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반경방향 열전도실험 예비 보고서

반경방향 열전도 실험 예비보고서.1반경방향 열전도 실험 예비보고서화학공학과Department of Chemical Engineering, Soongsil University, Seoul 06978, Republic of KoreaE-mail:2021-04-051. PurposeMetal disk 중심부의 히터출력을 변화시키면서, 정상상태 및 비 정상상태에서의 Metal disk의 반경방향 열전도 양상을 관측하고, 얻어낸 데이터에 푸리에 법칙을 적용하여, 히터 출력이 변화하더라도 열전도도는 일정하다는 결과를 확인한다. 또한, 비 정상상태에서의 온도구배를 확인하고 정상상태와 비교하고, 그 차이점을 분석한다.그림 1. HT10XC Heat transfer service unit (Armfield, UK) 온도, 히터의 전압 전류, 복사된 열, 냉각수 유량을 측정하는 장비.2. Reagents and Apparatus그림 2. HT12C Computer compatible Radial heat conduction accessory (Armfield, UK), 외부 컴퓨터와 연결하여 실험장비를 원격으로 조작하는 장비.3. TheorySteady state. 열이 유입되는 속도와 열이 유출되는 속도가 동일하여, 열평형이 이루어지는 상태.정상상태의 평면 벽에서의 열의 전단은 열평형 상태이므로,dot { Q_{i n}}-dot { Q_{out}}= { dE_{wall}} over {d_{t} } =0 ,{dot{Q _{i n}}} ={dot{Q _{out}}} 이다.Un-steady state. 열 전달이 발생할 때, 열평형에 도달하기까지 온도분포가 시간의 흐름에 따라 변화하는 상태이다. 열 전달이 발생하면, 초기에는 비정상 상태이며, 후에 정상상태에 도달한다. 즉,{dot{Q _{i n}}} - {dot{Q _{out}}} = {dE _{wall}} over {d _{t}} !=0 이고,{dot{Q _{i n}}} != {dot{Q _{out}}} 이다.Heat. 열역학에서 열은 에너지가 전달되는 방식의 한 종류로써, 에너지 그 자체가 아니라 에너지를 전달하는 형태를 의미한다.Heat transfer. 열의 이동현상으로, 전도, 대류, 복사 3가지가 존재한다.Thermal conduction. 미시적인 시점으로, 전도는 운동하고 있는 전자나 원자 분자같은 입자의 충돌에 의해 내부에너지가 전달되는 현상이다. 고체, 액체, 기체 모두에서 일어날 수 있으나, 주로 고체에서의 열전달에 주요한 방법이다. Q=UA(ΔT) 로 정의된다.Thermal convection. 유체의 이동에 의해서 일어나는 열전달이다. 액체와 기체에서 발생하며, 온도에 따른 밀도의 변화에 의해 자유대류 또는 팬에 의한 강제대류가 존재한다. 온도차이가 존재하는 경계층을 통하여 열전달이 일어난다.Thermal radiation. 