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4. 직렬교반반응실험 - 예비

화공생물공학실험예비보고서[직렬 교반 반응 실험]1. 실험 목적직렬로 연결된 3개의 연속 흐름 반응기에 추적자를 이용하여 응답속도를 측정하고 체류시간분포(RTD) 함수를 계산하며 이해한다. 또한 이를 통하여 비이상형 반응기의 특성을 이해하고자 한다.2. 실험 이론1) 체류 시간 분포(RTD, Residence-Time Distribution)반응기에서 반응물이 일정한 전환율과 공간시간을 갖는 것은 플러그 흐름 반응기(PFR)와 이상형 회분 반응기에만 해당한다. 이 밖의 모든 형태의 반응기에서 원료 중의 원자들은 반응기 내에서 보내는 시간이 각각 다르다. 즉, 반응기내에서 물질의 체류 시간 분포(RTD)가 존재 하게 된다. 반응기의 RTD는 화학반응기 내에서 일어나는 혼합의 특성이다. 주어진 반응기가 나타내는 RTD는 그 반응기 내에서 일어나는 혼합 형태에 관하여 명확한 실마리를 제공한다. RTD는 가장 풍부한 정보를 이끌어 낼 수 있는 반응기 특성 중의 하나로 반응기 설계의 매우 중요한 부분이라 할 수 있다.2) CSTR에서의 RTD이상형 CSTR의 경우 임의의 시간에 유입되는 시료는 순간적으로 반응기 내에 존재하는 물질과 완전히 혼합되는 것을 가정하고 있다. 하지만 비이상형 CSTR은 반응기 출구 쪽에는 물질이 연속적으로 제거되고 있기 때문에, 유입되자마자 반응기를 거의 순간적으로 떠나는 것도 있고 모든 물질이 동시에 제거되지는 않으므로 반응기 내에서 거의 영원히 머무는 원자들도 있다. 물론 대부분의 원자들은 평균체류시간 정도의 시간이 지난 후에 반응기를 떠나지만 특정 반응기에서의 체류시간 분포는 반응기의 성능에 현저하게 영향을 미칠 수 있다. CSTR의 경우 이론상으로도 모든 분자가 동일한 체류시간을 갖지 못하고 분포의 형태를 갖게 된다.3) RTD의 측정RTD는 추적자(tracer)라 불리는 불활성 화학물질, 분자 또는 원자를 어떤 시간 에서 반응기로 주입한 후 출류의 추적자농도, 를 시간의 함수로 측정함으로써 구할 수 있다. 추적자는 쉽게 검출될 수 있는즉, 분산은 없음) 추적자가 계의 경계들을 출입하는 경우의 단일 입력-단일 출력 계에 주입된 추적자 펄스를 해석해보자. 먼저 시간 와 사이에 떠나는 추적자의 농도가 실질적으로 일정할 만큼 충분히 작은 시간 증분 를 선택하자. 그러면 시간 와 사이에 반응기를 떠나는 추적자의 양, 은 다음과 같다.[농도x유량x시간] 식 (4-1)여기서 는 출류의 부피유량이다. 바꾸어 말하면, 이 양 은 반응기 내에서 와 시간 동안 체류하고 반응기를 떠난 물질의 양이다. 이제 위 식의 양변을 반응기 속으로 주입된 물질의 전체량 로 나누면,식 (4-2)이는 반응기 내에서 시간 와 사이의 체류시간을 가진 물질의 분율을 나타낸다.펄스 주입에 대하여, 다음을 정의한다.식 (4-3)식 (4-4)이 양 를 체류시간 분포함수(residence-time-distribution function)라고 한다. 이 분포함수는 상이한 유체요소들이 반응기 내에서 보낸 시간을 정량적으로 기술하는 함수이다. 는 반응기 내에서 시간 와 사이의 체류시간을 가지고 배출된 유체의 분율이다.만일 를 직접 알 수 없다면, 출구 농도를 측정하여 를 구할 수 있다. 즉 와 사이의 물질의 양 을 합산하면 가 된다. 식 (4-1)을 미분형으로 쓰면,식 (4-5)이를 적분하면 다음과 같다.식 (4-6)부피유량 는 일반적으로 일정하므로, 를 다음과 같이 정의할 수 있다.식 (4-7)분모의 적분은 바로 곡선의 아래 면적이다.또 다른 방법으로 체류시간 분포함수를 다음과 같이 적분형으로 해석할 수도 있다.[과 사이의 시간 동안 반응기에 체류한 후 반응기를 떠나는 물질의 분율]식 (4-8)와 사이의 시간 동안 반응기 내에 체류한 모든 물질의 분율은 1이다. 따라서,식 (4-9)③ 계단 추적자 실험시간에 따라 변화하는 추적자 주입과 이에 대응하는 유출 흐름의 농도 사이의 일반적인 관계를 수식화 하는 것은 용기에서 나가는 농도는 입력의 농도와 관계가 있다는 것을 유도하지 않고도 다음 식 (4-10)와 같은 회선적분(convolution in 한다. 하나의 원자가 어떤 반응환경에서 머무른 시간을 그 원자의 “나이”로 보면, 는 출구의 나이분포와 관계된다. 이 함수는 여러 원자들이 그 반응조건에서 보낸 시간의 길이를 특성화 하기 때문에, 반응기 해석과 관련된 분포함수들 중에서 가장 많이 사용된다.ⅰ) 누적 분포 함수주어진 시간 보다 짧은 시간 동안 반응기 내에서 체류한 배출류의 분율은 이하의 모든 시간에 대하여 를 합한 것과 같다. 이를 연속적으로 표현하면 식 (4-15)와 같으며, 1953년 단크베르츠(Danckwerts)의 논문을 통하여 누적 분포 함수(cumulative distribution function)로 정의하고 라 하였다.식 (4-15)ⅱ) 평균 체류 시간평균 체류 시간()은 RTD 함수()의 1차 모멘트 값과 같다. 