고체의 건조99523011 김 영 준 (1조)INTRODUCTION고온의 공기가 수분을 함유한 고체와 접촉됨에 따라 열 전달의 결과 수분이 증발하여 고체시료의 무게가 줄어든다. 시료와 접촉하기 전후의 공기의 수분을 습구 온도계를 사용하여 측정한다.PRINCIPLE건조상대적인 말로서, 단지 액체함량을 초기치로부터 허용할 수 있는 어떤 최종치까지 줄인다는 것을 의미.건조원리(priciple of drying)- 건조에서의 열전달-젖은 고체의 건조는 정의상 열공정이다. 이 공정은 가끔 고체 속에서의 확산 또는 기체를 통한 확산에 의해 복잡해지지만, 액체의 비등점보다 높은 온도로 흡착된 물질의 마지막 흔적을 없애기 위해서는 그보다 훨씬 높은 온도로 물질을 가열하는 것만으로 여러 가지 물질을 건조시킬 수 있다.예) 젖은 고체는 과열수증기에 노출시켜 건조할 수도 있음.건조기에 공급된 열의 역할a 공급원료(고체와 액체)를 기화 온도까지 가열b 액체를 기화c 제품(고체와 액체)을 최종온도까지 가열d 증기를 최종온도까지 가열건조기의 분류a 직접 건조기(단열 건조기): 고체가 직접 뜨거운 기체에 노출된 건조기b 간접 건조기(비단열 건조기): 수증기와 같은 외부 매체로부터 고체로열이 전달되는 건조기c 직-간접 건조기: 단열과 비단열을 합한 건조기- 단열건조기의 종류 -{{< 건조시간에 따른 총 수분함량 및 건조속도의 전형적인 도시 >고체의 액체(수분)함량▶ 완전건조 고체 단위 질량당 액체(수분)의 질량.※ 젖은 고체가 습도-평형곡선에 나타난 고체의 수분함량에 해당하는 습도보다 더낮은 공기가 접촉하면 공기와 평형을 이룰 때까지 건조됨.※ 공기가 보다 습하면 고체는 평형에 도달하기까지 공기로부터 수분을 흡수함.평형수분(equilibrium moisture)▶ 건조기에 들어가는 공기는 일정한 상대습도를 갖고 있기 때문에 들어가는 공기에의해 제거될 수 없는 고체의 수분.PROCEDURE{실험방법1 건조 활성탄의 무게를 측정한다.2 면적이 일정하도록 활성탄을 plate에 배열하고, 그 면적을 측정한다.3 물을 활성탄 위에 뿌린다. 이때 물이 Plate의 바닥에 닿지 않게 조심한다.4 활성탄 plate를 저울에 장착한다5 장치를 켜고, fanspeed와 공기의 온도를 조절한다.6 온도계를 이용하여 plate입구와 출구의 공기 온도를 측정하고활성탄의 온도도 측정한다.7 시간에 따른 활성탄의 무게변화를 측정한다.{RESULT결과의 계산고온의 공기가 수분을 함유한 고체와 접촉됨에 따라 열 전달의 결과 수분이증발하여 고체시료의 무게가 줄어든다. 시료와 접촉하기 전후의 공기의 수분을습구 온도계를 사용하여 측정한다.{〔함수율= 수분의 양/건조고체의 무게 (g H2O/ g 건조고체) 〕q: 단위시간당 공기에서 고체로 공급된 열량 [cal/s]U: 총괄 열전달 계수 [W/m2 ℃]A: 고체가 공기와 접촉되는 표면적 [cm2]ΔT: 고온공기와 고체시료와의 온도차, 공기의 경우 고체를 지나면서 온도가 감소하므로 평균온도를 사용함λ: 고체의 온도에서 물의 증발열, 문헌에서 구함. [cal/g]x: 단위시간당 수분증발속도, 고체시료의 무게를 시간의 변화에 따라 측정하여구한다# 우리 조의 계산 예U = x λ/(A ΔT)A = 240 cm2ΔT = 72-41.5 = 30.5 ℃λ(117℉) = 1027.5 Btu/lb = 1027.5 × 252 cal/Btu / 453.6 g/lb= 570.8 cal/gx = 8.3 × 10-3 g/s (실험결과)U=27.07 W/m2 ℃Table 1. 시간에 따른 수분함유활성탄의 무게변화{시간시료의 무게수분함량입구온도출구 온도평균 온도고체의 온도△TU함수율초기3823443941.57230.527.11.5*************03424.31.*************881.533.524.71.