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화학공학실험 고분자분석 및 DSC분석 결과레포트

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공학/기술| 2023.06.20| 10페이지| 5,000원| 조회(132)

화학공학실험, 화공실험, 고분자분석, DSC분석

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관로마찰계수측정 결과레포트 평가C아쉬워요

결과보고서실험주제 : 관로마찰계수교 과 목 명담 당 교 수소 속학 번성 명공동 실험자실 험 일 자제 출 일 자목 차1. 실험목적12. 이론13. 실험34. 실험결과41. 실험목적점성이 있는 유체가 관속을 흘러갈 경우, 마찰력이 생겨나 유체는 저항을 받게된다. 유체는 이러한 마찰을 뚫고 흐르기 위해서 유체자신이 갖고 있는 에너지를 잃게 되며 이는 유체의 압력손실을 야기한다. 발생한 유체의 압력손실이 배관 흐름의 에너지 손실을 발생하게 하는 것이다. 그러므로 배관에서의 마찰손실 수두를 측정함으로써 배관흐름에서의 에너지 손실을 이해하고 손실의 크기에 관계되는 배관의 표면 마찰계수를 산정함으로 배관계에서의 손실을 이론적으로 계산하며, 계산된 마찰계수결과를 moody diagram과 비교 분석하여 실험 결과의 신뢰성을 검토할 수 있게 한다. 직관손실실험에는 4가지 종류의 관경, 직관경 손실실험에는 ELBO, 확대축소관, reducer을 사용한다. 국부손실실험에는 orifice, venturi, nozzle에 대하여 실험한다.2. 이론1) 직관형손실수두유동하고 있는 유체의 전 에너지는 운동에너지, 위치에너지, 압력에너지 등의 총합으로서, Bernoulli는 유동방향의 각 위치에서 계산한 전 에너지는 일정하다고 정의하였다. Bernoulli가 유도한 에너지 방정식은 유체가 유동중에 에너지 손실이 전혀 없는 것으로 가정하여 유도한 식으로서 실제에서는 적용하기가 어렵다. 그림에서 보는 바와 같이 관내에 유동되는 유체의 압력은 단면1과 2사이를 유동하는 동안({rho_1}-{rho_2})만큼의 손실이 발생하나 Bernoulli의 정리에 의하면{u_1^2}over{2g}+{p_1}over{gamma}+{p_2}over{gamma} BULLET {{p_1}-{p_2}}over{gamma}={{v_2^2}-{v_1^2}}over{2g} - 식(1)이 되고, 또 관의 지름이 일정하므로 연속이론에 의하여{v_1}={v_2}가 되어{{p_1}-{p_2}}over{gamma}={{v_2^2}-{v_1^2}}over{2g}=0 - 식(2)이 된다.따라서 이 이론에 의하면 관내에 유동되는 유체는 유동거리에 관계없이 압력손실이 전혀 발생하지 않는 결과가 된다. 그러나 유동하는 모든 유체는 특별한 경우를 제외하고는 대부분이 난동에 의한 상호충돌과 점성에 의한 마찰의 영향으로 에너지 손실이 크게 발생하게 된다. 이러한 손실의 합을H_L이라고 할 때 Bernoulli방정식은{v^2}over{2g}+{rho}over{gamma}+z=H+H_L - 식(3)이 되어야 한다.그러므로 실제 발생하고 있는 관내의 마찰손실을 고려하여 보자. 그림에서 단면1과 단면2 사이에 발생하는 전 압력 손실은 유동의 역방향으로 작용하는 마찰저항 R과 같다고 할 수 있으므로R=({p_1}-{p_2}){pid^2}over{4}= gammahA - 식(4)와 같이 쓸 수 있다. 한편, Froude는 평편상을 유동하는 유체의 마찰저항을 다음과 같이 가정하였다.R=fSv^2 - 식(5)여기서f는 마찰계수, S는 평판의 면적을 나타내고, 원형관의 경우에는 유체와 접하고 있는 넓이를 나타낸다. 따라서, S는 유체와 접하고 있는 면적, 유체와 접하고 있는 길이를l_w, 유동거리를l이라고 하면S=l_w}l이 되므로 윗 식들로부터gammahA=fl_w}lv^2 - 식(6)h_f}={f}over{gamma}{l_w}over{A}lv^2 - 식(7)유체의 유동 단면적 A를 접수길이l_w로 나눈 값을 수력반지름 또는 유체 평균깊이라고 한다. 그러므로 원형관 경우의 수력 반지름은m={A}over{l_w}={(pi/4)d^2}over{pid}={d}over4 - 식(8)따라서, 식(7)은h_f}={4f}over{gamma}{l}over{d}v^2 - 식(9)여기서,{4f}over{gamma}는 상수이므로,h _{f} = lambda{l}over{d}{v^2}over{2g - 식(10)과 같이 된다. 이는 관로유동에서 압력손실수두를 계산하는 식으로서 Darcy-Weisbach의 식 또는 관마찰손실이라고 하며, 여기서lambda는 관마찰계수가 된다.2)오리피스 유량계유량 측정계인 오리피스 미터의 압력차를 마노미터로 측정하여 이론량을 구하고, 실제 유량과 비교하여 오리피스 유량계수를 구한다.그림2에서 단면1과 단면2에서 유동 유체가 비압축성일 경우 Bernoulli 방정식을 이용하여 Q를 구한다.Q_이론}={pi/4} TIMES {D_2^2} times { 1} over { sqrt { 1- {A_2^2}over{A_1^2}}}times sqrt { 2g TRIANGLEH } - 식(11)이때 오리피스 유량계수는 다음식으로 구한다.C_O}={Q_측정}over{Q_이론} - 식(12)

