단위조작실험 관형반응기 보고서

최초 등록일
2018.11.14
최종 저작일
2018.10
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소개글

단위조작 실험 및 설계 관형반응기 보고서입니다.

목차

1. 서 론

2. 이 론
2.1 반응장치
2.1.1 장치 조작법
2.1.2 장치 형식과 구조
2.2 관형반응기
2.3 체류시간
2.3.1 체류시간이란
2.3.2 Pulse input에 의한 체류시간 분포
2.3.3 Step input에 의한 체류시간 분포
2.3.4 평균체류시간과 체류시간 분포의 분산
2.3.5 무차원 체류시간 분포
2.3.6 흐름이 잘 정의된 반응기들의 체류시간분포
2.3.7 체류시간 분포와 반응기 전환율
2.4 물질수지
2.4.1 공정의 분류
2.4.2 수 지
2.4.2.1 일반수지식
2.4.2.2 연속정상상태 공정의 수지
2.4.2.3 회분공정에서의 적분수지
2.4.2.4 반회분식공정 및 연속공정에 대한 적분수지
2.4.3 물질수지 계산
2.4.3.1 흐름도
2.4.3.2 흐름도의 비례화와 계산 기준
2.4.4 반응계의 수지
2.4.4.1 화공양론(화학양론)
2.5 전환율
2.5.1 전환율의 정의
2.5.2 Hofmann-Schönemann 식

3. 실 험
3.1 실험과제
3.2 실험장치
3.2.1 관 반응기
3.2.2 전도도 측정
3.2.3 적정 방법
3.3 절 차
3.3.1 준비 단계
3.3.2 펌프의 보정
3.3.3 체류시간분포
3.3.4 화학 반응

4. 실험 결과
4.1 Pulse input
4.2 Step input
4.3 평가 및 해석
4.3.(1) F-곡선과 C-곡선
4.3.(2) 무차원 농도
4.3.(3) Hofmann-Schönemann 방법을 이용한 출구 흐름의 이론적 전환율
4.3.(4) 적정에 의해 얻어진 실제 전환율
4.3.(5) 주어진 조건 하의 반응기 부피 결정

5. 결론 및 토의

6. 참고 문헌

본문내용

본 실험은 관형 반응기에서 출구 흐름의 전기전도도를 측정해 체류시간 분포를 구하고, 이를 통해 전환율을 계산하는 실험이다. 공정을 설계함에 있어 반응기의 크기(부피)는 가장 중요한 요인 중 하나인데, 유속과 전환율을 통해 반응기의 크기를 결정할 수 있다는 점에서 본 실험의 중요성을 알 수 있다. 실험은 유속을 다르게 한 각 흐름의 전기전도도를 2번씩 반복 측정하는 형식으로 진행하였다. Pulse input에서는 관을 증류수로 채워놓은 상태에서 NaOH 소량을 주입하여 전기전도도의 변화를 측정, 기록하였다. 유속에 따른 NaOH 도달 시간의 차이를 확인했으며 이를 통해 필요하다면 본 실험에 사용된 반응기의 부피가 계산될 수 있다.
Step input에서는 관을 NaOH 수용액으로 채워놓은 상태에서 Ethyl acetate를 주입하였다. 이렇게 얻은 전기전도도 값을 이용하여 단계적으로 체류시간분포, 누적분포, 무차원 농도를 계산하여 결론적으로는 각 흐름에서의 이론적인 전환율을 구하는 방향으로 실험 결과 해석을 진행하였으며 회분식 반응기 실험 적정 데이터로부터 얻은 실제 전환율과 이론적인 전환율을 비교하였다.

<중 략>

2.3.6 흐름이 잘 정의된 반응기들의 체류시간분포

이상반응기인 플러그흐름반응기, 혼합반응기 및 층류흐름반응기(laminar flow reactor)에 대해서는 체류시간분포를 이론적으로 구할 수 있다.
플러그흐름이란 흐름 내 모든 분자들이 같은 속도로 일정하게 움직인다고 본 아주 이상적인 형태의 흐름을 가리키며 이러한 흐름이 일어나는 반응기인 플러그흐름반응기로부터 배출되는 모든 분자들은 동일한 체류시간을 갖는다. 따라서 펄스주입이든 계단주입이든 주입된 형태 그대로 일정시간 즉 체류시간이 경과한 다음 반응기 밖으로 나오게 된다. 그러나 실제 관상반응기를 보면 반응기 벽면 가까이에서는 경계층(boundary layer)이 있고 다소간의 축방향혼합(axial mixing)이 있음으로 말미암아 들어간 분자들이 모두 일정하게 움직일 수 없으며 따라서 체류시간의 분포를 보이게 된다.

참고 자료

박소진, 박명배, 화학공학실험, 충남대 화학공학과, 1998
O.Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons, New York 1962 (2nd Ed. 1972)
Warren L. McCabe, Unit operations of chemical engineering 7 edition, McGRAW-HILL, p.177 ~ 189, 2004
K. Dane Wittrup, course materials for 10.37 Chemical and Biological Reaction Engineering, Spring 2007.MITOpenCourseWare (http://ocw.mit.edu), Massachusetts Institute of Technology.
Fogler Chemical Reaction Engineering 5th chapter 13 p.867~881

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