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밥을 얼만큼 씹어야 단 맛이 나는가 (창의적 반응기설계)

밥을 얼마나 씹어야 단맛 이 나는가C O NTEN T 01 . 발표주제 02 . 이론 03. 반응기 설정 , 반응식 04. Polymath 계산식 05. Brix Table, 결론 06. 실험주제 0 1 밥 을 입안에서 몇 분동안 씹어야 단맛 을 느낄 수 있는가 ?이론 0 2 탄수화물을 섭취하면 소화효소인 아밀라아제 에 의해 녹말 이 엿당 , 포도당 으로 분해된다 아밀라아제 (amylase ) 녹말 엿당 포도당이론 - Uncompetitive Inhibitor 0 2 S : 밥 E : 침 I : 포도당 , 엿당 P : 포도당 , 엿당 E + S E·S + E + P E·S · I k 1 k 2 k 3 k 5 k 4 I 녹말 분해산물인 포도당 과 엿당 이 저해제로 작용한다 .이론 0 2 브릭스 당도 ( Brix degree) - 과일이나 와인과 같은 어떤 액체에 있는 당의 농도를 대략적으로 정하는 단위로 , 독일 과학자인 Adolf F. Brix 가 역시 당의 농도를 결정하는 Balling 척도를 개선한 것이다 . X g 당 /100g 용액 = X Brix 결정 방법 당도계로 그 용액의 비중을 측정하거나 굴절계로 그 용액의 굴절률을 측정하여 결정한다 . 어떤 용액의 온도가 섭씨 20 ℃일 때 그 용액의 비중을 측정하는데 비중이 결정되면 브릭스는 대략 261.3 x (1 - 1/ 비중 ) 으로 결정된다 .반응기 설정 0 3 입을 Batch Reactor 로 , 밥을 Feed 로 , 치아를 교반기 로 설정한다 .반응기 설정 - 가정 0 3 입 속은 등온상태로 가정 반응기는 균일 혼합 밥이 입 안에 들어가는 즉시 침과 완전혼합 침이 계속 분비 → 효소는 계속 활성화 포도당과 엿당의 초기농도는 0 이다 .반응기 설정 - 가정 0 3 밥 한 숟가락 = 50g 녹말 93% 녹말 46.5g 밥 + 침 = 40ml 녹말 1162.5g/L반응식 0 3 1. d(Cs)/d(t) = - rs → starch 2. d(Cg)/d(t) = Ygs * rs → glucose 3. d(Cm)/d(t) = Yms * rs → maltose Differential equation Explicit equation 1. phi = 0.001 2. Vm = 5402.4 3. Km = 17.1 4. Kig = 47.2 5. Kim = 12.2 6. rs = (phi * Vm * Cs) / (Km + Cs * (1 + (Cg / Kig ) + (Cm / Kim))) → starch reaction rate 7. Ygs = 0.07 8. Yms = 0.16 위의 반응식을 토대로 하여 polymath 계산이 가능하다 .Polymath 를 이용한 계산결과 0 4Polymath 를 이용한 계산결과 0 4 녹말 농도 포도당 농도 엿당 농도 포도당과 엿당의 수율이 낮음 – 나머지는 기타 부산물로 분해Degree Brix Table - 계산 0 5 당류 Relative sweetness 자당 (sucrose) 1 포도당 (glucose) 0.7 엿당 (maltose) 0.5 Brix degree 는 자당의 농도로 나타내므로 포도당 , 엿당을 자당의 농도로 변환 자당 농도 = 포도당 /0.7 + 엿당 /0.5Degree Brix Table 0 5 일상에서 쉽게 볼 수 있는 재료와 비교하여 단맛이 나타나는 시간을 확인할 수 있다 . 단맛의 기준 → References Degree Brix 반응시간 커피 2 12.5 분 양파 6 56 분 고구마 8 88 분 우유 10 128 분 사과 13.3 196 분 꿀 80 불가능결론 0 5 단 것이 먹고 싶은데 나가기가 귀찮을 때 , 정도 씹으면 단맛 이 난다 . 12 분 56 분 88 분 128 분 196 분 밥 을실험 0 6 Degree Brix 가 2 인 커피와 밥을 12.5 분 동안 씹어서 비교실험 0 6 실험결과 반응시간 Cg Cm 단 맛이 처음 느껴졌을 때 20 초 0.12 0.277 비교 Degree brix 단맛비교 커피 2 비슷하다 12.5 분 동안 씹은 밥 2참고문헌 브릭스 https://en.wikipedia.org/wiki/Brix Nikola Sakač , Milan Sak-Bosnar , Potentiometric Study of α- Amylase Kinetics Using a Platinum Redox Sensor, Int. J. Electrochem . Sci 7 ( n.d .): 3008-3017. Rex Harril , Using a refractometer to test the quality of fruits and vegetables ( n.p .: PINEKNOLL PUBLISHING, n.d .), 15-17. S. de A. Silva 외 , Coffee quality and its relationship with Brix degree and colorimetric information of coffee cherries, Precision Agriculture 15 ( n.d .): 543-554. Ana Vrsakovic Presecki , Zvjezdana Findrik , Durda Vasic-Racki , Mathematical modeling of amylase catalyzed starch hydrolysis,감사합니다{nameOfApplication=Show}

