4. 직렬교반반응실험 - 예비

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 장치 구조 및 명칭
4. 실험 기구 및 시약
5. 실험 방법
6. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
직렬로 연결된 3개의 연속 흐름 반응기에 추적자를 이용하여 응답속도를 측정하고 체류시간분포(RTD) 함수를 계산하며 이해한다. 또한 이를 통하여 비이상형 반응기의 특성을 이해하고자 한다.

2. 실험 이론
1) 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 RTD
이상형 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 측정
RTD는 추적자(tracer)라 불리는 불활성 화학물질, 분자 또는 원자를 어떤 시간 에서 반응기로 주입한 후 출류의 추적자농도, 를 시간의 함수로 측정함으로써 구할 수 있다.

참고 자료

“화공생물공학실험”, 동국대학교 화공생물공학과, 2016, pp. 36-50.
Monti, K.L. (1995). "Folded Empirical Distribution Function Curves (Mountain Plots)". The American Statistician. 49: 342–345.