복사는 입자의 열운동에 의해 생성된 전자기파에 의해 열전달이 일어나는 현상이다. 매질이 요구되지 않으며, 절대온도보다 높은 온도를 가지는 모든 물질에서 일어난다. 복사에 의해 에너지가 방출되는 비율은 Prad 로 표현하고, 표면적과 절대온도의 4승의 곱에 비례한다.P_{rad}= sigma epsilonAT^{4} 로 정의된다. σ는 슈테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 상수이고, ? 은 물체 표면의 방출률로 0과 1 사이의 값을 갖는다.Fourier's law. 온도구배가 존재하는 물질에서의 열전달을 수학적으로 기술한 법칙이다. 미분형과 적분형이 존재하며, x축을 따라 온도구배가 존재하는 1차원이라고 가정할 때, 미분형은q _{x} =-k {dT} over {dx} 이며, (k는 열전도도 Thermal conductivity), 적분형은{ Q} over { DELTAt }= -kA { DELTAT} over {DELTAx }이다. A는 cross-sectional surface area 이다.Thermal conductivity k . 열전도도는 어떤 물체에서 온도구배에따라 분자들의 random motion으로 전달되는 에너지의 정도이며, SI단위로는 W/mK(watt per meter kelvin) 이다. 실험적으로 측정된 여러 물질들의 열전도도는 [그림 4.] 와 같으며, 그라파이트와 다이아몬드의 경우, 열전도도가 매우 높은 것을 알 수 있다. 이것은 탄소의 공유결합에 의해 vibration이 직접적으로 전달될 수 있기 때문이다. 전자에 의한 열전달이 주가 되는 금속과는 다른점이다. 이것이 electrical insulator이지만 thermal conductor 인 이유이다.그림 4. Experimental Thermal conductivity table of several materials.heat transfer coefficient, h. 열전달계수는 열이 얼마나 잘 전달되는지 의미하며,h= { q} over {DELTAT } 로 정의된다. ( q = heat flux W/m2 )디스크에서의 열전도. 디스크는 연속된 층들이 직렬로 적층되어 있는 것 으로 간주하며, 각 측은 반경에 따라 열전달 면적이 증가하므로, 반경이 증가하면 온도구배는 감소한다.4. Procedure실험 A.1. 서비스유닛 콘솔의 Main 스위치를 올린다.2. 소프트웨어의 IFD OK 를 확인한다.3. mimic diagram의 조절gui를 이용하여 냉각수의 유량을 1.00L/min으로 조정한다.4. HT12C 가 안정화 되면, mimic diagram에 표시되는 온도를 감시한다. 온도가 안정화되면 go 아이콘을 선택하여 실험결과 (T1, T2, T3, T4 ,T5 ,T6 ,V ,I ,Fw)를 얻는다.5. 히터의 전압을 17V, 21V, 23.7V 로 변경해가며 위 과정을 반복한다.실험 C.1. 서비스유닛 콘솔의 Main 스위치를 올린다.2. 소프트웨어의 IFD OK 를 확인한다.

