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아세트아닐라이드합성결과보고서 평가D별로예요

6. 계산 및 결과{1{온도와 시간에 따른 그래프{2 아세트아닐라이드의 이론량을 계산하고 수율을 구하라.(여액의 밀도){이론량135.17g1몰씩의 반응이므로실제량124.36g수율 : {{ 실제량} over { 이론량} × 100→ {{ 124.36} over { 135.17} × 100= 92%{여액의 부피30㎖여액의 질량31.5g밀도 : {{ 질량} over { 부피}→ {{ 31.5} over { 30}= 1.053 1차 추출의 온도를 110℃로 유지하는 이유는 무엇인가?아세트아닐라이드 합성에 사용되는 시약 중에 빙초산의 m.p가 117℃정도이다. 그 렇기 때문에 실험 중 온도가 110℃이상을 넘어서게 되면 빙초산이 빠져나올수 있 게 되어버린다. 빙초산이 반응이 되지 않은체 빠져나와버리면 반응을 진행시키는데 문제가 발생되는 것이다. 그렇기에 실험시 온도를 110℃정도로 유지하는 것이다.4 무수초산을 초산과 함께 사용하는 이유는 무엇인가?무수초산을 넣게 됨으로써 반응중에 생성되는 물을 효과적으로 제거함으로서 아세 트아닐라이드의 생성을 돕게 되며 또 에너지수지를 양호하게 만들게 됨으로서 외부 에서 에너지를 많이 가하지 않아도 되도록 만든다. 따라서 반응의 원활한 진행을 만드는 역할을 한다.7. OPINION♠ Prolog아닐린이나 무수초산, 빙초산의 시약을 뜨는데 모든 조가 같은 실험을 하는데다가 저울이 하나 밖에 없었기 때문에 시간을 많이 소모한 것 같다. 그리고 시약을 뜨는 과정에서 피펫을 하나씩 정해 놓고 쓰지 않았기 때문에 세척을 하고 다른 피펫으로 시약을 뜨다보니 그 또한 시간소모의 원인이 되었다고 본다. 피펫의 마지막 한 방울 까지 비켜에 담겨지지 않았으며, 무수초산이나 빙초산의 경우 시약을 뜰 때 휘발성과 독성이 강해 냄새가 많이 나고 눈도 따가 워서 조심해서 시약을 다뤄야 했다.시약을 뜨는 동안 실험 장치를 설치해야 하는데 실험 장치를 설치 할 때는 반응기가 oil bath에 적당히 잠기도록 하되 반응기와 oil bath 사이에 마그네틱이 잘 돌아갈 수 있을 정도의 공간을 두어야 하며, 스텐드로 반응기가 움직이지 않도록 반응기를 잘 고정시켜야 한다.반응을 실시할 때 주의하여야 할 점이 있는데 이는 빙초산과 무수초산을 투입시킬 때 아닐린과 반응시 발열반응이 일어나므로 서서히 투입하여야 한다. 그래서 우리는 반응장치를 설치하고 비커에 들어있는 시약을 뷰렛을 통해서 반응기로 투입하기로 결정하고 그렇게 설치하였다.♠ Experimenting아닐린에 빙초산을 투입시켰을 때에는 반응기의 온도 변화가 미비하게 일어났다. 오랜 시간이 지나도 다른 조에 비해서 oil bath의 온도가 쉽게 오르지 않았다. 이는 hot plate의 비양호 상태로 인해서 oil bath의 온도가 오르지 않았으므로 자연히 실험이 지연되게 되었다. 그래서 실험을 중단하고 hot plate로 교체하기로 결정을 내린 후 다른 실험실에서 hot plate를 가져와서 교체하게 되었다. 그 후에 oil bath의 온도가 서서히 오르기 시작하였으나 여전히 반응기의 온도는 빨리 상승하지 않았다. 반응기의 온도를 올려 주기 위해서 무수초산을 15초 간격으로 뷰렛을 이용하여 투입시켰다, 이 때 발열반응이 일어나므로 무수초산을 서서히 투입하여야 한다. 무수초산을 투입 할수록 반응물의 색이 조금씩 변하기 시작하였다. 무수초산을 투입하여도 온도변화가 쉽게 일어나지 않았으므로 과량의 무수초산을 투입 하였는데 이 때 색깔이 짙은 황색으로 변화하였다.90분간 가열을 하는 동안에 반응의 원활한 진행을 위하여 hot plate의 온도를 적당히 하여 oil bath의 온도와 반응기의 온도를 적절히 유지시키고 마그네틱이 잘 돌아가는지 확인 하여야 한다. 반응기나 oil bath의 온도를 유지 할때는 내부에 있는 열을 고려하여 온도조절을 하여야 한다. 반응기의 온도의 온도를 110℃로 유지하여야 하는데 이는 빙초산의 m.p를 고려해서 그러한 것이다.

