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1혼합조 파이널 평가A+최고예요

혼합조 실험목차서론 ------------------------------------------------ 2p이론 ------------------------------------------------ 9p실험 방법 ---------------------------------------------- 10p결과 및 고찰 ---------------------------------------------- 21p결론 ----------------------------------------------- 22p참고문헌 ---------------------------------------------- 23p서론실제에 있어서 충격 응답의 제약은 입력이 진정한 의미에 있어서의 충격함수인가 하는 문제이다. 이 문제는 혼합조의 실험에서 이해가 될 수 있다. 그리고 실험에서 얻은 충격 응답은 혼합 정도를 측정하는 수단이 될 수 있고, 또한 혼합공정에서의 impeller 의 해당 실험 온도와 압력에서의 확산 계수를 식(12)를 사용하여 계산한다.이론교반 혼합조내에 혼합이 잘 되는 소량의 액체를 주사하여 그 농도 변화의 응답을 기록함으로써 충격 응답을 얻을 수 있다. 만일 응답시간보다 매우 짧은 시간 사이에 주사를 완료하였다면, 충격입력으로 가정할 수 있으며 또한 교반조의 부피에 비해 주사된 양이 소량이면 밀도 변화는 무시할 수 있다. 이러한 조건에서 그림 2-1과 같은 교반 혼합조에 대한 물질 수지를 세우면그림 2-1. Stirred Tank Mixer축적 속도 = 입력 – 출력(1)여기서, Q : 정상상태에서 부피 유속 V : 탱크 부피Cin : 탱크로부터 유출되는 유체 농도 C : 탱크로부터 유출되는 유체 농도Cave : 탱크내의 유체의 평균 농도만일 혼합이 완전히 이루어지도록 임펠러의 회전속도가 충분하고 V가 일정하다면 Cave 는 C와 같다고 할 수 있으므로 (1)식은 (2)식으로 표시할 수 있다.(2)를 시간 상수 τ로 놓고 탱크내의 초기 농도가 0이라면, C(0) =형태의 반응기에서, 원료 중의 원자들은 반응기 내에서 보내는 시간이 각각 다르다. 즉, 반응기 내에서 물질의 RTD가 존재한다. 임의의 시간에 CSTR에 도입되는 원료는 이미 반응기 내에 존재하는 물질과 완전히 혼합된다. 이는, 반응기로부터 물질이 연속적으로 제거되고 있기 때문에, CSTR에 도입된 원자들 중에서 CSTR을 거의 순간적으로 떠나는 것도 있다는 것을 의미한다. 반응기 내의 모든 물질이 동시에 제거되지는 않으므로, 반응기 내에서 거의 영원히 머무는 원자들도 있다. 물론 대부분의 원자들은 평균체류시간 정도의 시간이 지난 후에 반응기를 떠난다. 임의의 반응기에서, 체류시간분포는 반응기의 성능에 현저하게 영향을 미칠 수 있다.반응기의 RTD는 화학 반응기 내에서 일어나는 혼합의 특성이다. 이상 PFR에서는 축 방향 혼합이 존재하지 않으며, 이는 이 계층의 반응기가 나타내는 RTD에 반영 되어있다. 이상 CSTR은 완전 혼합되며, PFR과 훨씬 다른 종류의 RTD를 나타낸다. 모든 RTD가 특정 반응기 형태에 유일한 것은 아니다. 현저히 다른 반응기가 동일한 RTD를 나타낼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 주어진 반응기가 나타내는 RTD는 그 반응기 내에서 일어나는 혼합 형태에 관하여 명확한 실마리를 제공한다. 이와 같이 RTD는 가장 풍부한 정보를 이끌어낼 수 있는 반응기 특성 중의 하나이다.연속교반탱크반응기(CSTR)강한 교반이 요구될 때 사용된다. CSTR은 단독으로 사용되거나. 여러 개의 CSTR이 연결된 것 중의 일부분으로써 사용될 수도 있다. CSTR은 비교적 온도조절이 용이하나 반응기 부피당 반응물의 전화율은 흐름반응기들 중에서 가장 작다는 단점이 있다. 따라서 높은 전화율을 얻기 위해서는 대단히 큰 반응기가 필요하게 된다.CSTR의 Mole Balance를 세우면 식(2)과 같이 된다.공정이 이상적인 Perfect mixing이 일어나고 입력이 식(3)와 같다고 하면 그림과 같은 입력과 응답 그래프를 얻게 된다.(3)그림 2-4는 같은 양을 나타난다(a, b는 상수). 반도체에서는 κ는 온도와 함께 크게 된다. 또 용융염이나 전해 질 수용액에서는 온도와 함께 κ는 증가하지만, 후자의 온도 계수는 상온 부근에서 2~2.5%, 전자에서는 더욱 크다. 또 전해질 용액의 비 전도율은 어느 농도인 곳에서 최대값을 가진다표 1. 물질의 비 전도율용액내의 이온 농도를 측정하는데 사용되는 전도도 셀 중 dip-type cell 은 그림 2-5과 같다.그림 2-5. Dip-type Conductivity Cell이 기구는 두 개의 백금 전극 사이에 있는 용액 농도에 따라 변하는 cell의 저항에 대하여 다음의 식 (6)와 같은 관계로 표시되는 비전기전도도(specipic electrical conductivity ; S. C.)를 어떤 용액의 여러 가지 농도에 따라 측정하여 전도도-농도기준곡선을 작성해 놓음으로써 농도를 모르는 용액의 전도도를 측정하면 곧바로 그 농도를 알 수 있게 하는데 사용된다.