공학/기술| 2021.06.28| 4페이지| 1,000원| 조회(204)

Thermal Conductivity, thermal conduction, 열전달 계수

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액체 - 액체 추출실험 예비 보고서

액체-액체 추출실험 예비보고서.1액체-액체 추출실험 예비보고서화학공학과Department of Chemical Engineering, Soongsil University, Seoul 06978, Republic of KoreaE-mail:2021-05-071. Purpose클로로폼에서 물과 에탄올의 용해도가 서로 다른 성질을 이용하여, Azeotrope mixture인 에탄올과 물의 혼합액을 클로로폼을 추제로 하여 액체-액체 추출을 진행하고, 클로로폼 내에 추출된 에탄올을 히팅멘틀로 가열하여 Fractionating Column을 이용하여 분별증류하여 순수한 에탄올을 분리한다.2. Reagents and Apparatus시약. 이번 실험에 사용되는 시약은 [표1]과 같다.표 1. Property of ReagentsName(IUPAC)FormulaMolar massMelting pointBoiling pointDensitylog PTrichloromethaneCHCl3119.37 g/mol?63.5 °C61.15 °C1.489 g/mLat 25 °C1.97EthanolC2H6O46.069 g/mol?114.14 °C78.23 °C0.78945 g/mL at 20 °C-0.18WaterH2O18.015 g/mol0.00 °C99.98 °C0.99704 g/mL at 25 °C기기. Computer Controlled Liquid-Extraction Unit (UELLC), 컴퓨터 및 제어 소프트웨어, Fractionation Column, Liquid-Liquid Extraction Column, 응축기, 삼각플라스크, 둥근바닥플라스크, 히팅맨틀, 펌프, 전자제어 밸브 등이 사용된다.그림 1. Computer Controlled Liquid-Extraction Unit (UELLC)3. Theory분리공정. 혼합물을 서로 구별된 물질로 분리하는 과정을 분리공정이라고 한다, Raw chemical은 여러가지 물질이 혼합되어 있기 때문에, 용도에 맞게 Chemical을 사용하려면 순수한 형태로 분리하는 과정이 필요하다. 대표적인 예시로 원유의 증류가 있으며, 이외에도 크로마토그래피나 추출 등이 자주 사용되는 분리방법이다.그림 3 . Raoult’s LawRaoult’s Law . 이상용액에서는 혼합물( A, B라고 가정할 때 ), 각 성분의 부분압력과 순수한 증기압력의 비율이 용액속의 A의 몰분율과 근사적으로 같다는 법칙이다. 오른쪽 그래프와 같이 표현할 수 있다. 이 때, X는 몰분율, P는 증기압을 의미한다.P_{A}=X_{A}P_{A}^{*}Henry’s Law . 일정한 온도에서의 기체의 용해도는 용매와 평형을 이루고 있는 기체의 부분압력에 비례한다는 법칙이다. 실제용액에서 적용하기 위해, 순수한 용액의 증기압력 대신, 헨리상수를 사용하여 충분히 낮은 농도일 경우, 제한적으로 실제용액에 응용할 수 있으나, 높은 농도에서는 사용할 수 없다.P = K ```x , K는 헨리상수, x는 몰분율, P는 부분압력을 의미한다.Distillation. 끓는점의 차이를 이용하여 혼합물을 분리하는 방법이다. 증류는 단순증류, 분별증류, 증기증류, 감압증류가 있으며, 분별증류의 경우, 단순증류를 여러번 시행하는것과 유사한 원리이다.그림 4. Liquid vapor EquilibriumLiquid-Vapor Equilibrium. 2성분계 액체를 일정한 온도, 압력에서 충분한 시간동안 방치해 두면, 액체와 그 액체의 증기 사이에 평형이 성립되는 상태를 의미한다. 