최소 유동화 속도에 대해서

소개글

최소 유동화 속도에 대해서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

제 1 장 서 론
1.1 유동화의 정의, 원리 및 특성
1.2 연구배경, 연구목적 및 범위
1.3 문헌고찰

제 2 장 이 론
2.1 최소유동화속도(Umf)
2.2 분체의 시료채취법
2.3 입도분석
2.4 유량계 보정
2.5 분체의 밀도측정

제 3 장 실 험
3.1 실험장치
3.2 실험재료
3.3 실험방법

제 4 장 결과 및 고찰
4.1 FCC의 입도분석
4.2 유량계 보정
4.3 Fcc와 Glass Bead의 밀도측정
4.4 최소유동화속도
4.5 최소유동화속도 그래프
4.6 고찰

본문내용

유동층은 기체와 고체간의 물질 및 열전달이 고정층에서보다 훨씬 우수하며, 층내 고체혼합이 좋아서 층전체가 비교적 균일한 온도로 유지될 수 있고 층내 전열면에서 열전달 계수가 크다는 공통적인 특성을 갖고 있다.
1.2 연구배경, 연구목적 및 범위
지금까지 기체유동층의 여러 가지 흐름영역의 전이 유속과 각 흐름 영역에서의 수력학 특성에 대해서는 국내외적으로 활발하게 연구가 진행되어 왔다. 이를 바탕으로 유동층 반응기의 기본 이론 및 현상을 이해하고 유동층 반응기를 설계할 수 있는 능력도 기른다. 본 실험에서는 최소유동화속도를 이해하고 유속 및 입자의 종류에 따른 입자의 최소유동화속도를 측정하고 해석하는데 그 목적이 있는데 이를 위해 분체의 입도분석, 유량계 보정, 분체의 밀도 측정 등 몇 가지 기본실험을 병행하였다.
1.3 문헌고찰
기체유동층에서 조업조건의 변화에 따라 유동층의 흐름영역이 변화하며 여러 조업조건 중에서 기체유속이 가장 중요한 인자로 고려되고 있다. 따라서 기존의 연구자들은 기체유동층의 흐름영역 변화를 각 흐름영역의 전이유속(transition velocity)의 항으로 나타내려 하였으며 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 고찰에서는 유동화 흐름영역과 최소유동화속도에 대한 기존 연구를 살펴보았다.
1.3.1 유동화 영역(flow regime)
기체-고체 유동층은 조업조건에 따라 서로 다른 흐름특성을 갖게 되며 유동층 반응기의 적절한 설계와 성공적인 조업을 위해서는 유동화형태의 구분 및 경계유속의 정의가 필수적이다. 기체-고체 유동층의 유동화 형태는 고체와 기체의 특성, 온도, 압력, 장치규격 등에 영향을 받으며 순환 유동층의 경우에는 고체순환속도나 블로워, 고체주입장치와 같은 기체 및 고체주입설비의 능력에 의해 달라지기도 한다.
연구자들에 따라 기체유동층의 흐름영역 구분이 다소 차이가 있으나 일반적으로 고정층, 기포유동층, 슬러깅, 난류유동층, 희박상수송 영역의 5가지 영역으로 구분되며 각 흐름역역의 수력학 특성 및 흐름형태는 Table 1.3.1와 Figure 1.3.1에 나타난 바와 같다.
1.3.2 최소유동화속도(minimun fluidization velocity, Umf)
최소유동화속도(Umf)는 유동층 설계에 있어서 중요한 변수로 일반적으로 층을 통한 압력강하가 단위면적당 층의 무게와 같아질 때의 최소공탑속도로 정의되며 실험적으로는 유속을 변화시켜가며 층의 압력강하를 측정하여 Figure 1.1.1와 같이 층의 압력강하가 일정해지기 시작하는 유속을 최소유동화상태로 고려한다.
대부분의 유동층 공정이 고온에서 조업되지만 Umf에 대한 기존의 연구들은 주로 상온에서 수행되었으며 수많은 상관식들이 제시되어 왔다. 실질적으로 이러한 상관식의 대부분이 Ergun[4]이 제시한 상관식을 기초로 하고 있다.