자연과학| 2019.03.19| 19페이지| 1,500원| 조회(227)

반응기, 설계, 문제, 창의적, 화학공학과

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화공시스템실험 화장품 고찰

이번 실험에서는 안정된 유화액 제조 및 분석을 목표로 실험을 진행하였다. 유화액의 안정성에 영향을 주는 변수로는 유화제의 종류 및 형태, 유화온도, 교반조건, 그리고 분산질의 첨가속도 등이 있다. 그 중에서 우리는 유화제의 형태(HLB), 온도, 그리고 방치시간을 변수로 실험을 진행하고 비교분석을 하였다. 유화액은 열역학적으로 불안정한 계이기 때문에 분산된 이후에도 시간이 흐름에 따라 다시 각 성질에 영향을 받아서 재분리 되려는 경향을 가진다. 따라서 유화액의 재분리를 최대한 늦추는 것이 유화액의 안정성을 높이는 방법이다. 유화액 제조에서 유화제의 종류로는 비이온성 유화제인 TWEEN80, SPAN80을 사용하였고 두 유화제의 비율을 조절함으로써 HLB를 조절해주었다. TWEEN80에는 SPAN80보다 친수성기인 에테르기가 정확히 20개 더 첨가되어 있으므로 TWEEN80과 SPAN80을 혼합하여 사용할 때 TWEEN80의 비율이 높을수록 HLB값이 커진다. 이번 실험에서는 HLB 10과 14인 유화액을 제조하였고, 결과 레포트 식 (2)~(7)을 통해 HLB 값을 구해주었다.<중 략> 위 그래프에서 유화제는 EMU-03이고 25℃에서 진행하였다. 이를 보면 교반속도가 증가하면 액적의 크기는 작아지는 것을 볼 수 있다. 이를 Hinze-Kolmogorov Theory에 따라 점도 관점에서 생각해보면 교반속도가 증가하면 점도도 또한 증가한다고 예상해볼 수 있다. 교반시간 관점 - 교반시간도 교반속도와 동일한 양상을 보일 것으로 예상된다. 교반이라는 것 자체가 임펠러를 통해 액적을 부수기 때문에 임펠러 속도를 증가시키거나 오랫동안 교반을 시켜주면 액적의 크기는 작아지고 점도는 커질 것으로 생각한다. 1주차 실험에서는 HLB 10, 14인 유화액 2 종류를 만들어서 일주일간 방치를 하였고, 2주차에서는 1주차에서와 동일한 조건으로 유화액 2종류를 두 배로 만들어서 두 개는 상온에 방치..<중 략>

공학/기술| 2019.03.20| 7페이지| 1,500원| 조회(422)