이는 유출분자들이 반응기 내에서 체류한 평균 시간이며, 식 (4-9)와 같이 닫힌계에서 와 사이의 시간 동안 반응기 내에 체류한 모든 물질의 분율은 1이므로 식 (4-16)과 같이 나타낼 수 있으며,식 (4-16)이상반응기에서 이용한 파라미터는 공간시간(), 즉 평균 체류시간(mean residence time)이었다. 분산이 없고, 부피유량이 일정()한 경우, 특정 이상반응기 또는 비이상반응기가 어떠한 RTD를 갖더라도 공칭 보류시간(nominal holding time)은 평균 체류시간 과 같다는 것을 입증할 수 있다. 따라서, 닫힌계에 대해서 식 (4-18)로부터 정확한 반응기 부피를 구할 수 있다.식 (4-18)3. 장치 구조 및 명칭① Power S/W② Stirrer Speed Controller③ Pump S/W④ 전도도계⑤ 유량계⑥ Stirrer⑦ 배수밸브⑧ A 공급 펌프⑨ B 공급 펌프⑩ A 용기⑪ B 용기⑫ C 용기⑬ Dead time coil⑭ 농도측정 sensor4. 실험 기구 및 시약① KCl② 증류수③ Stop Watch5. 실험 방법1) 장치의 기본 작동 방법① 20리터 용기에(A) 증류수를 넣고 10리터 용기에(B) 0.001Mol 농도의 1차 시스템의 응답으로 S자 형태의 곡선을 보이는 지수곡선이다. 단계주입변화 이후 전달지연 때문에 천천히 늘어지는 응답결과를 보이지만 최종적으로는 초기의 입력농도 값에 이른다.3) 실험 2 - 펄스 입력에 따른 3개 탱크의 변화와 응답속도 측정① 20리터 용기에(A용기) 증류수를 넣고 10리터 용기에(B용기) 0.001Mol 농도의 KCl 용액을 넣어 펌프와 연결한다.② 탱크 1, 2, 3번의 전도도계의 수치가 일정하여 질 때까지 장치의 배관과 3개의 탱크를 비커를 이용하여 순수로 세척하여 준다.③ 교반기S/W를 올려주고 속도조절기를 사용하여 알맞은 속도로 일정하게 유지 시켜준다.④ A 용기의 용액을 3개의 탱크에 채운다.⑤ 탱크 3번으로 Drain되면 B용기의 용액을 100ml/LPM으로 약 4분간 주입한다.⑥ 다시 증류수를 100ml/LPM으로 주입한다⑦ 탱크 1, 2, 3의 농도변화를 측정하여 전도도 값으로 기록한다.⑧ 측정한 값을 그래프로 작성한다.※ 연속된 3개 탱크로 구성된 1계 시스템의 응답은 펄스 입력인 경우 충격 크기가 지속될 때까지 지수곡선을 나타내지만 충격크기가 끝난 이후에는 지수감쇠 곡선을 나타낸다. 다른 탱크에서도 전달지연으로 인해 각각 응답이 늦어지지만 결국 충격 크기가 끝난 이후의 값으로 나타난다.4) 실험 3 – 주입유량변화에 따른 3개 탱크의 변화와 응답속도 측정① 20리터 용기에(A용기) 증류수를 넣고 10리터 용기에(B용기) 0.001Mol 농도의 KCl 용액을 넣어 펌프와 연결한다..② 탱크 1, 2, 3번의 전도도계의 수치가 일정하여 질 때까지. 장치의 배관과 3개의 탱크를 비커를 이용하여 증류수로 세척하여 준다.③ 이 실험에서는 교반기의 작동을 하지 않는다.④ A 용기의 용액을 3개의 탱크에 채운다.⑤ 탱크 3번으로 Drain되면 B용기의 용액을 100ml/LPM으로 주입한다.⑥ 탱크 1, 2, 3의 농도변화를 측정하여 전도도 값으로 기록한다.⑦ 다시 장치를 세척하고 B용기의 용액을 200ml/LPM으로 주입한다.⑧ 탱크의 농도변화를 측정하여 전도도 값으로 기록한다.⑦ 교반기를 사용하였을 경우인 실험 1과 비교한다.※ 탱크 안에 농도가 다른 물질들은 성분의 균일한 혼합을 위해 보통 휘저어 준다. 그렇지 않으면 밀도 차에 의해 층을 이루게 될지도 모른다. 물론 탱크 안에 들어오고 나가는 과정에서 변화가 있을 수도 있어서 입력 변화에 따른 탱크 내 시스템의 응답에 영향을 줄 것이다.6) 실험 5 – One Vessel Plus Dead Time – Step Response① C 용기에 0.01 Mol 농도의 용액을 넣고 A Pump에 연결하고, B용기에는 0.001 Mol 농도의 용액을 넣어 B Pump와 연결한다.② 교반기 S/W를 올려주고 속도조절기를 사용하여 알맞은 속도로 일정하게 유지 시켜준다.③ A Pump S/W를 올리고 C 용기의 용액을 3번 탱크와 Dead time coil과 Head reservoir 탱크에 채우고 Drain 되는 것을 확인한다.④ B 용기의 용액을 50ml/LPM으로 주입한다.⑤ 탱크 3번과 Head reservoir 탱크의 농도변화를 측정하여 전도도 값으로 기록한다.⑥ 측정한 값을 검량선을 작성한 그래프와 대비하여 기록한다.※ 3번 탱크에서 튜브코일을 지나서 4번째 탱크로 가는 사이를 dead time라 하며이 경우 응답식은where:= concentration level in tank (4) at time(t sec) - g moles/liter, = concentration of feed liquids in tanks (A) , (B) - g moles/liter= time constant for tank (3) - sec= time constant for dead time coil and tank (4) - sec※ 농도 변화 기록을 위한 가정 및 배경① RTD를 측정하기 위해서는 시간과 전해질의 농도와의 관계를 알아야 한다. 이번 실험에서 반응기 내의 KCl 수용액의 전도도를 측정하였기 때문에 전도도와 농도와의 관계를 이용하여 수용액의 .

