[화학공학실험]건조(Dry) 2부

실험 방법

1. 실험 과정

① 점토 약10～20g에 물을 가하고 잘 이긴 다음 성형기에 넣어 직육면체나 원주의 형태로 성형한다.

② 성형된 시료의 치수와 질량을 측정한다.

③ 건조기 내의 온도를 일정온도(70～80℃)로 조정해 놓고 건구온도 및 습구온도를 측정한다.

④ 건조기 내의 온도가 일정해지면 고체 시료를 건조기에 신속하게 넣고 시간에 따른 질량의 변화를 측정 기록한다. 건조개시에서 1시간까지는 1～3분 간격으로, 그 이 후는 5～10분 간격으로 측정한다.

⑤ 이상의 방법으로 시료의 질량이 일정해질 때까지 건조를 행한다.

⑥ 건조가 끝난 시료의 치수를 측정하고 형태의 변화여부를 관찰한다.

⑦ 이 고체 시료를 110℃로 유지되는 건조기에서 질량변화가 없을 때까지 건조하여, 이 질량을 완전건조 고체의 질량으로 한다.

실험 결과 및 토의

1. 결과 분석

1) 시간에 따라 측정한 질량변화를 표로 작성

ms	10.91 g
A	29.64 ㎠
t (min)	W (g)	X	-△W (g)	-△W/△t (g/s)	R (g/㎠*s)	온도
0	14.91	1.367	0	0	0	건구온도 72℃ 습구온도 42℃
3	14.77	1.354	0.14	0.000778	0.0000262
6	14.65	1.343	0.12	0.000667	0.0000225
9	14.51	1.330	0.14	0.000778	0.0000262
12	14.33	1.313	0.18	0.001000	0.0000337
15	14.13	1.295	0.20	0.001111	0.0000375
18	14.02	1.285	0.11	0.000611	0.0000206
21	13.91	1.275	0.11	0.000611	0.0000206
24	13.79	1.264	0.12	0.000667	0.0000225
27	13.66	1.252	0.13	0.000722	0.0000244
30	13.51	1.238	0.15	0.000833	0.0000281
33	13.42	1.230	0.09	0.000500	0.0000169	건구온도 74℃ 습구온도 43℃
36	13.32	1.221	0.10	0.000556	0.0000187
39	13.26	1.215	0.06	0.000333	0.0000112
42	13.16	1.206	0.10	0.000556	0.0000187
45	13.06	1.197	0.10	0.000556	0.0000187
48	12.99	1.191	0.07	0.000389	0.0000131
51	12.96	1.188	0.03	0.000167	0.0000056
54	12.93	1.185	0.03	0.000167	0.0000056
57	12.87	1.180	0.06	0.000333	0.0000112
60	12.83	1.176	0.04	0.000222	0.0000075
65	12.78	1.171	0.05	0.000167	0.0000056	건구온도 75℃ 습구온도 44.5℃
70	12.70	1.164	0.08	0.000267	0.0000090
75	12.66	1.160	0.04	0.000133	0.0000045
80	12.60	1.155	0.06	0.000200	0.0000067
85	12.58	1.153	0.02	0.000067	0.0000022
90	12.56	1.151	0.02	0.000067	0.0000022
95	12.51	1.147	0.05	0.000167	0.0000056	건구온도 75℃ 습구온도 45℃
100	12.50	1.146	0.01	0.000033	0.0000011
105	12.44	1.140	0.06	0.000200	0.0000067
110	12.44	1.140	0	0	0
115	12.44	1.140	0	0	0
120	12.44	1.140	0	0	0
125	12.44	1.140	0	0	0

2) 시간에 따른 건조감량곡선

 

 

3) 건조속도곡선

 

4) 정속건조기간과 감속건조기간

정속건조기간 : 건조감량곡선의 기울기를 구해봤을 때 대략 30분 까지 구간

감속건조기간 : 건조감량곡선의 기울기를 구해봤을 때 대략 30분 이후 구간

 

5) 평형함수율과 임계함수율

평형함수율 : 온도가 일정하면 평형 상태에서 수분량도 일정량 존재하며 온도 상승에 의해서만 감소한다. 그러므로 평형 함수율은 주어진 온도에서 더 이상 증발시킬 수 없는 수분량 즉, 정속건조 기간과 감속건조 기간을 지나 함수율이 일정하게 될 때의 함수율

X = 1.140

임계함수율 : 건조속도가 0이 될 때의 함수율

X = 1.140

 

6) 정속건조기간에 있어서 열전달 계수

30분까지의 평균건조속도 = 0.0000262

습구온도 42℃일 때의 물 증발잠열 ≒ 211740.9751 KJ/㎏

0.0000262 = hy(72-42)/211740.9751

hy = 0.0000262×211740.9751/(72-42)

∴ hy = 0.1849205

 

2. 실험 고찰

체중에 함유되어 있는 액체를 제거하여 고형제품을 얻는 조작을 건조라 한다. 물질 속에 들어 있는 수분을 없애기 위하여 다음과 같은 방법이 이용된다. 첫 번째 건조시키려는 물질과 수분을 잘 흡수하는 물질을 함께 용기 속에 넣는다. 두 번째 건조한 공기로 물질 속의 수분을 증발시킨다. 세 번째 물질을 넣은 용기 속의 공기를 저압으로 만들어 수분을 증발시킨다. 여기서는 두 번째 실험을 했다. 본 실험에서는 성형된 점토시료를 일정건조 조건하에서 건조하여 시간에 따른 감량곡선을 작성하고, 이로부터 건조속도 곡선을 구하여 정속건조 기간과 감속건조 기간을 확인 할 수 있다는 것이 이 실험의 목적이었다. 

이 실험으로 정속건조 기간과 감속건조기간을 확인할 수가 있었고 시간에 따른 감량곡선도 작성할 수 있었다. 시간이 지남에 따라 수분 증발속도가 점점 느려지는 것을 확인할 수가 있었고 , 건조속도 또한 느려지는 것을 알 수 있었다. 그러나 이론적으로 얻은 건조속도곡선은 그려지지가 않았는데 자유함수율을 잘못구한건지 무엇 때문인지는 모르겠지만 정확한 그래프가 그려지지 않았다. 또한 건조감량곡선이 정확히 그려지지 않은 것은 시료의 무게를 젤 때 실험기구에 있는 천칭을 이용하여 질량을 구하는데 수동으로 소수점 둘째짜리까지 측정을 하는데 오차가 생겼던 것 같다. 그러나 전체적인 실험의 흐름을 보면 이론적으로 구해진 것과 거의 유사하게 그래프가 그려진 것을 보아 건조의 정속건조 기간과 감속건조 기간을 확인 할 수 있었다.

 

참고 문헌

1. 단위조작 6판 McCabe, Smith, Harriott p764-796

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