(6)여기서, S. C. : 비전도도 [mhos/cm] l : 전극 사이의 거리 [cm]a : 전극의 단면적 [cm2] Rx : 셀의 저항 [ohms]그런데, 실제로 전도도 셀을 설계 제작할 때 l과 a를 측정할 수 없도록 되어 있으므로 그 대신 셀 상수(일반적으로는 측정 물질을 채우는 용기가 갖는 물리적인 의미에서의 실험적인 비례 상수를 가리킨다.) K로 나타내며 그 관계는 식 (7)과 같다.(7)셀 상수로부터 다음 식에 의해 비전도도를 계산할 수 있다.(8)전해질의 전도도들은 대부분 1 mho/cm이하 이므로, 실제 일반적으로 사용되는 단위는 μmho/cm이다.그림 2-6는 여러 종류 용액들의 18℃에서의 전도도-농도 기준 곡선을 보여주고 있으며, 그림 2-7는 여러 온도에서의 소금물 용액의 전도도-농도 기준 곡선을 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 전도도는 어떤 범위에서는 거의 직선을 보이고 있으나 전체적으로는 확실히 비 직선을 나타냄을 기억하여야 한다.그림 2-6. 대표적인 용액들의 전도도-농도 곡선 그모든 실험에서 전도도는 시간에 따라 상승하며 전도도 15.8에 가까워진다.전도도 –농도 곡선1번 실험에서 시간이 0 일 때의 전도도는 0.02(mol/L)의 전도도와 같고 그 값은 3.88(ms/cm).2번 실험에서 시간이 0일때의 전도도는 0.05(mol/L)의 전도도와 같고 그 값은 8.16(ms/cm)3번 실험에서 시간이 0일 때의 전도도는 0.08(mol/L)의 전도도와 같고 그 값은 12.34(ms/cm)몰농도0.020.050.08전도도3.888.1612.34전도도 측정 결과를 이용하여 전도도- 농도 곡선을 작성하면 직선 형태를 나타내고 식 은 y = 141x + 1.0767이다.또한 농도 –전도도 곡선으로 변환하면그래프에 대한 추세선은 y = 0.0071x - 0.0076이다. 따라서 전도도를 이용해 몰 농도를 구할 수 있다.몰 농도 –시간 그래프5번 실험을 제외 하고 모두 유입되는 몰 농도인 0.1에 시간에 따라 근접하게 된다.완전 혼합이 이루어지는 경우의 이론 값과 실험 결과 비교완전 혼합이 이루어질 때의 식은 이다. 는 이므로 실험 1,2,3의 시간 상수 값은 이다. 따라서 실험 1,2,3의 이론적인 RTD는CSTR에서 RTD 함수 E(t)는 이므로 이론 값과 실험값을 비교하기 위해서는 C(t)를 구해야 한다. 농도-시간 그래프에서 추세선을 이용해 시간에 따른 농도의 변화식 C(t)를 구하면실험 1에서의 농도-시간 그래프실험 2에서의 농도-시간 그래프 실험3에서의 농도-시간 그래프추세선을 통해 C(t)가 얻어지고 C0인 0.1로 나눈 후 시간에 대하여 미분하면 새로운 식인 E(t)가 나온다. E(t)를 이용해 그래프를 그려 보면탱크의 초기 농도가 유입 농도와 차이가 클수록 곡선이 이론 값과 비슷해지며 두 곡선의 차이인 혼합도는 작아진다.실험 4의 시간 상수 값은 이다. 따라서 실험 4의 이론적인 RTD는위 와 같은 방법으로 이론 값과 실험값을 비교해보면실험 4에서의 농도-시간 그래프실험4 이론 값과 실험값 비교실험 5 의 시간 상수 값은 이다. 이론 값과 비슷한 실험값을 얻었지만, 이론 값과 정확하게 일치 하지 않는 결과가 나타났다. 이러한 실험결과가 나타나게 된 오차로는 실험과정에서의 오차, 용액 제조 시 오차, 부피, 유량 측정 시 오차를 들 수 있다.실험과정에서의 오차는 교반이 잘 이루어 지지 않는 것과, 측정 시간의 간격이 일정하지 않았던 것, 펌프의 유량이 정확하지 않은 것을 들 수 있다. 교반이 잘 이루어지지 않는 것은 일반적으로 CSTR은 완전 혼합을 가정으로 하여 어느 지점에서나 같은 온도와 농도여야한다. 그러나 실제 실험에서는 강하게 교반을 할 경우 비커 밖으로 용액이 튀어 날아가며, 약하게 교반을 할 경우 제대로 된 교반을 할 수 없기 때문에 완벽한 교반이란 불가능 했다 그렇기 때문에 최대한 교반을 하였더라도 지점마다 농도가 달라 오차가 생긴 것 같다. 측정 시간의 간격이 일정하지 않는 것은 사람이 15초마다 측정하기 때문에 실험에 집중을 하여도 약간씩의 오차가 발생하며, 스톱워치가 중간에 꺼져서 직접 시간을 재는 등 부족한 부분이 있어 오차가 발생한 것 같다. 펌프의 유량이 정확하지 않은 것은 펌프의 유량을 설정하여도 시간이 지남에 따라서 나사가 풀려 유량이 변했다. 따라서 실험2번의 전도도-시간 곡선을 보면 전도도가 일정하게 증가하는 것이 아니라 갑자기 떨어지고 올라가는 등 오차가 발생했다.용액 제조시 오차는 정확한 계산을 해서 용액을 제조하더라도 증류수의 양이나 시료의 양을 정확하게 측정해서 제조 하기 어려워 오차가 발생했다. 또한 실험 도중 용액이 부족해 추가로 용액을 제조하였다. 이 때 전과 같은 농도의 용액을 제조하였더라도 용액 제조시 마다 약간씩의 오차가 발생해 농도가 달라진다. 새로 제조한 용액을 이전의 용액에 넣을 때 교반을 하지 않고 그대로 넣어서 용액의 농도가 균일하지 않아 오차가 발생한 것 같다. 따라서 전도도와 농도를 비례한다고 가정하고 선형적으로 계산하여 농도의 값을 구하였기 때문에 농도가 중요하다. 용액을 제조 할 때 이러한 이유로 농도를 정확하게 제조 rt