증류는 a1의 몰분율을 가지는 용액의 온도를 올려서, 증기만 용액에서분리한 다음, 온도를 내리면 a3의 몰분율을 가지는 용액이되며, 이것을 반복하여 두 용액을 분리할 수 있다. 이러한 반복적인 증류를 분별증류라고 하며, Fractionating Column을 이용하여 증류할수 있다.Azeotrope Mixture. 두 선분 이상의 혼합액과 평형상태에 있는 증기의 성분비가 혼합액의 성분비와 같을 때의 혼합액이다. 즉, 특정한 성분비에 도달하게 되면, 일정한 온도에서 성분비가 변하지 않고 끓게되며, 일반적인 증류로 분리할수 없는 상태가 된다. 이러한 공비점은 성분비와 끓는점의 관계를 나타내는 곡선상에서 최대값이나 최소값을 보인다. 공비점이 낮은 온도를 가지는 경우, 양의 공비라고 하며, 높은 온도를 가지는 경우 음의 공비라고 한다.그림 5 . Negative Azeotrope vs Positive Azeotrope.Negative Azeotrope. 용액상의 두 화합물의 상호작용이 분리되어있을때 보다 강력하여 용액을 안정화시키는 경우이다. 이상적인 값 보다 낮은 증기압을 가지게 된다. ( 과잉 Gibbs 에너지가 0보다 작다.)Positive Azeotrope. 용액상의 두 화합물의 상호작용이 분리되어있을 때 보다 약하여, 전체 용액이 불안정해지는 경우이다. 이상적인 값보다 높은 증기압을 가지게되며, 과잉 gibbs 에너지가 0 보다 크다.추출. 추료에 추제를 가하여 추료에 존재하는 추질을 선택적으로 분리해 내는 것 이다. 이 때 추질은 추제에 가용성이어야 한다. 추출은 크게, 고체 액체 추출과 액체-액체 추출로 구분된다. 이번 실험에서는 에탄올과 증류수의 혼합액을 추료로 하고, 클로로폼을 추제로 하여 추출할 것 이다.증류. 끓는점의 차이를 이용하여 액체상태의 혼합물을 분리하는 방법이다. Azeotrope를 형성하는 경우에는 분리할 수 있는 비율이 제한적이다.추제의 조건. 추제는 추료와 반응하지 않아야 하며, 선택도가 커야하고, 비점이 낮아서 회수가 용이할수록 좋다.분배계수. 추제의 성능을 판별하는 요소로써 분배계수가 사용된다. 분배계수는 추출상에서의 추질의 농도를 추잔상에서의 추질의 농도로 나눈 값 이며 무차원 수 이다.K= { [Y]} over {[X] }추출상은 추출된 클로로폼 용액이고, 추잔상은 추출된 증류수 용액이다. 이때 추질은 에탄올이다.Log P. n-Octanol 과 증류수로 이루어진 Biphasic system에서 각각의 유상층, 수상층에 존재하는 Un-ionized solute의 분배계수에 로그를 취한 값 이다. 이 값이 높을수록 소수성이라 판단할 수 있다.logP_{oct/wat}=log( { [solute]^{un-ionized}_{octanol}} over {[solute]^{un-ionized}_{water} }) 로 정의된다.Liquid-Liquid Extraction . 용질과 용매가 추제에서 용해도가 다른것을 이용하여 추출하는 방법이다. 물, 에탄올, 클로로폼 3성분의 혼합비율에 따라 두개의 상(유상층과 수상층)으로 분리될 수 있다.4. Procedure1. UELLC software 를 실행한다.2. 소프트웨어의 Start 버튼을 누른다.3. Analog sensor2 를 누른다.4. Feed Tank의 AB-1(40L/h)Pump 를 40%로 맞춰준다.(에탄올+물)5. Solvent Tank의 AB-2(20L/h)Pump 를 40%로 맞춰준다.(클로로폼)6. 액-액 추출탑에서 혼합용액1(에탄올+증류수) 와 용매(트리클로로메테인)이 만나서 추출이 되어 층분리가 일어나면, refined 용액을 VT-4와 VT-8 밸브를 사용하여 모두 refined tank로 내보낸다. 이 때, 용액 일부를 VT-4 밸브를 사용하여 샘플링한다.