*************8.580.932.525.51.0020261150.54748.880.83225.80.732523850.54748.880.932.125.70.*************.580.83226.40.*************.580.731.226.50.*************.580.631.126.60.*************.580.831.326.40.*************.580.330.826.80.*************.580.330.826.80.*************.580.330.826.80.20{DISCUSSION이번 실험은 수분이 포함된 고체시료를 건조기 속에 넣은 후 뜨거운 공기를 가해 고체시료 속의 수분을 증발시키는 실험이다. 먼저 저울을 이용해 plate의 무게를 측정하고 활성탄 15g을 plate에 넓게(15.5cm x 15.5cm) 펼쳤다. 활성탄 표면 위에 분무기를 이용해 충분히 적셔주었다. 건조기에 설치된 저울의 눈금을 0으로 맞추고 본격적인 건조실험에 들어갔다. 5분 간격으로 온도변화를 측정했다. 우린 물을 너무 많이 적셨다는 지적 때문에 pan의 속도를 올리고( 700rpm 정도 ) 온도도(80℃) 올려 주었다. 그래서인지 우리는 예상보다 훨씬 빨리 실험이 끝나 있었다. 다른 조들은 1시간은 기본적으로 걸린다고 해서 우린 계속 실험을 해서 1시간을 채웠는데, 40 분부터 더 이상 수분이 증발하지 않은 걸로 보아 그 때 실험을 끝나도 됐었는데...^^. 이 실험으로 알게된 것은 시료에 포함된 수분 함량과 증발에 따른 온도 변화였다.
REPORT- 플라스틱의 재활용 -- 유 기 공 업 화 학 -(조성기 교수님)신소재공정공학부99523011김 영 준서론.....가공이 쉽고 녹슬지 않으며 내구성이 양호한 플라스틱은 석유 공업의 발달과 생활의 편리성 추구로 사용량이 많은 반면 자연 분해되지 않아 매립해도 오랫동안 썩지 않고 그대로 남아있게 됩니다. 소각할 때는 완전 연소가 어렵고 유독가스를 발생시키며 소각 후에도 중금속의 잔재가 남기 때문에 단순 매립할 경우 2차적인 환경 오염을 일으키게 된다. 그러므로 폐플라스틱의 처리는 재활용하는 것이 가장 효과적이다가볍고 튼튼하며 가공이 쉽고 녹슬지 않으며 값이 싼 플라스틱은 석유공업의 발달과 생활의 편리함 추구로 사용이 점차 증가하고 있다. 플라스틱의 재료는 대부분 석유이고 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 나누어진다. 전자는 농업용 필름, 파이프, 우유병 용기류 등으로 후자는 각종 식기, 책상 등 딱딱한 물질로 쓰인다.플라스틱은 편리한 반면 환경적으로 문제가 큰 물질이다. 소각시 유해성가스가 발생하고 소각 후에도 중금속의 잔재가 남기 때문에 단순 매립할 경우 2차적인 환경 오염을 일으키게 된다. 또한 매립할 경우도 자연분해가 되지 않다. 따라서 재활용이 절실히 요구되는 물질이다.그러나 플라스틱은 재활용율이 17%로 다른 품목에 비해 많이 떨어진다. 이는 플라스틱제품이 여러 가지 성상의 복합물질로 대부분 만들어지기 때문이다. 플라스틱 제품 중 일부는 분리 수거되어 다시 휴지통 등 생활용품과 토목·건축용 자재 등으로 재활용되지만 재활용이 불가능한 플라스틱도 있다.{신소재공정공학부 99523011 김 영 준{{99523011 신소재공정공학부 김 영 준(1) 플라스틱 재활용플라스틱이 재활용되기 위해서는 같은 종류끼리 분리 수거가 되어야 한다. 분리 수거가 제대로 되지 않으면 재활용 공장에서 이 작업을 해야함으로 재활용 제품의 가격이 비싸지게 된다. 그렇다면 일반 시민들이 쉽게 각각의 플라스틱 재질을 구분할 수 있도록 해야 할 것이다. 따라서, 우리나라에 액상 세제통, 장난감,수통{PVC폴리(비닐 클로라이드){연소시에는 염소화합물을 발생, 가소제, 열안정제 등이 유해할 수도 있으므로 주의. 단단하고 투명하며 강한 내충격성.