화장품, 고찰, 화학공학과, 이론적, 방법적, 화공시스템실험

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화공시스템실험 에탄올개질 고찰

에탄올 개질 고찰이번 실험은 아스펜을 통해 에탄올 개질반응 시스템을 설계 및 구현하여 최적화된 온도를 구해 에탄올로부터 합성가스(H _{2} +CO) 유량 100ccm을 제조하는 것을 목표로 하였다. 하지만 실제 실험에서는 반응이 100%로 일어나지 않고, 입구 유량을 조절하여 100ccm을 구하는 것에 어려움이 따랐기 때문에 입구유량을 고정한 뒤 촉매와 온도, 그리고 에탄올 수용액의 조성비를 변화시켜 생성되는 합성가스 유량을 비교하는 실험을 진행하였다.1주차에서는 동일한 촉매에서 온도, 에탄올과 물의 조성비를 바꾸어 측정하였고, 2주차 실험에서는 1주차와 같은 조건에서 촉매만 바꾸어 촉매에 따른 차이를 확인하였다.온도의 경우 아스펜을 이용하여 물과 에탄올 조성비를 3:1로 돌렸을 때 약 725℃에서부터 수소생성량이 최대가 되는 것을 볼 수 있는데 실험기구 여건상 온도를 그렇게 까지 올릴 수도 없고 촉매도 타버리기 때문에 수소의 생성량이 증가하는 순간인 400, 450, 그리고 500℃에서 실험을 진행하였고 온도가 증가함에 따라 수소 생성량이 증가할 것이라 예상되었다.촉매의 경우에는 최초 예비세미나에서 결정한 Cu 촉매를 사용하기로 계획을 세웠지만, 실험실 여건 상 주어진 촉매로 실험을 진행하였다. 1주차 실험에서는 CO/ZnO 촉매를 2주차에서는 Pt촉매를 사용하였다. Cu 촉매의 경우 에탄올이 전환율이 높고 다른 촉매에 비해 경제적이고, CO 촉매의 경우에 에탄올 전환율이 떨어진다. Pt 촉매는 가격이 비싸지만 위 두 가지 촉매에 비해 높은 전환율을 보인다. 따라서 예상 결과로는 CO, Cu, Pt 촉매 순으로 수소생성량이 증가할 것이라 예상되었다.조성의 경우 기초반응이고 100% 반응이 일어난다고 가정하면 몰비대로 반응하기 때문에 물과 에탄올이 3:1로 반응한다. 따라서 몰비를 2:1로 하여 에탄올 조성을 높여줬을 때 에탄올이 1mol 반응할 때 필요한 물의 몰수가 3mol에서 2mol로 줄어든 것이므로 수소생성량은 줄어야한다. 하지만 에탄올 개질반응에서 부반응인 탈수 반응으로 인해 물이 생성되기 때문에 에탄올이 제한된 범위에서 에탄올의 조성비를 더 높여주면 수소의 생성량이 증가할 것이라고 생각된다.예상한 결과대로 1주차 실험을 통해 온도와 에탄올 조성이 증가할수록 출구유량이 증가하는 것을 볼 수 있었고, 2주차 실험에서는 CO/ZnO 촉매를 사용을 할 때보다 Pt 촉매를 사용하였을 때 같은 조건에서 출구유량이 증가하는 것을 볼 수 있었다.반응기에서 촉매를 감쌀 때 석영 솜을 사용하는 이유로는 석영 솜이 단열재로의 역할을 하여 고온에서 이용이 가능하고, 에탄올 수증기 개질반응에서 부반응으로 생성되는 에틸렌의 전화를 억제해주기 때문에 사용한다.결과 레포트에 도시된 아스펜 Heat and Material Balance Table을 보면 반응기 온도가 400℃에서1kmol/hr 에탄올과3kmol/hr~물을 넣었을 때0.738417kmol/hr 일산화탄소와0.2152413kml/hr 수소가 나오는 것을 확인할 수 있다. 이를cc/min으로 바꿔주면 아래와 같이 나온다.3 {kmol} over {hr} TIMES {18kgH _{2} O} over {1kmol} TIMES {1hr} over {60min} TIMES {m ^{3}} over {1000kg} TIMES {1cc} over {10 ^{-6} m ^{3}} =9 TIMES 10 ^{2} ccH _{2} O/min (1)1 {kmol} over {hr} TIMES {48kgEthanol} over {1kmol} TIMES {1hr} over {60min} TIMES {m ^{3}} over {788.9kg} TIMES {1cc} over {10 ^{-6} m ^{3}} =1.014 TIMES 10 ^{3} ccEthanol/min (2)0.738417 {kmol} over {hr} TIMES {28kgCO} over {1kmol} TIMES {1hr} over {60min} TIMES {m ^{3}} over {789kg} TIMES {1cc} over {10 ^{-6} m ^{3}} =436.749ccCO/min (3)0.2152413 {kmol} over {hr} TIMES {2kgH _{2}} over {1kmol} TIMES {1hr} over {60min} TIMES {m ^{3}} over {0.08988kg} TIMES {1cc} over {10 ^{-6} m ^{3}} =0.798 TIMES 10 ^{5} ccH _{2} /min (4)식 (1)과 식 (2)에서 나온 유량을 더해준 것이 입구유량이고 값은1914cc/min이다. 식 (3)과 식 (4)을 넣어주면 출구유량이 되고 값은8.0236 TIMES 10 ^{4} cc/min이다. 이와 동일한 몰비를 가진 에탄올 수용액을 만들어서 반응기 안에 넣었을 때 입구유량과 출구유량은 다음과 같이 도시할 수 있다.Table 1. 400℃에서 출구유량과 입구유량촉매입구유량 (cc/min)평균 출구유량 (cc/min)CO/ZnO0.7822.5Pt0.7832.065아스펜에서 구한 입구유량과 출구유량을 실험값과 비교해주면 다음과 같다.1914:8.0236 TIMES 10 ^{4} =0.78:x (5)x=0.78 TIMES 8.0236 TIMES 10 ^{4} /1914=32.698cc/min (6)아스펜을 통해 구한 입구유량을 실험 입구유량으로 바꾸어줬을 때 출구유량은32.698cc/min이 나온다. 이는 촉매를 넣지 않고 구한 값으로 실험결과와 비교하였을 때 CO/ZnO 촉매를 사용했을 때보다는 많이, Pt 촉매를 사용했을 때에는 비슷한 값이 나온다. 실제로는 촉매를 사용하지 않을 때보다 촉매를 사용하였을 때 수소 생성량이 증가해야 하지만 여러 가지 오차요인과 실험요건으로 인해 아스펜에서 설계한대로 수소를 생성하는 것이 어려웠으리라 생각한다. 그렇지만 Pt 촉매가 CO/ZnO 촉매를 사용했을 때보다 수소를 더 많이 생성한다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.1주차 실험에서는 반응기가 준비되어있었기 때문에 촉매의 양을 따로 구할 필요가 없었지만 2주차 실험에서는 필요한 촉매의 무게를 직접 재어 반응기에 로딩 시켜야 됐었다. 이 과정에서 필요한 Pt 촉매의 양인 0.825g을 정확히 잴 수가 없어 다소 오차가 생겼을 거라 생각된다. 또한 처음 실험을 진행할 때 온도가 고정되지 않고 계속해서 증가하여 촉매가 타버려서 남아있는 촉매의 전부인 0.78g을 넣고 실험을 하였는데 최적의 촉매의 양의 0.825g에 비해 적은 양이므로 출구유량이 보다 낮게 나왔을 것이다.또한 1주차, 2주차 실험 모두 실험이 끝난 후 촉매가 전부 타버려서 재사용이 불가했는데, 이는 온도가 증가하면서 실험 중 타버렸다고 생각할 수 있다. 이에 두 촉매를 비교하는 결과는 다소 정확하지 않는다고 생각한다. 그럼에도 불구하고 같은 온도, 조성에서 CO/ZnO 촉매보다 Pt 촉매를 사용했을 때 모든 온도에서 출구유량이 큰 것을 보아 Pt촉매의 효율이 더 좋다고 볼 수 있다.에탄올 수용액에 제조 과정에서 정확한 비율로 제조하기 위해 매스실린더를 사용하긴 했지만 육안으로 측정하였기 때문에 우리가 원하는 조성비를 가지는 에탄올 수용액 제조는 어려웠다. 또한 에탄올은 휘발성이 강하여 실험이 진행되는 동안 에탄올이 어느 정도 날라 가서 조성이 낮아졌을 것이다. 이런 제한적 요소들 때문에 정확한 조성은 만들어지지 않았을 거지만 생성된