공학/기술| 2020.12.24| 11페이지| 2,000원| 조회(192)

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4. 반응열 헤스의 법칙 - 예비

a) 실험 제목 : 반응열의 측정과 Hess의 법칙b) 실험 목적 :고체 수산화나트륨과 염산의 중화반응을 한 단계 및 두 단계로 진행시켜 각 단계의 반응열을 측정하고 Hess의 법칙을 이용하여 확인하며, 반응열과 Hess의 법칙을 이해한다.c) 실험 이론 :1) 반응열화학반응이 일어날 때에는 항상 에너지 출입이 일어나게 된다. 화학반응에 수반하여 방출 또는 흡수되는 열량으로 반응물과 생성물의 에너지 차이를 말한다. 반응물의 에너지보다 생성물의 에너지가 높으면 반응열이 흡수되는 흡열반응을 하고, 반응물의 에너지보다 생성물의 에너지가 낮아지면 반응열이 방출되는 발열반응을 한다. 이러한 반응열은 반응의 종류에 따라 생성열, 연소열, 중화열, 용해열 등이 있다. 반응열은 주로 1mol의 물질이 반응할 때 출입하는 에너지로 곧, J/mol, kJ/mol등의 단위를 이용하여 나타내게 된다. 반응열은 외부계와의 에너지 교환이 차단된 열량계를 이용하여 측정한다.[그림1 - 반응열]2) 반응열의 종류① 연소열 : 물질 1mol이 완전히 연소할 때 발생하는 열량을 연소열이라 한다. 연소열은어느 것이나 모두 발열 반응이다.② 중화열 : 산과 염기가 각각 1g 당량씩 반응하여 1mol의 물을 생성할 때 발생하는 열량을 중화열이라고 한다. 강산과 강염기의 수용액이 중화할 때는 산이나 염기의 종류에 관계없이 일정한 값을 갖는다. 이것은 중화반응에서 수소이온, 수산화이온만이 다음과 같이 반응하기 때문이다.③ 생성열 : 1mol의 화합물이 그 성분 원소의 홑원소 물질에서 생길 때 발생 또는 흡수하는 열량을 생성열이라 한다.④ 분해열 : 1mol의 화합물을 그 성분 원소의 홑원소 물질로 분해할 때 발생 또는 흡수하는 반응열을 분해열이라 한다. 분해열은생성열과 같지만 부호가 반대이다.⑤ 용해열 : 물질 1mol이 다량의 물에 녹을 때 발생 또는 흡수하는 열량을 용해열이라 한다. 용해열은 발열인 경우와 흡열인 경우가 있으며 암모늄염, 칼륨염, 나트륨염 등 염의 종류에서는 용해열을 흡수하는 경우가 많다.3) 열량계 종류① 스티로폼 열량계 : 스티로폼으로 된 열량계로서 반응 후 컵 안에 있는 물의 온도 변화를 측정하여 반응열을 측정할 수 있다. 스티로폼 열량계는 아래 그림과 같이 온도계가 끼워져 있는 뚜껑이 있다. 스티로폼은 좋은 단열재이기 때문에 컵의 벽을 통한 열전달은 매우 작다. 열량계 내부에서 일어나는 반응에 의해 발생되는 열은 모두 물에 의해 흡수된다. 반대로 반응에 의해 흡수되는 열은 모두 물로부터 흡수된다. 일반적으로 스티로폼과 유리 기구에 의해 흡수되는 열은 무시한다.② 봄베 열량계 : 반응 물질이 들어 있는 용기를 물에 넣고 반응시키면 발생하거나 흡수하는 열량 때문에 물의 온도가 올라가거나 내려가는데, 이 때 반응 전 물의 온도와 반응 후 물의 온도 차이에 의하여 반응열을 알아내는 장치이다. 주로 기체가 관여하는 반응에 이용되며 특히, 연소에 의한 발열량을 측정하는데 흔히 사용되므로 연소 열량계라고 불리기도 한다.