공학/기술| 2004.10.29| 3페이지| 1,000원| 조회(1,462)

결과보고서, 아세트아닐라이드합성, 아세아세트아닐라이드

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[화학공학]다단식회분증류탑실험 평가A+최고예요

요 약이번 실험은 다단식 회분증류탑을 통해 물과 메탄올이라는 이성분계의 증류를 실험해봄으로써 증류에 대한 선경험과 지식을 얻는 것이다.좀더 깊이 증류에 대하여 공부해보고 실험해보기 위해 Rayleigh 식, flash 증류와 회분 단증류, 증류의 원리, 증류 장치의 종류, McCabe - Thiele Diagram 이론단수 구하는 법 등 다양한 이론에 대해서 조사해보고 공부해보도록 한다.이번 실험을 통해 다단식 회분증류탑에 대해 공부할 수 있음과 동시에 농도측정을 위해 굴절률계를 사용하여서 그에 대한 지식도 얻을 수 있도록 한다. 위에서 이번 실험에서 얻게 될 여러 가지들에 대해 서술해 보았다. 여기서 왜 이러한 실험을 하게 되었는지 하는 것에 대해서는 알고 있어야한다. 그것은 화학공학에서는 증류를 사용하고 있는 산업분야가 많이 있다. 두 가지만 예를 들어 술 증류, 석유 관련 증류 등을 들 수 있을 것이다. 그러므로 우리는 화학공학자로서 증류에 대한 지식을 습득할 필요가 있는 것이다. 이러한 점을 바탕으로 하여 이번 실험에 대한 중요성을 알고서 실험에 임하고자 한다.서 론1. 실험목적증류에는 여러 가지 종류가 있다. 하지만 제한된 시간 내에 모두 다 해보는 것은 힘든 일이므로 이번 다단식 회분증류 실험을 통해서 증류에 대한 경험과 지식을 얻도록 한다. 또 각각의 실험장치들이 실제 증류 조작에서 어떤 용도로 사용되는지를 이해하고 운용할 수 있는 능력을 배양해야 한다.마지막으로 화학공학과 학부 생으로서 배웠었던 McCabe - Thiele Diagram 이론단수 구하는 법등을 직접 해보도록 한다.2. 실험내용물과 메탄올이라는 이성분계에 대한 다단식 회분 증류를 해보도록 한다. 여기서 우리는 증류라는 조작을 통해 공존하는 액과 증기 사이 조성의 차이를 이용하여 성분을 분리시켜보도록 한다.위의 과정을 하기위해 다단식 회분증류탑, 자동환류조정장치, 굴절률계 등을 조절하여 증류를 실시한다.이 론1. 기액평형2성분 이상의 성분으로 이루어지는 액체를 일정한 온도?압력 하에상부로 이동하고, 일부는 응축하여 탑 하부로 내려간다.탑 상부에서는 낮은 끓는점 성분이 배출되고, 배출된 증기는 응축기에서 완전히 응축된다. 응축기는 냉각수를 순환시켜 냉각하게 한다. 응축기에서 응축된 액체는 저장한 후에 일부는 정류탑 최상부로 환류시키고, 나머지 응축액은 탑 상부에서 유출액으로 얻게 된다. 이 부분을 농축부라 한다.탑 하부에서는 높은 끓는점 성분이 내려가게 되며, 재비기(reboiler)가 설치되어 있다. 이 재비기에서는 액상을 기화시켜 탑내로 다시 보내지고, 액상의 일부는 탑 하부 생성물로 얻어진다. 이 부분을 회수부라 한다.2) 환류정류 과정에서 좀더 순수한 물질을 얻기 위해서는 정류탑에서 나온 증기를 응축기에서 응축시키고, 그 일부를 정류탑의 최상부로 되돌려 보내어 증기와 접촉시킨다. 이 과정을 환류(reflux)라 한다. 탑 위에서 얻어지는 유출액과 환류시키는 비율을 환류비(refux ratio)라 하고 다음과 같은 식이 성립한다.L : 환류액의 몰 수(mol/h)D : 유출액의 몰 수(mol/h)위 식에서 환류비가 높으면 순도가 높은 물질을 얻을 수 있다. 전부 환류시키는 것을 전환류라 한다.일반적으로 환류를 크게 할수록 각 성분의 분리도가 높아진다.3) 최소 환류비그 환류비에 있어서 분리에 필요한 이론단수가 무한대가 되는 환류비를 최소환류비이라 하고 증류를 할 때의 최저 환류비이다. 최소환류비는 q선과 x-y 교점 c를 통하는 농축부 조작선에 의해 얻어진다. 즉 이조작선에서는 계단 작도를 무한히 실시해도 c점을 넘을 수가 없기 때문이다. 거기에서 c점의 좌표를라고 하면 농축부 조작선의 기울기는 다음과 같기 때문에최소환류비는 다음 식으로 계산할 수 있다.adb :최소환류비aeb : 전형적인 조작선afb : 전환류4) 정류 장치의 구성정류 장치의 구성 요소는 정류탑, 가열장치, 응축기로 크게 나눌 수 있다.? 정류탑정류탑은 증기와 액체를 접촉하는 장치로 단탑(plate tower)과 충전탑(packed tower)으로 나눈다. 단탑은 도, 존재하는 분자형태, 매질의 온도와 빛의 파장에 의존한다. 공기와 같은 한 가지 매질이 표준물질로 선택되고, 모든 굴절각이 같은 파장이 빛과 같은 온도에서 측정되면 측정된 각도는 경계면에서의 다른 매질의 성질이 되고, 그 매질을 이루는 물질의 확인 가능한 특징으로 쓰일 수 있다. 실제로 액체의 물리상수로서 흔히 사용되는 것은 굴절각이 아니고 굴절률이며 다음 식에 의해서 정의된다.η = sin ｉ/ sin ｐi는 경계면에 대한 수직선과 입사광(공기에서)이 만드는 각도이며 p는 수직선과 굴절광(액체에서)이 이루는 각도이다.굴절률 측정방법① window가 깨끗한지 확인한다. 오염되었을 경우에 대비하여 깨끗이 세척 한다.② 전원은 켜고 온도를 확인한다. (25℃ 항온조로 미리 조절해놓음)③ 측정하고자 하는 liquid를 window에 충분히 떨어뜨린다.