공학/기술| 2019.03.20| 3페이지| 1,500원| 조회(331)

고찰, 화학공학과, 이론적, 방법적, 화공시스템실험, 에탄올개질

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화공시스템실험 에탄올 개질 결과레포트 평가D별로예요

1. 실험 목표1) 정성적 목표에탄올 개질 반응의 시스템 설계 및 구현2) 정량적 목표에탄올과 물의 혼합물로부터 합성가스(H _{2} +CO)의 유량 100ml/min 제조2. 실험이론-배경 : 최근 기하급수적인 인구증가와 기술 집약적인 사회로 변화함에 따라 에너지 수요가 급격히 증가하고 있다. 반면, 현대 사회의 주 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있는 화석 연료의 매장량이 한정적이다. 따라서 수소 에너지 필요하다. 그중 화석연료로부터 다량의 수소를 얻는 방법인 수증기 개질 반응을 중심으로 연구가 진행되고 있다. 수증기 개질반응은 다른 개질반응에 비하여, 공정 및 촉매 기술이 이미 확보되어 있고 수소의 생성량이 많다는 장점을 가지고 있다. 에탄올은 수소를 얻기 위해 사용되는 다른 연료들보다 훨씬 인체에 무독하고 환경 친화적이기 때문에 연료의 운반과 취급이 용이하다. 또한 에탄올의 가격이 싸기 때문에 경제적인 면에서도 다른 연료들보다 장점을 가진다고 볼 수 있다.-공정 : 에탄올 주입공정(액체펌프) + 반응공정(반응기) + 분리공정(분리기)1) 주반응식C _{2} H _{5} OH``+`3H _{2} O```` ```2CO _{2} `+`6H _{2} (에탄올 수증기 개질 반응)- 열역학적 특성 : 주 반응은 흡열반응이며, 다음과 같은 부반응을 수반하기도 한다.2) 부반응C _{2} H _{5} OH``` `CH _{3`} CHO``+`H _{2} (탈수소화 반응)C _{2`} H _{5} OH``` ``CO``+`CH _{4`} `+`H _{2} (탈분리화 반응)C _{2} H _{5} OH``` ```C _{2} H _{4`} `+`H _{2} O (탈수 반응)열역학적 평형조성 계산은 일반적으로 잘 알려진 화학반응식의 평형상수를 사용하여 간단한 반응일 경우 비교적 쉽게 얻을 수 있으나 단위반응 개수가 늘어나고 조건이 다변화함에 따라 그 계산이 복잡하게 되는데, 이러한 경우 시스템을 구성하는 성분들에 대한 깁스 자유 에너지가 최소화되는 해당성분의 몰농과 같이 표현된다.G= sum _{i=1} ^{k} sum _{} ^{} mu _{i} n _{i}#````````= sum _{i=1} ^{k} n _{i} TRIANGLE G _{i} ^{D} +RT( sum _{i=1} ^{k} n _{i} lny _{i} + sum _{i=1} ^{k} n _{i} lnP)한편 일정 온도와 압력 하에서의 시스템의 평형은 다음과 같은 조건을 만족한다.dG```=` sum _{i=1} ^{k} mu _{i} dn _{i}따라서 주어진 반응조건(온도, 압력)하에서 에탄올 개질반응의 평형농도를 계산하기 위해 Aspen Plus의 Rgibbs 기능을 사용하여 깁스 자유에너지(G)를 최소값을 구하고 이에 따른 평형조 성을 산출한다.3) 에탄올 개질 반응 촉매의 반응특성에탄올 수증기개질반응에 사용된 대표적인 촉매로는 Ni, Co, Rh 계열의 촉매가 있다. Table 1은 지금까지 발표된 대표적인 에탄올 수증기개질반응에 대한 연구결과에서 얻어진 촉매, 반응온도, 에탄올과 물의 몰비, 에탄올 전환율 및 주요생성물들을 나타내고 있다.-촉매에 따른 반응속도 식-촉매에 따른 에탄올 개질 최적 조건4) PID 제어기PID는 비례(Proportional), 적분(Integral), 미분(Derivatibe) 구성을 의미하고 있으며 실제 응용분야에서 가장 많이 사용되는 대표적인 형태의 제어기법이다. PID 제어기는 기본적으로 피드백(feedback)제어기의 형태를 가지고 있으며, 제어하고자 하는 대상의 출력값(output)을 측정하여 이를 원하고자 하는 참조값(reference value) 혹은 설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 구조로 되어 있다.표준적인 형태의 PID 제어기는 아래의 식과 같이 세개의 항을 더하여 제어값(MV:manipulated variable)을 계산하도록 구성이 되어 있다.MV(t)`=`K _{p} e(t)+K _{i} int _{0} 분(integral), 오차값의 미분(derivative)에 비례하기 때문에 비례-적분-미분 제어기 (Proportional?Integral?Derivative controller)라는 명칭을 가진다. 이 세개의 항들의 직관적인 의미는 다음과 같다.비례항 : 현재 상태에서의 오차값의 크기에 비례한 제어작용을 한다.적분항 : 정상상태(steady-state) 오차를 없애는 작용을 한다.미분항 : 출력값의 급격한 변화에 제동을 걸어 오버슛(overshoot)을 줄이고 안정성(stability)을 향상시킨다. PID 제어기는 위와 같은 표준식의 형태로 사용하기도 하지만, 경우에 따라서는 약간 변형된 형태로 사용하는 경우도 많다. 예를 들어, 비례항만을 가지거나, 혹은 비례-적분, 비례-미분항만을 가진 제어기의 형태로 단순화하여 사용하기도 하는데, 이때는 각각 P, PI, PD 제어기라 불린다.