[그림2 - 봄베 열량계]4) 반응열 계산화학 반응이 느리거나 반응열이 작거나 또는 열량계 속에서 반응시키기 어려운 것은 실험적으로 반응열을 구할 수 없다. 이 때에는 여러 열화학 반응식으로부터 헤스의 법칙을 이용한 계산을 통하여 반응열을 구한다.-Hess’s law스위스의 화학자 헤스는 반응 과정의 반응열에 관한 여러 가지 실험 결과에서 다음과 같은 관계를 발표했다. 화학 변화가 일어나는 동안에 발생 또는 흡수한 열량은 반응전의 물질의 종류와 상태 및 반응후의 물질의 종류와 상태가 결정되면, 반응 경로에는 관계없이 항상 일정하다. 이것을 ‘총 열량 불변의 법칙’ 또는 ‘Hess’s law’라 한다.[그림3 - Hess의 법칙]- 헤스의 법칙 이용헤스의 법칙을 이용하면 실험에서는 구할 수 없는 반응열을 알고 있는 열화학 반응식에서 구할 수 있다.1. 구하고자 하는 열화학 반응식을 완결한다.2. 열화학 반응식의 계수를 맞추어 준다.3. 주어지거나 변형한 화학 반응식을 더하거나 빼서 반응열을 산출한다.-예시) 고체수산화나트륨-염산의 중화반응 반응식(1)(2)(3)d) 실험 준비물 :1) 실험기구 : 삼각 플라스크(계), 메스 플라스크, 눈금 실린더, 비이커, 온도계(열량 측정을 위해), 저울, 플라스틱, 휴지통, 솜 보온재2) 실험시약 :HCl(강산), NaOH(강염기)- HCl : 염화 수소(HCl) 수용액으로 무색 투명하고 부식성이 강하다. '염화수소산'이라고도 한다. 대표적인 강산 중 하나로 물로 많이 희석한 '묽은 염산'을 이용한다. 진한염산은 염화수소를 36% 함유한다. 비중 1.19, 강한 자극취를 갖는다. 수소와 염소로부터 직접 합성된다. 화학공업에서 강산으로서 중요하다. 용도는 가수분해, 중화제 등이다. 사용기준으로는 최종식품의 완성 전에 중화 또는 제거하여야 한다.- NaOH : 수산화 나트륨으로 분자량은 39.997g/mol이다. 대표적인 강염기로 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관해야 한다.e) 실험 방법 :1)① 250ml 삼각플라스크를 윗접시 저울에 올려 0.1g까지 단 후 솜 보온재로 싸서 보온한다.② 0.25M 염산용액 200ml을 삼각플라스크에 넣고 일정한 온도가 되었을 때 온도를 측정한다.③ 2g의 수산화 나트륨을 0.01g까지 단다.④ 수산화나트륨을 삼각플라스크에 넣어 녹이고 온도가 가장 높을 때의 온도를 기록하고 플라스크의 무게를 기록한다.2)0.25M 염산용액 대신 물 200ml를 이용하여 위와 동일하게 진행한다.3)① 250ml 삼각플라스크(A)의 무게를 측정하고 솜 보온재로 싼 후 0.5M 염산용액 100ml를 넣고 온도를 측정한다.② 100ml 메스플라스크(B)에 0.5M 수산화나트륨 용액100ml를 넣고 온도를 측정한다.③ 두 용액의 온도가 같은 온도로 일정하게 되면 메스플라스크(B) 속의 수산화나트륨 용액을 삼각플라스크(A)에 넣은 후 상승하는 최고 온도를 기록한다.④ 플라스크의 무게를 측정한다.※ HCl 수용액의 비열 : 4.18 J/g※ 플라스크의 비열 : 0.85 J/gf) 참고 문헌 :- “화공생물공학실험”, 동국대학교 화공생물공학과, 2016, pp. 47-49