공학/기술| 2023.04.06| 6페이지| 3,000원| 조회(312)

전남대학교, 결과레포트, 관로마찰계수측정

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3성분계 상평형도 결과레포트

결과보고서실험주제: 3성분계의 상평형도 결정교 과 목 명화공기초실험2담 당 교 수소 속학 번성 명공동 실험자실 험 일 자제 출 일 자목 차1. 실험목적12. 이론13. 실험24. 실험결과35. 고찰46. 참고문헌41. 실험목적물, 톨루엔, 아세톤으로 이루어진 3성분 액상계의 상평형도를 정삼각형좌표계에 나타냄으로써 3성분 액상계의 상평형 거동과 정삼각형 좌표계를이해하도록 한다.2. 이론(1) 정삼각형 좌표계먼저, Gibbs 상률부터 파악해보도록 하겠다. 두 개의 상이 접촉하게 되면, 두상의 온도와 압력이 같아지고 또 각 상의 조성이 시간에 따라 더 이상 변하지않는 상평형 상태에 도달할때까지, 화학종들의 증발, 응축, 용해 또는 침전과같은 각 상의 성분 재분배가 보통 일어난다. 공정 계의 상태를 나타내주는 변수들은 두 가지 종류로 구분될 수 있는데, 크기변수는 계의 크기에 좌우되는 것들이며, 세기변수는 계의 크기에 무관한것들이다. 질량과 부피는 크기변수의 예이고, 세기변수들은 온도, 압력, 밀도, 비체적, 각 상에 있는 개별 성분들의 질량 분율과 몰 분율들을 포함한다. 평형 상태에 있는 계에 대하여 독립적으로 규정할 수 있는 세기변수의 수를그 계의 자유도라고 한다.DF=2+C-P-rP=평형상태에 있는 계 내에서 상의 수C=독립적인 화합물 종의 수r=화학종들 중 평형에 도달한 독립적인 화학반응의 수DF= 자유도�ㅙ┞餐Ｉ餐걸�DF, C, P, r 사이의 관계식은 Gibbs 상률로 주어진다. Gibbs 상률에서 자유도는구해야 할 남아 있는 세기 변수들을 계산하기 전에 평형에 있는 계에 대해 규정해야만 하는 세기변수의 수와 같다. 따라서 이 실험은 3성분 계를 사용하므로 F는 Gibbs의 상률에 따라 (5-p)로 나타내어진다. 온도와 압력을 일정하게 하여 변수를 줄여 표시해주면, 2차원 평면에 표시할 수 있다. 이러한 계의 변수는 조성변수X_1,X_2,X_3이다. 이들 중 어느 두 값이 정해지면 나머지 변수의 값은 위 관계식에 의해 정해진다. 삼각형의 꼭짓점은 각각 100%A, 100%B, 100%C 를 나타낸다.(2) 액체-액체 혼합계톨루엔-아세톤, 아세톤-물은 전체 농도 구간에서 서로 혼합되나, 톨루엔-물은서로 혼합되지 않는다. 이 혼합물에 아세톤을 조금씩 넣어주면, 아세톤은 두 층사이에 분배되어 각각 용해된다. 아세톤을 더 넣어주면, 맺음선의 길이는 점점짧아진다. 계속 넣어주면 나중에는 한 층이 완전히 없어져서 전체가 한 상으로변하게 된다. 두 상에서 한 상으로 변하게 되는 경계조성을 나타내는 점들을연결하면 용해도 곡선이 얻어진다. 이 곡선 안쪽에는 두 액체 층, 바깥쪽에는단일 액체 층이 형성되며, 용해도 곡선의 모양과 크기는 온도에 따라 달라진다. 두 층의 조성이 같게 되는 점을 주름점(임계점)이라 부른다. 아세톤을 첨가하여전체 조성이 임계점과 B점 사이를 지나게 되면, 물 층이 없어지며, 임계점과W점 사이를 지나게 되면 톨루엔 층이 없어지게 된다.3. 실험1) 실험실 온도를 확인한다.2) 125ml 삼각 플라스크에 물 1ml와 톨루엔 9ml를 넣으면 두 층으로 나누어지며, 물 층은 아래쪽에 있게 된다.(이때 삼각 플라스크를 마개로 막고 세게 흔들어 주면, 뿌옇게 흐려지게 되며, 이로부터 두 층으로 분리되어 있음을 확인하는 것이다. 뿌옇게 흐려진 용액을 방치해 두면 다시 두 층으로 분리되는 것을 확인할 수 있다.)3) 이제 뷰렛에 든 아세톤을 물-톨루엔이 들어있는 삼각 플라스크에 소량씩 가해준다. 가한 아세톤의 부피를 정확히 기록하고, 이때 세게 흔들어 주면 뿌옇게 흐려지게 되고, 다시 방치해두면 두 층으로 분리되는지를 확인하여야 한다.4) 아세톤을 조금씩 가하게 되면, 어느 한 층의 부피가 점점 줄어드는 것을 확인 할 수 있다. 줄어드는 한 층이 완전히 없어지게 되는 점이 아세톤 첨가의 종말점에 해당된다. 따라서 이 점은 산-염기 적정에서 적정점을 구하는 방법과 유사하다. 줄어드는 한 층이 아주 적어졌을 때, 아세톤을 한 방울씩 가하면서, 뿌옇게 흐리게 되는 현상의 유무를 확인해야 한다.5) 만일 아세톤의 첨가량이 많아 적정의 종말점을 지나쳤으면 소량의 물이나 톨루엔을 가하여 두 층으로 분리되는 것을 확인한 후 다시 아세톤으로 적정한다. 이때 첨가된 물이나 톨루엔의 양과 그때까지 가해진 아세톤의 양을 알아야 상평형도를 그릴 수 있다.