한편, 계산된 제어값이 실제 구동기(actuator)가 작용할 수 있는 값의 한계보다 커서 구동기의 포화(saturation)가 발생하게 되는 경우, 오차의 적분값이 큰 값으로 누적되게 되어서, 정작 출력값이 설정값에 가까워지게 되었을 때, 제어값이 작아져야 함에도 불구하고 계속 큰 값을 출력하게 되어 시스템이 설정값에 도달하는 데 오랜 시간이 걸리게 되는 경우가 있는데, 이를 적분기의 와인드업이라고 한다. 이를 방지하기 위해서는 적절한 안티 와인드업(Anti-windup) 기법을 이용하여 PID 제어기를 보완해야 한다.위의 식에서 제어 파라미터K _{p} ,`K _{i} ,`K _{d}를 이득값 혹은 게인(gain)이라고 하고, 적절한 이득값을 수학적 혹은 실험적/경험적 방법을 통해 계산하는 과정을 튜닝(tuning)이라고 한다. PID 제어기의 튜닝에는 여러 가지 방법들이 있는데, 그중 가장 널리 알려진 것으로는 지글러-니콜스 방법이 있다. 본 실험에 사용된 방법은 단순 On/Off 제어로서, 단순한 On/Off 제어의 경우에는 제어 조작량은 0%와 100% 사이를 왕래하므제어로 되고 만다. 이 모양을 그림으로 나태면 아래와 같다.3. 실험 설계(1) Aspen- 500℃ 이상부터 본격적으로 수소가 나오기 시작하므로 500℃ 이상의 온도에서 실험을 실행해야 하지만 온도를 많이 올릴 경우 촉매가 타는 문제점도 있고 실험실 환경에서는 부적합 하므로 실제 실험에서는 400℃, 450℃, 500℃ 를 기준 온도로 두고 수행하였음(2) LAb view- 프로그램이 이미 만들어져 있기 때문에 P,I,D 를 적절히 조정하여 온도를 제어함.4. 실험 기구 및 시약CO/ZnOPump(1) 에탄올 (95 volume%)과 증류수(2) DAQ(3) 히팅밴드 및 알루미늄 호일(4) 열전대(5) 펌프(6) 내경 0.6cm, 0.25cm 스테인리스 관 및 글라인더(7) CO/ZnO 및 석영솜5. 실험 방법1) 반응기 제조(1) 반응기는 80cm 미만으로 사용하며 열전대의 길이를 고려하여 만들어야한다.(2) 내경 0.6cm 스테인리스 관을 40cm의 길이로 파이프 커터를 이용하여 자른다.(3)튜브 한 쪽에 너트, 백패럴, 프론트패럴 순서로 끼운 너트를 볼트에 연결시킴으로써패럴을 고정시킨다.(4)내경 0.25cm 스테인리스 관을 20cm의 길이로 파이프 커터를 이용하여 자른다.(5)내경 0.6cm의 스테인리스 관에 자른 내경 0.25cm 스테인리스 관을 넣는다.(6)석영솜을 튜브에 넣는다. 튜브내에서 약 1cm 정도의 길이를 차지하도록 넣으며, 너무 큰 압력을 가해 압축시키지 않도록 주의한다.(7)석영솜 위에 촉매 1cc를 넣는다.(8)다시 석영솜을 넣어 촉매를 고정시킨다.(9)마지막 석영솜의 위치로부터 반응기 끝부분의 위치를 잰 후, 그에 맞게 0.25cm의스테인레스 관을 자른다.(10)자른 스테인레스 관을 넣은 후, (2)를 반복하여 튜브 반대쪽 패럴도 고정시킨다.(11)튜브를 전체 반응기기에 합체한다.(12)열전대를 튜브에 넣고, 촉매층에 닿도록 위치를 조정한다.-반응기의 경우 조교님이 이미 최적화된 상태로 준비해주셨습니다.2) 용액 제조 (1주차 ? 1주차 (3:1)*Ethyl Alcohol 95 volume% 사용 --> 에탄올 60ml ,물 54ml*Ethyl Alcohol 95 volume% 사용 --> 에탄올 60ml ,물 36ml400℃, 450℃, 500℃CO/ZnO촉매사용(2) 2주차 (3:1)*Ethyl Alcohol 95 volume% 사용 --> 에탄올 60ml ,물 54ml400℃, 450℃, 500℃Pt 촉매사용3) 실험 방법(1) 반응기를 조립하고 반응기를 DAQ와 연결된 Labview 계측장치에 연결한다.(2) 반응기에 솜을 같이 넣어서 최대한 단열이 될 수 있도록 장치해준다.(3) 펌프의 prime 버튼을 눌러 용액을 주입해본다. 이 때, 피팅 사이로 용액이 새지는 않는지, outlet stream 으로 용액이 제대로 빠져나가는지 확인한다. 정상적으로 작동이 됨을 확인한 후 제조한 용액을에 펌프 주입 튜브를 넣는다.(4) Labview에서 온도와 PID를 적절히 조정하면서 유량을 측정한다.※ 주의 사항1)석영솜은 발암물질이므로 취급에 주의하며 실험 시 나오는 기체 또한 수소와 일산화탄소 및이산화탄소로 인체에 유해하므로 마스크 및 장갑 고글을 착용하도록 한다.2)파이프 커터를 이용하여 파이프를 절단 할 때 힘을 세게 가하면 파이프 모양이 찌그러질 수 있으므로 주의한다.3)반응기 고정 시 두 개의 스패너를 이용하여 고정하여 기체의 누출이 없도록 한다.4)실험 후 반응기가 탄 흔적이 있는지 확인한다.5)반응기 내부로 용액을 먼저 흘려 촉매를 적신 후 온도를 높여서 촉매의 산화를 방지한다.6. 실험 결과-DAQ가 온도를 최대한 일정하게 해주었지만 정확하게 온도를 유지할 수 없었고, 그에 따라 수소의 발생량도 달라졌기 때문에 일정한 유량을 잴 수 없었다. 따라서 1분 동안 유량계에서 순간적으로 찍히는 값을 측정하여 평균값으로 계산하였다. (단, 순간적으로 너무 크게 유량계가 튈 경우는 제외한다.)-들어가는 유량은 0.013ml/s 이다.1) 1주차 (2:1 용액과 3:1 용액을 사용 C2020

