·320=2.98{kcal}over{m ``hr``℃ }.{lambda prime _b = {Delta t_R }over{Delta t_b }· {L_b}over{L_R }· lambda_R `=`{2.58}over{12}·{2}over{30}·320=4.59{kcal}over{m` hr`℃ }.{lambda = {L_b - L_a }over{({L_b}over{lambda prime _b })-({L_a }over{lambda prime _a })} ={(4-2)}over{({4}over{2.98})-({2}over{4.59})}=2.21{kcal}over{m``hr``℃}3) 200℃에서의 열 전도도 측정 결과.{Delta t_a = ``69 ℃.{Delta t_b = ``26 ℃.{L_a = 4.0mm,``` L_b = 2.0mm,```L_R = 30mm.{lambda_R = 320`kcal/m``hr``℃.ΔtR = (Δt1,2 +Δt2,3 +Δt3,4 +Δt7,8 +Δt8,9 +Δt9,10)/6{={(6+5.5+6+6+5+6)}over{6} = 5.75℃.{lambda prime _a = {Delta t_R }over{Delta t_a }· {L_a}over{L_R }· lambda_R``=``{5.75}over{69}·{4}over{30}·320=3.56``{kcal}over{m ``hr``℃ }.{lambda prime _b = {Delta t_R }over{Delta t_b }· {L_b}over{L_R }· lambda_R ``=``{5.75}over{69}·{2}ΔtR, ΔtX, LR 과 LX를 실험에서 구하면{{λ }_{X } ={ {Δt }_{R } } over {{Δt }_{x } } ·{ {L }_{X } } over {{L}_{R } } · { λ}_{R }총괄저항 R'a = 2Rc + RaR'b = 2Rc + Rb두 식을 이차방정식으로 Rc를 제거하면R'b - R'a = Rb - Ra (Lb 〉La)Rb - Ra 는 Lb -La 는 시편의 저항을 나타내고 이를 저항과 열전도도의 관계로 나타내면{{R }_{a } - { R}_{ b} = { { L}_{a } - { L}_{b } } over {λ } A{{R' }_{a } = { 1} over { { λ}_{a } } · { {L }_{a } } over {A }{{R' }_{b } = { 1} over { { λ}_{b } } · { {L }_{b } } over {A }윗식들로 부터 {{R' }_{b } -{ R'}_{a }= { 1} over {{λ }_{b } } · { { L}_{b } } over {A } -{ 1} over {{λ }_{a } } · { { L}_{a } } over {A }{= {1 } over {A } ( { {L }_{b } } over { { λ}_{b } } - { { L}_{ a} } over { { λ}_{a } }) = {1 } over {A } { { L}_{b } - {L }_{a } } over {λ }{=( { { L}_{b } } over { {λ }_{b } } - { { L}_{a } } over { {λ }_{a } } ) = ( { L}_{ b} - {L }_{a } ) {1 } over { λ}∴ 열전도도 {λ= { { L}_{b }- { L}_{a }} over { { { L}_{b } } over { { λ }_{b } }- { { L}_{a } } over { { λ }_{a}}}4. 고 찰{(단위)kcal/m h℃첫번째 실험(100℃)두번째 실험(100℃)세번째 실험(200℃)이 론 값4. 도 불구하고 열전달이 아래방향으로만 흐르지 않고 실린더의 겉면적과 모든 방향으로 열이 흘렀다. 이로인한 열손실에 의해 열전도도에 많은 오차가 발생했다.4) 구리와 sus304사이의 공기 저항과 새로 사용한 시편들이 아니기 때문에 조 금은 오염되었기 때문에 약간의 오차가 발생했을 것이다.5) 첫 번째 실험후 바로 다음 실험들이 행해졌기 때문에 전실험에 대한 잠열 이 남아있었을 것이다.6) 실제 온도변화와 구리 자체의 물성의 변화도 생길수 있으므로 전도율이 일 정하게 320kcal/mhr℃을 유지 하지 못했을 것이다.7) high T와 low T간의 온도차이가 존재하므로 산술평균 온도는 정확한 값이 아니다.8) 유량이 변했을 수도 있다.1. 실험제목 : 이중관 교환기내에서 연손실 계산2. 실험방법 :1) 이중관 교환기 장치에서 뜨거운 유체와 찬 유체의 유량을 조절한다.2) 시간이 지나 한 지점에서 온도변화가 없을때까지 기다린다.3) 더 이상의 온도변화가 없을 때 각 부분(6곳)의 온도를 측정한다.4) 열량(Q), 개별저항개수(hi, ho), 총괄저항개수(u)를 구한다.5) 병류 실험이 끝나면 같은 방법으로 향휴 실험3. 실험결과 :1)실험 데이터{병 류향 류측정장소온 도측정장소온 도Tha80.7Tha80.7Tca18.1Tca18.6Thb78.2Thb77.8Tcb73.5Tcb74.9T(관입구)69.4T(관입구)79.7T(관출구)77T(관출구)67.1뜨거운 유체 유량 :{10l/min차가운 유체 유량 :{10g/sec2) 병류1 열량(Q){Q=mc TRIANGLE { T}_{L }뜨거운 유체 : {{ 10l} over {min } TIMES (80.7-78.2) TIMES { 4.2J} over {g } TIMES { 10000g} over {l } TIMES { 1min} over {60s } =1750 {J} over {sec }차가운 유체 : {{ 10g} over {sec } TIMES (73.5-18.1) TIMES { 4.2J} over {g } = 232_{0 } = { 2038.4} over {0.032 TIMES 22.36 } = 2848.8 { W} over { { m}^{2 }℃ }4 총괄 열전달 계수{{ h}_{m } = { Q} over { { A}_{m } TRIANGLE { T}_{L } }{{ h}_{m } = { 2038.4} over {0.0288 TIMES 22.36 } = 3165.4 { W} over { { m}^{2 }℃ }3) 향류1 열량(Q){Q=mc TRIANGLE { T}_{L }뜨거운 유체 : {{ 10l} over {min } TIMES (80.7-77.8) TIMES { 4.2J} over {g } TIMES { 10000g} over {l } TIMES { 1min} over {60s } =2030 {J} over {sec }차가운 유체 : {{ 10g} over {sec } TIMES (74.9-18.6) TIMES { 4.2J} over {g } = 2364.6 { J} over {sec }2 대수평균 온도차{overline {TRIANGLE { T}_{L }} = { 5.8-59.2} over { ln{5.8 } over {59.2 } } =22.993 개별 열전달 계수({{ A}_{m } =0.0288 { m}^{2 }, {{ A}_{i } =0.0261 { m}^{2 }, {{ A}_{0 }=0.032 { m}^{2 }){{ h}_{i } = { Q} over { { A}_{i } TRIANGLE { T}_{L } }, {{ h}_{0 } = { Q} over { { A}_{0 } TRIANGLE { T}_{L } }{{ h}_{i } = { 2197.3} over {0.0261 TIMES 22.99 } = 3661.9 { W} over { { m}^{2 }℃ }{{ h}_{0 } = { 2197.3} over {0.032 TIMES 22.99 } = 2986.8 { W} over { { m}^{2 }℃ }4 총괄 열전달 계수{{ h}_{m } = { Q} o있다

공학/기술| 2004.07.21| 7페이지| 1,000원| 조회(719)

열전도도, 공업화학실험, 화학공업실험

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