기체흡수탑 실험 결과 레포트1. 실험일자 : 2021.03.242. 실험제목 : 기체 흡수탑 실험3. 실험목적 : 충전탑을 이용하여 기체혼합물(공기+이산화탄소)로부터 용질(이산화탄소)을 용매(물)에 흡수시키는 단위조작 실험을 통해 기체 흡수의 원리를 이해한다.4. Data 처리① 충전탑 모델충전탑 내경충전탑 높이충전물질70 mm1.4 mRasching ring충전탑 내경과 높이는 고정값이다.② 압력차-충전물이 건조한 상태인 경우액체유량이 낮으면 많은 충전물 표면이 건조하게 되며, 기껏해야 액체의 정체경막으로 덮여진다. 이와 같은 효과는 편류라고 알려져 있는데, 커다란 충전탑에서 성능을 나쁘게 하는 주요 이유가 된다.-충전물에 유체가 공급될 경우충전탑으로 들어가는 기체의 유량이 계속 증가하게 되면 국부적인 영역에서 액체의 흐름이 정체되게 된다. 정체가 된 액체는 유량이 큰 기체를 따라 올라가면서 탑 위로 범람을 하게 된다.③ 탑의 위아래 온도 (이산화탄소 용해도표 이용 시 필요)-포화탑 아래 농도, 포화탑 위 농도 도출 가능탑 아래 온도15˚C탑 위 온도14˚C따라서 이산화탄소 용해도표를 참고하면탑 아래 농도-> 1.019ml-CO2/ml-H2O, 0.1970gCO2/100mlH2O탑 위 농도-> 1.050ml-CO2/ml-H2O, 0.2032gCO2/100mlH2O포화탑 아래 농도 :{0.1970g} over {100ml} TIMES {mol} over {44g} TIMES {10 ^{3} ml} over {lL} TIMES {1000L} over {1m ^{3}} TIMES {1kg} over {1000g} =0.04477kgmol/m ^{3}포화탑 위 농도 :{0.2032g} over {100ml} TIMES {mol} over {44g} TIMES {10 ^{3} ml} over {lL} TIMES {1000L} over {1m ^{3}} TIMES {1kg} over {1000g} =0.04618kgmol/m ^{3}④ DATA측정항목탑 위탑 아래액체 sample 부피50ml50ml0.02N NaOH 수용액 적정 부피6.7ml12.2ml포화탑 CO2 농도0.04618kgmol/m30.04477kgmol/m3탑 액체 내 CO2 농도00.022kgmol/m3⑤ 계산항목물의 몰 유속6060.61kgmol/m2?h전달단위 개수2.9132전달단위 높이0.481총괄 물질 전달 계수12,600.0208→물의 몰 유속물의 몰 유량/관의 단면적[kgmol/m2ㆍh]물의 유량 : 7L/min 을 이용해서 물의 몰유량을 계산하면물의 몰유량 :{7L} over {min} TIMES {m ^{3}} over {1000l} TIMES {1000kg} over {m ^{3}} TIMES {1kgmol} over {18kg} TIMES {60min} over {1hr} =23.3kgmol/h단면적 :pi TIMES (0.07/2) ^{2} =0.00385m ^{2}물의 몰 유속 :{23.3kgmol} over {h} TIMES {1} over {0.00385m ^{2}} =6060.61kgmol/m ^{2} BULLET h→전달단위 개수N _{Ox} = {x _{A,b} -x _{A,a}} over {{bar{TRIANGLE x _{L}}}} = {C _{A,b} -C _{A,a}} over {{bar{TRIANGLE C _{L}}}} = {C _{A,b} -C _{A,a}} over {{(C _{A,b} -C _{A,b} ^{*} )-(C _{A,a} -C _{A,a} ^{*} )} over {ln {(C _{A,b} -C _{A,b} ^{*} )} over {(C _{A,a} -C _{A,a} ^{*} )}}}C _{A,b} = {(12.2-6.7)ml} over {1} TIMES {0.02M``NaOH} over {50ml} TIMES {1000ml} over {1L} =2.2kmol/m ^{3}N _{Ox} = {2.2-0} over {{(0.04477-0.022)-(0.04618-0)} over {ln( {0.04477-0} over {0.04618-0} )}} =2.9132→전달단위 높이H _{Ox} = {Z _{T}} over {N _{Ox}} = {Z _{T}} over {( {C _{A,1} -C _{A,2}} over {[C _{A} ^{*} -C _{A} ] _{ln}} )}{Z _{T}} over {N _{Ox}} = {1.4} over {2.9132} =0.481->총괄 물질 전달 계수K _{x} a= {L _{m} (물의`몰`유속)} over {H _{Ox}} = {6060.61} over {0.481} =12,600.02085. 보고서 작성① 위 실험실규모 충전탑에서 얻은 물질전달계수 데이터를 이용하여, 충전탑을 확장하고자 한다. 탑 위, 탑 아래 농도를 유지하고 액체 유량을 두 배로 할 때, 설계방향에 대해 논하시오.-> 물질 전달 계수는 물질의 전달속도를 나타낼 때, 추진력 및 이동방향의 수직면 넓이에 비례하는 계수이다. 액체 유량만 두 배로 증가시키면 물질전달계수는 두 배 증가하게 되고 따라서 이동방향의 수직면 넓이도 넓어지게 된다. 이번 실험에서 사용한 것보다 큰 충전탑에서 실험을 해야 된다.② 동일한 유량조건에서 실험을 수행하였는데, 탑 아래 용액의 용질 농도가 현재 데이터 값보다 10% 늘어났다면, 전달단위 수 및 총괄액체 물질전달계수는 어떻게 변하겠는가?-> 10% 늘어나게 되면 전달단위 개수와 총괄액체 물질전달계수 둘 다 값이 작아지게 된다.③ 탑 위와 탑 아래에 온도차이가 발생하였는가? 발생하였다면 이유에 대하여 설명하시오.-> 온도차이가 발생했다. 탑 높이 차이에 인해서 온도 차이가 발생한다.④ 압력강하가 발생하였는가? 발생하였다면 이유에 대하여 설명하시오.-> 유체의 마찰 때문에 흡수탑에서 압력강하가 발생한다. 이는 유체의 유속에 비례한다.6. 결과 및 토의? 실험 결과-충전탑 내경은 70mm 충전탑 높이는 1.4m 고정값, 탑 위아래 액체 sample 부피 50ml, 0.02N NaOH수용액 적정 부피는 탑 위 6.7ml, 탑 아래 12.2ml이다.-실험 결과 탑 아래 온도는 15도, 위 온도는 14도가 나왔다. 따라서 탑 아래 포화탑 CO2농도는 0.04477kgmol/m3, 탑 위 농도는 0.04618kgmol/m3인걸 알 수 있었다.-결론적으로 물의 몰 유속은 6060.01kgmol/m2?h, 전달단위 개수 2.9132, 전달단위 높이 0.481, 총괄 물질 전달 계수 12,600.0208이다.? 고찰이번 실험에서 혼합기체로 공기와 이산화탄소를 사용하여 액체인 물과 흡수탑 내에서 접촉시켜 이산화탄소를 흡수 시키는 기체 흡수에 대하여 실험을 진행 하였다. 기체와 액체가 서로 향류로 흐르면서 수용성기체인 이산화탄소 기체가 액체인 물에 녹는 것을 관찰하였다.충전물로 채워져 있는 흡수탑에서 탑 상부로부터 물이 흘러내리고 탑 하부에서는 공기와 이산화탄소인 혼합기체가 올라가는데 충전물을 관찰해보면, 충전물이 기체와 액체의 표면적을 넓혀주는 역할만 하는 것이 아니라, 혼합기체가 내려갈 때 완충역할을 하여 내려가는 시간을 길게 만들어줌으로써 액체와 기체와의 접촉시간도 길게 해주는 역할도 하였다. 흡수탑에 들어간 이산화탄소는 충전물의 이 표면과 나머지 공간을 통해 물과 접촉하게 되고, 물속에 녹는다. 농후기체 속의 용질은 탑에 들어가는 새 액체에 의해 흡수되며, 희석기체는 꼭대기로 간다. 액체는 아래로 흘러내려감에 따라 용질이 농축되며, 농축액체는 액체 출구를 통해 탑 밑바닥으로부터 나간다.