공학/기술| 2021.06.28| 5페이지| 1,000원| 조회(246)

Azeotrope, Extraction, 추출, distillation, equ..

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기체확산계수 실험 예비보고서

기체 확산계수 실험 예비보고서.1기체 확산계수 실험 예비보고서화학공학과Department of Chemical Engineering, Soongsil University, Seoul 06978, Republic of KoreaE-mail:2021-05-241. PurposeFick’s Laws of Diffusion을 이해하고, Stefan Tube 내부에서 증발하는 휘발성 유체의 확산계수를 Stefan-Winklemann 방법으로 측정한다.2. Reagents and Apparatus시약. 이번 실험에서는 시약으로 아세톤이 사용된다.표 1. Property of Reagents.NameFormulaM.w (g/mol)m.p (℃)b.p (℃)D (g/mL)AcetoneC3H6O58.07-95560.791기구. 기구로는 오른쪽 그림과 같은 Winklemann Method 확산계수 측정장치가 사용되며, 이 장치는 Stefan-Tube 와 Microscope, PTC Heater, PID controller, Thermometer, Air Pump로 구성되어 있다.L-L0를 측정하기 위해 버니어켈리퍼스를 사용할 것 이다.3. TheoryFick’s first Law. Fick’s first Law는 Diffusion Flux 가 농도의 구배와 관련되어있다는 것을 의미한다. 수식으로 표현하면,J=-D {d phi } over {dx} 이며, D 는 확산계수, φ 는 농도, x 는 길이, J는 확산유량을 의미한다. 이때, D 앞에 ? 가 있는 이유는, 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산되기 때문에, 확산유량을 양수로 하기 위함이다. 이 법칙은 시간에 따른 농도 변화가 없는 정상상태에서 유효하다.Fick’s second Law. Fick’s second Law는 확산이 시간에 따라 농도를 어떻게 변화시키는지 설명하는 편미분 방정식이다.{d phi } over {dt}=D {round^{2} phi } over {roundx^{2}} 으로 정의되며, 여기서 t 는 시간이다.Winklemann Method. Stefan-Tube 에 휘발성 액체를 넣고, 온도를 유지시키며, 공기를 관의 상부로 흐르게 한 뒤, 액체의 수위 변화를 방정식에 도입하고, t/(L-L0) vs (L-L0) Linear Plot 하여 확산계수 D를 계산할 수 있다.N_{A}'=D { C_{A}} over {L } { C_{T}} over {C_{Bm} } 이며, Stefan-Tube 내부의 액체가 증발하는 것을 고려하면,N_{A}'=( { rho_{L}} over {M })({dL } over {dt })=D( { C_{A}} over {L })( {C_{T} } over {C_{Bm }}) 으로 표현할 수 있고, t에 대해 적분하고, L0대입하면,L^{2}-L^{2}_{0}={2MD } over { rho_{L}} ( { C_{A}} over {L })( {C_{T} } over {C_{Bm }})`t 이되고, L-L0 으로 Plot 하기 쉽도록 조작해주면,({t } over {L-L_{0} })={rho_{L}} over {2MD } ({ C_{Bm } } over { C_{A}C_{T}})(L-L_{0} )+({rho_{L}C_{Bm} }over {MD C_{A}C_{T} })L_{0} 으로 정리된다. 이 식에서 M은 kg/mol 이며,{rho_{L}} over {2MD } ({ C_{Bm } } over { C_{A}C_{T}})=slope``, `` D={rho_{L}} over {2M TIMES slope } ({ C_{Bm } } over { C_{A}C_{T}}) 기울기로부터 확산계수를 계산할 수 있다.Stefan-Tube. 확산계수를 측정하기 위해 사용되는 기구이며, T자형 구조의 튜브에 액체를 넣고, 공기를 통과시켜서 사용하는 장비이다.Diffusion. 용매 속에서 용질이 고농도에서 저농도로 스스로 퍼져나가는 현상이다. 그레이엄의 확산 법칙에 따라, 확산속도는 분자량의 제곱근에 반비례한다. 열역학적인 관점으로 볼 때, 확산의 Driving Force 는 엔트로피의 증가로 인한 자유에너지의 감소에 있다.4. Procedure1. 모세관에 아세톤을 35 mm 정도 채운다.2. 금속 피팅에서 너트를 제거한다.3. 금속재 너트 내의 고무링을 통해 모세관의 상부가 너트 상부에 머무르도록 모세관을 주의하여 삽입한다.4. 이 부품을 장치 윗면의 망원경과 수직인 T Piece와 부드럽게 나사로 조인다.5. 신축 공기관을 T Piece의 한 쪽 끝과 연결하고, 망원경이 설치되면, 대물렌즈는 물탱크로부터 20~30 mm 정도 떨어지도록 조절한다.6. 모세관이 보이도록 망원경의 수직높이를 조절하고, 만약 모세관이 보이지 않으면, 대물렌즈와 물탱크 사이의 거리를 조절한다.7. 모세관 내부의 액체표면의 경꼐면이 깨끗하게 잘 보이도록 대안렌즈를 조절한다.8. 액체의 개면의 아랫부분이 결정되면 버니어의 스케일을 고정 스케일과 적절한 배율이 되도록 조절한다.9. 공기펌프를 작동시키고, Hoffman Clip을 이용하여 공기의 유량을 적절하게 조절한다.10. 모세관 내부의 액체 높이를 기록한다.

공학/기술| 2021.06.28| 3페이지| 1,000원| 조회(244)

확산, Diffusion, 확산계수, 아세톤, 그레이엄, ficks first l..