공학/기술| 2023.04.06| 5페이지| 3,000원| 조회(318)

화공실험, 전남대학교, 결과레포트, 3성분계상평형도

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PFR실험 결과레포트 평가A+최고예요

결과보고서실험주제 : PFR 실험교 과 목 명화공실험담 당 교 수소 속학 번성 명공동 실험자실 험 일 자제 출 일 자목 차1. 개요12. 이론13. 실험 장치 및 방법54. 실험 결과 및 고찰91. 개요관류 반응기는 기초 반응공학의 특정 교수과목을 담당하는 사용자가 광범위한 실험에 사용할 수 있도록 제작되었다. 본 장치에서 다음의 공통적인 3가지의 기본적인 실험을 행할 수 있다.A. 시간에 따른 반응진척도 (전화율) 변화 실험B. 반응속도상수(k)의 온도의존성 실험C. 체류시간분포실험2. 이론대표적인 연속 이상 반응기의 모델에는, 관형반응기 (Plug Flow Reactor) 와 연속 교반 탱크형 반응기 (CSTR : 연속 반응기)가 있다. 관형반응기는, 그 생긴 모양이 관 모양이어서가 아니라, 반응기 안에서의 물질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기이다. 즉, 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축 방향 혼합 없이 방사방향만의 혼합이 일어나며 흐르는, 「플러그 흐름」인 반응기인 것이다. 그래서 플러그 흐름 반응기 (Plug Flow Reactor : PFR)라고도 한다. 이 때 상태 (온도, 조성, 유속)는 한 단면에서는 일정하다고 보며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변하게 됩니다.플러그 흐름 : 항복점을 갖는 유동을 말하고, 소성 변형에서는 많든 적든 나타나는 현상이다. 세관 중에 뉴턴 유동이 생기게 하면 그 속도의 분포는 그림 (a)처럼 포물선형으로 되고, 중심부에서 최대, 관벽에서 0이 된다. 속도 기울기는 따라서 선형이 되고, 중심부에서 0, 관벽에서 최대가 된다. 그런데 점토 페이스트, 구두약 같은 부드러운 소성물을 밀어 흐르게 하면 그림 (b)와 같이 된다. 즉 관벽 부근을 제외하고는 전체가 거의 같은 속도로 움직이고, 속도 기울기는 관 내의 넓은 부분에 걸쳐 0이 된다.반응 공학적 측면에서 체류시간 분포, 반응속도, 속도상수를 결정하는 방법은 다음과 같다. 다음과 같이, 반응차수를 아는 이 성분 반응계를 생각해 본다.관형 반응기에서의 양론식과 반응 속도식을 조합해 보면{dF _{A}} over {dV} `=`(-r _{A`} )`=`kf(C _{A`} ,`C _{B} )여기서F_A = C_A v = C_A_0 (1-x_A ) v ,C _{k} =C _{A _{0}} ( THETA _{k} `-`x _{A`} ) 이므로, 다음과 같이 바뀐다.-vC _{A _{o`}} ` {dx _{A}} over {dV} `=`-C _{A _{0}} ` {dx _{A}} over {d tau } `=`kf(x _{A} )int _{0} ^{x _{A}} {- {C _{A _{0}}} over {f(x _{A} )}} dx _{A} ``=`k` tau _{PFR}즉, 반응의 속도식, 반응기로부터의 배출농도 그리고 그 관류반응기의 공간속도만 알면 왼쪽 항을 적분하여 속도상수를 알아낼 수 있다. 