공학/기술| 2021.03.22| 24페이지| 1,500원| 조회(179)

화공, 화공실험, 연속교반탱크반응기, 비전기전도도

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1열풍온도제어 파이널 평가A좋아요

열풍온도제어목차서론 ------------------------------------------------ 3p이론 ------------------------------------------------ 3p실험 방법 ---------------------------------------------- 9p결과 및 고찰 ----------------------------------------------- 14p결론 ----------------------------------------------- 21p참고문헌 ---------------------------------------------- 23p서론이 실험의 목적은 열풍 온도제어 시스템을 이용하여 on-off 제어 시스템의 특성, relay amplifier를 사용하여 hysteresis를 갖는 on-off 제어 특성, 비례동작 온도제어 시스템의 특성, 비례동작 온도제어기에 integral action을 더하였을 때의 특성 및 외란을 보상하기 위하여 추가된 feedforward control action을 이해하는 것이다.이론제어계의 구성요소그림에 나타난 계는 다음과 같은 구성요소들로 구분될 수 있다.공정측정요소제어기최종 제어요소각각의 구성요소들은 공정에 포함된 개별적인 물리적 품목들로 쉽게 분별될 수있다. 일반적으로 이 네 가지 요소들은 대부분의 제어계를 구성한다. 그러나 더 많은 구성요소들을 포함하는 더욱 복잡한 제어계들도 있다. 예를 들어 두 개의 제어기와 두 개의 측정요소들을 사용하는 다단제어계(cascade control system)를 필요로 하는 공정들도 있다.온도제어 시스템의 기본구성온도센서 : 아날로그 신호를 디지털신호로 바꾸어 전기신호 바꾸어 주는 역할을 한다.조작기: 산업용 전기히터 및 전열응용장치에 흐르는 전류를 단속하는 전자 개폐기, 전기 히터의 연료공급을 조절하는 밸브 등을 말하여 시스템 전체를 컨트롤 하는데 이용된다.온도 조절기 : 온도센서의 전기신호를 받아서 설정 온도와 비교하tional control피드백 제어계에 있어 조작량의 변화 Δu를 제어하고자 하는 양(피 제어량)과 그 목표값의 차. 즉 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=610906&ref=y" 편차 e에 비례하도록 한 제어방식. P 제어라고도 한다. Δu=Ke로 표시할 수 있다. 여기서 K는 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=606448&ref=y" 상수로 비례감도 혹은 비례상수라 불린다. 또 Δu는 조작량이 취할 값을 정상상태시에 조작량이 취할 값의 변위로 표시하고 있다Proportional plus integral control비례 동작에서의 결점인 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=583529&ref=y" 오프셋을 제거하기 위해 오프셋을 지우는 동작을 하는 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=583867&ref=y" 적분 동작을 비례 동작에 플러스 한 것이다. 따라서 비례+적분 동작이라고 한다. Pl동작은 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=583971&ref=y" 제어 편차가 검출되며, 우선 비례 동작을 행해 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=583982&ref=y" 조작량을 조절하고, 그 후에 비례 동작의 결과로 생기는 오프셋을 적분 동작으로 지우도록 움직인다. Pl동작에 의한 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=583964&ref=y" 제어 결과 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=582851&ref=y" 부하 변동에 따른 오프셋은 삭제하나 낭비 시간이 큰 Hyperlink "http://terms.naver.com/entry.nhset point(lower potentiometer) : 6V3. signal generator는 d.c.에 놓고 Offset은 zero, level은 4V로 맞춘다.4. T1의 출력값을 기록계로 기록하고, 또 연결을 바꿔 T2의 출력값을 기록한다.chart speed : 1cm/min5. data sheet2에 heater cycle time과 extreme temperature를 기록한다.overlap : ± 0.5V (amplifier hysteresis input으로 입력되는 값의 절반)3) Proportional control목적: 비례동작 온도제어 시스템의 특성을 이해하기 위함이다.실험방법1. 그림3과 같이 회로를 연결한다.2. 초기값을 설정한다.fan speed(upper potentiometer) : 5Vchamber temp. set point(lower potentiometer) : 5V3. signal generator는 d.c.에 놓고 offset은 0V로 level은 0V로 맞춘다.Proportional controller gain(비례이득) Kp는 10으로 한다.4. T1의 출력값을 기록계로 기록한다.chart speed : 1cm/min5. data sheet3을 작성한다.6. Kp값을 변화시킬 때마다 온도를 충분히 낮춘 후 실험을 시작한다.4) Proportional plus integral control목적: 비례동작온도제어기에 integral action을 더하였을 때의 특성을 이해하는 것이다.실험방법1. 그림 4와 같이 회로를 연결한다.2. 초기값을 설정한다.fan speed(upper potentiometer) : 10Vchmber temp. set point(lower potentiometer) : 5V3. signal generator는 d.c.에 놓고 Offset은 0V로 level은0V로 맞춘다.4. PID controller에서 P action switched in, integral and derivative ac fan speed 사이의 온도 제어의 차이점에 대하여 설명하라.Fan input이 10V 일 때 최고 온도는 51.3도로 2V일 때의 최고온도 51.3도 보다 낮다. 최소 온도도 49.9도와 50.1도로 fan speed가 높을 때 최소 온도가 더 낮다. 이러한 이유는 fan speed가 빠르면 공정의 온도상승이 느려지고 식을 때는 더욱 빨리 식는다. 그렇기 때문에 공정을 set point까지 가열하는데 많은 시간이 필요하게 되고, 다시 식는데 짧은 시간이 걸린다. Fan speed 10VT1와 T2 온도 제어에서 제어 정밀도의 차이점에 대하여 설명하라.이론상으로 격막이 많이 작용하거나 격막 계수가 클수록 완만한 응답을 가지게 된다. 따라서T1과 T2를 비교 해보면 T2일 때 더 완만한 응답을 가지므로 T2는 격막이 작용하고 있다. 이러한 격막은 제어정밀도에 크게 영향을 미쳐 센서로부터 제어기까지 전달되는 전기신호에 영향을 미쳐 진동주기가 상당히 길어지고, 최고온도는 더 높아 지고 최저 온도는 더 낮아진다. 또한 가열하는데 걸리는 시간이 매우 길어 진다.ON-OFF control with Hysteresis1. 제어정밀도에서 overlap의 영향에 대하여 설명하라.hysteresis는 어떤 물리량이 그 때의 물리조건 만으로는 일의적으로 결정되지 않고, 그 이전에 그 물질이 경과해 온 상태의 변화과정에 의존하는 현상이다. 따라서 overlap있어야 공정에 안정한 결과를 얻을 수 있다.2. overlap이 요구되어지는 온도제어시스템을 제시해 보아라.overlap이 필요한 공정은 온도 변화에 큰 영향을 받는 공정일 것이다. 따라서 온도 변화에 민감한 공정에 사용3. Overlap이 필요 없는 예를 들어보라.overlap이 필요 없는 공정은 온도 변화에 큰 영향을 받지 않는 공정4.Hystersesis는 어떤 결과를 가져왔는가?hysteresis가 작용해서 진폭이 매우 커졌다.Proportional control1. on-off제어 결과와 비례동작제어 결과를 비교하 이러한 피드 포워드 방식은 모든 외란을 직접적으로 측정할 수 없고, 공정에 대한 정확한 모델링을 필요로 한데 정확한 모델링을 할 수 없기 때문에 자주 사용하지 않는다.2. Kf값의 변화에 따른 외란이 제거되는 응답특성에 대하여 설명하여라.외란이 작용하기 전은 overshoot가 같은 값을 가지고 최종 값도 같다. 그러나 외란이 작용했을 때, Kf의 값에 따라서 각기 다른 그래프가 발생한다. Kf가 값이 커질수록 overshoot를 감쇠시킨다. 심지어 마지막 실험에서 Kf가 0.4의 값을 가질 때는 작은 외란에 크게 감지하여 설정 값보다 훨씬 아래쪽으로 overshoot값을 가짐을 알 수 있다.5. 결론이번 실험은 공정제어 실험이었다. 실험의 기기조작은 생각보다 간단하였지만, 처음 부문에서는 미숙하여 시간이 오래 걸리기도 하였다. control system의 종류를 바꾸어 가면서 offset의 변화를 측정하는 것이었다.이번 열풍온도제어 실험은 실험1에서 실험4까지는 Feedback control system이었고, 실험5는 Feedforward system이었다. 각 실험에서 시스템의 set point까지 도달하는데 제어기의 역할과 kp, kI, kf 값을 변화 시켰을 때와 shutter close의 외란이 발생했을 경우 제어기의 역할을 알아보는 실험이었다.실험1의 ON-OFF control은 설정점 보다 온도가 낮으면 히터가 ON되어 설정점까지 온도를 올리기 위해 열을 가하고, 설정점에 도달하면 히터가 OFF되어 온도가 낮아진다. 그러나 설정점에 도달하여 히터가 꺼지더라도 바로 온도가 떨어지는 것이 아니라 온도가 약간 상승했다가 떨어진다. 이러한 설정 점의 온도를 유지하기 위한 제어기이다. 실험2의 ON-OFF control with Hysteresis은 Hysteresis라는 조절감도를 주어 일정한 오차 불감영역(Dead Band) 이상에서 ON 혹은 OFF 동작을 하며 이것은 정량적 제어가 아니라 일정한 범위 내에서 ON-OFF계열로 수행하므로 제어기의 rt