Ergun[4] 식의 각 항은 모두 무차원 군으로서, 간단히 표시하면 다음 식(1.3.2.1)과 같다.
k1(Remf)2 + k2(Remf) - Ar = 0 (1.3.2.1)
여기서 k1과 k2는 입자구형도(particle sphericity,φs)와 최소유동화상태에서 층의 공극률(εmf)만의 함수인데, Wen & Yu[5]는 상온에서 광범위한 입자로서 실험한 결과 k1과 k2의 값(k1=24.5, k2=1650)을 구하여 일반적으로 고운 입자계에서 많이 적용되는 상관식을 제시하였다.
일반적으로 고온에서 조업되는 유동층에서는 온도의 변화에 따라 유동화 기체의 특성치들이 변화하게 되며 이러한 특성치의 변화가 최소유동화속도에 영향을 미치게 된다. 온도가 증가함에 따라 기체의 밀도(ρg)는 감소하며 점도(μ)는 증가하게 된다.
온도의 증가에 따른 최소유동화속도의 변화는 입자의 직경이나 밀도에 따라 서로 다른 경향을 나타낸다.
Botterill과 Teoman[6], Botterill 등[7]은 20-900℃의 온도범위에서 입경과 밀도가 다른 여러 가지 입자를 사용하여 최소유동화속도에 미치는 온도의 영향에 대하여 실험하였다. 그들의 결과는 작은 입경(2mm이하)의 경우에는 온도가 증가할수록 최소유동화속도가 감소하나, 큰 입경(2mm이상)의 경우네는 온도가 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 이것은 작은 입자의 경우(Remf가 작은 경우)에는 식(1.3.2.1)의 둘째항인 점성력항이 지배적이고 따라서 k2Remf=Ar에서 Umf=constant가 된다. 그런데 공기의 점도는 온도가 증가할수록 증가하므로 최소유동화속도는 온도에 따라 감소하며 다음의 식(1.3.2.2)와 같이 표현할 수 있다.
Umf ∝ , hence Umf ∝ (1.3.2.2)
where n : 0.6~1.0
아울러 큰 입자의 경우(Remf가 큰 경우)에는 (1.3.2.1)식에서 첫째 항인 운동력항이 지배적이고 k1Re2mf=Ar에서 ρU2mf=constant가 된다. 공기의 밀도는 온도가 상승할수록 감소하므로 최소유동화속도는 온도에 따라 증가하며 다음의 식(1.3.2.3)과 같이 표현할 수 있다.
Umf ∝ , hense Umf ∝ (1.3.2.3)
한편 위에 제시한 최소유동화속도에 관한 식들은 주로 단일입도에서 실험한 결과를 나타내며 혼합입도의 경우에 입자의 직경은 평균입자식(1.3.2.4)을 일반적으로 적용한다[1].
(1.3.2.4)
최소유동화속도를 사용하는 이유는 유동층의 유동성을 실험하여 유동화의 메커니즘을 이해하고 유동화에서 중요한 역할을 하는 변수들간의 상호관계를 파악하기 위해서이다. 또한 유동층에서 압력손실과 유체의 유동조건과의 관계를 조사하고 고체입자와 층의 높이에 따른 최소 유동화 속도를 구하기도 한다.
제 2 장 이 론
2.1 최소유동화속도(Umf)
기체유속에 의해서 입자에 가해지는 상방향의 drag force가 입자층의 무게와 같아져서 평형을 이루기 시작하는 유속을 최소유동화속도라고 하며, 유속이 이 값보다 큰 영역에서 유동층이 형성된다.
최소유동화속도는 Ergun[29]에 의해서 유체 및 고체특성, 고체층의 공극률의 함수로 다음과 같이 표현되었다.
+= (2.1.1)
여기서 는 최소유동화속도, 는 고체입경, 는 고체의 구형률, 는 기체의 점도, 는 고체입자의 밀도, 는

키워드

최소 유동화 속도,   화학 논문,   Umf