{샴푸통, 건물 벽널, 식품 포장{LDPE저밀도 폴리에틸렌{HDPE 및 PP, PVC와 더불어 가장 많이 사용되는 플라스틱 중의 하나로 무색투명하고 내한성이 양호하며 절기절연성, 내약품성 등이 양호{빵 포장 비닐, 동결음식 백, 비닐 백{PP폴리프로필렌{투명. 높은 녹는점 (160-170℃). 가장 밀도가 낮은 플라스틱. 액체나 기체가 투과 못함. 매끄럽고 반짝이는 표면. 충격에 약한 단점도 있음{케챵통, 요구르트통, 양탄자, 담배갑 포장필름{PS폴리스티렌{유리같이 선명. 단단하나 깨지기 쉬움. 유기용매에 녹음.{스티로폼,비디오카세트, 카페테리아 쟁반(2) 폐플라스틱의 재활용방법폐플라스틱의 재활용방법을 간단히 정리하면 아래의 표-2 와 같으며 표-3은 재생플라스틱의 사용분야를 설명한 것이다.{재활용방법내용재생이용법용융재생법·단일 또는 혼합 플라스틱 폐기물을 용융점이상으로 가열(110∼150℃) 용융후 냉각 또는 압축하여 재생품(고체제품)을 생산·성형방법- 압출(사출)가공법·파쇄, 선별, 세정, 분리, 건조, 균질혼합, 가열압출, 제품화의 순·금속, 유지류, 종이류 등의 이물질 혼합시에도 처리가능·재생품 : 농업자재, 토목자재, 어업자재 등- 압축가공법·폐플라스틱을 가열용융후 냉각성형·플라스틱성상이 균질이고 함유율이 높은 경우에 유리·재생품 : 지주용항, 토관, 집성관 및 판상제품 등의 건설용용해재생법· 열가소성 플라스틱을 폐유 등의 용제를 사용하여 용해시킨후 접착제를 첨가하고 충전재로서 모래, 점토등을 섞어 가압성형하여 건재 등을 제조· 일부 재생품이 도로포장에 사용되고 있으나 아직 연구개발단계파쇄재생법·폐플라스틱을 분쇄하여 토지개량재, 매립재료, 경량골재, 아스팔트골재, 연료 등으로 이용·발포PS를 파쇄한후 접착제를 사용하여 시멘트와 혼합한후 블럭 또는 건물의 외벽, 칸막이벽 등에 이용되는축용건축용벽제, roof lining 재, under-floor/ceiling, 배기판넬, 칸막이, 베란다, 틈새 막음용 등말뚝용울타리용, 표시용, 조사용 등사각/원형봉건축용 버팀목, 과수 및 가로수 버팀목, 인공나무,화분 받침대, 철도 건널목 splice bar 등판재Roads mats, 보도판, 버팀 판, 전선 보호용, 토양 분리판,메타기의 판넬, 콘크리트용 판넬 등봉, 판등조립품탁자, 공원벤치, 울타리, 각종 도로 표지판, 각종 놀이터, 용기, 간이 분리대 등튜브, 파이프각종 전선용 파이프, 뚜껑, 튜브 등기타햄머, 계량기 집, 액체 수집용기 등농업용Gardening-house struts, 배수관, 육묘상자 등수산업각종 고기집, 양식용원료 공급장치, 부표, 고기통, 문어 덫 등기타화분, 인조바위, 바닥깔개, 각종 쉬트 등표-3 재생 플라스틱의 분야별 사용 범위{{표-4. 재활용 과정과 재활용 제품(3) 국내외의 폐플라스틱 처리기술※ 국 내국내의 폐플라스틱 재생업계는 대체로 영세하고 낙후되어 있어 기존의 방법을 답습하고 있다.1) 단순 혼합재생가) (주)신일산업 : 플라스틱 파렛트, 수로관, 플륨관, trough 등 생산2) 보강제 이용 혼합재생 :가) (주)동일레진 : 각종 혼합 폐플라스틱과 연탄재나 고지 등을 이용하여 토목이나 건축자재 생산나) 한국파스콘(주) : 올레핀계 수지에 화력발전소의 플라이 애쉬를 첨가하여 각종 오수 받이, 맨홀, 아파트 옥상의 핏트나 주차장의 카 스토퍼를 생산다) (주)한국재생 : 불연성과 가연성의 폐플라스틱에 슬러지, 연탄재, 폐모래, 생활 쓰레기를 혼합하여 벽돌, 하수관, 기왓장, 욕조 등 각종 건축자재 생산3) 특수한 extruder를 이용하는 혼합재생 :가) 고려수지 : 녹는 물질은 거의 모두 혼입하여 별다른 약품의 추가적 투입 없이 견고한 제품생산4) 유화처리 :가) 정경산업(주) : 폐타이어나 폐플라스틱류로부터 재생유를 생산※ 국 외1) 상용화제혼합 폐플라스틱의 직접 가공기술 및 가공기의 개발은 국외에서 오래 전부5 상용화된 재생 플라스틱(출처 : Plastics Science 1993, April)2) 