공학/기술| 2021.03.22| 23페이지| 1,500원| 조회(223)

화공, 화공실험, 열풍온도제어

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냉동 싸이클 파이널

냉동 사이클목차서론 ---------------------------------------------- 3p이론 -----------------------------------------------3p실험 방법 ---------------------------------------------- 8p결과 및 고찰 ---------------------------------------------11p결론 ---------------------------------- -------- 17p참고문헌 --------------------------------------------- 18p서론본 실험의 목적은 냉동기의 조작을 통해, 냉동 사이클의 이론을 이해하고 냉동기 각 부품의 기능을 익히며 실제로 각 지점의 온도 및 압력을 측정함으로서 냉동기의 성능계수를 구하는데 있다.이론증기 압축 사이클일정한 압력에서 액체가 증발하면 일정한 온도에서 열을 흡수 할 수 있다. 또 고압에서의 응축 과정은 일정한 온도에서 열을 방출하는 방법을 제공한다. 응축기에서 나온 액체는 팽창 과정에 의하여 원래의 증기 상태로 돌아간다. 이 과정은 일을 얻는 터빈에 의하여 수행 될 수 있다. 가정용 냉장고 또는 소형 장치에 있어서는 조름 밸브가 간단하고 값이 저렴하여 터빈의 에너지 절약 효율을 능가한다. 조름 공정은 등 엔탈피 공정에서 일어난다.등온에서의 가열과 거시적인 엔트로피의 정의로부터 온도와 가열/제열 간의 관계식이 성립한다. 수증기는 비등과 응축이 자연적으로 등온공정이고 많은 양의 열 교환이 이루어지므로 등온 열 교환에 특히 잘 어울린다. 다시 살펴보면, 이 순환 공정을 T-S도표에 도시하고 아래의 그림에서 보인 바와 같이 단열 팽창을 통한 일을 생산하는 터빈과 단열 압축을 위한 어떤 종류의 압축기가 포함된 흐름 공정을 생각할 수 있다. P-V순환공정 내의 면적은 한 사이클에서 기체에 의한 일을 나타내며, T-S경로에 의해 둘러싸인 면적은 한 사이클에서 기체에 의한 일을 나타내며, T-S경 크므로 효율이 높을 것이다. 그러나 대부분의 경우에 터빈의 날개 손상을 피하기 위해 품질을 90%이상으로 유지한다.증기 압축 사이클에 의한 냉동에서는 T-S선도보다는 엔탈피의 값을 직접 구하게 되므로 P-H선도가 더 많이 이용된다. 증발과 응축과정은 일정 압력 경로에 의하여 표시되지만 유체의 마찰 로 인하여 압력 강하가 일부 일어난다, 여기에서 4→1은 등엔탈피 조름 공정을 나타낸다. 선 2→3은 공정의 특징인 비가역성을 나타내는데 엔트로피가 증가하는 방향으로의 실제적인 압축 공정을 나타낸다. 점선 2→3’은 등엔트로피 압축경로를 나타낸다. 이러한 사이클에 대하여 성능 계수는 간단히 다음과 같다.냉동 능력 및 성능계수냉동능력이란 냉동기의 증발기에서 단위시간에 배제하는 열량을 말하며, 냉동 ton이란 실용단위이며, 24시간에 0°C의 물 1ton을 냉동하여 0°C의 얼음으로 만들 때의 열량을 말하여, 미터단위와 미국단위로 구별할 수 있다. 얼음의 융해열은 79.6㎉/㎏으로서, 1톤은 1000㎏ 이므로 79.6×1000÷24=332㎉/에해당한다. 미국에서 사용되고 있는 미국단위는 3320㎉/h*0.911=3024㎉/h이다.일반적으로, 냉동 사이클에서 기준이 되는 가장 중요한 조건은 증발온도와 응축온도이다. 이 조건은 피 냉각물을 몇 도의 저온으로 냉각하느냐 하는 것고 kauc 도의 냉각 유체로 냉각하느냐 하는 두 조건에 의하여 결정된다, 냉동기의 능력도 이 조건에 따라서 크게 변화하므로 냉동기의 성능을 비교하기 위해서 기준이 되는 냉동 사이클을 각국의 표준냉동 사이클로 정하여 냉동기가 이러한 조건에서 운전될 때의 성능으로 평가된다.냉동기의 성능계수 (coefficient of preformace, COP)란 냉동기의 효율을 표시하는 방법으로 다음과 같이 정의한다.성능계수 ε=각 국의 표준 냉동 사이클은 아래 표와 같다 .실제 압축 냉동 사이클Rankine 사이클에서와 같이 몇 가지 단순화를 여기에서도 적용한다, 즉 파이프에서의 압력손실은 무시한다, 압축기로 유입실험이 완료된 후 밸브를 잠그고 Compressor S/W를 내려준다.4. 결과 및 고찰- System의 Flow diagram을 그리고 각각의 기능을 기술한다.Condenser(응축기): 증기를 냉각에 의해 응축, 액화시키는 장치. 응축기는 파이프벽을 사이에 두고 증기와 냉각액이 간접적으로 접촉하는 표면응축기(surface condenser)와 양자를 직접 접촉시키는 접촉응축기(contact condenser)로 나누어진다. 전자는 응축액과 냉각물이 혼합되지 않기 때문에 응축액을 회수할 때 사용한다. 