공학/기술| 2019.03.20| 12페이지| 1,000원| 조회(1,166)

실험, 화학공학과, 결과레포트, 화공시스템실험, 에탄올개질

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화공시스템실험 화장품 결과레포트

실험주제: 유화액(화장품) 제조 공정1. 실험 목표1.1 정성적 목표 - 안정화된 유화액 제조 및 분석1.2 정량적 목표 - 제조 후 7일 경과 시 육안으로 층분리가 관찰되지 않는 안정화된 유화액 제조2. 실험 이론2.1 유화과정화장용 크림제조의 기본원리인 유화과정은 섞이지 않는 두 액체 성분에 유화제를 첨가하여 한쪽의 액체를 다른 쪽의 액체에 분산하여 안정화된 유체를 만드는 것을 유화과정이라고 한다.2.2 유화와 유화액하나의 액체에 상호 혼합이 되지 않는 두 액체의 한쪽이 작은 방울로 되어서 미세한 입자의 상태로 균일하게 분산시켜 생성된 분산계를 유화액이라 하며 이러한 상태가 되는 것을 유화라고 한다. 즉, 액체 중에 표면장력이 상이한 두 액체 사이의 계면장력을 낮추어 한 액체가 다른 액체에 고루 분포하게 되는 것을 말한다. 이때 유화과정의 분산질이 분산매에 잘 분산되게끔 두 물질사이의 계면장력을 낮춰주는 계면활성제를 유화제라 한다. 유화액은 일반적으로 물(극성 용액)과 오일(비극성 용액)의 분산계를 말하며, 이는 기초화장품의 로션류, 크림류 등을 제조시 이용되는 기술이기도 하다. 반응은 트리글라이세이드의 높은 점도를 낮추는데 유용한 반응이다.2.3 유화액의 점도점도는 화장품 원료의 구분에서 심미적 원료를 사용해서 조절하는 것이다. 어떤 제품의 점도와 특성/효과와는 특별한 경우를 제외하고는 큰 연관이 없다. 그렇기 때문에 화장품회사에서는 소비자의 기호에 맞도록 일정한 점도를 유지시키는 것이 중요하다. 점도 증가제가 많이 들어가서 점도가 큰 고형이 유지가 되면 크림, 점도 증가제가 적당량 들어가서 에멀젼 상태를 이루면 로션, 거의 들어가지 않고 화장수와 미네랄 오일만 섞인 상태를 에센스라 한다.2.4 유화액의 구성 및 형태유화액은 미세한 구형의 입자로 분산되어있는 액체(분산상), 주변 환경을 이루는 액체(연속상), 연속상과 분산상을 섞어주는 유화제로 구성되어 있으며 유화제의 종류, 물과 기름의 부피비 등에 의해 유화액의 형태가 결정된다.1물과 기름에서 에멀젼이 생기는 경우, 물속에 기름이 분산한 O/W형 에멀젼과, 기름 속에 물이 분산한 W/O형 에멀젼이 있다. 이 두 형을 식별하는 데는 현미경에 에멀션을 한 방울 떨어뜨리고, 물 또는 기름을 한 방울 접촉시켜 물과 자유로이 섞이면 O/W형, 기름과 쉽게 섞이면 W/O형으로 한다.Figure 1. O/W형 유화 Figure 2. W/O형 유화2.5 유화제2.5.1 유화제 정의물에 녹기 쉬운 친수성 부분(Carboxyl기: 머리부분)과 기름에 녹기 쉬운 친유성 부분(AlKyl기: 꼬리부분, 사슬모양)을 가지고 있는 화합물이다. 따라서 두 액체의 계면에 흡착하여 계면장력을 저하시켜 두 상을 서로 잘 섞이게 한다.Figure 3. 유화제 도식도2.5.2 유화제 원리분자들의 머리 부분은 친수성이므로 물속에 잠겨있을 것이며, 꼬리부분은 소수성이므로 공기를 향해서 배열된 모습을 하고 있을 것이다. 물에 계면활성분자들이 점점 많아져서 물 표면을 다 채우고도 남은 계면활성제 분자들은 자기들끼리 서로 물속에 뭉치기 시작한다. 뭉쳐진 모습은 구형(sphere)의 작은 입자처럼 보일 것이다. 왜냐하면 계면활성제 주변은 온통 물 분자이기 때문에 계면활성제의 머리 부분은 물 쪽으로 노출되려고 하고, 계면활성제의 꼬리부분은 물과 가급적 접촉을 피하여 꼬리 부분이 서로 뭉쳐지는 정렬이 이루어 질 것이기 때문이다. 이러한 모습을 한 구형 입자를 미셀 (micelle)이라고 한다. 미셀이 형성되는 조건은 농도뿐 아니라, 용액의 온도, pH, 용액에 존재하는 다른 이온들의 농도(이온세기)에 따라 다르다.2.5.3 유화제 종류계면활성제의 머리 부분이 어떤 모습을 하고 있냐에 따라 음이온, 양이온, 비이온성, 양쪽성 계면활성제로 분류한다.Figure 4. 