특수한 extruder를 이용하는 복합재생가) 벨기에의 ART(Advanced Recycling Technik GmbH의 약칭)사 : 혼합 폐플라스틱으로부터 목재 대용품 생산3) 보강제를 이용한 복합재생가) 미국의 Xymax 2006, Inc. : 볏짚과 폐플라스틱을 이용 각종 목재 대용품 생산나) 일본의 아인엔지니어링(주) : 농업용 폐플라스틱을 공기건조세척 방법으로 이물질을 선별하여 목재분말과 혼합, 목재 대용품을 생산다) 독일 : Planex나 Horn & Bauer 등 : 폴리올레핀계 플라스틱과 목분을 혼합, 건축자재, 고속도로 가드레일, 해안 경계목이나 장식용 생산라) 기타 : Mobil Chemical사, Trimax사, The Plastic Lumber사, Advanced Environmental Recycling Technologies사, Seaward International사, Earth Care사, American Plastics Recycling사, Hammer's Plastic Recycling사, Innovative Plastic Products사, National Waste Technologies사, Plastic Recyclers사, Superwood사 그리고 Recycled Plastic Industries사 등.4) 분리가) 독일의 Bezner : 혼합 폐플라스틱에서 광전자 디텍터를 이용하여 PET를 포함한 PE, PP, PS, PVC를 분리.나) 미국의 Magnetic Separation System사 : Single Line BottleSort라는 시스템에서 각종 폐플라스틱병을 재질별, 색상별로 분류다) 독일의 Humboldt Wedag사 : 원심분리력을 이용하여 분리와 세정을 동시에 하는 Censor라는 시스템을 개발하여 보급. 물과 염수를 사용하여 금속 및 종이 등 이물질과 폴리올레핀계, PS, PVC 등을 분류.라) 독일의 BF : Kurata Process로 촉매, 효소, 파동을 화학반응에 추가하여 250 oC에서 분해가 일어나도록 공정을 개선.나) (주)후지리사이클 : 相生工場은 산업폐기물의 PE, PP, PS를 년간 5,000 톤 처리.다) LB&M사의 Conard Recycling Process : 폐타이어 유화의 변법으로 컴퓨터에 의하여 연속적으로 조작이 가능하며 열분해 온도가 높을 수록 C1∼C5의 기체상의 탄화수소까지 얻을 수 있으나 통상 최종 생성물의 70∼80 %가 재생유가 되도록 운용. 잔사는 탄소의 형태로 얻어지며, 그 양은 1∼3 % 정도.라) 독일의 Kohleol - Anlage Bottrop GmbH : 현재 년간 4만 톤의 폐플라스틱을 유화처리하는 실증공장마) 그 외에도 일본에는 (주)橫山폴리에틸렌공업 등 한국에 소개된 곳이 10 여개 이상이며 대표적인 공정은 三菱重工業의 회수법, 川崎重工業의 포리浴法, 三洋電機의 고주파법, 住友重機의 유동층법, 日揮의 유동층법, 三井造船의 분해로법, 神戶製鋼의 로타리 킬른법 등이 있다.6) 기타가) 혼합 폐플라스틱을 제철소의 환원제인 코크스 대신 사용(독일의 RRR GmbH)나) plasma를 이용한 재생처리의 방법 : Plasma의 초고열을 이용하여 혼합 폐플라스틱을 각 유용한 화학원료로 회수하고 같이 넣어 준 lime과 함께 불순물이나 잔사는 고화시켜 건축자재로 사용.[ 분해성 플라스틱 ] - 새로운 개념의 환경 보호요즘에는 우편물 등의 비닐 봉투에 '광분해성' 비닐이라는 표시가 많이 눈에 띈다. 그동안 합성 플라스틱이 자연에서 분해되는 기간이 너무 길어서 폐기물의 처리가 문제였다. 소각도 한 방법이긴 하지만 여기에는 이산화탄소의 배출과 소각로 다이옥신 등이 대두된다. 따라서, 근본적으로 천연 고분자처럼 쉽게 분해되는 고분자의 제조에 관심을 갖게 된 것이다.{{{[왼쪽은 국내에서 생산·판매 중인 생분해성 플라스틱 재질로 만든 환경친화성 제품들 (이래화학 사진), 가운데와 오른쪽 사진은 생분해성 고분자로 만든 마이크로미).]
