The effects of nonideal flow pattern caused by the stagnant or semi-stagnant regions were studied by dynamic response method in the packed column in which air and water flowed countercurrently.
Experiments were performed by using 0.635, 0.953 and 1.27cm Rachig ring packings with a packed height of 139cm in 10.16cm inside diameter plexiglass column.
For the cases of no interphase mass transfer, Helium and NaCl solutions were used as gas and liquid phase tracers, and sulfur dioxide gas was used for the absorption runs.
The gas phase concentrations were analyzed continuously with thermal conductivity detectors and the liquid phase concentrations electrical conductivity detectors.
The mathematical models accounting a stagnant regions, such as plug flow, axial dispersion and stagewise mixing cell models, were derived and compared with the observed responses in the frequency domain using non-linear regression technique to obtain a best estimates of the model parameters.
It was concluded from this study that;
(1) The experimental difficulties for the tracer input were settled by introducing a two-point measuring technique.
(2) It was useful to analyze the response curves and predict the model parameters more accurately by derivation of the model equations in the frequency domain.
(3) A good fit of very complex physical system was obtained by relatively simple models which account for the stagnant region.
(4) Over the frequency spectrum studied the experimental results for both liquid and gas phases were described best by the dispersion models with stagnant regions, followed by the plug-flow models with stagnant regions and the dispersion models with no stagnant regions.
(5) The static liquid holdup fractions predicted by models were differed from that determined by hydraulic holdup experiments. Because the theoretical values were actually available holdup fraction for mass transfer in the transient experiments.
(6) When the stagnant region effects were encluded in a packed gas absorber, it was obtained generally improved agreement between experimental and predicted results.
(7) The empirical equations for the prediction of the model parameters were obtained in equation (5-10) for the liquid phase stagnant region fraction, equations (5-11) and (5-12) for the liquid phase exchange coefficient and equations (5-15) - (5-18) for the peclet numbers.
기체와 액체가 향류로 흐르는 충전층에서 동특성실험을 통하여 정체 또는 반정체 부분으로 인한 유체의 비이상적인 흐름에 대한 영향을 연구하였다.
실험은 직경이 10.16cm 인 Plexiglass탑에 0.635, 0.953, 1.27cm의 Rachig Ring 충전물을 139cm높이까지 충전시켜 사용하였다. 그리고 계면 물질전달이 없는 경우에는 헬륨과 NaCl용액을 각각 기상과 액상의 추적자로 사용했으며, 계면 물질전달이 있을 때는 $SO_2$ 기체를 추적자로 사용했다.
이때 기상의 농도는 열전도도 검출기로 연속적으로 측정하였으며, 액상농도는 전기전도도 검출기로 측정하였다.
이론적인 모델식은 정체부분 또는 반정체부분을 고려한 plug흐름모델, 축방향 분산모델 그리고 연속적인 혼합조 모델 등을 빈도영역으로 유도하였으며, 각 모델의 매개변수는 빈도 영역에서 실험치와 비교해서 그 차가 최소가 되는 값으로 정했는데 이때 이를 위해서는 비선형 regression technique 을 사용하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 2 지점측정 방법으로 해서 기계적으로 추적자를 정확히 주입 시킬 수 없는 난점을 해결하여 보다 정확한 실험결과를 얻을 수 있었다.
(2) 빈도영역으로 식을 유도해서 빈도영역에서 매개변수를 예측함으로써 보다 정확한 매개변수를 예측하였다.
(3) 매우 복작한 계를 정체부분을 고려한 간단한 모델로 나타낼 수 있었다.
(4) 실험범위 내에서는 정체부분을 고려한 분산모델이 실험치와 가장 잘 맞았으며, 다음으로는 정체부분을 고려한 plug 흐름 모델, 정체부분을 고려하지 않은 분산모델 순이다.
(5) 정체부분에 대한 분율은 모델에서 예측된 값과 실험으로 측정한 값이 많은 차이가 났는데, 이는 모델에서 예측된 값은 동특성 실험시 실제로 물질전달이 일어날 수 있는 부분을 나타내기 때문이다.
(6) 계면 물질전달이 있는 경우에도 정체부분을 고려해 줌으로 해서 실험결과를 보다 잘 예측하였다.
(7) 모델의 매개변수를 예측하기 위한 실험식은 액상의 정체부분 분율은 식 (5-10), 액상의 전달계수는 식 (5-11)과 (5-12), 각상의 Peclet수는 식 (5-15) - (5-18)과 같다.