공학/기술| 2020.12.24| 4페이지| 2,000원| 조회(201)

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4. 반응열 헤스의 법칙 - 결과

a) 실험 제목 : 반응열의 측정과 Hess의 법칙b) 실험 일자 : 2016년 4월 6일c) 보고서 인적 사항 :d) 실험에서 내가 한 일 :0.25M 염산용액과, 0.5M 염산 용액을 만들고 결과 값을 기록하는 역할을 하였다.e) 실험 방법 :1)① 250ml 삼각플라스크를 윗 접시 저울에 올려 0.1g까지 단 후 솜 보온재로 싸서 보온한다.② 0.25M 염산용액 200ml을 삼각플라스크에 넣고 일정한 온도가 되었을 때 온도를 측정한다.③ 2g의 수산화 나트륨을 0.01g까지 단다.④ 수산화나트륨을 삼각플라스크에 넣어 녹이고 온도가 가장 높을 때의 온도를 기록하고 플라스크의 무게를 기록한다.2)0.25M 염산용액 대신 물 200ml를 이용하여 위와 동일하게 진행한다.3)① 250ml 삼각플라스크(A)의 무게를 측정하고 솜 보온재로 싼 후 0.5M 염산용액 100ml를 넣고 온도를 측정한다.② 100ml 메스플라스크(B)에 0.5M 수산화나트륨 용액100ml를 넣고 온도를 측정한다.③ 두 용액의 온도가 같은 온도로 일정하게 되면 메스플라스크(B) 속의 수산화나트륨 용액을 삼각플라스크(A)에 넣은 후 상승하는 최고 온도를 기록한다.④ 플라스크의 무게를 측정한다.※ HCl 수용액의 비열 : 4.18 J/g※ 플라스크의 비열 : 0.85 J/gf) 실험 결과 :(1) 반응 1 반응열 결과반응1빈 플라스크의 무게 (g)125.7최종 무게 (g)324.8중화된 용액의 무게 (g)199.1HCl의 무게 (g)1.823초기온도 (℃)23최종온도 (℃)28온도변화 (℃)5NaOH의 무게(g)2.00NaOH 몰농도(M)0.25(2) 반응 2 반응열 결과반응2빈 플라스크의 무게 (g)105.8최종 무게 (g)305.7중화된 용액의 무게 (g)199.9물의 부피 (mL)200초기온도 (℃)25최종온도 (℃)28.1온도변화 (℃)3.1NaOH의 무게(g)2.00NaOH 몰농도(M)0.25(3) 반응 3 반응열 결과반응3빈 플라스크의 무게 (g)141.5최종 무게 (g)348.3중화된 용액의 무게 (g)206.8HCl의 무게 (g)1.823초기온도 (℃)27최종온도 (℃)29.5온도변화 (℃)2.5NaOH의 무게(g)2.00NaOH 몰농도(M)0.25(4) 비열과 반응한 몰수HCl 수용액의 비열(J/g℃)4.18플라스크의 비열(J/g℃)0.85반응한 몰 수(mol)0.05(5) 결과반응1반응2반응3용액에 의해 흡수된 열량(J)4161.192590.30422161.06플라스크에 의해흡수된 열량(J)534.225278.783300.6875총열량(J)4695.4152869.08722461.7475몰당 반응열(J/mol)93908.357381.74449234.95(6) 반응 1과 반응 2+반응 3 비교반응1반응2+반응393908.3

공학/기술| 2020.12.24| 4페이지| 2,000원| 조회(153)