2조 98908081 태주원이중관식 열교환실험● 실험목적두 물질간의 열교환을 이 실험을 통해 실습을 함으로써 두 유체의 흐름과 열전달 속도, 총괄 열전달 계수와의 관계를 이해한다.●이론▶열교환기란: 두 물질간에 열에너지의 수수(授受)가 되고 있는 곳에 그 작용을 유효하게 할 목적의 장치로써공정에서는 투입 열에너지의 회수용이나 반응 온도의 유지용으로 혹은 반응 조절용으로 쓰인다.▶열 교환 방법1) 두 유체를 직접 접촉하게 하는 방법2) 이중관식 열 교환기로서 두 유체 사이에 고체벽을 두고 간접적으로 접촉시키는 방법이 있다.▶ 이중관식 열교환기1) 향류 및 평행류★. 향류 또는 병류의 흐름을 갖는 열교환기 ( 개략적인 표시 )① 향류 : 열 교환 장치의 양쪽 끝에서 두 유체가 들어가 그 장치 내에서 서로 반대방향으로 흐르는 흐름② 평행류 : 열교환 장치의 같은 끝부분에서 두 유체가 들어가고 그 방향이 같은 흐름2) 열 전달 속도이중광을 통한 열전달량 q= 고온 유체가 얻은 열량q_h= 저온 유체가 잃은 열량q_cq{}={}mc_p Δt{}={}m_h c_ph (T_ha {}-{}T_hb ){}={}m_c c_pc (T_cb {}-{}T_ca )m_c; 저온 유체의 질량 유속 (mass flow rate) [g/s]m_h; 고온 유체의 질량 유속 [g/s]c_pc; 저온 유체의 열용량 [J/g℃]c_ph; 고온 유체의 열용량 [J/g℃]T_ca; 저온 유체의 입구 온도 [℃]T_cb; 저온 유체의 출구 온도 [℃]T_ha; 고온 유체의 입구 온도 [℃]T_hb; 고온 유체의 출구 온도 [℃]3) 열 전달 계수U_0{}={}m_c {}c_pc {}{({}T_cb{}-{}T_hb {})} over {({}A_0 {}×{}ΔT_L {} )}A_i; 내관의 내부 표면적= ΠD_i LA_0; 내관의 외부 표면적= ΠD_0 LD_i; 내관의 내부 직경D_0; 내관의 외부 직경x; 내관의 두께L; 내관의 길이U_i; 내관의 내부 표면적을 기준으로 한 총괄 열전달 계수U_0; 내관의 외부 표면적을 기준으로 한 총괄 열전달 계수ΔT_L; 대수 평균 온도차ΔT_L= {}{({}ΔT_2 {}-{}ΔT_1{})} OVER {ln{}( ΔT_2 OVER ΔT_1 )}병류 :ΔT_L={(T_6 -T_5 )-(T_1 -T_2 )} OVER {ln {{(T_6 -T_5 )} OVER {(T_1 -T_2 )}}}향류 :ΔT_L={(T_6 -T_2 )-(T_1 -T_5 )} OVER {ln {{(T_6 -T_2 )} OVER {(T_1 -T_5 )}}}●실험 장치 및 그림● 실험 방법고온 유체와 저온 유체 관에 물을 흘려서 이상이 없는가 확인한다.↓고온 유체탱크에 물을 채워서 over flow 시켜 순환되게 한다. 관내의 air가 존재하면 유량을 갑소시키며 air가 과다하게 있으면 유체의 흐름을 정지 시키므로 관내의 air를 제거한다.↓수조에 물을 채운후 수조 아래의 valve를 닫고 장치에 동력을 넣는다↓보일러의 온도를 60℃ 정도로 조절하고 pump를 닫고 작동시킨다.↓고온 유체와 저온 유체의 관에 일정량의 유체가 흐르게끔유량계를 통해 확인하고 조절한다.↓저온 유체와 고온 유체를 병류로 실험하고 (valve로 조절)입구, 중간, 출구 온도를 측정한다.↓저온 유체와 고온 유체를 향류로 실험하고 (valve로 조절)입구, 중간, 출구 온도를 측정한다.↓위 두 과정의 실험을 유량 변화를 주어 실험 한다☞실험시 주의 사항※수조에 물 공급시 valve 개폐에 주의한다.※유체가 흐르는 관내에 air가 존재하면 유량을 감소 시키므로 air를 제거 한다.※향류와 평행류의 흐름을 정확히 이해한 후 valve를 조작한다.● 실험 결과▶ 결 과◎ Table 1. 