다른 온도에서의 속도상수는 아레니우스식으로 구할 수 있다.k`=`Ze` ^{-E/kT`} ```` RARROW ```lnk`=`lnZ`-` {E} over {k} ( {1} over {T} )k`=`볼쯔만`상수,``Z`=`빈도인자`(frequency``factor)여러 온도에서 반응속도 상수를 구한 후, 가로축을 온도의 역수, 2세로축을lnk로 그래프를 그린다. 이때의 직선부분의 기울기로부터 E/k를 절편으로부터lnZ 를 얻을 수 있으므로, 이로부터 임의 온도에서의 속도상수를 알 수 있게된다. 체류시간 분포는, 반응물 도입농도를 어느 순간 펄스형으로 증가시키고 배출액에서의 그 농도가 체류시간에 따라 어떻게 변하는지를 관찰하면 알 수 있다. 이 장치는 에틸아세테이트와 수산화나트륨간의 비누화 반응을 전제로 만들어졌다. (물론 적당한 안전문제만 고려된다면 다른 반응에 대한 실험도 가능)이에 따른 계산 과정을 보면 다음과 같다.A. 체류시간에 따른 전화율의 변화에틸아세테이트와 수산화나트륨 용액은 다음과 같이 반응한다.EtAC + NaOH → NaAC + EtOH문헌에 의하면 이 반응은 2차 반응이므로 양론식과 조합하면 다음과 같다.{dF} over {dV} `=`(-r _{A} )`=`kC _{Actate} `C _{NaOH}편의상 두 용액의 농도를 같게 맞추고, 체류시간으로 적분한다면 다음과 같은 식이 얻어진다.{1} over {C} `-` {1} over {C _{o}} `=`k tau따라서, 체류시간 (반응기 크기 및 유량으로부터), 배출농도와 도입농도를 실험에서 구하면, 반응속도상수 k를 구할 수 있다.B. 반응 속도 상수(k)의 온도의존성앞서 설명한바와 같이 다른 온도에서의 속도상수는 아레니우스식을 이용하면 알 수 있다.몇 가지 온도에서 실험하였을 때 각각 속도상수를 구하고, 가로축을 온도의 역수, 세로축을 ln k로 plot하면 기울기와 절편을 알 수 있다. 이로부터 임의의 온도에서 속도상수를 구할 수 있다. 실험순서는 실험1.에 따르면 되고, 반응기의 온도는 워터 재킷 온도 조절기를 조절함으로써 변경시킬 수 있다.C. 체류시간의 분포완전한 「플러그 흐름」이란, 반응기 도입부로부터 같은 거리에 있는 모든 유체 요소가 반응기 안에서 똑같은 시간동안 머물러 있는 흐름입니다. 이를 가능한 한 만족시키기 위해 나선형의 감긴 반응기를 만듦으로 방사방향 혼합을 최적화 하였습니다.계단함수를 이용하면 얼마나 플러그 흐름양상이 이루어지는가를 쉽게 알 수 있습니다. 탈이온수와 전도용액을 사용하여, 전해질 용액의 투입량을 순간적으로 증가시켜(계단함수 변화를 주어) 공급합니다. 이때 출구에서 전도도를 측정하면 관류흐름 반응기에서의 플러그 흐름 양상을 분서할 수 있습니다.탈이온수 : 탈이온이란 공업용수 ·음료수 등으로 이용할 목적으로 수중의 무기염류를 제거한 순수한 물에 가까운 고품위의 물을 얻는 조작을 가리킨다. 보통 이온교환수지가 사용되며, 수소형 강한 산성 양이온교환수지와 수산형 약한 염기성 음이온교환수지를 병용해서 만든다. 이것에 의해 천연수에 포함된 나트륨 ·칼슘 등 양이온과, 염소이온 ·황산이온 등 음이온이 제거된다. 그리고 탈이온수를 증류수와 같은 목적으로 사용하기도 한다.3. 