④ window를 lamp로 덮은 후 고정시킨다.⑤ Coarse adjustments를 움직여 Cross hairs의 중앙에 어두운 부분과 밝 은 부분의 경계면이 오도록 한다.⑥ Eyepiece로 보면서 Cross hairs를 맞추었을 때의 Compensator drum의 눈금을 읽는다.⑦ 읽혀진 눈금을 아래공식에 따라 수정한다.(온도에 따라)ηcorrected = ηobserbed + 0.00045(t-20.0) t= 온도(℃)이번 실험에서는 7번 과정 대신 실험 책에 있는 표로서 확인하도록 한다.이번 실험에서 사용한 굴절률계인 ABBE 굴절계의 특징으로는 액체나 고체의 굴절율 측정이 신속, 정확하며 나트륨램프가 없어도 D선에 의한 굴절률을 얻을 수 있고 액체는 한, 두방울로 측정이 가능하다. 그리고 Polymer Film의 복굴절 측정에도 사용된다. 또 Digital 온도계가 있다.MODELlT(1210)측정범위굴절률(nD)1.3000 ~ 1.7000Brix0.0 ~ 95.0%최소눈금굴절률(nD)0.001Brix0.5%정 확 도굴절률(nD) : ?0.0002, Brix : ?0.1%평균분산치nF-nC(to be 0.94이 론486.550.698? 60min(87℃)그 외의 각 값을 대입하면= 0.183(0.204+0.592)= 0.1532= 1.166S1÷ 1.166 = S23585.6 ÷ 1.166 = 3075.13S1 = 3585.6g , S2 = 3075.13-유출량 D = 3585.6 - 3075.13 = 510.47에 의해-조성= 0.707구 분유출량(g)조성(mole%)실 험6500.93이 론510.470.707? 70min(89℃)그 외의 각 값을 대입하면= 0.182(0.245+0.595)= 0.1529= 1.165S1÷ 1.165 = S23585.6 ÷ 1.165 = 3077.77S1 = 3585.6g , S2 = 3077.77-유출량 D = 3585.6 - 3077.77 = 507.83에 의해-조성= 0.710구 분유출량(g)조성(mole%)실 험7800.93이 론507.830.710? 80min(90℃)그 외의 각 값을 대입하면= 0.182(0.287+0.680)= 0.1760= 1.192S1÷ 1.192 = S23585.6 ÷ 1.192 = 3008.05S1 = 3585.6g , S2 = 3008.05-유출량 D = 3585.6 - 3008.05 = 577.55에 의해-조성= 0.705구 분유출량(g)조성(mole%)실 험8700.8이 론577.550.705구 분유출량(g)조성(mole%)10min실험1401이론2799.460.38120min실험2301이론6100.60630min실험3400.97이론392.720.68540min실험4600.95이론448.590.70250min실험5800.94이론486.550.69860min실험6500.93이론510.470.70770min실험7800.93이론507.830.71080min실험8700.8이론577.550.7053. MacCabe Thiele diagram을 이용한 이론단수 계산MacCabe Thiele deagram을 이용하여 이론단수를 구하기위해서는 R값, 즉 환류비라는 값이 필요로 한다. 하지만 본 여 상당히 큰 오차를 가지고 있음을 한눈에 알 수 있다. 그러한 결과가 나오게 된 이유는 앞서 말하였던 여러 측정에서의 문제점들이 가장 크게 반영되었기 때문이다. 그 대신 측정시간을 80분까지로 증가시킴으로서 그 공백을 메울 수 있도록 하였다.먼저 유출량의 이론치와 실험값에 대해 살펴보도록 하겠다.그래프에서 살펴볼 수 있는 것처럼 이론치의 값이 10분과 20분에서의 값이 너무도 큰 오차를 보임을 알 수 있다. 이것은 앞서 언급한 오차의 원인이 크게 작용한 것이므로 측정시간을 증가시켜 더 많은 데이터를 얻은 부분을 봄으로서 그 점을 대신하도록 한다.적색선이 있는 30분에서의 데이터를 살펴보도록 하겠다. 이론치의 경우와 실험값의 경우 모두 시간에 따라 증가하고 있음을 알 수 있다. 그것은 증류를 연속적으로 함으로서 제품을 더 많이 얻을 수 있다는 것을 뜻하는 것이다. 여기서의 문제는 이론치에 비하여 실험값의 증가도가 더욱 크다는 것이다. 이것은 저울과 무게 측정 부분에서 발생한 오차의 원인이라고 생각한다.이 그래프에서 통해서 증류를 하였을 때 가장 적은 에너지를 소비하면서 가장 많은 제품을 얻을 수 있는 시간이 언제인지를 알 수 있다. 이 점은 공장에서의 공정에 이용될 수 있지 않는가 하고 생각한다.다음으로 조성에 대한 것을 살펴보기 전에 앞의 유출량과 조성의 이론치를 구하는데 사용된 Rayleigh 식에 대해 잠시만 보도록 한다.(Rayleigh 식): 스틸 내 최초 양: 스틸내의 메탄올 분율: 액상의 조성: 스틸내의 어떤 시간에서의 양: 탑 상부 제품 중 메탄올 분율: 증기의 조성위의 Rayleigh식에서 적분을 이용하여를 얻는다.초기 혼합액메탄올 : 물 = 1 : 1 = 2L : 2L메탄올2L × 0.7928kg/L = 1.5856kg = 1585.6g물2L × 1kg/L = 2kg = 2000g메탄올[wt%]1585.6/3585.6 = 0.44물[wt%]1-0.44 = 0.56메탄올[mole%]= 0.3065위의 데이터와 식들을 준비하였고 다음으로 비휘발도.