향류와 평행류에 대한 T, q, Uo ◎▶ 계 산【q값】① 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (52-40)℃ = 0.2514J/s저: q =0.01667g/s × 4.19J/g℃ × (24-22)℃ = 0.1397J/s② 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (54-40)℃ = 0.2933J/s저: q =0.0333g/s × 4.19J/g℃ × (24-23)℃ = 0.279J/s③ 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (49-37)℃ = 0.2514J/s저: q =0.05g/s × 4.19J/g℃ × (23-22)℃ = 0.2095J/④ 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (63-46)℃ = 0.3562J/s저: q =0.01667g/s × 4.19J/g℃ × (25-22)℃ = 0.2095J/s⑤ 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (64-43)℃ = 0.43995J/s저: q =0.0333g/s × 4.19J/g℃ × (24-22)℃ = 0.2791J/s⑥ 고: q =0.005g/s × 4.19J/g℃ × (64-43)℃ = 0.43995J/s저: q =0.05g/s × 4.19J/g℃ × (24-23)℃ = 0.2095J/s【DELTA T_L값】 = (ΔT_2- ΔT_1)/ln (ΔT_2/ ΔT_1)①DELTA T_L= ((52-24)-(40-22))/ln(28/18) = 22.633 ℃②DELTA T_L= ((54-24)-(40-23))/ln(30/17) = 22.888℃③DELTA T_L= ((49-23)-(37-22))/ln(26/15) = 19.998 ℃④DELTA T_L= ((46-22)-(63-25))/ln(24/38) = 30.466 ℃⑤DELTA T_L= ((43-22)-(64-24))/ln(21/40) = 29.487 ℃⑥DELTA T_L= ((43-23)-(64-24))/ln(20/40) = 28.854 ℃【Uo값】① 고: Uo = 0.2514(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 22.633℃ )= 0.1444 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.1397(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 22.633℃ )= 0.0802〔W``/m^2℃〕② 고: Uo = 0.2933(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 22.888℃ )= 0.1666 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.1395(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 22.888℃ )= 0.0792 〔W``/m^2℃〕③ 고: Uo = 0.2514(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 19.998℃ )= 0.1634 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.2095(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 19.998℃ )= 0.1362〔W``/m^2℃〕④ 고: Uo = 0.3562(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 30.466℃ )= 0.1520 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.2095(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 