실험 장치 및 방법가. 실험 기기 및 장치(1) 실험장치 규격A. Feed Tank1. Capacity: 10 Liter/2ea2. Tank: A, solution tank: B, solution tankB. Flow Meter1. Flow Range: 0~300cc/minC. Temperature Control Unit1. Digital indicationing control2. P.B Thyristor controlD. Stirrer1. Geard motor type2. Max speed: 300rpmE. Reactor vessel1. Volume: 0.4L2. Tube size: 8mm * L 20m(2) 장치의 구조 및 명칭(3) 장치의 구성 및 설명A. 두 반응물 용액 공급 탱크1. 두 반응 물질을 반응기로 보내주기 위하여 장치의 뒤쪽으로 2개의 탱크가 설치되어있다.2. 탱크로 원료용액의 공금은 탱크의 뚜RJddmf 열고 부어 준다.3. 바닥 하부에 용액의 배수구가 마련되어 있다.B. 두 반응물 용액 공급 펌프1. 원료용액을 반응기로 보내주는 공급 Pump가 원료 용액 탱크 내에 설치되어 있다.2. Pump의 전원 S/W는 장치 전면 패널 위에 있다.C. 공급되는 반응물 용액의 예열 장치와 유량계1. 반응기로 보내지는 원료용액은 각기 다른 온도, 혹은 같은 온도로 예열시켜 보내줄 수 있도록 한다.2. 예열장치는 본장치의 뒤편에 있으며, 예열 Heater는 용액이 보내지는 Pipe를 감싸주도록 한다.3. 예열 Heater의 온도조절은 Heater에 연결된 input power controller를 사용한다.4. 이 예열 장치의 온도는 반응기로 보내지는 입구의 온도 측정으로 가능하다.5. 반응기로 보내지는 반응물 용액의 유량을 각각 측정 할 수 있는 가변 면적 유량계가 장치의 전면에 달려 있다.6. 용액의 유량을 조절하는 Valve가 유량계의 전면에 달려있다.D. 반응용액의 외부 가열 항온수조1. 두 반응물 용액이 반응기로 투입되어 반응기를 지날 때, 반응기 주변의 온도를 일정하게 유지시켜줄 필요가 있다.2. 이 장치는 Water Jacket형 항온조이다.3. 항온수조의 온도 조절은 전자식 자동온도조절 방식으로써 항온조 하단의 Water Bath 내의 Heater를 조절한다.4. 또한 항온조내의 온도를 균일하게 유지하도록 Agitator를 항온조 상단에 설치하였으며, Imperller를 하부 Water Bath내로 장치하여 물의 유동을 일으켜 항온조내로 순환시키도록 한다.E. 원통에 나선형으로 감긴 폴리에틸렌 관형 반응기1. 관형 반응기의 조건을 유지시켜 주기 위하여 긴 관을 반응기로 사용한다.2. 온도조절을 위해, 항온수조 내에 나선형으로 감긴 관형반응기를 설치한다.나. 실험방법1. 기기 전원을 켜고 설정 온도를 25°C로 한 후 상단 펌프(AB-1) 및 항온조를 켠다.2. 0.01M 에틸아세테이트 용액을 1L씩, 0.01M NaOH 용액을 1L씩 제조하여 0.01M 에틸아세테이트 용액은 R-1용기에 채우고 R-2에는 제조한 0.01M NaOH 용액을 채운다.(10L 눈금 확인)3. 반응기의 관 내부를 에틸아세테이트 용액으로 채운다.4. 제 1차 실험(반응기 온도 25°C, 설정유량 6L/h)

