[화공]젖은벽(Wetted Wall Gas Adsorption) 실험보고서

목차

1. 실험목적
2. 요 약
3. 이 론
4. 기구 및 시약
5. 실험 방법
6. 실험 Data
7. 결과 및 토의
8. 결 론
9. Reference

본문내용

를 구하면, 그에 따른 물질전달계수 k를 구할 수 있다. 또한 Schmidt수의 범위에 따라 영역별 Sherwood수를 구할 수 있다.
실험 Data를 이용하여 JA를 구한 결과는 다음과 같다.
※ 관의 직경 구하기
관의 밖의 원주: 15.8 cm
관의 두께: 0.2 cm
원주 = 2πr
15.8 - 0.2 = 2 × 3.14 × r
r = 2.48 cm
∴ D = 4.97 ≒ 5 cm
관의 직경: 5 cm
관의 높이: 78.3 cm
관의 면적: π× D × L = 1230 ㎠
적분법을 이용한 JA 는 우선 kc를 가정하여, 구한 농도를 구한 후, 이를 실제 측정한 농도값과 비교한다. 이때 오차가 크게 나타나면 가정한 kc의 값이 너무 크거나 작은 것이므로, 이를 수정하여 오차가 거의 생기지 않는 범위의 kc를 구한다.
습도(%RH)는
Specific Volume는 화공열역학 5판의 Appendix F.1 의 Steam Table을 참고해서
43400 ㎤/g 임을 알 수 있었다.
§. 출구 100%RH의 농도( CAL )
§. 각 출구 습도의 농도( CAi )
Ex) Air 0일 때, 즉 습도 60.2%RH 일 때의 농도( CA0 )
습도(%RH)
농도(mole/㎤)
CA0
CA1
CA2
CA3
CA4
CA5
60.2 %RH
65.3
68.3
68.8
74.4
78.6
7.7×10-7
8.3×10-7
8.7×10-7
8.8×10-7
9.5×10-7
10.1×10-7
적분법을 이용하여, 물질전달계수 kc를 가정한다.
만약 kc를 0.005 라 가정하면,



에서
와 동일하다.
⒜
∴
⒝
∴
⒞
∴
⒟
∴
⒠
∴
⒡
∴
이상으로 kc를 0.005로 가정을 하여 적분법에 의해 JA 와 농도를 구하였다.
그러나 이는 실제 실험에 의한 수치, 즉 실험치와 이론에 의한 이론치가 그 값이 일치하지 않고, 많은 오차를 가지고 있었다.
따라서 다시 kc값을 가정하여 적분법에 의해 물질전달계수를 구하면 (Try-Error Method), 최종적으로 실험치와 오차가 가장 적은 물질전달계수 kc를 구할 수 있다.
Try - Error Method 에 의한 kc값은
kc = 0.003
이다.
물질전달계수 kc ⇒ 임을 위 실험식과 이론계산식에 의해 나타나고 있으며, 따라서 kc 는 속도의 단위를 갖음을 알 수 있었다.
다음은 Air의 변화에 따른 온도와 습도의 변화추이를 plot 으로 나타내었다.
온도의 변화는 실험하는 동안 크게 변화가 보이지 않았으나, Air를 높임에 따라 습도는 변화를 나타내었다.
우선 Air는 (cc/min)×100 의 단위로 Air의 단계를 올릴 때마다 시간당 그에 따른 Air가 공급되는 부피는 증가한다. 이때 물과 공기(Air)가 향류로 접해지면서, Air의
시간당 부피가 증가함에 따라 물과 접촉되어지는 것 또한 증가하여, 시간과 Air에
따른 비례적으로 습도가 높아지는 것을 확인 할 수 있다.
Wetted wall gas adsorption은 물과 기체, 즉 공기(Air)의 향류로 접촉시키면서 나타나는 습도를 이용하여 몰 플럭스(JA), Colburn 계수(jH factor 즉, 물질전달에서의 jM factor) 및 변수에 의존하는 Reynold수, Schmidt수에 의한 Sherwood수를 구함으로서 물질전달계수 kc의 값을 얻을 수 있었다.
본 실험에서는 wetted wall column에서 물과 공기를 향류로 접촉시킬 때에 물을 증발시켜서 물질전달계수를 측정하는 방법을 알아보았다.
위 실험을 하면서 기계장치의 작동의 서투름으로 많은 어려움이 있었고, 장치 자체의 결함으로 정확한 실험을 하는데는 한계가 있었다. 우선 관 내부를 흐르는 물의 유속이 laminar상태로 존재했어야 하는데 실제로는 아무리 유속을 낮추어도 laminar상태로 보기에는 어려움이 많아서 결국 유속을 고정시킨 상태에서 공기의 유량만을 조절하여 실험을 해야 했다.
실험결과에 오차가 발생하였다면 물의 유속조절 과정에서 장치내부의 여러 가지 요인으로 인하여 발생된 것이라고 생각되며, 관의 면적측정에서 내부관 측정시에 편의상 물이 배출되는 곳의 두께를 측정했는데 실제로는 물이 흐르는 벽의 두께와는 약간의 차이가 있지 않았을까 하는 생각이 들었다
8. 결 론
물질전달은 물질 사이의 경계면에서 서로 이동이 일어나는 현상을 말하며, 물질사이에 분자확산과 난류확산에 의한 물질의 이동이 주요 원인이 되고 있다.
대표적인 물질전달 중에서 기체흡수는 혼합믈에서의 기체흡수와 기체탈착 현상을 일으킬 수 있는 현상이다.
Wetted wall column은 물질전달 현상 중에서 물과 공기의 향류 접촉을 통해 얻어지는 습도를 이용하여 물질전달계수를 구하는 실험이다.
물질전달계수인 k는 등몰 확산, 일방 확산 및 난류 확산 등 여러 조건에 따라 풀이 될 수 있으며, 특히 유체의 흐름에서 층류나 정상상태에서의 확산 뿐만 아니라, 난류의 흐름에 의한 확산 또한 많기 때문에 물질전달계수를 통해 조건에 따른 유체등의 흐름 상태를 파악할 수 있다.
이로서, Wetted wall column은 경계층 분리가 생기지 않는 층류와 함께 난류상태에서도 물질전달에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 본 실험으로 구해진 물질전달계수 k는 다공성 젖은 고체로부터 액체의 증발하는 다양한 현상까지 연구할 수 있다.
확산계수, 속도, 점도, 밀도, 장치의 특성 및 여러 factor 등에 따라 그 변수를 달리 할 수 있으며, 이러한 변수에 따라 각 현상에서 나타나는 물질전달계수 k를 구할 수 있다.
9. Reference
Unit Operations of Chemical Eng. 5th Warren L. McCabe 외 McGraw Hill 1993
p.647 ～ 690
물질전달 및 분리공정 박창호 외 지인당 1999 p.13 ～ 92
유체역학 이승옥 외 동화기술 1997 p. 101 ～ 113
http://scet.yu.ac.kr/curriculum/Lecture/Exp/Major/sep3.html
http://www.et.byu.edu/~beliveau/uolab/manuals/wetwall/index.html

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열전달,   난류,   추출,   물질전달계수,   습벽탑,   화학공학,   결과,   레포트