응축기에서 표면응축기는 증류에 많이 사용되며, 증기를 전부 응축시키는 경우를 총응축(total condensation)이라 하고 증기의 일부만을 응축시키는 경우를 부분응축(partial condensation)이라고 한다.Evaporator(증발기): 팽창 밸브를 통과하여 저온·저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 주위의 공간 또는 피냉각 물체와 열교환시킴으로써 액체증발에 의한 열흡수로 냉동하는 기기이다.Capillary tube(모세관): 직경이 0.8~2mm 정도, 길이는 냉동 장치의 용량, 운전조건, 냉매충전량 등에 따라 다르나 일반적으로 1m 전후인 모세관으로서 냉동 설비의 팽창 밸브 역할을 한다. 소형 냉동장치, 즉 증발 부하가 적은 데 사용하며, 가정용 냉장고나 창문형 에어컨 및 쇼 케이스 등에 많이 쓰인다.Compressor(압축기): 고압의 생성 또는 고압 유체의 수송에 사용되는 기계. 기체 수송용에는 압축기, 송풍기 또는 팬 등이 사용된다. 이들 사이에 기본적인 구조의 차이는 없으나 그림 Ⅰ에 나타낸 것과 같이 토출 압력, 압축비 및 토출량 등으로 대략적인 구별이 있으며 목적에 따라 선택 사용되고 있다.Receiver tank(물받이 탱크): 단수대책으로 아주 효과적이며, 건물 안 급수에서 배수관의 압력 이상의 수압이 필요할 때, 배수관에서 직접 급수 펌프를 접속하는 것이 허용되지 않기 때문에 물탱크에 저류해야 한다.Accumulator(어큐뮬레 사이클을 비교하여 설명한다.wcapillaryExpansionReverse5-1.116837.5917820.3182816-1.121923.7774870.4685078-0.987992.8042130.62721210-0.876933.3440830.578207capillary tube 정방향 사이클인 Compressor → Condenser→ Capillary tube→ Evaporator의 같은 과정은가진다. Expansion valve의경우와 마찬가지로Evaporator에서 저온 저압상태이고 Condense에서 고온 고압상태로 존재해야 한다. 실험 데이터를 보면 압력에 경우 저압 고압이 분명하지만 Evaporator에서 나가는 온도가 고온으로 측정되면서 결과 값 처리에 큰 오류가 발생하게 되었다. 이론상 Evaporator를 통과하면서 액체상태인 냉매가 주변에서 열을 빼앗아 기체로 변화하는 증발이 일어나게 되고 이로 인해 들어온 온도는 잠열로 사용되어 두 구간의 온도차이는 적어야 하는데 상온에 가까운 온도가 측정됨에 따라 P-H선도나 T-S선도의 경우 이론과 큰 차이를 보였다. Expansion valve의 경우는 capillary tube가 expansion valve만 바뀐 것으로 큰 차이는 없을 것이라 예상해 볼 수 있는데 실제 결과값은 capillary tube에 비해 Expansion valve의 경우 evaporator의 압력이 더 높게 나타났고 condensor로 들어가는 온도 역시 더 높게 나타났다. 이와 같은 결과는 선도상 그림이 더 큰 면적을 가지는 결과로 나타나게 되었다. 하지만 Expansion valve의 경우 역시 Evaporator를 통과할 때의 온도가 높게 측정되어 큰 오차를 보이게 되었다. Reverse cycle은 normal cycle과 비교해 condenser와 evaporator 역할이 바뀌는 것으로(동일한 기계라 할 수 있다.) normal cycle과 별 차이 없는 선도가 나올 것이라고 예상할 수 있었는데 예상처럼 Ex.Expansion valve(Capillary tube) -> Evaporator -> Compressor -> Condenser각 과정은 순서대로 등 엔탈피, 정압과정, 단열과정, 정압과정이다. (Reverse Cycle의 경우 Condenser와 Evaporator의 역할만 바뀔 뿐 과정은 같다.) 하지만 실험을 통한 결과는 실험기구의 냉동사이클이 이상적인 과정이 아니라는 것을 보여준다. 이론상으로 등 엔트로피과정인 Expansion valve는 실제 실험에서 비가역 팽창과 엔탈피 감소의 결과를 보이고 이론상 단열과정인 Compressor 역시 단열이 아니라는 점을 보이는 결과을 얻었다. 또한 Evaporator와 Condenser에서 등압과정이 아니라는 것 역시 몰리에르선도를 통해 확인할 수 있다. 이와 같은 사실은 이론적 선도 모양과의 차이를 통해 이해할 수 있었다.P-H 선도와 T-S선도의 경우 역시 normal cycle에서 Evaporator Out의 높은 온도와 reverse cycle에서 Condenser Out의 높은 온도로 인해 몰리에르 선도 상에서 표시할 때 이론적인 증기 압축 사이클의 그림과 비교할 때 큰 차이를 보인다. 이론상 Evaporator를 통과하면서 액체상태인 냉매가 주변에서 열을 빼앗아 기체로 변화하는 증발이 일어나게 되고 이로 인해 들어온 온도는 잠열로 사용되어 두 구간의 온도차이는 적어야 하는데 상온에 가까운 온도가 측정됨에 따라 큰 P-H선도나 T-S선도의 경우 이론과 큰 차이를 보였다. 만약 normal cycle에서 Evaporator Out의 온도와 reverse cycle에서 Condenser Out의 온도가 낮게 측정되었다면 이론과 비슷한 모양이 나오게 되었을 것이다. 적절한 온도가 측정되었어도 오차가 발생할 가능성은 있는데 압축기에서의 과정과 증발기에서 나오는 냉매의 상태에 의해 영향을 받을 수 있다. 이론 냉동사이클에서 증발기에서 나오는 냉매는 포화증기상태인데 반해 실험에서는 과열 증기였는데 이로 인해 선port