30.466℃ )= 0.0894 〔W``/m^2℃〕⑤ 고: Uo = 0.43995(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 29.487℃ )= 0.1939 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.2791(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 29.487℃ )= 0.1230 〔W``/m^2℃〕⑥ 고: Uo = 0.43995(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 28.854℃ )= 0.1982 〔W``/m^2℃〕저: Uo = 0.2095(J/s) /(π1.58 ×10^-2× 1.55m^2× 28.854℃ )= 0.0944 〔W``/m^2℃〕◆ 도 표 데 이 터유체온도유량T_1T_2T_3T_4T_5T_6qUo향류60℃①고:0.005/저:0.01*************400.2514/0.13970.1444/0.0802② 0.005/0.03*************00.2933/0.13950.1666/0.0792③ 0.005/0.*************70.2514/0.20950.1634/0.1362병류60℃④ 0.005/0.01*************460.3562/0.20950.1520/0.0894⑤ 0.005/0.03*************30.43995/0.27910.1939/0.1230⑥ 0.005/0.*************30.43995/0.20950.1982/0.0944● 결과 토론우리조의 이번 실험은 이중관식 열교환기를 이용한 실험이었다.우리조의 실험데이터로서 분석해 본다면 향류일 때 △T1, △T2 의 차가 그리 크지 않았는데 비해 평행류일때에는 그 온도차가 향류에 비해 매우 컸다. 따라서 열교환의 값이 향류보다는 평행류가 더욱 활발히 잘이루어짐을 볼수 있다. 또한 총괄 열전달 계수를 비교해 보면 향류일때보다는 평행류일때가 더욱 높은 값을 보여줌을 알 수 있다. 이것을 볼 때 우리조의 실험이 이론과 비교 했을시 결과값이 뒤바껴 있음을 알수 있다. 수업시간에 배웠듯이 평행류 일대보다는 향류일 때 더욱 열교환이 잘 일어나야 됨을 알 수 있다.향류일때는 교환기의 양쪽끝에서 두유체가 들어가 그 장치내에서 서로 반대로 통과 함으로써 열교환이 더욱 활발히 잘 일어날 수 있는 조건이 됨을 알수 있다 . 평행류의 경우 두 유체가 교환기의 같은 부분에서 들어가고 그 흐름 방향이 같은 방향으로 흐르는 것을 말하는데 열교환기에서 평행류는 잘 사용하지 않는다. 왜냐하면 아래 그래프에서 보듯이 평행류의 방법으로는 한 유체의 유출온도가 반대쪽에서 들어오는 유체의 온도에 거의 접근 될수 없고 전달될 수 있는 열량도 비 향류 흐름에 비해 적기 때문이다. 그러나 이 평행류를 사용하는 경우에는 찬 유체의 최대 허용온도에 제한 받을 경우와 적어도 갑자기 어느 유체의 온도 변화를 주어야 할 경우에 사용되어지고 있다.
열전도도 측정실험 목적화학 공업에서는 열의이동을 다루는 조작이 많다. 예를들어 보면 물질의 가열, 냉각 및 응축과 증기의 발생, 반응열의 제거 흡수열의 공급은 증발, 증류 건조등에서 열전들은 필수적이다.열전달 장치는 대개 관, 또는 고체벽을 통해 열을 전달하는 경우가 보통이다. 또한 화학 장치에는 보온, 보냉을 하는 경우가 많다. 이때에는 고체내의 열전 달이 문제가 되며, 특히 노벽과 보온재에 관하여도 열전도가 중요한 의미를 갖는다.아래는 우리가 이번 실험을 통해 깨달아야 할 과제이다.① 정상상태의 열전달로부터 열전도도를 구하는 방법 숙지② 기준 열전도도 측정봉을 이용 미지 재료의 열전달현상 및 온 도구배의 차이점 이해원리 및 이론Fourier 법칙등온의 표면을 통한 열전달 속도는 그 표면에서의 온도 구배에 비례한다. 