공학/기술| 2006.06.04| 58페이지| 2,500원| 조회(1,838)

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열전달-화공기초설계

Heat Transfer담당교수 : 발 표 자 : 조 원 : 발 표 일 :목차열전달의 정의전도의 정의Fourier' Law대류의 정의복사의 정의전도, 대류, 복사 실제예Newton's law of coolingStefan-Boltzman Law열교환기의 정의열전달 계산열교환기의 분류열교환기의 설계열전달의 정의열전달이란 물체 사이의 온도차에 의해서 일어나는 에너지 이동을 연구하는 학문이다. 열전달이라는 학문에서는 열의 이동방법을 설명할 뿐만 아니라 어떤 주어진 조건에서 일어나는 열전달률을 예측하기도 한다. 열전달을 공부하는 목적은 열전달률을 구하는 것이라고 할 수 있다. 열이 전달되는 방법은 크게 나누어서 전도, 대류, 복사 등의 세 가지로 분류할 수 있다.전도의 정의한 물체 내에서 그 물체를 구성하고 있는 분자가 가지고 있는 에너지가 분자의 이동 없이 그 이웃분자에 전달되는 현상.고체 또는 정지유체를 통한 전도Fourier' Law'열전달 속도는 단면적과 온도차에 비례하고 두께에 반비례한다.' 추진력은 온도차이며 저항은 두께이다.열전달 속도열역학 제 2법칙열전도계수면적두께온도차대류의 정의고온의 유체 분자가 직접 이동하거나 밀도 차에 따른 혼합에 의하여 열전달이 일어나는 현상. 강제대류와 자연대류로 구분된다.흐름유체에서 표면 으로부터 대류Newton's law of cooling뉴턴의 냉각법칙에서 열전달계수(h)가 하나의 인자로 나오는데 이는 전도에서의 열전도계수(k)와 달리 물질 에 따라 정해져 있거나 간단히 계산 되기만 하는 것이 아니라 복잡한 경우에는 실험적으로 측정되어야 한다. 따라서 대류열전달은 유체의 열적 성질(열전도계수, 비열, 밀도)뿐만 아니라 유체의 점성과도 밀접한 관계 가 있다.열전달 속도열전달계수표면적온도차복사의 정의절대 온도 0도가 아닌 모든 물체는 각 온도에 해당하는 열에너지를 전자파로서 방출한다. 이 에너지가 공간을 통과해서 물체에 흡수되면 그 물체의 온도를 상승시키는 현상. 열전달 매질이 필요 없고 300 ℃ 이상이 되면 지배 적인 영향을 보인다.고온 물체와 저온 물체의 두 표면에서 순복사Stefan-Boltzman Law흑체의 단위 표면적 당 방사되는 에너지는 복사표면에 비례하고 절대온도의 4승에 비례한다.실제 한 고체면에서 전방사에너지는 이론치와는 다르 므로 1.0보다 작은 계수 를 사용해서열전달 속도열전달 속도표면적방사율Stefan-Boltzman의 정수 5.669ⅹ10-8[W/m2*K4]뜨거운 커피로 가득 찬 보온병이 공기와 벽의 온도가 일정하게 유지되고 있는 방안에 있다. (커피의 냉각에 기여하는 모든 열전달과정과 보다 나은 용기 설계의 사항)전도, 대류, 복사 실제예복사로 인한 손실을 줄이기 위하여 플라스크와 덮개에 대하여 알루미늄이 도금(낮은 방사율)된 표면을 사용하고, 자연대류를 억제하기 위하여 공기공간을 진공으로 하거나 충진재를 사용.q1 : 커피로부터 보온병으로의 자연대류q2 : 보온병을 통한 전도q3 : 보온병으로부터 공기로의 자연대류q4 : 공기로부터 덮개로의 자연대류q5 : 보온병의 바깥 표면과 덮개 안쪽 표면사이의 복사 열교환q6 : 덮개를 통한 전도q7 : 덮개로부터 실내공기로의 자연대류q8 : 덮개의 바깥 표면과 주위 사이의 복사 열교환열교환기의 정의열교환기는 넓은 의미로는 고온 유체로부터 저온 유체로 열을 전달하는 장치를 통틀어 말하며, 열을 전달할 때 유 체가 상변화를 하는 경우와 일어나지 않는 경우가 있다. 좁은 의미에서는 고체벽을 매개로 서로 다른 유체가 열을 교환하는 기기를 말한다. 열교환기를 선택할 때에는 경제성, 크기, 무게 등의 변수 를 고려하여 상황에 가장 적합한 기기를 선택하여야 한다.열교환기의 열전달열전달총괄열전달계수단면적온도차전도와 대류로 구성되는 총괄열전달계수 U는 다음과 같은 경우 아래와 같이 나타낼 수 있다.q유체 B유체 ATATiToTBU =++1열교환기의 입구 및 출구 온도가 알려져 있을 때는 LMTD(대수평균온도차)법으로 열전달률, 전열면적, 총괄열전달계수를 쉽게 구할 수 있다. 열교환기의 입구나 출구 온도가 주어지지 않은 경우에 는 유효도 방법을 활용하면 쉽게 데이터를 얻을 수 있다.열교환기의 분류열교환기의 용적을 극히 작게하여 큰 전열면적을 얻게끔 고안된 열교환기로서 전열 면적과 용적 비가 200 이상인 것을 의미Compact exchanger2장의 평판을 와류형으로 가공해서 유체의 통로를 형성시킨 열교환기로서 펄프, 식품공업에 사용된다.Volute type exchanger부식성이 서로 다른 각종 약품의 열교환은 내식재료 (흑연,기타)의 덩어리에 1열씩 번갈아 서로 직각이 되도록 다수의 구멍을 뚫고 각각의 방향으로 다른 유체를 통과시켜 열교환 하는 열교환기Block type exchanger냉각수 대신 공기를 냉각매체로 하는 열교환기. 