개념 한 쪽
교반은 액체의 혼합, 반응 촉진, 물질 및 열 전달 향상을 목적으로 수행하는 조작이다. 교반기의 형식은 혼합 대상 유체의 점도와 처리량에 따라 달라지며, 프로펠러·터빈·리본·앵커·나선형 등 각 형식의 적합성이 문제로 자주 출제된다.
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출제기준 단원 「교반」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 교반기 유형 판별 | 1 | 주어진 점도 조건에 맞는 교반기 형식을 고르기 |
| 고점도 유체용 교반기 선택 | 1 | 고점도 혼합에 적합한 교반기 명칭을 가리기 |
| 장치별 능력 비교 | 1 | 가장 작은 입자 생성 장치를 판별하기 |
교반은 유체를 저어 혼합을 균일화하고 반응물의 접촉을 개선하며 물질전달과 열전달 성능을 높이는 조작이다. 교반으로 인해 유동층 두께가 얇아지고 열전달 계수가 증가하면, 그 결과 열전달 저항은 감소한다.
교반기 선택의 핵심 기준은 유체의 점도와 처리량이다. 저점도 액체는 회전 날개로 강한 순환을 만들어 대량 혼합에 유리하므로 프로펠러형이나 터빈형이 적합하다. 반면 고점도 액체는 날개가 회전하기 어렵고 모터에 무리가 가므로 용기 벽면까지 유체를 밀어내는 리본형, 앵커형, 나선형 등의 교반기를 사용한다.
특히 프로펠러형은 저점도 액체의 대량 순환에 최적화되어 있고 고점도 액체에는 부적합하다. 나선형(helical) 또는 리본형 교반기는 용기 벽면 근처까지 혼합을 유도하여 점성 유체를 고르게 섞는 데 유리하다.
교반 관련 문제는 주로 교반기 형상과 점도 범위의 매칭, 교반의 목적(균일화·반응촉진·물질·열전달 향상), 그리고 특정 장치의 작동 원리 차이를 묻는 형태로 출제된다.
문제에서 '저점도 액체의 다량 처리'를 조건으로 제시하면 프로펠러형을 선택해야 한다. 반대로 '고점도 액체를 혼합'하는 조건이라면 리본형·앵커형·나선형 중 하나를 고르는 것이 옳다. 교반의 목적을 묻는 문제에서는 균일화, 반응속도 향상, 물질·열전달 촉진이 정답 후보이며, 열전달 저항을 증가시키는 선택지는 목적과 반대이므로 오답 처리한다.
예시 계산은 없고 대표 판단 문제 풀이만 다루므로, 선택지에 제시된 교반기 이름을 보고 점도 특성에 맞춰 대응관계를 떠올리는 방식으로 문제를 해결한다.
다음 중 일반적으로 가장 작은 크기로 입자를 축소시킬 수 있는 장치는?
정답 ④ · 문제는 다양한 분쇄 장치 중에서 가장 작은 입자 크기를 얻을 수 있는 장치를 고르는 것이다. 유체-에너지 밀은 고속 기체 제트의 충돌 에너지를 이용해 입자를 극미세로 분쇄하므로 다른 기계적 절단·압쇄 장치보다 훨씬 작은 크기를 달성할 수 있다.
유체-에너지 밀은 고체 입자를 고속 기체나 증기로 충돌시켜 극미세 분말을 만드는 장치로 가장 작은 입자 크기를 달성한다.
교반기 중 점도가 높은 액체의 경우에는 적합하지 않으나 저점도 액체의 다량 처리에 많이 사용되는 교반기는?
정답 ① · 문항은 점도가 높은 액체에는 부적합하나 저점도 액체의 대량 처리에 적합한 교반기를 묻고 있다. 프로펠러형 교반기는 저점도 유체에서 큰 유량을 만들어 대량 혼합에 유리하나 고점도 유체에는 효율이 떨어지므로 이 조건에 부합한다.
프로펠러형 교반기는 저점도 액체의 대량 혼합에 적합하며 고점도에는 부적합하다.
다음중 고점도를 갖는 액체를 혼합하는데 가장 적합한 교반기는?
정답 ④ · 문제는 점도가 높은 액체를 혼합할 때 어떤 형식의 교반기가 적합한지를 묻고 있다. 고점도 유체는 전단을 충분히 전달하여 용기 벽면까지 섞어줄 수 있는 교반 방식이 필요하므로 나선형 리본형 교반기가 효율적이다.
고점도 액체 혼합에는 나선형 리본 교반기가 가장 적합하다.
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