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관류흐름반응장치 실험 예비보고서

관류흐름 반응장치 실험 예비보고서.1관류흐름 반응장치 실험 예비보고서화학공학과Department of Chemical Engineering, Soongsil University, Seoul 06978, Republic of KoreaE-mail:2021-05-151. Purpose이번 실험에서는 PFR 을 이해하고, PFR로 투입되는 반응물의 농도와 반응기의 온도를 변화시키면서 EtOAc와 NaOH의 비누화 반응을 진행시킨 뒤, 생성물에 남아있는 NaOH의 양을 역적정을 통하여 알아내어 총괄반응차수와 반응상수 및 활성화 에너지를 구할 수 있고, 투입되는 반응물의 농도를 펄스형으로 변화시키고 배출액의 농도를 측정하여, 체류시간에 따른 반응특성(RTD)을 알아낼 수 있다.2. Reagents and Apparatus시약. 이번 실험에서는 EtOAc, NaOH, HCl, 페놀프탈레인 시약을 사용한다.NameFormulaM.w (g/mol)m.p (℃)b.p (℃)D (g/mL)Ethyl acetateC4H8O288.1006-83.677.10.902Sodium hydroxideNaOH39.997132313882.13Hyrogen ClorideHCl34.46-114.22-85.051.49PhenolphthaleinC20H14O4318.3282581.277그림 1. PFR 장치기기. 이번 실헐에서는 관류흐름 반응장치, 뷰렛, 클램프, 스텐드, 비커 를 사용한다. 관류흐름 반응장치는 그림과 같이 구성된다.3. TheoryPFR 관형 반응기. 반응기 안에서의 Chemical의 흐름이 Plug Flow 인 반응기 이다. CSTR과는 다르게, 반응기의 위치에 따라, 반응물과 생성물의 농도가 달라진다. 단면에서의 농도는 같다고 본다.체류시간. τ. 반응물이 반응기 내부에서 머무르는 시간이며, 체류시간이 늘어날수록 전화율은 높아진다.tau == { V} over { v_{0}}CSTR. 연속교반 반응기이다. PFR과 다른점은 반응기의 위치에 관계없이 반응물의 농도가 동일하다는 것 이다.염기촉매. NaOH는 반응물과 상이 같고, 비누화 반응에서 염기촉매로 사용된 후 용매화 되어 염기성을 잃으므로, 다시 재생되지 않는다. 따라서, NaOH는 촉매이지만 적정이 가능하다..비누화반응식. CH3COOC2H5 (aq) + NaOH (aq) → CH3COO-Na+ (aq) + C2H5OH (aq)속도법칙. aA+bB→cC+dD 와 같은 반응이 일어날 때, 속도법칙은-{ dC_{A}} over {dt } =-r _{A} =kC _{A}^{alpha } C _{B}^{beta } 과 같고, 이번 실험에서 비누화반응은 1:1 당량비로 진행되므로, 초기 EtOAc, NaOH 농도를 같다고 가정하면,-{ dC_{A}} over { dt} =-r _{A} =kC _{A}^{alpha + beta } 로 정리할 수 있다. 