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5. DNA 제한효소 - 결과

a) 실험 제목 : DNA 제한효소b) 실험 일자 : 2016년 4월 27일c) 보고서 인적 사항 :d) 실험에서 내가 한 일 :1,2번의 Micro-tube에 각각의 시료를 넣어주고, agarose gel을 gel box에 부어 comb를 꽂는 역할을 하였다.e) 실험 방법 :① 3개의 Micro-tube를 준비한다② 1번 Micro-tube에는 Lamda DNA 5ul와 증류수 15ul를 넣어준다2번 Micro-tube에는 Lamda DNA 5ul, Eco R1 1ul, 10x EcoR1 buffer R 2ul, 증류수 12ul를 넣어준다.③ 1번과 2번 solution을 incubator 37도에서 1시간 정도 반응시켜준다. 실험에 사용된 DNA와 제한효소는 다시 Deep freezer에 넣어둔다.④ 50x TAX buffer를 1X TAE buffer 1L가 되도록 dilution한다.⑤ 1X TAE buffer 50ml에 Agarose 질량이 1%가 되도록 넣어주고 전자레인지에 넣기 전에 용액의 뚜껑은 반정도만 닫는다. 전자레인지에 2분 정도 가열한다⑥ 상온에서 만졌을 때 손이 따뜻한 정도보다 조금 뜨거운 정도가 됐을 때 Red safe를 전체의 1/2000이 되도록 넣는다.⑦ Red safe를 넣은 agarose gel을 large tray가 꽂혀있는 gel box에 부은 후, comb를 꽂고 굳을 때까지 기다린다⑧ 2번째 단계에서 사용한 Micro-tube에 6x loading buffer가 1x가 되도록 각각 4ul를 넣어준다.⑨ 전기 영동기에 굳은 gel을 조심스럽게 엄지 손가락으로 밀어내어 올려두고 1x TAE buffer에 잠길 정도로 넣어준다⑩ Agarose gel에 DNA marker 3ul와 8번 solution 5ul를 각각 Well에 넣어준다⑪ 전기 영동기를 스위치를 누른 후, Gel의 2/3 정도에 bromophenol blue가 오면 멈추고 젤을 uvp-transiluminatoe로 관찰한다. (대략 40분 소요)f) 실험 결과 :① : DNA maker 3ul② : 제한효소 넣지 않은 Lambda DNA 5ul③ : 제한효소 넣은 Lambda DNA 5ul① ① ① ② ③ ① ② ③[결과 1] [결과 2]g) 결론 및 고찰 :[그림 1 - Lambda DNA digests]이번 실험은 DNA를 제한효소로 절단하고, 전기영동장치를 통해서 확인해 보는 실험이었다. 제한효소를 넣지 않은 DNA와 제한효소를 넣은 DNA, 그리고 DNA marker 세 가지를 well에 넣어 비교하여 관찰하였다. 하지만 실험결과 세 가지 경우 모두 제대로 된 결과를 관찰할 수 없었다. 제대로 된 실험이 진행되었다면, 위의 그림 1과 같이 eco 제한효소를 사용하였을 때 저런 band를 관찰 할 수 있었을 것이다.결과2보다는 결과1에서 더 자세히 실험 결과를 살펴볼 수 있었다. 실험 결과에서는 먼저 DNA marker에서 2개의 band가 보였고, 제한 효소를 넣은 Lambda DNA에서 2개의 band가 보였다. 그러나 제한 효소를 넣지 않은 Lambda DNA에서 band가 1개만 보이는 것으로 보아 제한 효소를 넣었을 때 DNA가 절단 된다는 것을 알 수 있다.이번 실험에서 제대로 결과를 파악할 수 없었던 원인을 찾아보았다. 먼저, DNA와 제한요소의 관리방법일 것이다. DNA와 제한효소는 –20℃ 보관이기 때문에, 상온에 오래 방치하게 되면 효소의 활성이 떨어지게 된다. 따라서 얼음 위에 DNA와 효소들을 놓고 얼음 위에서 서서히 녹여 사용을 해야 하는데, 상온에서 그냥 녹였기 때문에 활성이 떨어졌을 수 있다. DNA를 꺼내서 얼음에서 서서히 해동 시킬 때, 물에 입구 부분이 접촉하여 수분이 DNA속에 함유 되어 DNA에 이상이 생겼을 수도 있다. 또한 많은 조가 실험을 하면서 냉장고를 쓰는데 그 과정에서 온도가 조금씩 변해 DNA에 영향을 미쳤을 수 있다. 두 번째 요인으로는 Incubator의 온도 유지이다. 실험 방법에서 37℃로 유지해야 한다 했는데 혹시 온도가 오를 수 있어 35℃로 유지시켜 놓았다. DNA는 온도에 민감해 온도를 잘 유지시켜 주어야 하는데 조금 낮은 온도로 유지시켜 1시간 동안 충분한 반응이 일어나지 않았을 수 있다. 세 번째 요인으로는 마이크로 피펫을 사용할 때 우리가 마이크로 튜브에 넣어놓은 용액은 매우 작은 양이었고 물방울이 흩어져서 피펫을 이용해 정확한 양을 추출하여 쓰지 못했을 것이다. 마지막으로, well의 구멍을 찾아 solution을 그 안에 넣어주어야 하는데, 우리가 넣은 양의 solution이 정확히 well안으로 다 들어가지 않아 band가 제대로 나타나지 않았을 수 있다.이러한 요인들 때문에 정확한 실험 결과를 얻지 못하였다. DNA와 제한 효소의 관리를 잘 하고, 온도 유지에 신경 쓰며, 시료의 정확한 양 추출하여 반응을 제대로 시킨다면 더 뚜렷하고 좋은 결과 값을 얻을 수 있을 것이다.추가적으로Agarose gel 전기영동 시 DNA의 이동에 영향을 주는 요인들을 찾아보았다. DNA는 인산기 때문에 음전하를 띄므로 매질을 타고 양전하 방향으로 움직이게 된다. 상식적으로도 알 수 있지만, DNA분자의 크기가 클수록 느리게 이동한다. 둘째, agarose gel의 농도가 높을수록 느리게 이동한다. 셋째, DNA 형태(구조)에 따라 이동속도가 다르다. 일반적으로 supercoiled DNA가 가장 빨리, 그 다음 linear DNA, open circular DNA의 순으로 빠르게 이동한다.h) 참고 문헌 :- “화공생물공학실험”, 동국대학교 화공생물공학과, 2016, pp. 58-61- Pascal JM, O'Brien PJ, Tomkinson AE, Ellenberger T (November 2004). "Human DNA ligase I completely encircles and partially unwinds nicked DNA". Nature 432 (7016): 473–8.- Pingoud A, Alves J, Geiger R (1993). "Chapter 8: Restriction Enzymes". In Burrell M. Enzymes of Molecular Biology. Methods of Molecular Biology 16. Totowa, NJ: Humana Press. pp. 107–200