공기를 압입송풍기로 밀어 넣거나 유인송풍기로 흡입 시킨다.화학장치에 있어서의 거의 대부분의 열교환기가 shell and tube방식이며 현재 가장 많이 쓰이고 있는 열교환기 형식Shell and tube exchanger냉각기로서 쓰이는 열교환기, 상부 수평관에서 냉각수를 분사시켜 관내 유체를 냉각시킴, 특히 고압 부식성 유체의 냉각용으로 적당Open type exchanger공냉식 열교환기다수의 평판을 일정한 간격으로 세워놓고 한 칸씩 건너서 각각의 유체를 통과시켜 열교환을 이루는 열교환기Plate type exchanger이중관 또는 자켓트관으로 불리우며 오래전부터 화학장치에 많이 사용됨. 총괄 전열계수가 다관식 및 기타의 열교환기에 비해 작고 전열 면적이 동체의 크기에 의해 제한되므로 열교환만을 목적으로 한 용도에는 적당하지 못하다.Jacketed type exchanger구리, 알루미늄, 스테인레스 등의 관을 나선상으로 감은 관속을 원통에 담은 구조의 열교환기. 열손실을 가능한대로 작게 하기 위해 방열표면적을 작게 하면서도 큰 전열면적을 얻을 수가 있다.Spiral wound 혹은 Spiral tube type exchanger관측유로는 선단에 뚜껑이 있는 외측관과 그 속에 삽입된 내관에 의해 구성됨. 관측유체는 외측관과 내측관과의 틈새를 흐르는 사이에 동체측 유체와 열교환 한다. 동체측 유체에 관계없이 내관은 분해 조립이 되므로 용기 또는 배관에 직접 설치하여 동체측 유체를 가열 혹은 냉각하는데 편리한 형식Bayonet exchanger직경이 큰 외부관에 직경이 작은 내부관을 삽입해서 내부관을 흐루는 유체와 외부관과 내부관 사이를 흐르는 유체와의 사이에서 열교환을 시키는 열교환기로서, 고압, 고점도 또는 부식성이 강한 유체의 가열 및 냉각용으로 적당Double pipe exchanger탱크 내부에 가열 또는 냉각형 submerged pipe coil을 설치한 열교환기로서 구조가 간단하고 가격이 싸서 오래 전부터 사용되어 왔다.sub merged pipe coil exchanger구 조 상 의 분 류기 능종 류분류기하학적 형태에 따른 분류• 원통다관식 (Shell Tube) 열교환기 : 가장 널리 사용되고 있는 열교환기로 폭넓은 범위의 열전달량을 얻을 수 있으므로 적용범위가 매우 넓고, 신뢰성과 효율이 높다.• 이중관식(Double Pipe Type) 열교환기 : 외관 속에 전열관을 동심원상태로 삽입하여 전열관 내 및 외관동체의 환상부에 각각 유체를 흘려서 열교환시키는 구조이다. 구조는 비교적 간단하며 가격도 싸고 전열면적을 증가시키기 위해 직렬 또는 병렬로 같은 치수의 것을 쉽게 연결 시킬 수가 있다.• 평판형 (Plate Type)열교환기 : 유로 및 강도를 고려하여 요철(凹凸)형으로 프레스성 형된 전열판을 포개서 교대로 각기 유체가 흐르게 한 구조의 열교환기이다. 전열판은 분해할 수 있으므로 청소가 완전히되고 보존점검이 쉬울 뿐 아니라 전열판 매수를 가감함으로써 용량을 조절할 수 있다.• 공냉식 냉각기(Air Cooler) : 냉각수 대신에 공기를 냉각유체로 하고 팬을 사용하 여 전열관의 외면에 공기를 강제 통풍시켜 내부유체를 냉각시키는 구조의 열교환기이다.• 가열로 (Fired Heater) : 액체 혹은 기체연료를 버너를 이용하여 연소시키고 이 때 발생하는 연소열을 이용하여 튜브 내의 유체를 가열하는 방식이다. 가장 큰 열량을 얻을 수 있으며 열전달 메카니즘은 복사 및 대류를 포함하므로 설계하 기가 매우 어렵다. 공해의 문제가 있으나 매우 큰 열량 을 얻기 위한 공정에서 많이 쓰인다.• 코일식 (Coil Type) 열교환기 : 탱크나 기타 용기내의 유체를 가열하기 위하여 용기 내에 전기 코일이나 스팀 라인을 넣어 감아둔 방식이다. 교반기를 사용하면 열전달 계수가 더욱 커지므로 큰 효과를 볼 수 있다.열교환기의 설계q=UA∆T 에서① q열량은 현열일 경우 q=Cpm∆t 에서 열량 q를 계산한다. 잠열일 경우는 잠열을 계산한다.② 평균온도차 ∆t 는 향류, 병류일 때를 고려하여 대수평균온도차를 계산한다.③ 총괄전열계수(U)는 각 조건에 맞는 경막계수(h)를 구하는 식에서 h를 구하여 총괄전열계수와의 관계식 에서 계산한다.④ 최종적으로 면적 A[m2]를 계산한다. 필요한 관의 직경, 길이를 선택한다.⑤ 냉각수의 관내 흐름속도를 결정한다.⑥ 형식별 총괄전열계수 값 : 각 형식의 열교환기를 사용할 때에 일반적으로 어느 정도의 총괄열전열계수가 얻어지는지 확인.⑦ 노즐의 위치결정 : 열교환기에 장치하는 노즐위치는 원칙적으로 냉각되는 유체는 상→하, 더워지는 유체는 하→상으로 흐르도록 위치를 정한다.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2005.05.20| 18페이지| 1,500원| 조회(1,034)

