| 초록 |
유동층 반응기는 반응기내에서 고체가 유체와 같이 거동하기 때문에 연속조업이 가능하며 물질전달 및 열전달의 우수성으로 인하여 많은 화학반응기 뿐만 아니라 물리적 조업에도 응용되고 있다. 유동층에서 고체입자가 유체에 의해 유동화될 경우, 일반적으로 최소유동화상태이상의 유속에서 층은 과잉공기에 의해 팽창되어 층내의 공극률 및 기포분율이 변하며 이에 대한 자료는 기포와 emulsion phase간의 가스분포와 기포크기, 기포속도등을 고찰하는데 사용될 수 있으며, 최근에 많은 관심의 대상이 되고 있는 연소 및 SOx, NOx의 제어반응등 유동층내에서의 화학반응에 대한 모델을 정립하고 실제 반응전환율의 예측하는에 매우 중요하다. 현재까지의 이에 대한 연구들은 주로 단일입자계를 대상으로 이루어졌으나 유동층장치에서 사용되는 고체반응물은 대부분이 다입자계로서 조업이 이루어지기 때문에 상대적으로 최소유동화속도가 작은 입자들은 층상부로, 최소유동화속도가 큰 입자는 층하부로 분급되는 현상이 발생한다. 이와 같은 분리현상이 발생할 경우 유동층 반응기의 효율이 감소되고 층하부에서 비유동화현상이 발생할 수 있으며 연속조업의 경우 입자의 배출위치에 따라 각 입자크기간의 체류시간이 변하는 등 많은 문제점이 나타날 수 있다. 따라서 다입자계에서는 입자크기, 형태등이 복잡하게 연관되고 층내의 거동도 매우 복잡하게 된다. 이러한 다입자계의 거동의 해석은 이성분계의 해석으로부터 얻을 질 수 있다. 이성분계 유동층에 대한 연구는 많은 연구자들이 flotsam과 jetsam을 정의하여 flotsam rich계와 jetsam rich계에서 층상부에서 일정한 jetsam의 농도를 이용하여 층내의 혼합정도에 대해서 수행되어져 왔다. 이성분계 유동층은 flotsam과 jetsam이 분율에 따라 각 유속에서 기포의 거동이 달라지게 되며 층내의 혼합의 정도와 층높이, 공극률등이 변하며 이들간에는 매우 밀접한 관계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이성분계 유동층의 수력학적 특성 중요한 역할을 하는 기포와 고체입자의 거동을 파악하기 위해 층내의 압력요동특성치를 이용하여 입자크기 및 밀도차가 있는 이성분계에서 공극률, 기포분율, 층팽창등의 연구를 수행하였으며 아울러 이들 특성치와 층내의 혼합도와의 관계를 규명하기 위한 실험을 수행하였다.
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