공학/기술| 2020.12.24| 3페이지| 2,000원| 조회(210)

화공실험, 예비, 결과, 화공생물공학

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1. 이중관 열 교환기 - 결과

a) 실험 제목 : 이중관 열교환기b) 실험 일자 : 2016년 3월 16일c) 보고서 인적 사항d) 실험에서 내가 한 일 :이중관 열교환기를 먼저 데우고, 병류와 향류 흐름에 따른 온도 변화를 확인하고 기록하였다.e) 실험에 필요한 점들 :①여기서, = 고온 유체가 잃은 열량[kcal/hr]= 저온 유체가 얻은 열량[kcal/hr]W= 고온 유체의 유량[kg/hr]w= 저온 유체의 유량[kg/hr]= 고온 유체의 비열[kcal/kg℃]= 저온 유체의 비열[kcal/kg℃]T= 고온 유체의 온도[℃]t= 저온 유체의 온도[℃](첨자 1,2는 관입구 출구)②여기서, U= 총괄 전열계수[kcal/]A= DL = 관의 단면적[D= 열 교환기에서 관의 지름[m]L= 관의 길이[m]③④f) 실험 결과 :(1) 이중관 열교환기 크기구분내관(mm)외관(mm)길이(cm)내경외경내경size1515.8840150구분내관 단면적(내관 평균 단면적(외관 단면적(내경외경단면적0.07070.07480.07280.1885(2) 실험 값온도(℃)유량(L/min)T1(℃)T2(℃)T3(℃)T4(℃)저온2, 고온25946824저온2, 고온45849829저온2, 고온65751932저온4, 고온25441815저온4, 고온45444817저온4, 고온65548821저온6, 고온25438813저온6, 고온45443816저온6, 고온65445817열량(kcal/hr)유량(L/min)고온 유체가잃은 열량Q저온 유체가얻은 열량q평균 열량저온2, 고온2156019201740저온2, 고온*************저온2, 고온*************저온4, 고온*************저온4, 고온*************저온4, 고온*************저온6, 고온*************저온6, 고온*************저온6, 고온*************온도(℃)유량(L/min)저온2, 고온234.492저온2, 고온432.741저온2, 고온631.292저온4, 고온235.054저온4, 고온435.660저온4, 고온636.081저온6, 고온234.439저온6, 고온435.660저온6, 고온636.258U(kcal/hr℃)유량(L/min)내관 총괄 전열계수외관 총괄 전열계수저온2, 고온2693.341267.630저온2, 고온4982.289376.164저온2, 고온61080.480417.065저온4, 고온2635.165245.174저온4, 고온4878.741399.194저온4, 고온61074.197414.640저온6, 고온2742.281286.520저온6, 고온41063.739410.603저온6, 고온61228.141474.062유량(L/min)효율저온2, 고온20.255저온2, 고온40.180저온2, 고온60.125저온4, 고온20.283저온4, 고온40.217저온4, 고온60.149저온6, 고온20.348저온6, 고온40.239저온6, 고온60.196온도(℃)유량(L/min)T1(℃)T2(℃)T3(℃)T4(℃)저온2, 고온26147258저온2, 고온46050308저온2, 고온65851338저온4, 고온25440168저온4, 고온45444188저온4, 고온65951228저온6, 고온26041149저온6, 고온45543168저온6, 고온65647188열량(kcal/hr)유량(L/min)고온 유체가잃은 열량Q저온 유체가얻은 열량q평균 열량저온2, 고온2168020401860저온2, 고온*************저온2, 고온6252030002760저온4, 고온2168019201800저온4, 고온*************저온4, 고온*************저온6, 고온*************저온6, 고온*************저온6, 고온*************온도(℃)유량(L/min)저온2, 고온235.257저온2, 고온433.490저온2, 고온631.322저온4, 고온233.816저온4, 고온435.054저온4, 고온638.970저온6, 고온237.737저온6, 