§1
실험 개요
여과는 슬러리에서 고체를 분리하는 가장 기본적인 단위조작으로 식품·제약·폐수 처리에 광범위하게 쓰인다. 학부에서는 일정 압력 하에 시간에 따른 여과량을 측정해 케이크 비저항 α를 결정하고 Ruth 식의 적합성을 검증한다.
§2
이론 배경
Ruth의 여과 식
정압 여과: t/V = (μα·c/(2A²ΔP))V + (μRm/(AΔP)). t/V vs V 직선의 기울기에서 α(케이크 비저항), 절편에서 Rm(여과지 저항).
케이크 성장
여과 시간 ∝ 여과량². 케이크가 두꺼워질수록 저항 증가 → 같은 ΔP에서 유속 감소.
§3
실험 장치 및 시약
- — 필터 프레스 또는 plate-frame
- — 압축공기 공급
- — 슬러리 (CaCO₃·물)
- — 메스실린더, 스톱워치
§4
실험 절차
- 1.슬러리를 일정 농도 c로 준비 (예: 5 wt% CaCO₃).
- 2.ΔP 일정(예: 1 bar)으로 여과 시작.
- 3.시간 t에서 누적 여과량 V 기록 (1, 2, 3, ... 분).
- 4.ΔP를 0.5, 1.0, 2.0 bar로 변경하며 반복.
§5
데이터 처리
t/V vs V 직선 회귀, 기울기·절편에서 α와 Rm 산출. ΔP 변화 시 α의 압축성(α ∝ ΔPs) 확인.
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
Darcy 법칙 → Ruth 식 유도를 한 번 적기. 압축성 케이크와 비압축성 케이크 차이 명시.
§7
자주 하는 실수
- — ΔP가 시간에 따라 변동
- — 초기 여과량(filter pre-coat) 무시
- — 슬러리 농도 변동 (교반 부족)
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 여과 시간이 V²에 비례하나요?
케이크 두께 ∝ V이고, 케이크 저항 ∝ 두께. 따라서 압력 강하 같음에서 유속 ∝ 1/V → dV/dt ∝ 1/V → t ∝ V². 여과 길어질수록 효율이 급격히 떨어지는 이유입니다.
Q. 압축성 케이크는 어떻게 다루나요?
α = α₀ ΔPs 식으로 모델링합니다. 비압축성 s = 0(α 일정), 슬러지·생물학적 케이크는 s = 0.5~1.0. 압축성이 크면 압력을 올려도 유량이 비례하게 늘지 않습니다.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Geankoplis, C.J. — Transport Processes and Separation Process Principles, 4th ed., Pearson, 2003
- [2]McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, P. — Unit Operations of Chemical Engineering, 7th ed., McGraw-Hill, 2005
- [3]Perry's Chemical Engineers' Handbook, 9th ed., McGraw-Hill, 2018