열전달, 복사, 열교환기, 전도, 대류

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유체마찰손실 및 유량측정

{차 례{요약······· 1서론······· 2이론······· 31. 유체란······· 32. 유체수송시스템······· 53. 유체마찰손실······· 63-1. 원관에서의 마찰손실······· 63-2. 원관이 아닌 관로의 마찰손실······· 103-3. 유동단면이 돌연확대 부분에서의 손실······· 123-4. 유동단면이 돌연축소 부분에서의 손실······· 143-5. 입구길이와 입구손실······· 163-6. 관로 방향이 변화할 때의 손실······· 183-6-1. 곡관에 의한 손실······· 183-6-2. 엘보에 의한 손실······· 213-7. 관부속품에 의한 손실······· 223-8. 밸브와 콕에 의한 손실······· 233-8-1. 슬루스 밸브······· 243-8-2. 글로브 밸브······· 253-8-3. 콕······· 253-9. 오리피스.노즐.벤튜리관에 의한 손실······· 264. 유량측정······· 274-1. 유량과 연속방정식······· 274-2. 유량계와 유량측정······· 30{실험장치······· 31. 오리피스미터······· 33. 벤튜리미터······· 37. 노즐······· 39. 입구노즐······· 39. 유동노즐······· 40. 로터미터······· 42. 밸브······· 45. 게이트 밸브······· 45. 글로브 밸브······· 47. 볼 밸브······· 49. 엘보우······· 50. 기타 관부속품······· 51실험방법······· 52실험결과······· 601. 측정 Data······· 602. 각 유속에서의 압력강하 실험치······· 613. 직관부 압력강하 실험치와 Fanningequation에 의한 계산치의 비교······· 654. 관 부속에서의 압력강하로부터상당길이를 계산과 문헌치의 비교······· 67고찰······· 73결론······· 79인용부호······· 80참고문헌······· 81부록 (마찰계수 f 계산)······· 82가 없으며 경계벽에 밀접한 구역과는 주로 관련되지 않는다. 이러한 사실들의 관점에서 수력반경 방법은 층류유동에서는 원형관로로부터 비원형관로의 신뢰할 수 있는 변환을 준다고 기대할 수 없다.{-11-3-3. 유동단면이 돌연확대 부분에서의 손실그림 3-4에서 보는 바와 같이 유로단면이 갑자기 확대된 부분에서는 와류가 발생하고 마찰손실이 크기 때문에 속도수두가 줄어든 양만큼 압력수두가 상승하지 못한다.{Fig 3-4 돌연확대 부분에서의 흐름발생된 큰 와류가 사라지면서 다시 정상난류로 회복되는 거리는 관 지름의 약 50배 정도된다. 정상난류로 회복되는 단면을 2로 하고 확대되기 전의 상류단면을 1로 잡아 그림 3-4 (a)와 같이 단면 1, 2사이의 검사면을 생각해 보자.지금 흐름은 큰 와류에서 작은 와류로 바뀌면서 흐르고 관벽의 마찰력은 와류에 의한 전단력에 비하여 작기 때문에 생략할 수 있다.{-12-따라서 1 단면과 2 단면에서 전압력차는 p1A1-p2A2가 되며 이 힘은 단위 시간당 운동량의 변화와 동일하므로 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.{p1A1-p2A2=Q(v1-v2)- (11)단면 1과 2사이의 손실수두를 hL로 하면 베르누이의 방정식에 의하여 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.{p1+v12=p2+v22+hL- (12)g2gg2g또 식 (11), (12)는 다음과 같이 정리된다.{p1 - p2=Q(v1-v2)=v22-v12+hLggA22g그런데 Q/A2=v2이므로{hL=2v2(v1-v2)-v22-v122g2g{=(v1-v2)2- (13)2g여기서 연속방정식에 의해 v2=A1v1/A2이므로 이것을 식 (13)에 대입하여식 {hL=kv22g의 꼴로 나타내면 다음 식과 같다.{hL=(1-A1)2v12=kv12- (14)A22g2g따라서 단면이 급확대되는 유동의 경우 충돌과 마찰에 의한 부차적 손실계수 k는{k=(1-A1)2- (15)A2이 됨을 알 수 있다. 돌연확대되는 단면의 비 A1/A2이 극히 작을 때는(A1≪A2) 식 (15)에서 k≒1이 되고 식 ( 측정의 정확도 등을 고려하여야 한다.반응기에서 유량조절 같은 경우는 정확한 양의 측정이 필요하다. 질량유량을 측정하는 유량계는 거의 없으며 평균유속을 측정하여 체적유량을 계산한다.4-1 유량과 연속방정식검사체적에서의 질량보존법칙은 연속방정식이라는 형태로 정리된다. 그렇기 때문에 유체유동의 해석에서 사용되는 질량보존을 알아보기로 하겠다.{Fig 4-1 검사체적에서의 질량보존{-27-그림 4-1에 나타낸 검사체적에 대해서 질량보존의 원리를 보존형태와 변화율형태로 쓰면 다음과 같다.{m2+me=m1+mi(보존형태){m+.me=.mi(변화율형태)- (27)t이 때 유출속도 ve가 단면에서의 평균속도이고 또한 유출속도의 방향이 출구면에 수직인 경우, 시간 Δt동안 검사체적으로부터 나가는 유출질량은 출구면적 Ae와 길이 veΔt로 이루어진 체적 에 포함된 유체의 질량이 된다. 