침강 속도

침강 속도는 현탁액이나 슬러리의 입자가 중력이나 원심력의 영향으로 침전되는 속도를 나타냅니다. 입자가 액체 매질에 부유할 때 원심분리기와 같은 기계에 가해지는 중력이나 원심력으로 인해 침전되는 경향이 있습니다. 침전 속도로 알려진 이것이 발생하는 속도는 입자의 크기, 밀도, 모양 및 액체의 점도를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

침강 속도에 영향을 미치는 요인

입자 크기 및 모양

더 크고 밀도가 높은 입자는 일반적으로 입자에 작용하는 중력이 증가하기 때문에 더 빨리 침전됩니다. 입자의 모양도 중요한 역할을 합니다. 구형 입자는 불규칙한 모양의 입자보다 더 빨리 침전되는 경향이 있습니다. 이는 구형 입자가 비구형 입자에 비해 항력 저항이 적기 때문에 유체를 통해 더 빠르게 이동할 수 있기 때문입니다.

액체 점도

점도가 높은 유체는 입자 이동에 더 많은 저항을 생성하여 침전 속도를 감소시킵니다. 산업 공정에서 올바른 점도를 선택하는 것은 분리 공정을 최적화하고 원하는 침강 속도를 달성하는 데 중요합니다.

온도

액체의 온도는 액체의 점도와 입자의 침전 거동 모두에 영향을 미칠 수 있습니다. 온도가 높을수록 일반적으로 점도가 감소하여 침전 속도가 증가할 수 있습니다.

원심력

원심분리에서는 침전 속도를 높이기 위해 강력한 외력이 가해집니다. 원심 분리기의 속도, 중력장(G-force) 및 회전 반경은 모두 입자가 원심 분리기에서 침전되는 속도에 영향을 미칩니다. 이러한 매개변수를 조작하면 침강 속도가 크게 향상되어 원심분리가 빠른 분리를 위한 강력한 방법이 됩니다.

분리 공정의 침강 속도

침전은 가장 오래되고 간단한 분리 기술 중 하나입니다. 이는 고체 입자와 액체상의 밀도 차이에 따라 달라집니다. 이러한 차이로 인해 입자가 아래로 이동하여 용기 바닥에 가라앉는 반면, 액상은 위에 남아 있습니다. 이것이 발생하는 속도는 분리에 필요한 효율성과 시간에 직접적인 영향을 미칩니다.

산업적 분리에서는 침전 속도를 높이면 처리 속도가 빨라지고 분리 효율이 높아집니다. 폐수처리와 같이 다량의 슬러지를 제거해야 하는 공정에서는 침전 속도가 빠르기 때문에 짧은 시간 내에 오염물질이 물에서 효과적으로 분리됩니다.

원심분리는 고속 회전력을 적용하면 침강 속도가 극적으로 증가하는 식품 생산 및 제약과 같은 산업에서 사용되는 일반적인 공정입니다. 원심 분리기를 사용하면 일반적인 중력 조건에서 훨씬 더 오래 걸릴 수 있는 분리 프로세스의 속도를 높일 수 있습니다.

침전의 입자에 작용하는 힘

침전 중에 입자에 여러 가지 힘이 작용하여 입자가 침전되는 속도를 결정합니다.

중력(무게): 지구의 중력으로 인해 입자를 아래쪽으로 끌어당기는 힘으로, 질량에 비례합니다.

부력(Buoyant Force): 중력에 반대되는 유체가 위쪽으로 가하는 힘. 아르키메데스의 원리에 따르면 이 힘은 대체된 유체의 무게와 같습니다.

항력(저항): 입자가 유체를 통해 이동할 때 경험하는 저항입니다. 이 힘은 입자의 크기, 모양, 유체의 점도에 따라 달라집니다. 스톡스의 법칙은 일반적으로 작은 입자에 대한 항력을 설명하는 데 사용됩니다.

이러한 힘 사이의 균형이 침전 속도를 결정합니다. 중력이 부력 및 항력과 같을 때 입자는 최종 속도, 즉 침강 속도에 도달합니다.

침강 속도 계산

침강 속도 또는 종단 속도는 점성 유체의 작은 구형 입자에 대한 스톡스 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다.

어디에:
v는 침강 속도(m/s),
r은 입자의 반경(미터 단위)입니다.
ρ입자는 입자의 밀도(kg/m3 단위)입니다.
ρfluidi는 유체의 밀도(kg/m3 단위)입니다.
θ는 유체의 동적 점도(Pas)입니다.
g는 중력 가속도(9.81m/s²)입니다.

이 방정식은 느린 속도(낮은 레이놀즈 수)로 움직이는 작은 구형 입자에 적용할 수 있습니다. 비구형 입자 또는 더 높은 속도의 경우 더 복잡한 모델이 필요합니다.

자원
라우쉬, W. (2016). 화학 및 제약 산업의 입자 분리 기술. 스프링거 국제 출판.
Flottweg SE. (n.d.). 침강 속도 – 개요 및 계산. Flottweg 분리 기술 Wiki에서 검색함
로우버그, A. (2009). 원심분리의 기초: 2부 – 침전. Springer-Verlag 베를린 하이델베르그.
쿠노, H. (2001). 유체의 입자 이동 이론 소개. MIT 출판사.