[화공실험]PFR 실험 예비레포트

목차

1. 실험 개요
2. 실험 이론
3. 실험 장치 및 설명
4. 실험 방법
5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 개요
관형 반응기(PFR)는 반응공학과 관련된 광범위한 실험에 사용할 수 있도록 제작되었다. 본 장치에서 다음의 공통적인 3가지의 기본적인 실험을 수행할 수 있다.

A. 시간에 따른 반응진척도(전화율) 변화 실험
B. 반응속도상수(K)의 온도의존성 실험
C. 체류시간 분포실험

2. 실험 이론
대표적인 연속 이상 반응기의 모델에는 관형 반응기(PFR)와 연속 교반 탱크형 반응기 (CSTR)가 있다. 관형 반응기는 그 생긴 모양이 관 모양이어서가 아닌 반응기안에서의 물질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기이다. 즉, 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축방향 혼합 없이 방사 방향만의 혼합이 일어나며 흐르는, 플러그 흐름인 반응기이다. 그래서 플러그 흐름 반응기(plug flow reactor; PFR)라고도 한다. 이때 상태(온도, 조성, 유속)는 한 단면에서는 일정하다고 보며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변하게 된다. 반응공학적 측면에서 체류시간 분포, 반응 속도, 속도상수를 결정하는 방법은 다음과 같이 반응차수를 아는 이성분 반응계를 통해 알 수 있다.
관형 반응기에서의 물질 수지식은 양론식과 반응 속도식을 조합해 보면 다음과 같다.

<중략>

여러 온도에서 반응 속도 상수를 구한 후, 가로축을 온도의 역수, 2세로축을 In k로 그래프를 그린다. 이때의 직선 부분의 기울기로부터 E/R를 절편으로부터 를 얻을 수 있으므로, 이로부터 임의 온도에서의 속도상수를 알 수 있다. 체류시간 분포는, 반응물 도입농도를 어느 순간 펄스 형으로 증가시키고 배출 액에서의 그 농도가 체류시간에 따라 어떻게 변하는지를 관찰하면 알 수 있다. 이 장치는 에틸아세테이트와 수산화나트륨 간의 비누화 반응을 전제로 만들어졌다. 이에 따른 계산 과정은 다음과 같다.

참고자료

· 양희천, 박상규, 라병열, “관형 열반응기의 열전달 특성”, 대한기계학회 2007년도 춘 계학술대회, pp.1948 – 1952, (2007)
· 현영진, “관형반응기에서 알칼리 및 혼합촉매를 사용한 혼합지방의 바이오디젤화”, 한 국응용과학기술학회지, 27(2), 123-128, (2010)