전달 속도의 기본식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.전달속도 = 추진력 over 저항력전도열전달의 경우 위의 관계는 fourier 법칙으로 나타내어진다.q over A = -k dT over dn(정상상태의 경우)여기서 - 부호를 사용한 것은, 열은 항상 고온부에서 저온부로 이동하기 때문이다.Conduction어떤 연속체 중에 온도 구배가 존재하면 물질의 운동이 없이고온 부분에서 저온부분으로 전달된다.(분자운동의 결과)그림비정상 가열로벽의 온도분포Ⅰ로벽을 고온에 노출 시키는 순간Ⅱ시간 t 만큼 가열된 순간(비정상 상태)Ⅲ 정상상태Thermal Conductivity위 퓨리에 식에서 비례상수 k를 말한다. 이것은 물질의 전달 특성중의 하나이다. 단위는 W/m-℃ 또는 Btu/ft-h-℉ 이다 금속들의 열전도도 값은 스텐리스강의 10 Btu/ft-h-℉ 부터 은의 240 Btu/ft-h-℉ 까지 그 범위가 넓다. 유리나 대부분의 비다공성 광물에 대한 값은 0.2로부터 2 Btu/ft-h-℉ 까지 아주 낮다. 물의 열전도도 값은 0.3~0.4 Btu/ft-h-℉ 로서 대부분의 유기액체의 약 3배이다. 기체들은 아주낮은 열전도도 값을 가지며 공기의 k 값은 32℉ 에서 0.014 Btu/ft-h-℉ 이다. 기체들의 열전도도값은 압력에 거의 무관하나 온도 증가에 따라 증가하는데, 이는 분자속도가 증가하기 때문이다.정상 상태에서의 열전도율의 계산전도에 의한 정상상태에서의 열이동은 아래의 식으로 나타낼수 있다.q=-kA dt over dl........ⓛ여기서 q[kcal/hr], L[m], A[m2], k[kcal/m·hr·℃]이다.일반적으로 t℃에서 열전도도 k는 0℃에서의 열전도도 k0 와 온도 t의 함수로서 근사적으로 다음 식으로 표현된다.k=k0(1+αt)......②온도계수 α는 물질에 따라 +(보온재) 또는 -(금속) 값을 가짐.q INT _{ L1}^{L2 } dt over A = (t 1 - t 2) k0 (1+α t1+t2 over 2 )....3식 2를 1에 대입하고 거리 L1~L2 ,온도 t1~t2 범위에 대해 적분하면 여기서k0 (1+α t1+t2 over 2 )를 t1 과 t2 에서의 열전도도의 평균값 k, (t1-t2)를 △t라 하고 전열 면적 A가 일정한 경우라면q = Ak△t over L2-L1 = Ak△t over L......4k 값이 크면 열전달이 잘되는 고체이고 k 값이 작으면 열전달이 잘되지 않는 고체이다.q over A = -k △T over BA : 등온 표면적 ( q를 흡수하는 면적 m2 )B : 표면에 직각으로 측정된 거리q : 표면에 직각 방향으로 그 표면을 통과하는 열 흐름 속도.(cal/s, J/s, W )T : 온도 (℉,℃)k : 열전달 계수 ( W/m c) , 열전달 계수가 클수록 열전달이 잘 된다.실험장치 및 방법본 실험에서 사용될 실험장치는 대략 다음과 같다.1)정수압 수두탱크 2)POWER V METER 3)HEATER A METER4)DIGITAL THERMO INDICATOR 5)HOT ZONE TEMP CONTROLLER 6)AGITATOR S/W7)HEATER S/W 8)기준관 설치 조절NUT 9)TEMP SENSOR SELECTOR S/W10)POWER CAMP 11)MAIN POWER S/W 12)기준관 전도율 TEMP SENSOR13)11번 SEMP SENSOR(HOT ZONE) 14)12번 SEMP SENSOR(COLD ZONE)15)COLD BATH 16)HOT BATH 17)AGITATOR 18)HEATER19)기준관 보온COVER 20)냉각수 연결구 21)냉각수 유량계
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