공학/기술| 2023.04.06| 11페이지| 3,000원| 조회(494)

전남대학교, 결과레포트, PFR실험

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기체흡수탑 결과레포트

결과보고서실험주제 : 기체흡수탑 실험교 과 목 명화공실험담 당 교 수소 속학 번성 명공동 실험자실 험 일 자제 출 일 자목 차1. 개요12. 이론13. 실험방법44. 고찰71. 개요기체 혼합물로부터 어떤 성분을 분리하는 데는 여러 가지 방법이 있지만 충전탑에서 액체에 의한 흡수조작이 가장 널리 이용되고 있다. 본 실험에서는 물에 의한 탄산가스의 흡수 실험을 행하여 물질전달이론과 충전탑 설계의 기본 사항을 이해한다.2. 이론그림1에 나타낸 충전 흡수탑에서 대상부피(점선 부분)에 대한 물질 수지는 다음과 같다.총괄수지 :L_a}+V=L+V_a - 식(1)성분 A :{L_a}{x_a}+Vy=Lx+{V_a}y_a - 식(2)그림 1 충전 흡수탑의 물질수지 선도여기서 V는 기상의 몰 유량이고, L은 탑의 같은 지점에서 액상의 몰 유량이다. x와 y는 각각 같은 위치에서 L상과 V상의 농도이다. 식(2)를 다시 정리하면 탑 내 임의의 지점에서 x와 y의 관계를 나타내는 다음 식을 얻는다.y={L}over{V}x+{{V_a}{y_a}-{L_a}{x_a}}overV - 식(3)식(3)을 기체 흡수에서 조작선의 식이라 한다. 기체 혼합물에서 가용 성분을 흡수하면 탑내부를 흘러갈수록 기체 유량 V는 감소하고 액체 흐름 L은 증가한다. 따라서 조작선은 약간 곡선으로 나타난다. 가용 성분을 10% 이하 함유하는 기체 혼합물에 대해서는 유량 변화의 영향을 무시하고 보통 평균 유량을 사용하여 설계한다.그림 2 충전 흡수탑의 미분 물질수지 선도그림2와 같이 단면적이 S인 충전층의 탑 상부로부터 Z의 거리에 높이 dZ인 미소부분에서 기체의 농도가 희박할 경우 흡수속도dn_A는 다음과 같이 나타낼 수 있다.기상 :{dn_A}=Vdy={K_y}a(y-{y^*})SdZ - 식(4)액상 :{dn_A}=Ldx={K_x}a({x^*}-x)SdZ - 식(5)여기서, a는 충전층 단위 부피당 기-액 접촉면적을 나타내며,K_y}a와K_x}a는 각각 기상과 액상에서 총괄용량계수라 한다.y^*는 조성이x인 하여 구한다.탑 내에서 V, L 및 용량계수가 일정하다고 가정하고 식(4)를 적분하면{Z_T}={V/S}over{{K_y}a} int _{ y_a} ^{y_b } { {dy}over{y-y^*} - 식(6)식(6)에서 적분값은 무차원으로 전달단위 수라 하고 다른 부분은 길이의 차원으로 전달단위 높이라 한다.N_oy}= int _{ y_a} ^{ y_b} { {dy}over{y-y^*}} - 식(7)H_oy}={V/S}over{{K_y}a} - 식(8)따라서 기체흡수 조작에 필요한 충전탑의 높이는{Z_T}={H_oy}{N_oy{ - 식(9)으로 나타낼 수 있다.전달단위 수는 도식적분을 이용하여 구할 수 있으나 평형선과 조작선이 직선인 경우에는 구동력y-y^*가y와 직선 관계이므로 해석적으로 적분이 가능하여 다음 식으로 나타낼 수 있다.N_oy}={{y_b}-{y_a}}over bar { TRIANGLEy_L } - 식(10)여기서bar { TRIANGLEy_L }는 탑 상부와 하부에서 구동력의 대수평균값이다.bar { TRIANGLE y_L }={{ TRIANGLEy_b}-{ TRIANGLEy_a}}over{ln({ TRIANGLEy_b}/{ TRIANGLEy_a})}={({y_b}-{y_b^*})-({y_a}-{y_a^*})}over{ln[({y_b}-{y_b^*})/({y_a}-{y_a^*})] - 식(11)순수한 탄산가스를 물에 흡수시킬 경우에는 기상저항을 무시할 수 있으므로 액상 농도를 기준으로 한 다음 식을 이용한다.