e를 닫아 놓는다.
3. Pump Head 밑 부분의 배수 Valve를 열어놓고 Head에 물이 차면 배수 Valve를 닫은 후 Pump에 전기를 넣는다. (Head에 물이 없는 상태에서 Pump를 가동시키면 Impeller의 마모로 Pump가 손상된다.)
4. 유량계 밸브와 bypass valve를 열어 놓는다.
5. Manometer hose 핀을 측정위치의 Tap에 연결한다.
6. 전원 스위치를 올려준다.
7. 물이 Column을 통하여 올라가나 확인한다.
8. 만약 올라가는 물의 양이 적으면 bypass valve를 서서히 잠궈 주면서 유량계 밸브와 같이 조절하여 준다.
9. 건조되어 있는 glass bead의 질량, 공극률, 밀도, 직경 및 수온 등을 측정하고 column에 채운다. (glass bead를 채우는 방법은 column에 물을 채우고 깔때기를 사용하여 상단으로 넣어주며 막대를 집어넣어 휘저어 주면서 넣는다. 이때 주의할 점은 전면 acryl에 흠이 가지 않도록 조심하여 다루어야 한다.)
10. Glass bead를 모두 넣었다면 Column내의 물을 하단으로 빼주어 glass bead의 높이를 기록한다.
11. Glass bead가 아래로 쌓이면 일정량의 물을 다시 올려 보내준다.
12. Manometer 차압을 구하기 위하여 아래와 같은 조작하여 준다.
공기주입 밸브는 잠그고 공기 vent 밸브를 열어 manometer
내의 공기가 모두 없어지면 밸브를 다시 잠근다.
이후 공기주입밸브를 열고 Air 스포이드로 공기를 넣어주면
수주차가 생긴다.
위와 같은 방법으로 유량을 변화시켜가며 유동화되는 상태
와 수두차, 유동화 높이, 유량(유속) 등을 기록한다.
13. 실험이 끝나면 유량을 최대로 하여 glass bead를 흘러넘치게 하여 bead filter가 설치된 용기에 bead를 모은다. 쌓이는 Bead를 막대를 이용하여 계속 휘저어 주어야 물의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
RESULT
RAW DATA
표1
유체의 온도
20℃
유체의 점도
1.005×10³kg/m·s
유체의 직경
0.7~1.0mm
입자의 밀도
2.3g/cm3
유체의 밀도
0.99821g/cm3
공극률
0.37
구형도
1.0
입자의 밀도와 공극률 구하기
입자의 밀도 = =72.89g/(50ml-18.5ml)
=2.3g/cm3
공극률==18.5/30=0.37
표2 실험데이터.
유량(L/min)
유동층 높이(mm)
수두차(mm)
유속(cm/sec)
0
330
2
0
0.25
330
85
0.185
0.5
330
107
0.370
0.75
330
159
0.555
1
330
209
0.74
1.125
330
256
0.833
1.25
331
261
0.926
1.375
340
266
1.019
1.5
348
268
1.111
1.75
357
272
1.30
2
374
283
1.481
3
435
290
2.222
4
495
298
2.963
5
584
302
3.704
6
690
304
4.444
유속구하기
유동층의 높이 330mm일 때
각각 구하면 위의 표의
유속이 나온다.
유속에 따른 유동층의 높이와 수두차 그래프
유동화에 필요한 최소속도 계산
ρp : 입자의 밀도
ρ : 유체의 밀도 (g/cm3)
L : 충전층의 높이
u : superficial or empty-tower velocity.
ε : 공극율
φ : 구형도(구일경우 φ = 1 )
Dp : 입자의 직경 (1mm)
ΔP : 충전층의 압력차
이론값
유동층일 경우,
실험값은 261mmH2O가 나왔으므로 오차율은
오차율
=
공탑속도구하기
위의 식을 정리하면
근의 공식
을 이용하여 풀면
DISCUSSION
이번 실험의 목적은 액상 유동화장치를 통하여 고정층 및 유동층 실험 등을 통하여 유동화에 대한 전반적인 이해를 구하고 공단속도와 공극률을 구하는 방법을 습득하고 또한 장치의 조작방법을 습득할 수 있도록 하는데 있었다. 실험 결과 값으로 그래프를 그려서 분석한 결과 유동층에서 유동화가 되었을 때 유동층 사이의 압력강하는 그래프를 확인한 결과 일정구간에서 급격히 증가하고 그 뒤 서서히 증가함을 알 수가 있으며. 또한 유동화층의 높이의 변화구간을 보면 일정하다가 어느 한 유속에서 갑자기 큰 값으로 증가함을 알 수가 있었고 이는 우리가 실험한 비드가 서서히 유체가 지나가다가 일정속도에서 유체 안에 뜨는상태가 되고 이후 유동층이 됨을 확인 할 수 있었다. 비드의 밀도나 유체의 밀도등은 현재 온도에 맞추어 구하였고 구형도는 1로 가정하였다. 유동층의 높이는 유속의 증가에 따라 같이 증가하는 것도 알 수 있었고 실험결과 유속에 따른 수두차는 유속의 변화에 따라 큰 변화를 나타내지 않았지만, 유속에 따른 유동화 높이는 점점 증가하는 것으로 나타났다. 고체입자의 공극률과 입자밀도를 압력강하 공식 에 대입하여 압력강하를 구하였다. 이론 압력강하 값은 264.7mmH2O였고, 공탑속도를 계산하였더니 이론값이 0.609x10^-2m/s 나왔다. 실험으로 구한 압력강하는 261mmH2O였고 공탑속도는 0.926x10^-2m/s였다. 이러한 오차가 난 원인으로는 실험을 하면서 실험장치내부를 보니 불순물이 많이 끼어있었고 비드들이 덩어리처럼 엉커있는 부분도 확인 할수 있었다. 또한 계산하면서 비드에 대한 마찰도 작용했을것이며 앞에서 언급한 불순물들이 그러한 마찰손실을 더욱 증가시켰을 것이다. 그리고 비드가 유동화되는 것을 높이로 측정하였는데 유체가 공급되는 방향이 한 구석에 있었다. 그러므로 비드는 전체가 다 고르게 작용하는 것이 아니라 한쪽부터 되기 때문에 그러한 오차가 있을 것이며 비드가 유동층이되는 정확한 유량을 알수가 없었기 때문이였을 것이다.
Reference
공업화학실험 (화학공학실험2) 실험1 액상 유동층 실험
유체 역학, 부정숙 외 , 반도출판사, 1997년, p. 599-603
유체 역학, 고원역 외, 선 문 당, 1995년, p. 198-204
순환유동층의 소개 (2), 송병호, 군산대, 2004년, p.1-7
단위조작, Warren L. McCabe 외 , 한국맥그로 힐(주) , 2001년 ,
p. 167-171