소개글
"물질전달 화공"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.3. 실험 방법
2. 가스상 확산 계수 측정 실험
2.1. 실험 과정
2.2. 결과 및 분석
2.3. 오차 요인 고찰
3. 액체 확산 계수 측정 실험
3.1. 실험 과정
3.2. 결과 및 분석
3.3. 오차 원인 논의
4. 습벽탑 실험
4.1. 실험 방법
4.2. 실험 결과
4.3. 고찰
5. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
실험 목적은 액체가 기체 속으로 증발되어 퍼져 나가는 확산 현상을 이해하고, 서로 다른 성질을 가지는 다양한 물질들의 확산 계수를 비교·측정하는 것이다. 이를 통해 물질 전달에 관한 기초적인 지식과 데이터를 얻는 것이 이 실험의 핵심 목적이라고 할 수 있다.
1.2. 실험 이론
확산(Diffusion)이란 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상이다. 물질 A의 확산으로 인한 전달을 몰 유속(molar flux)으로 표시하면 J_A = -D_AB (dC_A/dx)이다. 여기서 D_AB는 물질 A의 물질 B로의 확산 계수이다. 이 식을 Fick's 1st law라고 하며, 정상 상태(steady-state)조건 하에서 단위면적당 확산되는 물질의 유속은 농도 기울기에 비례한다.
물질의 이동현상에는 확산(Diffusion)과 bulk fluid motion에 따른 대류(mass convection)가 존재한다. 전체 몰 유속은 확산현상에 의한 몰 유속과 대류에 의한 몰 유속의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, Total molar flux of A = Molar diffusive flux of A + molar convective flux of A.
물질 A가 공기 B를 통해 증발되어 날아가는 상황에서 Fick's 1st law를 적용하면, 정상상태 가정 하에 J_A = -D_AB (C_A1 - C_A2)/L로 나타낼 수 있다. 여기서 L은 확산이 일어나는 거리이며, C_A1과 C_A2는 각각 위, 아래의 농도이다.
이상기체라고 가정하면 C_A1 = P_A1/RT, C_A2 = 0이 되며, 이를 대입하면 J_A = (D_AB P_A1)/(RT L)이 된다. 양변을 적분하면 시간 t에 대한 농도차(C_Bm)로 표현할 수 있다. 액체의 증발 속도를 고려하면 최종적으로 (L-L_0)^2 = (2MD_AB P_A1 C_T/ρ_L R T L)t 의 관계식을 얻을 수 있다.
이를 통해 실험 데이터를 활용하여 확산 계수 D_AB를 구할 수 있다. 본 실험에서는 이러한 이론을 바탕으로 아세톤-공기 계의 확산 계수를 측정하고자 한다.
1.3. 실험 방법
실험 방법은 다음과 같다. 먼저 Deoxygenation Column의 물 공급을 위해 Deoxygenation feed pump의 bypass valve(VALVE 1)를 열어놓고 Deoxygenation feed pump를 가동하여 물을 Deoxygenation column으로 보낸다. 이때 뒤쪽 Bypass valve(VALVE 2)를 막고 앞쪽 bypass valve를 조절하여 column으로 공급되는 물이 넘치지 않도록 한다.
다음으로 Deoxygenation column 내부의 용존 산소를 제거하기 위해 Water flow meter의 조절밸브를 열어 물을 공급하고, Deoxygenation column 안에 공기기포가 없어질 때까지 기다린다. 그 후 Nitrogen gas를 Deoxygenation column에 보내 용존 산소를 제거한다.
이어서 Absorption column에 물을 공급한다. Water flow meter의 조절밸브를 열고 뒤쪽 bypass valve (VALVE 2)를 조금 열어준 뒤 absorption column feed pump를 가동하여 물을 공급...
참고 자료
Incropera, Principles of Heat and Mass transfer global edition, Wiley, 2017
* 화공현상 실험 매뉴얼
* Physical Chemistry, P.W. Atkins, 6th ed, Oxford University Press,
* Quantitative Chemical Analysis, Daniel C. Harris, 5th ed, Freeman,
* http://che.hankyong.ac.kr/~knlee/exp1/diffusivity.html
* http://hyunam.tnut.ac.kr/~khchoi/mass/34p.html
Hirschfelder, JO, Curtiss, CF 및 Bird, RB (1954) 기체 및 액체 분자 이론 , Wiley, New York. DOI : 10.1126 / science.120.3131.1097
화공생물공학실험1, 동국대학교, p. 37-47
단위조작 7판, Warren L. McCabe 외 2인 지음, Mc Graw Hill Education, p. 441-472
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