{Z_T}={H_ox}{N_ox - 식(12){H_ox}={L/S}over{{K_x}a} - 식(13)N_ox}= int _{ x_a} ^{ x_b} { {dx}over{{x^*}-x}={{x_b}-{x_a}}over{ bar { TRIANGLEx_L } - 식(14)bar{ TRIANGLEx_L }={{TRIANGLEx_b}- {TRIANGLEx_a}}over{ln({ TRIANGLEx_b}/ {TRIANGLEx_a})}={({x_b^*}- 식(15)따라서 충전탑의 높이는 평형선과 조작선으로부터N_oy나N_ox를 결정하고 문헌이나 물질전달상관관계로부터H_oy를 구하여 식(9) 또는 (13)을 이용하면 계산 할 수 있다. 기체의 농도가 농후할 경우에는 유량이 변하기 때문에 탑 상단과 하단에서 V와 L 및 용량계수의 평균값을 이용하여H_oy를 구한다.3. 실험방법(1) 압력 강하 측정압력강하는 탑 하부에서 중간 또는 상부까지 측정할 수 있따. 압력강하의 크기에 따라 물 또는 수은 압력계를 이용한다.① 대기압과 탑의 조작 온도를 측정한다.② 송풍기와 연결한 VR-1 밸브를 열고 탄산가스 유량 밸브 VR-2는 닫는다.③ 송풍기를 작동하고 VR-1 밸브로 공기유량을 조절하여 충전탑으로 공기를 공급한다. 유량계에서 읽은 유량을 VR-1 밸브로 공기 유량을 조절하여 충전탑으로 공기를 공급한다. 유량계에서 읽은 유량을 실험 조건에 맞게 보정한다. 액체를 흘려보내지 않을 때는 충전물이 완전히 건조되었는지 확인하고 압력강하를 측정 기록한다.④ 공기유량을 3~5회 정도 변화시켜가면서 압력강하를 mmH2O 단위로 측정한다.⑤ 펌프를 작동하고 VR-3 밸브를 열어 액체의 유량을 원하는 값으로 조절한다.⑥ 정상상태까지 약 5~10분 기다린 다음 압력강하를 측정한다. 각 액체 유량에 대하여 공기유량을 3~5회 변화시켜가면서 압력강하를 측정한다. 액체 유량도 3~5회 변화시킨다.⑦ 각 유체 유량에 대하여 기체유량과 압력강하의 관계를 그래프로 작성한다.(2) 기체 흡수 실험① VR-1과 VR-2로 혼합비율을 조절한 공기와 탄산가스 혼합기체를 탑 내에 흐르게한다.② VR-3를 열고 펌프를 작동시켜 물을 탑 상부에 일정한 유속으로 공급한다.③ 기체와 액체 각 유량이 안정화되고 탑 내의 흡수가 정상상태에 도달하도록 약 15~20분 정도 그 상태를 유지시킨다.④ 계가 정상상태에 도달하면 충전탑의 기체와 액체의 온도와 유량을 측정하여 기록하고 탑상부와 하부에서 분석시료를 채취하여 농도를 분석한다.⑤ 약 5분후에 다시 동일 조건에서 가면서 위의 ①~⑤조작을 되풀이 한다.(3) 기체분석Hempel 기체분석장치는 시료기체 내의 한 성분을 수용액에 흡수제거하여 남은 기체의 부피감소량을 측정하여 농도를 구하는 장치이다. 측정 방법은 다음과 같다.① 먼저 5% KOH 수용액을 제조하여 구모양의 기체 피펫에 채운다.② VT-2와 VT-3 콕크를 이용하여 관a와 관e 쪽을 닫고 b-c-d가 통하도록 한다.③ 주사기를 이용하여 KOH 흡수용액을 VT-2 콕크 바로 아래까지 끌어올린 다음 VT-2의 b쪽을 닫으면 흡수 액체의 높이가 고정된다.④ VT-3의 c쪽을 닫고 주사기에 있는 기체를 대기로 배출시킨다.