공학/기술| 2021.03.22| 19페이지| 1,500원| 조회(285)

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화공 실험 기체 흡수 평가A+최고예요

기체 흡수목차서론 ---------------------------------------------- 3p이론 -----------------------------------------------3p실험 방법 ---------------------------------------------- 7p결과 및 고찰 ---------------------------------------------10p결론 -------------------------------------------- 15p참고문헌 --------------------------------------------- 16P서론기체 혼합물로부터 어떤 성분을 분리하는 방법에는 여러 가지가 있지만 충전탑에서 액체에 의한 흡수조작이 가장 널리 이용되고 있다. 본 실험에서는 물에 의한 탄산가스의 흡수 실험을 행하여 물질전달이론과 충전탑 설계의 기본 사항을 이해한다.이론그림에 나타낸 충전 흡수탑에서 대상부피에 대한 정상상태 물질 수지는 다음과 같다.여기서 V는 기상의 몰 유속이고, L은 탑의 같은 지점에서 액상의 몰 유속이다. X와 y는 각각 같은 위치에서 성분 A에 대한 액상과 기상의 조성이다.식을 다시 정리하면 탑 내 임의의 지점에서 x와y의 관계를 나타내는 다음 식을 얻는다.위의 식을 기체 흡수에서 조작선 식이라 한다. 기체 혼합물 중의 가용 성분이 흡수되면서 탑 내부를 이동함에 따라 기상 몰유속 V는 감소하고 액상 몰유속 L은 증가한다.따라서 조작선은 직선이 아닌 곡선 형태를 보이게 된다. 가용 성분을 10%이하 함유하는 기체 혼합물에 대해서는 유량 변화의 영향을 무시하고 보통 평균 유량을 사용하여 설계 한다.아래의 그림과 같이 단면적이 S인 충전층의 탑 상부로부터 Z의 거리에 높이 dZ인 미소부분에서 기체의 농도가 희박할 경우 흡수 속도 dna는 다음과 같이 나타낼 수 있다.여기서 a는 충전층 단위 부피당 기-액 접촉면적을 나타내며, Kya는 기상에서 총괄용량계수라 한다. Y*는 조성이 x인 액상과 평형상 가능하여 다음 식으로 나타 낼 수 있다.여기서 분모는 탑 상부와 하부에서 구동력의 대수평균값이다.순수한 탄산가스를 물에 흡수시킬 경우에는 기상저항을 무시할 수 있으므로 액상조성을 기준으로 한 다음 식을 이용한다.따라서 충전탑의 높이는 평형선과 조작선으로부터 N을 결정하고 물질전달 상관관계나 문헌으로부터 H를 구하여 위의 식을 이용하면 계산할 수 있다. 기체의 농도가 농후할 경우에는 유량이 변하기 때문에 탑 상단과 하단에서 V와 L 및 용량계수의 평균값을 이용하여 H를 구한다.3.실험방법실험 장치는 위의 그림과 같다. 충전탑은 유리로 만든 높이가 140cm 직경이 7.5cm인 원통형이고 탑 내부에는 8mm Raschig ring이 충전되어 있다. 상부에는 액체 분배기를 하부에는 적당한 액체 수위를 유지하기 위한 공간을 두었다. 물은 원심펌르를 이용하여 공급 탱크로부터 유량계를 거쳐 탑 상부로 유입된다. 혼합기체는 송풍기로부터 나오는 공기의 양과 bomb로부터 나오는 탄산가스의 양을 일정한 비율로 혼합한 다음 유량계를 거쳐 탑 하부로 공급한다.기체 흐름 중 탄산가스의 몰분율을 분석하는 Hempel 기체분석장치와 충전탑의 압력강하를 측정하기 위한 2개의 압력계관이 설치되어 있다.압력 강하 측정압력강하는 탑 하부에서 중간 또는 상부까지 측정할 수 있다. 압력강하의 크기에 따라 물 도는 수은 압력계를 이용한다.대기압과 충전탑의 조작 온도를 측정한다송풍기와 연결된 VR-1 밸브는 열고 탄산가스 유량 밸브 VR-2는 닫는다.송풍기를 작동하고 VR-1 밸브로 공기 유량을 조절하여 충전탑으로 공기를 공급한다.유량계에서 읽은 유량을 실험 조건에 맞게 보정한다. 액체를 흘려보내지 않을 때는 충전물이 완전히 건조되었는지 확인하고 압력강하를 측정 기록한다.공기유속을 3~5회 정도 변화시켜가면서 압력강하를 mmH20 단위로 측정한다.펌프를 작동시키고 VR-3 밸브를 열어 액체의 유속을 원하는 값으로 조절한다.정상상태까지 약 5~10분 기다린 다음 압력강하를 측정한다. 각 액체 유량에여 기록하고 탑 상부와 하부에서 분석시료를 채취하여 조성을 분석한다.약 5분 후에 다시 동일 조건에서 시료를 채취하여 조성을 측정한다.실험의 처음과 마지막에 대기압과 온도를 기록한다.액체와 기체의 유속을 변화시켜 가면서 위의 조작을 되풀이 한다.기체 분석Hempel 기체분석장치는 시료기체 내의 한 성분을 수용액에 흡수제거하여 남은 기체의 부피감소량을 측정하여 농도를 구하는 장치이다. 측정 방법은 다음과 같다.먼저 5% KOH 수용액을 제조하여 구모양의 기체 피펫에 채운다.VT-2와 VT-3 콕크를 이용하여 관 a와 관 e 쪽을 닫고 b-c-d가 통하도록 한다.주사기를 이용하여 KOH 흡수용액을 VT-2 콕크 바로 아래까지 끌어올린 다음 VT-2의 b쪽을 닫으면 흡수 액체의 높이가 고정된다.VT-3의 c 쪽을 닫고 주사기에 있는 기체를 대기로 배출시킨다.다시 VT-3의 e쪽을 닫고 탑 내의 기체 시료를 채취한다. 4와5를 4~5회 반복하여 관 내부에 있는 불순물을 충분히 제거한 다음 정확한 부피의 시료를 채취한다.VT-2의 a쪽을 닫고 흡수액의 높이가 안정화될 때까지 기다린 다음 이 높이를 기록한다.주사기에 있는 기체시료를 서서히 흡수용액 탱크로 밀어내면 시료 중에 있는 탄산가스가 용액으로 흡수 제거된다, 이 때 흡수용액이 두 번째 탱크로 이동한다.다시 주사기로 흡입하여 흡수액체의 높이를 6번의 H높이까지 끌어올리고 주사기 눈금에서 부피를 측정한다.탄산가스가 완전히 용해되도록 과정 7,8을 반복한다. 기체의 부피가 일정해지면 그 부피를 기록하고 탄산가스 몰 분율은 다음 식으로 구한다.4. 결과 및 고찰- 유량에 따른 충전층의 단위 높이당 압력강하를 표로 작성하고 양대수 좌표에 그림을 그린다.액체 유량L/minm^3/h기체유량L/minm^3/hmmh20mmh20/m200.7740.0464420160.9610.012030241.4410.012040321.9220.022050402.42.50.025351.35450.0812720160.9610.013530241.441절편145.99483-4.11453226.28276-2.8611318.39793-2.38673414.15226-1.83479511.49871-1.48983평형선19도에서 용해도 : 0.2318+평형 Co2 몰 수 = 0.03979545mol평형 H20 몰 수 =평형 몰 분율 계산= 0.0071193평형선 y’ = 0.0071193x’xaxa*XbXb*Xb*-XbXa*-Xa0.0141.966485470.0253.5115811953.486581191.9524854690.0050.702316240.034.2138974344.183897430.6973162390.00250.351158120.0050.7023162390.697316240.3486581190.00050.070231620.0050.7023162390.697316240.0697316240.00050.070231620.0050.7023162390.697316240.069731624ln(Xb*-Xb)ln(Xa*-Xa)ΔxNox1.2489216560.669103160.5798180.0189711.431243213-0.3605162571.7917590.013953-0.360516257-1.0536634370.6931470.003607-0.360516257-2.663101352.3025850.001954-0.360516257-2.663101352.3025850.001954Surface Area= 190;S=(0.075^2)*(π/4)=0.00441837Hox=1.4m/NoxHoxsll/saKx73.795080.004418370.0464410.510663431900.000749634100.33850.004418370.0812718.393661011900.000964821388.16240.004418370.116126.276658591900.00035629716.35980.004418370.1509334.159656161900.000250974716.35980.004418370.1857642.042653741900.00 실험에서 장치 내부에서는 기상인 CO2 이 물과 Counter-flow로 지속적으로 접촉하며 흐른다. 이 때 CO2 의 농도차이가 구동력으로 작용하여 CO2 가 기상에서 액상으로 이동한다. 이동한 CO2는 물속에서 약산인 H2 CO3 으로 존재하고, 이를 강염기인 NaOH을 통해 산 염기 적정을 시행했다. 강염기-약산 적정에 적절한 용액인 페놀프탈레인을 이용하여 변색점을 기준으로 용액속의 CO2 의 양을 추정했다. 충전탑을 통해 이동한 CO2의 농도를 바탕으로 전달단위 수(Number of Transfer Units), 전달단위 높이(Height of one Transfer Units)의 개념을 이해하는 것 이번 실험의 목적이었다. NTU는 전체 농도변화에서 평균 추진력을 나눈 값이다. 이때 x* 와 x는 CO2 가 이동하는 유량에 따라 그 값이 계속해서 달라진다. 이를 측정하기 위해 그래프를 도식해서 그 면적을 구하거나 이번 실험과 같이 CO2의 농도가 낮은 실험은HTU에 해당하는 계수들을 모든 구간에서 평균화 시켜서 그 값을 구할 수 있다. HTU는 서로 다른 상 사이에서 물질 이동이 평형을 이룰 때까지 필요한 장치의 높이로 NTU가 1일 때의 값으로, 충전제의 질량전달 효율을 나타낸다. 충전탑의 높이는 NTU와 HTU의 곱으로 나타낼 수 있으며 HTU가 작을수록 장치, 또는 충전제의 효율이 높다는 것을 알 수 있다.이번 실험의 문제점은 시약의 변색을 통해 CO2 의 농도를 측정했다는 점이다. 최대한 흡사한 색상을 기준으로 측정했지만 CO2 의 몰농도가 매우 낮은 실험인 만큼 육안에 의존한 측정은 그 오차 범위가 매우 크다. pH 미터와 같은 측정기를 이용하였다면 좀 더 정확한 실험을 진행할 수 있었을 것이라 생각한다. 또한 액체의 유량을 증가 시킬수록 더 많이 Co2가 액체에 흡수 되어야 하는데 그렇지 못하고 일정한 값을 나타냈다. 이 오차의 원인 역시 기준을 100으로 잡고 줄어드는 것을 확인하는 것을 육안에 의존했기 때문에 이러한 오차가 발생한 것

