습벽탑(화학공학실험) 사전&결과보고서입니다.

목차

실험제목

실험목적

실험 이론

실험 방법

기구 및 시약

실험결과

토의 및 결과

결론

참고문헌

본문내용

t
(3) 물 유량 300ml/min 일때 공기의 유량을 2000, 4000, 6000ml/min으로 변화시 켜 측정
농도
로그평균 농도(input DO와 output DO)
물의 유량 속의 산소의 몰 속도 j
mass transfer coefficient
물, 공기 유속에 따른 물질전달 계수() 변화
-Re와 Sh 구하기
물의 유속
공기유속
Re
Sh
100
2000
= 5.1*10-2
5.211
4000
5.089
6000
5.130
200
2000
=1.02*10-1
0.9187
4000
0.9
6000
0.9016
300
2000
=1.52*10-1
1.337
4000
1.272
6000
1.280
공기유속(ml/min)
물의유속(ml/min)
2000
4000
6000
100
6.4110-5 m/s
6.2610-5 m/s
6.3110-5 m/s
200
1.13010-6 m/s
1.10710-6 m/s
1.10910-6 m/s
300
1.64410-6 m/s
1.56410-6 m/s
1.57410-6 m/s
log(sh) vs n log Re
물의 유속 100ml/min 일때 n=-0.003
log(sh) vs n log Re
물의 유속 200ml/min n=-0.004
log(sh) vs n log Re
물의 유속 300ml/min n=-0.817
KL vs 공기유속
7. DISCUSSION
이번 실험에서는 Wetted wall Column에서 물과 공기를 향류로 접촉시킬 때의 Mass Transfer Coefficient를 구함으로써 Mass Transfer에 대해 이해하고 유속에 따른 Mass Transfer Coefficient의 변화를 관찰하였다.
우선 실험 데이터를 보면 물과 공기의 유속에 따른 산소의 흡수량의 상관관계를 확인할 수 있었는데 공기의 유량이 증가할수록 더욱더 산소가 많이 포함된 새로운 공기가 물과 접촉하므로 더 많은 양이 흡수되는 것으로 예상되었고 물의 유량이 감소할수록 공기와 접촉되는 시간이 길어지므로 더 많이 흡수될 것으로 예상할 수 있었다.
이러한 예상대로 물의 유속이 빨라지면 물의 유량이 증가하므로 산소의 흡수량은 감소하였고 공기의 유속이 증가하면 공기의 유량이 증가하여 산소의 흡수량이 증가함을 확인할 수 있었다. 그리고 위의 표에서 나와 있듯이, 공기와 물의 유속 변화에 따른 Mass transfer coefficient의 변화는 공기의 유속이 빨라질수록 값 역시 커지는 경향을 보였고 물의 유속이 빨라질 때는 D.O가 작아지는 것과 상관없이 값은 커지는 결과를 보였다.
그 이유로 j는 CAL이 작아지는 만큼 CLM이 커지지 못했기 때문으로 볼 수 있다.
공기의 흐름이 빨라지면 물과 접촉하는 공기도 많아지고 그만큼 물이 공기로 많이 확산된다. 물이 공기 중으로 확산이 많이 되면 물질전달계수도 커진다. 다시 말하면 젖은 벽탑 하부로 들어오는 공기는 흐름이 빨라질수록 난류흐름이 된다. 난류는 수가 커짐을 의미한다. 그래서 공기의 레이놀즈의 수가 커질수록 두 유체간의 물질전달은 활발히 일어나며 물질전달계수는 증가하게 된다. 이 실험에서 물질전달계수는 공기의 레이놀즈수와 비례한다고 말할 수 있다.
이론상 실험을 가상하여보면 Wetted Wall column은 난류흐름에서 유체 쪽으로의 물질전달과 유체로부터의 물질전달에 대하여 가치 있는 정보를 제공해 조성이 다른 두 유체가 접촉하게 되면 두 유체의 경계면에서는 물질이 이동하는 현상이 생기는데 원기둥의 젖은 관에서 액체와 기체가 서로 접촉할 경우 다른 충진물에서와 달리 접촉면이 뚜렷하고 그 접촉면의 면적을 비교적 쉽게 계정할 수 있다. 또 공기의 NRe의 수가 커질수록 물질전달 계수 kL 이 커지는 것을 알 수 있다.
하지만 실제 실험 결과 값을 살펴보면 유속에 따른 약간의 증가는 확인할수 있었지만 정확하게 실험에 의해 이론을 증명하기에는 역부족인 결과값이 나왔다.
또한 log Sh vs n log Re의 그래프를 그려서 n 값을 확인하였다.
그 값을 확인하여 보면 물이 공기와 접촉하여 물이 공기 중으로 확산하는 현상에서 물의 확산 속도는 물질전달계수와 비례한다는 것을 알 수 있었으며, 공기의 레이놀즈수가 증가할수록 물질전달계수가 증가하며 공기의 흐름이 더 빨라질수록 벽탑 내부의 농도구배가 더 커져서 물의 확산이 더 잘 일어나며 이는 최종적으로 물질전달계수의 증가함을 확인할 수 있었다.
실험 결과값이 비록이론값을 정확하게 증명하지는 못하였지만 어느 정도의 오차를 제외하고는 큰 이론을 설명 하는데는 어느 정도 부합하였다고 사려 된다.
질소가스 bomd에 달린 레귤레이터를 완전히 오픈했다가 N2가스를 적당량 흘러 보내면서 레귤레이터를 서서히 조여 주는 것이었다. 이 조작도 처음해보는 것이기에 조작에 애를 먹었다 이처럼 장치 자체의 결함이나 실험장치 작동의 미숙으로 인해 정확한 실험을 하는 데는 한계가 있었다.
오차의 원일을 살펴보면 실험기구에 나를 비롯한 우리 조원들이 상당히 미숙하였고, 센서가 손으로 꾹 눌러주지 않으면 좀 튀어나와 물이 새어 D.O가 왔다 갔다 하는 것도 실험 결과 오차의 원인이다. 그리고 먼저 공기를 탑 하부에서 일정하게 공급하고 나중에 유량을 조절하는 과정을 거치는데 먼저 유량을 최대로 하여 벽을 적셔주어야 한다. 그렇지 않고 적은 유량부터 실험을 하여 물이 벽 전체에 막을 생성하지 못하게 되어 물질전달 즉 확산이 어렵게 되었다.
물이 상부에서 하부로 떨어질 때, 벽 전체로 균일하게 흘러 내려야 하는데 이번 실험에서는 부분적으로 흘러내리지 않는 부분도 있었던 것에 영향을 받은 것 같기도 하다.
8. REFERENCE
유체역학 / 이종원 / 형설출판사 / p533~535 /2003
화학공학 실험법(Ⅰ) / 한국화학공학교육연구회 / 형설출판사 / p71~73 /2001
공업화학을 위한 화학공학 / 권창호외 3명 / 동화출판 / p. 87~ 93 /2001
단위조작 / 이종집외 2명 / 선문당 / p.257~262 /2002
Unit operation / Smith Harriott / McGraw-hill / p.647~668 /2003

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