유화제 종류 및 특징, 구조2.5.3.1 음이온 유화제음이온 계면활성제는 물에 용해될 때 친수기 부분이 음이온으로 해리되며 Carboxyl, Sulfate, Sulfonate, Phosphate 구분할 수 있다. 이러한 음이온 계면활성제는 세정력, 기포력이 우수해 세안용 비누, 세안크림, 면도크림, 샴푸, 치약, 세정제품 등에 사용된다.2.5.3.2 양이온 유화제양이온 계면활성제는 물에 용해될 때 친수기 부분이 양이온으로 해리되는 것이고 세정, 유화, 가용화 등 통산의 계면활성 효과를 응용함과 동시에 화장품에서는 특히 모발에 흡착해 유연효과나 대전 방지 효과를 나타내기 때문에 헤어린스에 이용된다.2.5.3.3 양쪽성 유화제양쪽성 계면활성제는 분자내에 양이온성 관능기와 음이온성 관능기를 1개 혹은 그 이상을 동시에 갖고 있는 것을 말한다. 일반적으로 알칼리성 하에서 음이온으로, 산성하에서는 양이온의 양쪽 이온으로 해리된다. 피부에 자극성과 독성이 낮은 장점과 함께 양쪽성 계면활성제 중에서도 세정력, 살균력, 정균력, 기포력, 유연효과를 갖고 있어서 촉진 효과를 목적으로 에어로졸 제품에도 이용도 됩니다. 모발에 대한 유연효과, 대전 방지효과, 습윤 효과를 갖고 있기 때문에 샴푸와 헤어린스, 헤어용 제품 등에 사용된다.2.5.3.4 비이온성 유화제비이온 계면활성제는 이온성, 양쪽성 계면활성제와 달라서 분자 중에 이온으로 해리되지 않는 수산기(-OH), 에테르결합(-O-), 아마이드 결합(-CONH-), 에스테르 결합(-COOR) 등을 분자 중에 갖고 있는 계면활성제이다. 비이온성 계면활성제의 친유기, 친수기의 밸런스 차이에 따라 용해도, 습윤력, 침투력, 유화력, 가용화력 등의 성질이 달라진다. 이런 비이온 계면활성제는 유화력이 우수해 크림, 로션 등의 유화제로 화장수, 스킨, 향료 등에 가용화제로 사용된다.2.5.4 실험에 사용할 유화제 (TWEEN80, SPAN80)TWEEN과 SPAN은 모두 비이온성 유화제로 화장품제조에 적합한 유화제이다. 종류는 친수성기의 분자에 따라 각각 20,40,80이 있으며 20은 Lauric Acid, 60은 Stearic Acid, 80은 Oleic Acid를 나타낸다.2.5.4.1 TWEEN80유화제인 SPAN80에 약한 친수성기인 PEO(poly ethylene oxide)가 w,x,y,z자리에 총합 20개가 첨가된 형태의 유화제이다. TWEEN80에는 SPAN80보다 친수성기인 에테르기가 정확히 20개 더 첨가되어 있으므로 TWEEN과 SPAN을 혼합하여 사용할 때 TWEEN의 비율이 높을수록 HLB 값이 커진다. 따라서 두 계면활성제의 비율을 조절함으로써 HLB 값을 조절할 수 있다.Figure 5. TWEEN802.5.4.2 SPAN80친유성의 올레산기(Oleic Acid)와 친수성의 소르비탄(Sorbitan)이 결합된 형태의 유화제. 소르비탄이 들어있는 SPAN80은 다른 종류의 SPAN보다 물에 대한 용해성이 강하다.Figure 6. SPAN802.6 HLB(Hydrophile Lipophile Blance)Hydro(물)phile(~좋아하는,~친하다) / Lipo(기름)phile(~좋아하는) / Balance(비율, 균형)으로 분자 중에서 친유성인 부분과 친수성인 부분의 균형을 나타낸다. 친유성 유화제는 HLB가 낮으며, 친수성 유화제는 HLB가 높게 나타난다. HLB값은 0~20의 값을 가지며, 0에 가까울수록 친유성이 좋고, 반대로 20에 가까우면 친수성이 좋다.Figure 7. 유화제의 HLB와 물에 대한 거동 및 기능HLB의 계산법은 대표적으로 Griffin's method와 Davies' method가 있다. 이번 실험에서는 계산이 더욱 편리한 Griffin's method를 사용하도록 한다.HLB``=``20 TIMES {M _{h}} over {M} (1)M _{h} : 친수성기 분자량M : 전체 분자량유화형태에 따라 HLB값은 적정범위 안에 들었을 때 유효하다. 유화형태는 섞으려는 분산질과 분산매의 HLB값을 구해서 8

공학/기술| 2019.03.20| 12페이지| 1,500원| 조회(732)

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