공학/기술| 2021.03.22| 16페이지| 1,500원| 조회(837)

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1CSTR파이널

CSTR목차서론 ---------------------------------------------- 3p이론 ---------------------------------------------- 3p실험 방법 ----------------------------------------------10p결과 및 고찰 ------------------------------------------- 14p결론 -------------------------------------------- 19p참고문헌 --------------------------------------------- 20p서론CSTR은 직렬로 연결된 3개의 교반 탱크에서 농도가 서로 다른 용액을 주입방법의 변화, 유속의 변화 및 교반 조작의 변화를 주어 각 탱크에서 응답을 측정하는 장치이다.이론CSTR는 강한 교반이 요구될 때 사용된다. 이 반응기에 원료가 도입되면 순간적으로 완전히 혼합이 일어나서 공간적으로 균일한 상태를 이룬다. 따라서 반응기 배출흐름의 상태는 반응기 안에서의 상태와 같다. 이 반응기는 완전혼합 반응기 또는 역혼합 반응기(back-mixing reactor)라고도 한다.CSTR은 구조가 간단하고 온도조절이 쉽지만, 반응기 부피당 반응물의 전화율은 흐름반응기들 중에서 가장 작다. 따라서 높은 전화율을 얻기 위해서는 대단히 큰 반응기가 필요하게 된다. 같은 전화율을 요할 때 한개의 CSTR보다는 작은 부피의 CSTR을 여러개 사용하는게 더 효율적이다. CSTR은 보통 정상상태에서 조업되며 통상 완전 혼합 되도록 운전되기 때문에 배출 흐름의 온도와 농도는 반응기내의 값과 같은 것으로 모델화 된다.교반교반과 혼합을 혼동하는 경우가 있지만, 용기 안의 물질이 특정 양식(대개는 순환 패턴)으로 움직이도록 하는 것이 교반이고, 두 상이나 세 상으로 분리되어 있던 물질이 서로 섞여서 무작위 분포가 되도록 하는 것이 혼합이다.교반이 유효한 것은 화학 반응을 시행할 때인데, 기상과 액상, 액상과 액상, 고표현하면이 되고 이를 다시 정리하면 다음을 얻게 된다.여기서 Xa와 ra는 반응기 출구 흐름의 조건에서 구해지는데 이는 반응기 내에서의 조건과 동일하다.더욱 일반적으로 전화율의 기준이 되는 공급물을 하첨자 0로 표시하고, 일부 전화되어 반응기로 들어가는 공급물을 하첨자 I 그리고 나가는 조건을 하첨자 f로 표시하면또는이 된다.정밀도계에서는 Xa=1-Ca/Ca0 이므로 혼합 흐름 반응기의 성능 식을 다음 과 같이 농도로 표시 할 수 있다.이들 식은 네 개의 항을 간단한 방법으로 연관시켜 놓았기 때문에 이중 세 가지를 알면 나머지 하나는 바로 구해진다. 그러면 반응기 설계에서 주어진 일에 필요한 반응기의 크기 혹은 주어진 반응기에서 반응 진행도를 바로 구할 수 있다. 반응속도론 연구에서 정상상태 시험으로부터 적분할 필요없이 반응기 내 조건에 대한 반응속도를 구ㅎㄹ 수 있다. 혼합흐름 반응기에서 구한 데이터는 해석이 용이하므로 반응속도론 연구 특히 복잡한 반응에 대단히 매력적이다.그림은 이들 성능식을 도식적으로 표현한 것으로서 반응속도 형태가 주어지면 이를 완전하게 쓸 수 있다.예를 들면 정밀도계에서 1차반응데 대한 성능식은 다음과 같다.다른 한편으론 선형 적 팽창에 대하여는이므로 1차반응에 대한 성능식은 다음과 같이 된다.2차반응은다른 형태의 반응속도식에 대하여도 유사한 표현을 할 수 있다. 이들 식들은 농도나 전화율 어느것으로도 표시할 수 있는데 변밀도계에서는 전화율을 사용하는 것이 간단한 반면에 정밀도계에서는 어느 쪽도 사용할 수 있다.직렬로 연결된 동일한 크기의 혼합흐름 반응기플러그르흠에서는 반응물의 농도가 계를 통과하면서 점차로 감소하는 반면에 혼합흐름에서는 순간적으로 농도가 아주 낮은 값까지 떨어진다. 이러한 사실 때문에 N>0인 비가역 n 차 반응과 같이 반응물의 농도가 증가함에 따라서 반응속도가 증가하는 반응데 대해서는 플러그흐름 반응기가 혼합흐름 반응기보다 더 효과적이다.N개의 혼합흐름 반응기가 직렬로 연결된 계를 생각하면 각 반응기에서 농도가 균일서 필요한 식을 유도는 데 전화율보다 농도를 사용하는 것이 편리하므로 이 방법을 쓰기로 한다. 사용되는 기호는 아래 그림에 표시되어 있으면 하첨자 i는 i번째 반응기를 나타낸다.1차반응반응기 i에 대한 성분A의 물질수지는 다음과 같이 된다.ε=0이므로 농도로 표시하면또는가 된다. 공간시간 τ는 부피가 V인 크기가 동일한 모든 반응기에 대하여 같으므로 다음과 같이 구해진다.이 식을 정리하면 전체 계에 대한 다음 식을 구할 수 있다.N→∞인 극한에 대해서 이 식은 플러그흐름에 대한 식으로 변한다위의 식을 이용하면 직렬로 연결된 N개 반응기의 성능을 플러그흐름 반응기나 단일의 혼합흐름 반응기와 비교할 수 있는데 그림은 밀도 변화를 무시할 수 있는 1차 반응에 대한 비교이다.2차 반응어떠한 반응물의 과잉이 없는 2분자형 2차반응에 대하여 직렬로 연결된 혼합흐름 반응기의 성능은 1차 반응에 대한 방법과 비슷한 과정을 통하여 평가할 수 있다. 그러므로 직렬로 연결된 N개의 반응기에 대하여 다음을 얻을 수 있다.