⑤ 다시 VT-3의 e쪽을 닫고 탑 내의 기체 시료를 채취한다. ④, ⑤를 4~5회 반복하여 관내부에 있는 불순물을 충분히 제거한 다음 정확한 부피(V_i)의 시료를 채취한다.⑥ VT-2의 a쪽을 닫고 흡수액의 높이가 안정화될 때까지 기다린 다음 이 높이(H)를 기록한다.⑦ 주사기에 있는 기체시료를 서서히 흡수용액 탱크로 밀어내면 시료 중에 있는 탄산가스가 용액으로 흡수 제거된다. 이 때 흡수용액이 두 번째 탱크로 이동한다.⑧ 다시 주사기로 흡입하여 흡수액체의 높이를 ⑥번의 H 높이까지 끌어올리고 주사기 눈금에서 부피를 측정한다.⑨ 탄산가스가 완전히 용해되도록 ⑦과 ⑧을 반복한다. 기체의 부피가 일정해지면 그 부피(V_f)를 기록하고 탄산가스 몰 분율은 다음 식으로 구한다.y={{V_i}-{V_f}} over V_i - 식(16)(3) 용액분석① 삼각플라스크에 0.1 N NaOH 용액 10ml와 시료용액 10ml를 넣은 다음 페놀프탈레인 용액을 가하고 적색이 없어지는 순간까지 0.1 N HCl 용액으로 적정한다.② 반응식H_2}O+CO_2} →{H_2}{CO_3}H_2}C{O_3}+4NaOH →Na_2}C{O_3}+2{H_2}O+2[NaOH]2[NaOH]+2HCl →2NaCl + 2{H_2}O③ 계산식시료 10ml와 0.1 N NaOH 용액 10ml를 혼합하여 0.1 N HCl로 적정할 때10timesV)/10CO_2의 mol 농도[mol/L] = N/24. 고찰기체흡수탑 실험은 기체흡수장치와 물, 이산화탄소 등을 이용해 기체에서 액체로의 기체흡수를 알아보는 실험이다. 기체흡수는 불용성 기체와 섞여있는 기체를 다소 용해시킬 수 있는 액체로 흡수시키는 조작을 말한다. 액체에 용해되는 기체의 양은 기체와 액체의 성질, 흐름의 난류도 및 장치에 사용되는 충전물의 종류 등에 의존하며, 실질적으로 다른 기체의 존재에는 거의 영향을 받지 않는다. 이는 Dolton의 분압법칙으로 알 수 있듯 기체의 용해도는 그 자체의 분압에 의존하기 때문이다. 오염된 배출기체를 액상흡수제와 접촉시켜 기체 중의 오염성분을 제거하거나, 생물학적 폐수처리 공정에서 산소를 물에 용해시키는 조작들이 대표적인 예이다. 물론 이와 반대로 액체를 불활성 기체와 접촉시켜 액체로부터 용질을 제거하는 조작도 존재하는데 이를 탈착 혹은 탈거라고 한다. 기체흡수 조작을 위해서는 먼저 액체와 기체를 접촉시켜야 하는데, 이러한 방법에는 병류형, 향류형, 혼류형 의 총 3가지로 구분되어 있다. 병류형은 액체와 기체의 흐름방향을 같게 하는 것으로, 낮은 압력손실과 빠른 처리유속이 장점이지만 3가지의 방법 중 가장 효율이 낮다. 향류형은 액체와 기체의 흐름방향을 반대로 하여 고농도 고형물을 함유한 가스에서는 막힘 현상이 발생 할 수 있지만 두 상의 접촉 면적이 넓어 3가지의 방법 중 가장 효율이 높다. 혼류형은 위의 병류형과 향류형을 혼합한 것으로, 둘의 단점을 완화시킬 수 있으나 특정부분에서 농도예측이 어렵고 사용될 경우가 많이 제한되어 자주 사용되지는 않는다. 이번 실험에서 우리가 사용한 방식은 3가지 중 가장 효율이 뛰어난 향류형이며 그 작용방식은 다음과 같다. 유입되는 액체는 순수한 용매 혹은 미량의 용질이 함유된 희박용액이 사용되며 기상은 탑 하부에서 투입된다. 실제 실험에서는 물의 유량을 고정한 후 공기를 일정한 유량으로 CO2보다 먼저 투입하였는데 이는 충전물이 있음에도 보다 흡수효율을 높이기 위함이다인다.

공학/기술| 2023.04.06| 8페이지| 3,000원| 조회(380)

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