그리고, 이 식의 양변에 로그를 취하면,ln(- { dC_{A}} over {dt })=lnk+(alpha+beta)lnC_{A} 로 정리할 수 있다.Arrehnius Eq.k=Ae^{- { Ea} over {RT }}````->```` lnk=lnA- { Ea} over {R } { 1} over { T}전화율. X. 반응의 진행정도를 의미한다. 이번 실험에서는 역적정을 통하여 반응하지 않은 NaOH의 양을 초기 NaOH의 양에서 빼준 뒤, 초기 NaOH의 양으로 나누어주어 구할 수 있다. 즉,X = { 10 mL TIMES 0.1M-AmL TIMES 0.1M} over {10mL TIMES 0.1M }역적정 이유. PFR에서 얻은 Sample 내에는 미반응한 반응물이 여전히 존재하므로, 비커에 받아놓은 Sample은 마치 Batch Reactor처럼 작용하므로, 계속해서 비누화반응이 진행되기때문에, 일단 HCl을 신속하게 넣어주어 비누화반응을 중단시킨 후 ,HCl을 NaOH로 역적정 하는 것이 정확한 실험값을 얻을 수 있을 것 이다.4. Procedure준비작업.1. 장치의 좌측 전기조작 패널 위의 모든 스위치가 off 상태에 있는지 확인한다.2. 장치에 전원을 공급하여주기 위하여, 220V 의 충분히 고용량인 콘센트에 플러그를 연결한다.3. 장치 좌측의 11번 물 공급탱크로 증류수를 부어 항온조 내로 물을 받는다. (감겨있는 관 전체가 잠기는 수위까지)4. 관형반응기 내 온도설정은 전면에 있는 항온조 컨트롤러에 의해 설정을 한다.시료공급.1. 시료 탱크의 콕을 열어놓는다.2. 반응기 내로 시료를 공급하면서 예열 장치의 온도를 설정한다.3. 예열 장치의 온도설정은 전면에 있는 항온조 컨트롤러에 의해 설정을 한다.4. 다음 그림의 밸브를 조절하여 시료의 유량을 조절한다.5. 펌프 전원을 넣기 전 V1, V4,와 V3, V6 밸브를 열어놓는다.6. 펌프 전원을 넣는다.7. V1, V4 번의 밸브를 서서히 열어 주면서 유량계의 부자가 다 떠오를 때 까지 밸브를 열어 놓는다.8. V2, V3 번의 밸브를 조절하여, 부자가 300 눈금의 위로 오도록 조절한다.9. V3, V6 번의 밸브를 조절하여 원하는 유량으로 조절한다.역적정.1. HCl표준용액과 NaOH 표준용액을 준비한다.2. 반응기로부터 얻은 Sample에 HCl 표준용액을 10 mL 넣어준다.3. 페놀프탈레인 지시약을 넣고, 반응하지 않은 HCl을 NaOH로 종말점까지 적정하여준다.