반면에 플러그흐름에 대해서는 다음과 같이 된다.이들 반응기들의 성능 비교를 아래 그림에 표시하였다.그림에서 보면 직렬로 연결된 반응기의 수가 증가하면 주어진 전화율을 얻기 위한 이 계의 부피는 플러그흐름 반응기의 부피에 접근함을 알 수 있다. 가장 큰 변화는 한 개의 반응기 계에 두번째 반응기를 연결했을 경우 일어난다.실험방법- 장치의 기본 작동 방법1. 20리터 용기A에 증류수를 넣고 10리터 용기 B 0.001M 농도의 KCl를 용액을 넣어 펌프와 연결한다.2. 장치의 배관과 탱크 1,2,3 번을 비커를 이용하여 순수로 전도도계의 수치가 일정하여 질 때까지 세척하여 준다.실험 1- 주입방법에 계단 변화로 하였을 때 3개의 탱크의 농도변화의 응답 측정목적 : 3개의 직렬로 연결된 탱크에 주입방법을 계단변화로 했을 때 3개 탱크의 농도 변화의 응답을 측정한다.이론 : 그림은 3개의 탱크를 직렬로 구성항 계단변화를 주입을 할 경우 1차계 응답으로, S자 형태의 곡선을k1의 응답은 펄스 입력이 지속될 때 까지는 지수상승곡선을 나타내지만 펄스 입력이 끝난 이후에는 지수감쇠 곡선을 나타낸다.다른 탱크에서도 전달지연으로 인해 각각 응답이 늦어지지만 결국 Tank1과 유사한 응답을 보인다.장치 연결 방법실험결과 및 고찰실험 1Flow rate from tanks ‘B’ = 100ml/mins시간에 따른 농도 변화 응답을 측정한 전도도 값을 사용하여 그래프로 그려본다.얻어지는 그래프의 형태에 대하여 논의하고 실제 이론에 의한 것과 비교하여 설명해 보라.이론적인 그래프는 1차계 응답으로, S자 형태의 곡선을 보이는 지수곡선이다. 계단 변화 주입 이후 전달 지연 때문에 천천히 늘어지는 응답 결과를 보이지만, 최종적으로는 초기의 입력 농도 값에 이른다. 실험한 결과를 그린 그래프와 이론적인 그래프는 매우 비슷하게 나타났다. Tank 1, Tank 2,Tank 3이 순차적으로 응답이 늘어지는 결과와, Tank 1 과 Tank 2에서의 농도가 초기의 입력 농도와 거의 비슷한 값으로 가는 것이 비슷했다. Tank3의 농도도 실험을 더 진행하여 측정했으면 Tank 3의 농도도 초기의 입력 농도와 비슷한 값으로 올라갈 것이다.실험2Flow rate from tank ‘A’ = 200ml/minFlow rate from tank ‘B’ = 200ml/min from 0 sec to 240sec펄스 주입 전, 중, 후 각각의 3개 탱크 내의 용액 전도도를 시간에따라 그래프로 표시하라 .펄스 주입 전펄스 주입 전에는 증류수의 전도도를 나타내며 일정하다.펄스 주입 중펄스 주입 중에는 전도도가 Tank1에서 Tank3까지 지연을 보이지만 전도도가 증가한다.펄스 주입 후펄스 주입 후 각각의 탱크의 전도도가 떨어지는 경향을 보인다, 첫번째 탱크는 펄스 입력이 끝난 후 바로 전도도가 떨어지지만두번째, 세번째 탱크는 시간에 지남에 따라 전도도가 최고점을 나타낸 후 서서히 감소한다.얻어지는 그래프의 형태에 대하여 논의하고 실제 이론에 의한 것과 비교하여 설명해 보 부피유속으로 0.001M의 KCl을 주입해 3개의 탱크 전도도 변화를 알아보는 실험이었다. 이 실험에서 1번탱크부터 3번탱크까지 순차적으로 농도가 증가 한다. 우리는 1번탱크와 2번탱크의 전도도 값이 비슷해 질 때 까지만 실험을 진행했지만, 좀 더 실험을 진행했다면 3개의 탱크 모두 전도도 값이 비슷해지는 결과를 얻었을 것이다. 이론적인 값과 실험 값을 비교해보았을 때 크게 다르지 않음을 알 수 있다.두 번째 실험은 처음 4분 동안 0.001M KCl을 주입한 뒤 이 후에 증류수를 일정한 부피유속으로 주입해 3개의 탱크 전도도 변화를 알아보는 실험이었다. 이 실험에서 KCl을 4분 동안 주입할 때는 1번, 2번 ,3번 탱크의 농도는 순차적으로 증 가한다. 이 후 KCl의 주입이 끝난 후 증류수가 주입되기 시작되면 1번탱크의 농도는 최고점에 도달한 후에 지속적으로 전도도가 감소한다. 그 이후 2번, 3번 탱크가 최고점에 도달한다. 이 때 2번 탱크의 최고점은 1번 탱크보다는 낮은 전도도에서 최고점에 도달한다. 3번 탱크의 최고점은 2번 탱크보다 낮은 전도도에서 최고점에 도달한다. 우리는 3번탱크의 전도도가 최고점에 도달한 후 전도도가 감소하는 경향을 보인 뒤에 바로 실험을 끝냈지만 실험을 더 진행 했다면 3개의 탱크 모두 농도가 비슷해지는 결과를 얻었을 것이다.이번 실험을 통해 이론적으로만 접했던 CSTR을 실제 실험을해봄으로써 CSTR반응기의 성능과 원리를 이해할 수 있었다. 이론적으로 CSTR은 PFR에 비해 높은 전화율을 얻기 힘들고 높은 전화율을 얻기 위해선 반응기의 부피가 커져야 하기 때문에 CSTR을 직렬로 연결하여 반응기의 부피를 줄일 수있다. 그러나 3개의 탱크에서 똑같은 농도를 얻기위해서는 많은 시간, 반응물이 투입되어야 한다는 것을 알게 되었다.참고 문헌Octave Levenspiel, “화학 반응 공학”, 김상환, 임선기 공역 , 사이텍 미디어, 2000, p108-115두산백과, http://terms.naver.com/entry.nhn?MAT1

공학/기술| 2021.03.22| 20페이지| 1,500원| 조회(196)

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