교반조 조작 및 설계를 위한 계산법과 실험법

개정증보판을 내면서 Ⅰ
역자 서문 Ⅱ
서 론 Ⅲ
끝으로 Ⅴ
차 례 Ⅵ

1장
교반의 목적과 교반조의 구조

1 교반의 목적 3
2 교반조의 구성 3
3 교반날개의 종류 5
4 대형 날개에 대하여 7
5 교반에 사용되는 주요 무차원수 7
참고문헌 8

2장
난류 교반에서 교반소요동력의 중요성

1 교반소요동력을 이용한 다양한 추산 11
2 교반날개를 사용하지 않는 교반 방식까지 포함한 교반 성능의 평가 방법 13
참고 문헌 15

3장
층류 교반에서 유맥의 중요성

1 유맥이란? 19
2 유맥 가시화에 기인한 층류 교반조의 혼합성능 평가 방법 20
3 각종 대형 날개의 유맥 22
4 유맥 가시화에 기반한 신형 교반날개의 개발 28
5 지금까지 그다지 소개되지 않은 대형 날개의 유맥 34
6 난류역의 유맥 38
참고 문헌 40

4장
유동 특성

1 층류와 난류 및 방사류와 축류 43
2 선회류 속도 분포와 고체적 회전반경 44
3 중심부 액면의 저하와 교반조벽부 액면의 상승 46
4 순환 유량과 토출 유량 47
5 순환시간 분포 48
6 계산 실례 49
참고 문헌 50

5장
동력 특성

1 교반레이놀즈수와 동력의 관계 53
2 방해판 미부착 교반조의 동력상관식 54
3 방해판이 부착된 교반조의 동력상관식 60
4 각종 대형 날개의 동력상관식 65
5 여러 형상의 교반조의 동력상관식 70
6 계산 실례 86
참고 문헌 90

6장
혼합 특성

1 혼합시간 93
2 전형적인 혼합 패턴 93
3 혼합시간 추산식 101
4 대형 교반날개의 혼합 패턴 102
5 각형 교반조의 혼합 패턴 106
6 비뉴턴유체의 혼합 패턴 110
7 액이 높은 경우의 다단날개의 혼합 패턴 113
8 계산 실례 115
참고 문헌 118

7장
전열 특성

1 교반조의 전열 방식 121
2 교반조 벽 전열계수 121
3 전열 코일 표면의 전열계수 상관식 123
4 계산 실례 124
참고 문헌 126

8장
이상계 교반

1 기액계 교반 129
2 고액계 교반 134
3 액체계 교반 136
4 계산 실례 137
참고 문헌 142

9장
스케일 업

1 스케일 업의 영향 인자 145
2 구체적인 스케일 업 규칙과 취해야 할 데이터 146
3 계산 실례 149
참고 문헌 152

10장
각종 실험방법

1 교반소요동력의 측정 방법 155
2 순환시간 분포의 측정 방법 157
3 흐름 패턴의 측정 방법 158
4 혼합 과정의 가시화 및 혼합시간 측정 방법 159
5 물질이동계수(벽면 전열계수)의 측정 방법 162
6 고액 간 물질이동계수의 측정 방법 163
7 기액 간 물질이동용량계수의 측정 방법 165
8 유맥의 가시화법 170
참고 문헌 170

11장
유동 수치해석

1 유동 수치해석의 검증 173
2 패들 날개를 부착한 층류 교반조의 계산 프로그램 실례 175
3 대형 날개의 층류 교반 유동 해석 결과 183
참고 문헌 186

12장
실제 장치와 실험 장치에서의 교반소요동력의 차이

1 접시바닥 교반조(실제 장치)와 평바닥 교반조(실험 장치)의 차이 189
2 검토한 계 189
3 난류역에서의 날개 부착 위치에 대한 동력의 차이 190
4 전이역과 층류역에서의 동력 차이 197
참고 문헌 198

13장
비정상교반조작

1 비정상교반이란? 201
2 층류에서의 비정상교반 203
3 난류에서의 비정상교반 213
참고 문헌 222

14장
요동교반조작

1 요동교반 연구의 역사 225
2 선회요동교반 227
3 왕복요동교반 231
참고 문헌 235

색 인 237

1장 교반의 목적

교반조작은 화학공학에서 단위 조작의 한 형태이다. 그러나 화학공학뿐만 아니라 일상생활에서도 많은 교반조작을 볼 수 있다. 예를 들어 커피나 홍차에 크림이나 설탕을 녹일 때, 냄비 속의 스튜나 카레를 섞을 때, 드레싱을 흔들어 섞을 때, 밀가루를 물에 섞을 때, 욕조의 뜨거운 물을 섞을 때, 페인트에 시너를 탈 때, 접착제의 주제와 경화제를 섞을 때 등과 같이 많은 곳에서 교반조작을 하고 있다. 그 주된 목적은 '혼합 촉진', '분산 촉진', '물질이동 촉진', '반응 촉진' 또는 '전열 촉진'이다. 일상생활 속에서는 다루는 스케일이 비교적 작아서 그 방법이나 도구가 어떠하더라도 그리 곤란한 일은 생기지 않는다. 그러나 공장에서와 같이 스케일이 크고 어려운 교반은 이들 목적 중 하나만 이루면 되는 것이 아니고, 복수의 목적을 동시에 이루지 않으면 안 될 때가 있다. 또한 많은 경우, 이들 조작의 목적을 명확히 인식하고 있지 않다. 특히 소형 장치에서 양산 장치로 스케일 업 하는 경우, 교반조작의 조작 조건은 위의 5가지 목적 중 어느 것을 주목적으로 하는가에 따라 크게 바뀌지 않으면 안 된다.
교반조작을 논함에 있어 가장 중요한 것은 교반소요동력을 평가하는 것이다. 일반 기술자가‘동력’이란 말을 들었을 때, 가장 먼저 떠올리는 것이 교반 모터의 선정일 것이다. 그러나 '교반소요동력'이란 단순히 교반날개를 회전시키기 위한 동력이 아니라, 유체에 어느 정도의 에너지를 투입했는가를 나타내는 척도로 이해하는 것이 중요하다. 뒷장에서 설명하겠지만, 교반소요동력을 산정해 낼 수 있으면 교반조의 평가지표인 혼합시간(혼합특성), 토출유량(유동특성), 전열계수(전열특성), 물질이동계수(물질이동특성) 등 많은 성능을 평가할 수가 있다. 나아가 일반적으로 알려진 동력 상관식으로 추산하는 동력은 소비전력과는 크게 다르며, 마찰 등의 기계적인 손실이 포함되지 않는다는 점에서 주의가 필요하다. 교반소요동력을 계산하는 목적과 자세한 계산법은 제2장 이후에 설명하겠지만, 우선은 교반소요동력을 확실히 이해해두면 된다.