화학공학실험 | 액체교반

 

 

 

TIP

 

 

교반조작은 2종이상의 액의 혼합을 하는 것 이외에 열·물질이동(결정화, 가스 흡수, 화학반응)조작이 잘 되도록 하는 경우도 있다. 각각의 조작 목적에 따라 실험 방법, 측정 데이터의 종류도 다르게 된다.
1. 교반의 목적을 이해한다.
2. 전형적인 교반용기의 구조를 이해한다.
3. 표준터빈 설계시 전형적인 설계치수를 안다.
4. 임펠러(날개, impeller)의 종류, 교반기능, 유체흐름 패턴을 조사한다.
5. propeller의 pitch를 안다.
6. 교반탱크에서 발생되는 맴돌이(swirling)의 방지법을 안다.
7. 교반기를 운전하는데 필요한 동력을 계산할 줄 안다.

 

 

 

교반동력

교반조 내의 유동상태는 층류흐름 또는 난류흐름이 일어나며 각각의 효과에 대하여 조금 차이는 있지만 층 내의 혼합효과에 기여하는 것은 기정사실이다. 여기에는 에너지의 흩어짐과 그것에 대응하도록 에너지를 가하게 되므로 그와 같은 흐름의 상태를 만들어 내는 것이다.

 

교반조 내의 형상에 있어서도 혼합효과에는 큰 차이가 나지만 단위시간당 에너지의 소요 동력이 얼마만큼 필요한가는 중요하다. 교반소요동력 는 흐름 상태의 복잡에 따라 이론적으로 구하기 어렵다. 실험적으로 구하고 차원해석의 수단이 최선의 방법이다. 교반소요동력 [Kg-m/s]에 영향을 주는 인자는 일반적으로 다음과 같다.

 

1. 형상에 관한 것

① 교반조 : 직경, 액깊이 , 방패판 폭, 방해판 수, 교반 날개 높이

② 교반 날개 : 길이, 폭, 각도, 날개 수

 

2. 조작 조건에 관한 것

① 교반 날개 : 회전속도, 또는 각속도

② 교반 액(뉴턴 유체) : 밀도, 점도

③ 중력 : 가속도

이 밖에 여러 인자(조내의 거칠음, 날개 끝의 형태, 축의 진동 등)가 있을 수 있으나 일정하다고 가정한다.

 

 

교반과 혼합의 차이

주로 대상물질의 점도(粘度)의 차로 구분하는데, 비교적 점도가 낮은 유체를 섞는 일을 교반이라고 하고, 그리스 등 점도가 매우 높거나 고분자농후용액 등을 섞는 경우는 날화(捏和)라고 하며, 고체의 가루를 섞는 경우는 고체혼합이라고 한다.

1. 교반 : 용기 안의 물질이 특정 양식(대개는 순환 패턴)으로 움직이도록 하는 것

 

2. 혼합 : 처음에 두 상이나 세 상으로 분리되어 있던 물질이 서로 섞여서 무작위로 분포가 되도록 하는 것

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 여러 농도의 소금 표준용액을 제조하고 농도에 따른 전도도를 측정하여 전도 도계의 검량선을 작성한다.

 

2) 교반탱크에 물 20L를 넣고 수온을 측정한다.

 

3) 단순 곧은날 터빈 임펠러의 위치를 교반탱크 직경의 1/3되는 높이에 고정한다.

 

4) 임펠러의 회전수를 200rpm으로 조절한다.

 

5) 식염 결정을 20g칭량(W₀)하여 투입하고 용해시간을 측정한다.

 

6) 교반시간을 20, 40, 60, 80초 경과 때마다 sampling pot에서 용액 20㎖를 채 취한다.

 

7) 채취한 용액의 전도도를 측정하여 검량선의 직선식을 사용하여 용해된 소금 량( )을 계산한다.

 

8) 미용해된 소금량(W)을 계산한다.

 

9) 임펠러의 회전수를 300, 400rpm으로 변화시키며 실험하여 미용해된 소금량을 계산한다.

 

10) 임펠러를 여덟 평날 디스크 터빈 임펠러(eight-blade straightp-blade disk turbine impeller)로 교환하고 같은 방법으로 실험한다.

 

2. Flow Chart

 

 

 

 

 

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