소개글
"직렬교반탱크 반응기 실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 장치 및 구조
2. 실험 이론
2.1. 반응기의 종류
2.2. CSTR(연속 교반 탱크 반응기)의 특성
2.3. 직렬 CSTR의 설계와 특징
2.4. 실험에 사용된 추적자와 전도도 측정
3. 실험 방법
3.1. 주입 방법 변화에 따른 응답 속도 측정
3.2. 펄스 주입에 따른 응답 특성 분석
3.3. 유량 변화에 따른 응답 측정
4. 실험 결과 및 분석
4.1. 주입 방법 1단계 변화에 따른 결과
4.2. 펄스 주입 실험 결과
4.3. 유량 변화 실험 결과
5. 결론 및 고찰
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 직렬로 연결된 3개의 CSTR(연속 교반 탱크 반응기)에 KCl 수용액을 추적자로 사용하여 각 반응기의 전도도 변화를 측정함으로써 반응기 내 유체의 유동 특성을 파악하고, 체류시간분포(RTD), 평균 체류시간, 반응기의 부피와 같은 반응기의 특성을 이해하는 것이다. 반응기 내부의 유동 특성을 파악하기 위해 주입방법 변화에 따른 응답 속도, 펄스 주입에 따른 응답 특성, 유량 변화에 따른 응답 등을 측정하여 분석한다. 이를 통해 실제 반응기의 거동이 이상적인 CSTR 모델과 어떤 차이가 있는지 확인하고자 한다.
CSTR 반응기는 화학 공정에서 가장 널리 사용되는 반응기 중 하나로, 정상상태에서 작동되기 때문에 반응기 내부에 물질이 축적되지 않는다. 이상적인 CSTR 반응기에서는 반응기 내부가 완전히 혼합되어 모든 부분의 물성이 동일하다고 가정되지만, 실제로는 반응기 내부에 불완전 혼합 영역이나 채널링 현상이 발생하여 이상적인 거동과 차이가 날 수 있다. 따라서 본 실험에서는 직렬로 연결된 CSTR 반응기에 추적자를 주입하여 각 반응기의 전도도 변화를 관찰함으로써 실제 반응기의 유동 특성을 파악하고자 한다.
1.2. 실험 장치 및 구조
실험 장치는 직렬로 연결된 3개의 CSTR(연속 교반 탱크 반응기)으로 구성되어 있다. 각 CSTR은 교반기와 유량계, 전도도계가 설치되어 있어 실험 과정에서 교반 상태와 유량, 농도 변화를 확인할 수 있다. 원료인 순수 용액과 KCl 용액은 각각의 저장 탱크에서 펌프를 통해 3개의 CSTR로 공급된다. 이때 CSTR 간 직렬 연결을 통해 각 CSTR의 출구 유량이 다음 CSTR의 입구로 연결된다. 또한 배관에 'dead time coil'이 설치되어 유체의 지연 현상을 관찰할 수 있도록 구성되어 있다. 실험 장치는 교반속도 조절, 유량 조절, 전도도 측정 등을 통해 CSTR 내부의 유체 흐름과 반응 특성을 분석할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 직렬 연결된 CSTR의 성능과 거동을 종합적으로 평가할 수 있다.
2. 실험 이론
2.1. 반응기의 종류
반응기는 화학반응을 일으키기 위한 기구이며, 최적 조건으로 화학반응의 최대 효율을 발생시키기 위한 기구이다. 화학반응은 반응 물질의 농도, 온도, 압력, 시간, 촉매 등에 영향을 받고, 반응장치에 있어서는 물질이동 및 열 이동에 큰 영향을 받기 때문에 이들을 만족하도록 하는 구조형태에 적합한 반응기를 선정하는 것이 중요하다. 반응기의 형태나 크기는 여러 가지인데, 크게 회분식(batch)과 연속식(continuous)으로 분류할 수 있다. PFR(Plug-Flow Reactor)와 CSTR(Continuous-Stirred Tank Reactor)는 연속식 반응기의 가장 흔한 형태이다. 균일반응을 대상으로 하는 반응기 종류는 형상, 조작법, 온도분포 등의 관점에서 구분할 수 있으며, 불균일 반응의 경우에는 보다 다양한 종류의 반응기가 있다. 반응기의 형태로는 교반탱크형(stirred tank), 관형(tubular)이 있으며, 조작법에 따라서는 회분식(batch), 연속식(continuous), 반회분식(semi-batch)으로 구분된다. 또한 온도분포 관점에서는 등온반응기(isothermal), 비등온반응기(non-isothermal)로 나뉜다. 이처럼 반응기의 종류는 다양하며, 공정 조건에 맞는 적절한 반응기를 선정하는 것이 중요하다.
2.2. CSTR(연속 교반 탱크 반응기)의 특성
CSTR은 공정에서 많이 쓰이는 반응기의 종류 중 하나이다. 일반...
참고 자료
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https://engineershelp.tistory.com/416
https://www.mt.com/kr/ko/home/products/L1_AutochemProducts/Chemical-Synthesis-and-Process-Development-Lab-Reactors/continuous-stirred-tank-reactors-cstr.html
https://m.blog.naver.com/kiny2/221933694019
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