유동화실험결과
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소개글

유동화실험결과에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험제목

실험목적

실험 이론

실험 방법

기구 및 시약

실험결과

토의 및 결과

결론

참고문헌

본문내용

다. 유동화된 고체는 액체와 마찬가지로 관이나 밸브를 통하여 층에서 배출시킬 수 있는데, 이러한 유동성(fluidity)은 고체 취급에서 유동화를 이용하는 기본적인 장점이 된다.
2) 유동화 조건
접촉분해 촉매와 같은 미세 과립상 물질이 들어있는 수직관을 고려했을 때 관의 상부는 열려있고 촉매층은 바닥의 다공판 위에 있다. 다공판은 흐름을 단면 전체에 균일하게 분산시키는 역할을 하는데 분산판 밑에 공기를 저속으로 통과 시키면 공기는 층을 통해 상승하나 입자들은 움직이지 않는다. 입자가 아주 작으면, 입자사이의 유로에서 흐름은 층류가 되고, 층에서의 압력 강하는 공탑속도에 비례한다. 유속이 조금 증가하면 압력 강하가 증가하지만,
입자는 움직이지 않고, 층 높이는 그대로 유지된다. 유속이 어떤 값에 이르면, 층에서의 압력 강하가 입자에 작용하는 중력 즉 층의 무게와 균형을 이루는 상태가 되며, 유속이 이 이상으로 증가하면 입자가 움직이기 시작한다.
입자들이 서로 접촉하고 있는 상태에서도 층이 약간 팽창하기도 하는데, 이 조금만 증가해도 공탑속도의 몇 %증가를 상쇄하여 를 일정하게 유지하기 때문이다. 유속이 더욱 증가하면 입자들이 서로 충분히 떨어져서 층 안을 돌아다니게 되어, 참 유동화가 일어난다. 층이 유동화되면 층에서의 압력 강하는 일정하지만 층 높이는 유속이 증가함에 따라 계속 증가한다. 고체를 거의 손실하지 않으면서도 상당히 큰 유속에서 층을 운전할 수가 있는데, 입자층을 지지하는데 필요한 공탑속도는 개별 입자의 종말속도보다 아주 작기 때문이다.
유동층의 유량을 감소시키면, 압력 강하는 일정하면서도 층의 높이가 감소하게 된다. 그러나 층의 최종 높이는 고정층의 초기치보다 커지는데, 유동화 상태에서 천천히 가라 앉을 때에 비해 한번에 들어부었을 때 한층 치밀하게 충전되기 때문이다. 결과적으로 저속일 때의 압력 강하는 초기 고정층에 비해 적어진다. 다시 유동화 시키면 점 B에서 압력 강하와 층 무게가 같아지므로, 점 A가 아니라 점 B가 최소 유동화 속도를 나타낸다고 보아야 한다. 최소 유동화 속도를 측정하려면, 층을 격렬하게 유동화 시킨 다음 기체 흐름을 정지시켜서 층이 갈아 앉도록 한다. 이어서 유량을 점점 증가시켜서 층의 팽창이 시작되도록 한다. 한 층 재현성이 있는 최소유동화 값은 고정층 및 유동층에서의 압력 강하 곡선의 교점에서 구할 수 있다.
2) 최소 유동화 속도
층에서의 압력 강하와 단위 단면적 기준의 층 무게가 같다고 하고, 대체된 유체의 부력을 구하려면, 최소 유동화속도에 관한 식을 구할 수 있다.
(1)
초기 유동화에서는 이 최소 공극률 이다. (입자 자체가 다공질이면 는 층의 외부 공극률이다.) 따라서,
(2)
충전층에서의 압력 강하에 관한 Ergun식을 다시 쓰면 다음과 같다.
(3)
이 식을 초기 유동화점에 적용하면 최소 유동화속도 에 관한 2차식이 된다.
(4)
입자가 미세하면 Ergun 식의 층류 항만 중요하다. Rep <1 이면 최소 유동화 속도식은 다음과 같이된다.
(5)