고온436.081저온6, 고온637.706U(kcal/hr℃)유량(L/min)내관 총괄 전열계수외관 총괄 전열계수저온2, 고온2725.061279.874저온2, 고온41034.185399.195저온2, 고온61211.081467.477저온4, 고온2731.589282.393저온4, 고온4940.985363.220저온4, 고온61100.349424.735저온6, 고온2742.985286.792저온6, 고온41097.052423.462저온6, 고온61246.617481.194유량(L/min)효율저온2, 고온20.264저온2, 고온40.192저온2, 고온60.14저온4, 고온20.304저온4, 고온40.218저온4, 고온60.157저온6, 고온20.373저온6, 고온40.255저온6, 고온60.188(3) 그래프 :[그래프1 - 병류][그래프2 - 향류]g) 결론 및 고찰 :이번 실험은 병류와 향류로 물을 흘러 주었을 때 열이 교환되는 것을 이용해 어느 종류의 흐름이 열 교환이 잘 되며, 또 열 교환 효율이 좋은지를 실험해보는 것이었다. 우선 최종 목표인 열 전달계수를 구하기 위해, 온수가 잃은 열량과 냉수가 얻은 열량을 구하고 대수 평균 온도차를 계산하여 나타내었다.계산 된 값으로 보았을 때 동일 유속일 때 총괄전열계수를 비교해 보면 향류의 총괄전열계수가 병류의 총괄전열계수보다 높다. 이는 효율과 연관 지어 보면 향류의 열 교환 효율이 병류보다 더 좋다고 말할 수 있다. 이론을 접목시켜 생각해보면 온수와 냉각수의 흐름이 같은 병류는 온도변화가 심하게 나타나는 대신에 처음 출입구 부분에서의 전열계수에 비해 출구 쪽에서의 전열계수가 감소해서 전체적으로 효율이 떨어진다고 생각할 수 있다. 반면에 향류 흐름은 온도 변화가 병류보다는 덜 하지만 그에 비해 출구 쪽의 전열계수가 병류보다 상대적으로 커서 총괄전열계수가 더 크다고 할 수 있다. 겉으로 보기엔 온도 변화가 큰 병류가 효율이 커 보이지만 온도변화와 전열계수를 같이 생각해보면 어느 흐름이 상대적으로 효율적인지 판단할 수 있으며, 효율식을 이용하여 값으로 판단할 수 있다.그리고 내관전열계수와 외관전열계수를 비교해보았을 때 차이가 있다. 이 값은 열 손실과 경계 면에서의 유체의 흐름, 잠열, 저항등과 관련되어 있을 것이다. 내관에서의 총괄전열계수가 외관의 전열계수보다 크다.마지막으로, 이번 실험에서의 오차에 관해 이야기 하자면, 이번 실험은 오차가 굉장히 크게 나올 수 있는 실험인 것 같다. 이번 실험에서 도출 해 내야 할 값들이 오로지 온도로부터 나오기 때문이다. 특히, 실험 값의 마지막 저온 유량 6L/min, 고온 유량 6L/min에서 효율이 병류가 크게 나왔다. 항류와 병류를 비교하여 보면 이론적으로 항류는 병류보다 효율이 높고 향류의 경우 △T의 차이가 크지 않고 온도 변화가 서서히 일어난다. 병류는 △T의 차이가 크고 온도 변화가 급격하게 일어난다. △T의 차이의 경우에도 항류와 병류 두 곳에서 비교 할 만큼 큰 차이를 나타내지 않았다. 이것은 그래프에서 알 수 있듯이 기울기에서 많이 차이 나지 않았기 때문이다. 그 이유를 살펴보면 먼저, 실험 기계는 소수점 단위를 제공하지 않았다. 47라고 뜨면 47.9999도 인지 47.00001 도인지 알 수가 없었다. 온도를 이용해 파생되는 값들이 단계로 있기 때문에 이중관 열교환기 자체의 오차가 있으면 실험 값들의 오차도 있을 것이다. 또한, LPM을 바꿔준 후 3분 정도라는 비교적 짧은 시간 후에 온도를 측정하여 온도가 완전한 결과 값을 나타내지 못하였을 것이다. 그리고 보일러의 온도를 60℃로 맞추어 놓았지만 온도가 제대로 맞추어지지 않고 유량을 바꿀 때마다 온도가 계속 떨어졌다. 이 보일러의 온도 유지 문제도 오차의 원인 중 하나였을 것이다.h) 참고 문헌 :WARREN L.MCCABE, “단위조작”, McGraw-Hill Education Korea, 2005, pp. 273-280“화공생물공학실험”, 동국대학교 화공생물공학과, 2016, pp. 27-32

공학/기술| 2020.12.24| 7페이지| 2,000원| 조회(196)

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