PFR 실험 결과보고서

문서 내 토픽

1. 관형 반응기(PFR)

관형 반응기(PFR)는 반응기 안에서의 물질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기이다. 즉, 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축방향 혼합 없이 방사 방향만의 혼합이 일어나며 흐르는, 플러그 흐름인 반응기이다. 이때 상태(온도, 조성, 유속)는 한 단면에서는 일정하다고 보며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변하게 된다. 반응공학적 측면에서 체류시간분포, 반응속도, 속도상수를 결정하는 방법을 설명하였다.
2. 반응속도 상수 k

반응속도 상수 k는 온도에 따라 변화하며, 아레니우스 식을 이용하여 다른 온도에서의 속도상수를 구할 수 있다. 실험을 통해 여러 온도에서 속도상수를 구하고, 가로축을 온도의 역수, 세로축을 ln k로 plot하면 기울기와 절편을 알 수 있다. 이로부터 임의의 온도에서 속도상수를 구할 수 있다.
3. 체류시간 분포

완전한 '플로그 흐름'이란, 반응기 도입부로부터 같은 거리에 있는 모든 유체 요소가 반응기 안에서 똑같은 시간동안 머물러 있는 흐름이다. 이를 가능한 한 만족시키기 위해 나선형의 감긴 반응기를 만듦으로 방사방향 혼합을 최적화 하였다. 계단함수를 이용하면 얼마나 플러그 흐름양상이 이루어지는가를 쉽게 알 수 있다.

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1. 관형 반응기(PFR)

관형 반응기(Plug Flow Reactor, PFR)는 화학공정에서 널리 사용되는 반응기 중 하나입니다. PFR은 유체가 반응기 내부를 축방향으로 균일하게 흐르는 이상적인 반응기 모델로, 실제 공정에서는 이상적인 거동과 다소 차이가 있습니다. 그러나 PFR 모델은 반응기 설계와 해석에 유용하게 사용됩니다. PFR에서는 유체의 체류시간이 균일하고, 반응물의 농도 구배가 없어 반응이 균일하게 진행됩니다. 이를 통해 반응 수율을 높일 수 있으며, 반응기 설계 및 운전에 활용할 수 있습니다. 또한 PFR 모델은 반응 속도 상수 k와 체류시간 분포 등 반응기 성능 평가에 필요한 중요한 정보를 제공합니다. 따라서 PFR은 화학공정 설계와 해석에 있어 핵심적인 역할을 하는 반응기 모델이라고 할 수 있습니다.
2. 반응속도 상수 k

반응속도 상수 k는 화학반응의 속도를 나타내는 중요한 변수입니다. 반응속도 상수 k는 온도, 압력, 촉매 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다. 반응속도 상수 k가 크다는 것은 반응이 빠르게 진행된다는 것을 의미하며, 이는 공정 설계와 운전에 있어 중요한 정보를 제공합니다. 예를 들어 반응속도 상수 k가 큰 경우 반응기 체적을 작게 설계할 수 있고, 반응 시간을 단축할 수 있습니다. 또한 반응속도 상수 k는 반응 메커니즘 규명, 반응 속도식 도출, 반응기 모델링 등에 활용됩니다. 따라서 반응속도 상수 k는 화학공정 설계와 해석에 있어 필수적인 변수라고 할 수 있습니다.
3. 체류시간 분포

체류시간 분포(Residence Time Distribution, RTD)는 반응기 내부에서 유체의 체류시간 분포를 나타내는 개념입니다. 이상적인 반응기 모델인 PFR에서는 모든 유체가 동일한 체류시간을 가지지만, 실제 반응기에서는 유체의 흐름이 이상적이지 않아 체류시간 분포가 나타납니다. 체류시간 분포는 반응기 성능을 평가하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 예를 들어 체류시간 분포가 넓은 경우 반응기 내부에서 유체의 혼합이 불균일하여 반

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