여러 가지 실험에 의하면 은 입도의 2.0 제곱보다는 약간 작은 값에 따라 변하며 점도에 대해서는 반드시 역비례하지는 않는다. 이처럼 지수 값이 예상치에 비해 약간 달라지는 것은, Ergun 식에서 둘째 항을 무시한 데 따른 오차가 생기고 또 공극률 이 입도에 따라 달라지기 때문이다. 구형에 가까운 입자는 일반적으로 이 0.4~0.45 정도이며ㅡ 입도의 감소에 따라 약간 증가한다. 불규칙한 고체에서는 이 불확실하기 때문에 를 추산알 때 오차가 생긴다고 할 수 있다.
식 (4)를 사용하여 공기 중의 입자의 최소 유동화속도를 계산하면 아래 표와 같다. 입도가 300 정도 미만일 때는 이 Dp2에 따라 변하는데, 유동화의 응용에서는 대체로 입도 범위가 30~300 정도 이다. 또 석탄의 유동층 연소에서는 1mm미만의 입자를 사용하기도 한다. 입도가 아주 크면 층류 항이 무시되므로, 은 입도의 제곱근에 따라 변한다. Rep>103일 때는 다음과 같은 식이 된다.
(6)
아래 표에서는 정지 공기 중에서 낙하하는 개별 입자의 종말침강속도도 함께 보였다. 레이놀즈 수가 작을 때는 ut와 이 모두 D2p, , 1/ 에 따라 변하며,
ut/ 비는 주로 최소 유동화속도일 때의 공극률에 따라 변한다.
(7)
구형 입자에서 이면, 종말속도는 최소 유동화속도의 50배가 되므로, 10mm/s로 유동화 되는 층은 유속을 400mm/s까지 운전해도 배출 기체에 동반 유출되는 입자가 거의 없다. 입도 분포가 넣으면 평균 입도보다 작은 입자의 동반배출이 증가하겠지만, 이러한 미세 입자의 대부분은 여과기나 사이클론 분리기로 회수하여 층에 반송시킬 수 있다. 유동층은 의 100배의 유속으로 운전하는 경우도 있는데, 이때 동반배출량이 증가하지만 배출 고체는 거의 완전히 회수할 수 있다.
입자가 구형이 아니면 <1이므로 한층 넓은 유동화 범위에서 동반배출이 없이 조작할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 은 일반적으로 구형 입자에 비해 비구형입자의 경우에 크므로, 에서는, ut/dl 0.52로서, 구형 입자에 관한 추산치와 비슷해진다.
입자가 크면 종말속도를 뉴튼법칙으로 나타내는데 이를 식(6)의 와 비교할 수 있다. 구형 입자에서 Rep>103 인 경우 다음과 같이 된다.
(8)
=0.45에서 ut/=7.7이면, 이는 미세 입자에 비해 아주 작은 값이므로, 최소 유동화속도의 몇 배로 운전하면 동반배출(비산)이 한층 극심해진다. 따라서 유동층에서 굵은 입자를 사용하면 다소 불리하지만, 최적 입도는 반응기 효율, 열 및 물질 전달속도, 분쇄비, 기체의 목표 속도 등에 따라 달라진다.
3) 유동층의 형태
최소 유동화 속도에 관한 식은 기체 뿐 아니라 액체에도 적용할 수 있지만, 이상에서는 액체와 기체로 유동시켰을 때의 층모양이 크게 달라지는 경우가 많다. 모래를 물로 유동시키면 입자들이 비교적 개별적으로 움직인다. 속도가 증가하면 운동이 한층 격렬해지지만, 특정 속도에서 층의 평균 밀도는 층의 크면서도 균일하게 팽창할 때 나타나는 특정이다.
공기로 유동시킨 고체 층은 이른바 응집성 듀
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  • 등록일2009.06.20
  • 저작시기2008.5
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#542438
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