다시 말해서 유출질량은{me=(veΔt)Ae- (28)와 같이 표현된다. 따라서 단위시간당 검사체적으로부터 유출되는 유체의질량은{.me=me=veAe- (29)Δt으로 되고, 이것을 질량유량(mass flux)이라고 한다. 유체역학에서는 질량유량과 더불어 부피유량(volume flux) Q를{Q=.me=vA- (30)으로 정의하고 사용한다. 그러나 이때의 속도 v는 단면에서의 평균유속임을 잊으면 안 된다. 만일 단면에서의 유체의 속도가 균일하지 않으면 유량은{Q = {INT _{ A}vdA = {INT _{ A}v.dA- (31)와 같이 적분형태로 구해야 한다.{-28-유체의 유동이 정상상태인 경우 m2 = m1이므로 질량보존은{viAi=veAeQi = Qe- (32)와 같이 표현되며 이것을 연속방정식(continuity equation)이라고 한다. 식 (32)로부터 단면적이 작을 때는 유속이 빨라지고 반대로 단면적이 거지면 유속은 감소하는 것을 알 수 있다. 위에서 유도한 연속 방정식은 유동이 정상상태이거나 비압축성유체의 유동에 대해서 성립하는 관계식이다. 유동의 방향과 검사표면의 방향이 수직 유량은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.{Q=ACD[2gVr(r- 1)]1/2- (53)Arf여기서 A = ( /4)[(D+ay)2 - d2]이고 y는 테이퍼진 관의 입구(기준점)로부터 부자의 위치까지 수직높이이며 a는 관의 테이퍼진 정도에 따라 정해지는 상수이다. 그리고 면적 A는 실제 사용하고 있는 부자와 관에서 거의 선형적인 관계를 나타내므로 질량유량은{m={{ C}_{ 1} y SQRT { ( { }_{ r}- { }_{ f} ) f}- (54)여기서 C1은 로터미터의 상수이다. 로터미터의 경우는 유체의 밀도와는 무관하므로{m=0즉r = 2 ff를 얻을 수 있기 때문에 질량유량은 다음과 같이 계산된다.{m=C1y r- (55)2식 (55)에서 알 수 있는 바와 같이 유량계측에서는 부자의 밀도가 중요하므로 유체 중에서 밀도가 변하지 않는 특수재질을 사용하여야 한다.식 (55)에 의한 계측오차는 0.2%정도로 알려져 있다.{-44-● 밸브 (Valve)관로(管路)의 도중이나 용기에 설치하여, 유체의 유량·압력 등의 제어를 하는 장치이다.. 게이트 밸브 (Gate valve)게이트 밸브는 차단용 밸브로써 여러 산업분야에 매우 다양한 형태로 널리 사용되는 밸브이다. 게이트라는 디스크가 시트면과 마찰하면서 열리거나 닫힘으로써 유체 흐름을 제어하는데, 제어의 주목적은 유로의 차단 개방이다. 게이트밸브의 종류는 게이트의 씰링 메카니즘에 따라 구분되는데 다음과 같다.(1)웨지게이트, (2)후렉시블게이트, (3)페러럴 슬라이드 게이트, (4)페러럴 더블 디스크 게이트, (5)스플릿 웨지 게이트, (6)드러우 콘디트 게이트, (7)나이프 게이트, (8)슬루이스게이트, (9)레실리언트 게이트등이 게이트의 씰링메카니즘과 형태에 따라 구분되었다. 이외에 라인 브라인드밸브라든가 펜스록밸브도 게이트밸브 범주로 분류된다. 이들에 대하여는 다음의 각 항으로 구체적으로 설명한다. 게이트밸브의 몸체 구성방식은 본네트의 구조에 따라 볼티트 본네트, 프레셔 씰 본네트, 클램프 본네트, 용 : ΔP = 5000 × {{ 0} over {100 }= .30 l/min 일 때 : ΔP = 5000 × {{ 0.08} over {100 }= 4.0- Tee15 l/min 일 때 : ΔP = 5000 × {{ 0} over {100 }= .20 l/min 일 때 : ΔP = 5000 × {{ 0} over {100 }= .30 l/min 일 때 : ΔP = 5000 × {{ 0} over {100 }= .{-64-3. 직관부 압력강하 실험치와 Fanning equation에 의한계산치의 비교※ 주의사항 ※{구 분단 위비 고ΔP (압력강하)kg(f)/m21kg(f)/cm2 = 10000.004382 mmH2O 이다.단위를 환산하여1kg(f)/m2 = 1 mmH2O 로 계산한다.f (마찰계수).마찰계수는 0.007로 계산한다.이 값의 계산은 건의사항란 뒤의 부록에첨부하도록 한다. Page 85U (단면평균유속)m/secv = Q/A, 즉 단면평균유속은 체적유량 을 관의 단면적으로 나눈 값이다.1l = 0.001m3이고 1min = 60sec이므로단위를 환산하고 A=πd2/4 이므로유속 U 값은 2.21m/sec 이다.L (관의 길이)m관의 길이는 실험시 사용한 1in직관의 길이를 직접측정한 길이인 70cm(0.7m) 로 한다. 측정은 물이 들어가는 곳부터 나가는 곳까지의 거리로 한다.ρ (액체의 밀도)kg/m3물의 밀도는 계산의 용이함을 위해 온도 에 따른 밀도변화를 무시하고 1g/cm3(1000kg/m3)으로 한다.gc (중력환산계수)kg(m)m/kg(f)sec2gc는 중력환산계수(graviational conve-rsion factor)이다.D (관경)m표준강관의 치수(ASA standard B 36.10-1936)에 의해 0.957in = 0.024m 로계산한다.{-65-{Fanning equation:ΔP =2fU2lgcD△P : 압력강하, f : 마찰계수, U : 유속, L : 관의 길이,ρ : 액체밀도, gc : 중력환산계수, D : 관경{단위ce