공학/기술| 2021.06.28| 4페이지| 1,000원| 조회(160)

비누화, PFR, laminar, 관형반응기, 역적정, 속도법칙, 체류시간, spac..

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대류및 복사 열전달 실험 예비보고서

대류 및 복사 열전달 실험 예비보고서.1대류 및 복사 열전달 실험 예비보고서화학공학과Department of Chemical Engineering, Soongsil University, Seoul 06978, Republic of KoreaE-mail:2021-05-051. Purpose수평 실린더의 히터의 출력과 공기의 유속을 변화시키면서 실린더 표면의 온도를 모니터링 하고, 자연대류 또는 강제대류 에 대한 열 전달 계수 및 표면 복사에 대한 열 전달 계수를 계산하여, 실린더의 표면온도의 변화에 대한 복합 열전도의 양을 결정할 수 있다.그림 1. HT10XC Heat transfer service unit (Armfield, UK) 온도, 히터의 전압 전류, 복사된 열, 냉각수 유량을 측정하는 장비.2. Reagents and Apparatus그림 2. HT14C-Computer Controlled Combined Convection and Radiation (Armfield, UK), 외부 컴퓨터와 연결하여 실험장비를 원격으로 조작하는 장비.3. Theory자연대류. 어떤 표면이 주위보다 높은 온도를 가질 때, 열은 표면으로부터 주위의 유체로 전달되고, 온도가 상승한 유체의 밀도가 감소하여 상승하게된다.강제대류. 어떤 표면에 강제적인 유체의 흐름을 발생시켜 자연대류보다 증가되는 열 전달을 일으키게 한다.Thermal conduction. 미시적인 시점으로, 전도는 운동하고 있는 전자나 원자 분자같은 입자의 충돌에 의해 내부에너지가 전달되는 현상이다. 고체, 액체, 기체 모두에서 일어날 수 있으나, 주로 고체에서의 열전달에 주요한 방법이다. Q=UA(ΔT) 로 정의된다.Thermal convection. 유체의 이동에 의해서 일어나는 열전달이다. 액체와 기체에서 발생하며, 온도에 따른 밀도의 변화에 의해 자유대류 또는 팬에 의한 강제대류가 존재한다. 온도차이가 존재하는 경계층을 통하여 열전달이 일어난다.Thermal radiation. 복사는 입자의 열운동에 의해 생성된 전자기파에 의해 열전달이 일어나는 현상이다. 매질이 요구되지 않으며, 절대온도보다 높은 온도를 가지는 모든 물질에서 일어난다. 복사에 의해 에너지가 방출되는 비율은 Prad 로 표현하고, 표면적과 절대온도의 4승의 곱에 비례한다.P_{rad}= sigma epsilonAT^{4} 로 정의된다. σ는 슈테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 상수이고, ? 은 물체 표면의 방출률로 0과 1 사이의 값을 갖는다.Nusselt Number. NU. 대류에 의한 열전달 계수를 계산하기 위해 필요한 값 이다. 자연대류의 경우 NU는 Grashof Number Gr 과 Prandti Number Pr 에 의존하고, ( Rayleigh Number Ra = Gr Pr 이다.) 강제대류의 경우, Reynolds Number와 Prandtl Number에 의존한다. 그리고, 이 때의 Re는 수정된 공기유속 Uc를 사용하여 계산해주어야 하며, Uc=1.22 Ua 와 같다. 이는 실린더에 의한 국부적인 유속 증가를 고려한 것 이다.자연대류에 의한 평균 열 전달 계수 Hcm .H c_{m} = {kNu _{m}} over {D} 이고,N u _{m} =c(Ra _{D} )n 이고,Ra_{D}= { g beta(T_{s}-T_{a})D^{3}} over {nu } ,Ra _{D} = (Gr_{D}````` Pr ),Gr _{D} = {g beta (T _{s} -T _{a} )D ^{3}} over {nu },beta= { 1} over {T_{film} },T_{film}= { T_{s}+T_{a}} over {2 }강제대류에 의한 평균 열 전달 계수 Hfm .H f_{m} = {kN _{Um}} over {D}으로 자연대류와 같으나, Nusselt Number는N _{Um} = 0.3 + { 0.62^{0.5}Pr^{0.33}} over {(1+( { 0.4} over {Pr })^{0.66} )}^{0.25}}(1+( { Re} over {282000 })^{0.5}) 이고,Re = {Uc``D} over {nu } ,Uc= 1.22Ua 이다.복사에 의한 열 전달 계수 Hrm.Hr_{m} = { delta`` xi``F``(Ts^{4}-Ta^{4}) } over {(Ts-Ta )} 으로 정의되며, 이 때 δ = Stefan Boltzmann const 이고, ξ = 표면방사율 이다.4. Procedure실험 A.1. 서비스유닛 콘솔의 Main 스위치를 올린다.2. 프로그램의 조절gui를 이용하여 히터의 전압을 5V 로 맞춰준다.3. HT14C가 안정화 될 때 까지 기다리며 T10 열전쌍을 모니터링 한다.4. HT14C 가 안정화 되면, go 아이콘을 선택하여 실험결과 (T9, T10, V, I, Fw)를 얻는다.5. 히터의 전압을 8V, 10V, 15V, 20V 로 변경해가며 위 과정을 반복한다.실험 C.1. 원심력 팬의 스위치와 서비스유닛 콘솔의 Main 스위치를 올린다.2. 프로그램의 조절gui를 이용하여 공기의 유속을 0.5 m/s 로 조절한다.

공학/기술| 2021.06.28| 4페이지| 1,000원| 조회(248)

복사, 강제 대류, Thermal Radiation, Nusselt numbe..

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