공학/기술| 2005.05.13| 84페이지| 3,000원| 조회(1,319)

유량측정, 유체마찰손실, 상당길이, Fanning, 유체수송시스템

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Navier-stokes식

● Navier-Stokes식법선응력과 전단응력 항을 점도나 속도처럼 측정 가능한 변수가 들어있는 항으로 바꾸면{(V+VV+VyV+VzV)=g cos+-+y+yz-(1)tyzyz이 식을 사용할 수 있다. 그러나 이때 아주 심한 제한적 가정을 해야만 가능한데 통용되는 가정은 다음과 같다.1. 유체의 밀도가 일정하다.2. 흐름은 전체가 층류이다.3. 유체는 뉴튼유체이다.4. 흐르는 정밀도 뉴튼유체에서의 3차원 응력이 Hooke 법칙에 따르는 고 체에서의 3차원 응력과 같다.이러한 가정의 적용하면 다음 식이 된다.{-+y+z=- P+(2V+2V+2V)-(2)yz2y2z2이 식의 우변 중 세 항의 의미는 직관적으로 알 수 있다. 네 번째 항은 약간 어렵다. P/ 는 무한소 입방체에 대한 압력을 나타낸다. ( 2V / y2)과( 2V / z2)은 y와 z방향에서 속도의 변화로 인하여 입방체에 작용하는 순전단력을 나타낸다. 전단력은 서로 독립이라 가정하고 Newton 법칙의 식에서 점도를, 식 (2)의 y/ y 및 z/ z에 대입하면 된다.( 2V / 2)은 다소 파악하기 힘든 항으로서 위에서 열거한 네 번째 가정에 따라서 법선력이 압력과 같지 않기 때문에 생기는 것이다. 정지유체에서는 모든 방향에서의 법선력이 동일하고 압력과 같다. 움직이는 점성 유체에서는 여러 수직 전단력의 상호작용 때문에 법선력이 모든 방향에서 동일하지 않다. 압력은 세수직방향에서의 법선력의 평균으로 정의하는데 이것이 식 (2)에 나타난 압력이다. ( 2V / 2)은 이 압력과 법선력의 차이에서 생기는 것이다. 지금 태피의 한쪽을 고정하고 다른쪽을 잡아당긴다고 하면 이 방향으로 늘어나면서 두 수직방향에서는 수축한다. 따라서 한 방향에 힘을 가하더라도, 이 잡아당기는 방향에 수직인 방향에서 법선력이 생긴다. 이 법선력은 잡아당기는 방향에서는 장력이고 수직방향에서는 압축력이다. 어느 한 방향에서 압력과 같지 않다. 태피의 한끝을 고정하고 잡아당기면, 고정끝으로부터의 거리에 따른 속도가 증가하여, 여기서 보인것과 같은 종류의 힘이 된다. 식 (2)의 응용에서는 계의 형태 때문이거나 다른 항에 비하여 무시할 수 있다고 가정하여, 대개 이 마지막 항을 제거한다.식 (2)를 식 (1)에 대입하면{(V+VV+VyV+VzV)tyz{=g cos-P+(2V+2V+2V)-(3)2y2z2이 식은 위에서 열거한 가정이 적용될 때의 방향에 대한 미분 운동량지수이다. y 및 z 방향에 대해서도 마찬가지로 수지를 취할 수 있다. 이 세식으로 된 것이 Navier-Stokes식이다.이 세 Navier-Stokes식은 벡터 미적분의 기호를 사용하여 아주 간략한 형태로 만들 수 있다. 또한 이러한 식을 극좌표나 구좌표에서 사용하는 것이 편리할 때가 많다. 이러한 좌표로의 변환은 여러책에서 다루고 있다. 밀도가 변하는 유체에 대한 대응하는 식도 여러 책에서 찾아볼 수 있다.Navier-Stokes식에서 =o이라 하면 우변의 가장 오른쪽 항이 없어져서 Euler식이 되는데 이 식은 점성 효과를 무시할 수 있는 3차원 흐름에서 자주 사용된다.Navier-Stokes식으로 풀 때 추가 가정을 하지 않아도 되는 흐름은 거의 없다. 따라서 이 식의 유용성은 다른 방법으로 풀 수 없는 문제를 풀 수 있다는 것이 아니라 필요한 가정하에서 실제 문제를 수학적으로 다룰 수 있는 문제가 되게 할 수 있는 것이다. 이 과정에서 풀이의 한계를 보다 잘 파악할 수 있게 된다. 해석적 풀이가 불가능한 복잡한 흐름의 경우에는 현재 대형 컴퓨터를 사용하여 수치해법으로 다룰 수 있다. 정밀도 뉴튼유체의 층류일 때는 Navier-Stokes식을 이러한 수치해법의 출발점으로 이용할 수 있다.

공학/기술| 2005.05.13| 3페이지| 1,000원| 조회(2,247)

유체역학, Navier-Stokes, stokes, navier, 운동량수지

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