*영* 스토어

*영*

개인인증

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

7개
전체 판매량

139개
최근 3개월 판매량

1개
자료후기 점수

평균A
자료문의 응답률

-

전체자료 7개

충전답에서의 기체흡수실험

Chemical Engineering Experiments Ⅲ 실험27. 기체흡수 실험화학공학실험Ⅲ - 결과보고서실험 27. 기체흡수 실험실 험 일 자 : 2007. 11. 8담 당 교수명: 이철호 교수님보고서 작성자: 김영수, 권아영, 오영은보고서 제출일 : 2007. 11. 22AbstractIn this experiments, it found out mass transfer coefficient that absorbed one component of the gas mixtures in packed column. When flux of N2(g) for 4, 6, 8, 10L/min in each other the Dry Column and the Wet Column, pressure drop in same flux is higher in a case of Wet Column or different flux in a case of higher flux.When flux of 20% CO2(g) mixed gas for 4, 6, 8 ,10L/min in the column that is flux of water 10mL/min, volume of absorption and absorption rate is higher in a case of flux. And number of transfer is higher in a case of lower flux, and height of transfer is higher in a case of higher flux.※ Key words : NTU, HTU, adsorption rate, packed bed tower, ZT요 약본 실험은 충전탑에서 기체와 액체를 향류로 교환시킬 때, 액체가 기체의 한 성분을 흡수하는 속도와 그에 따른 전달단위높이(HTU), 전달단위계수(NTU)등 물질전달계수를 알아봄으로써 가장 적절한 탑의 높이(ZT)를 알아보는 것을 그 목적으로 하였다. Dry Column 과 Wet Column 4, 6, 8, 10ℓ/min으로 다르게 하여 흐를 때 같은 유량에서는 Wet Column에서 압력강하가 컸고 유량이 다를 때는 유량이 클수록 압력강하가 크게 나타났다. 물이 10mL/min으로 흐르는 충전탑으로 20%이산화탄소 혼합기체가 4, 6, 8, 10ℓ/min의 유량으로 흐를 때 유량이 클수록 흡수량이 많고 흡수속도 빠름을 알 수 있었다. 그리고 전달단위개수는 유량이 작을수록 크고 전달단위높이는 유량이 클수록 커짐을 알 수 있었다.1. 서론혼합기체 중 어떤 한 성분을 액에 흡수시켜 분리하는 조작을 흡수(absorption)라 하며 화학공업에서는 기체의 분리, 정제, 여과의 반응 등에 널리 사용된다. 암모니아와 공기로 된 혼합물에서 물에 의해서 암모니아를 분리하는 것은 하나의 전형적인 예이다. 흡수조작은 기체와 액체의 접촉 방법에 따라 다양한 방법이 있는데, 본 실험에서는 충전탑에서 액체와 기체가 향류로 흐를 때의 특성을 이해하고 기체혼합물 중의 한 성분을 액체에 흡수시켰을 때 전달단위개수(NTU: number of transfer unit)와 전달단위높이(HTU: height of transfer unit)를 계산해 봄으로써 기체흡수에 관한 개념을 이해하는 것을 그 목적으로 하였다.2. 이론2.1 헨리의 흡수 법칙기체의 압력과 용해도의 관계를 나타내는 것으로 헨리의 법칙이 있다. 이것은 용해할 때 반응이 일어나지 않으며 용해도가 낮은 기체에 적용되는 것으로 수 기압 정도의 CO2,저압의 NH3와 SO2등이 물에 용해될 때, 상온에서 용해하기 쉬운 기체가 온도가 높을 때 등에 사용된다. 헨리의 법칙을 수식으로 나타내면p : 기체의 분압 ,C : 액체 중 기체의 농도x : 액체 중 기체의 몰분율로 온도가 일정할 때 액체에 용해하는 기체량은 압력에 비례한다는 것을 나타낸다.여기서와를 헨리상수라 한다[2].2.2 기체흡수(Gas absorption)용해성 기체와 불용성 기체가 섞여 있는 혼합물에서 용해성 기체를 액체에 흡수시키는 공정이다. 화학공정에서는 혼합필요 없는 성분이나 유해성분을 제거하고 유용한 성분은 회수하거나 용액을 제조하는데 사용되는 공정이다. 가장 대표적인 예로는 암모니아와 공기가 섞여 있는 혼합물에서 물로 암모니아를 세척하는 것이다[2].2.3 압력강하유체 마찰에 의해 압력 강하가 발생되게 된다. 압력강하로 인하여 기체와 액체의 흐름에 변화가 나타나며 그에 따른 현상은 아래와 같다.2.3.1 Loading Point (부하점)공급해주는 기체에 의해 아래로 흐르는 액체는 정지 할 수 있다. 이로 인해 액체의 체류량이 증가하기 시작하는 점을 말한다. 이로 인해 압력강하의 곡선의 변화가 일어난다.2.3.2 Flooding Point충전탑으로 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. 실제 조업에서는 기체의 유속을 flooding point 의 1/2 로 설정하고 운전을 해야 한다. 이러한 현상들은 기체와 액체의 유속에 따른 압력강하 곡선을 통하여 알 수 있다. 압력강하 곡선의 예는 아래와 같다[2]. (Gy-△P 선이 수직이 되는 점)Figure 1. Pressure drop in a packed tower for air-water system with 1-in Intalox saddles2.4 전달단위계수 및 전달단위높이Figure 2. A schematic diagram of packed columnFigure 2와 같이 단면적은 S이며 높이 dZ에서의 미소 부피는 SdZ이다. 몰 유량 V의 변화를 무시하면 dZdptj 흡수된 양은 -Vdy이다. 이것은 흡수속도에 미소부피를 곱한 것과 같다.[Eq. 1]Eq.1의 식을 재정리하면 Eq.2 로 정의 된다.[Eq. 2]탑높이에 관한 식은 아래와 같은 식으로 쓸 수 있다.[Eq. 3]Eq.3의 적분치는 증기의 농도변화를 평균 구동력으로 나눈 것으로 전달단위계수(Number of transfer unit, NTU)라고 한다. Eq길이의 단위를 가지며, 한 개 전달단위높이(Height of a transfer unit, HTU)라고 한다. Eq.3을 다시 정리하면 아래와 같다[2].[Eq. 4]3. 실험장치 및 방법3.1 실험장치본 실험을 실행하기 위해 사용되어진 흡수장치는 다음 Figure 2에 나타내었다.Figure 2. A Packed Bed Tower and gas are used to experiment.3.2 실험방법탑에 물을 공급하지 않은 상태로 공기 유량을 2, 4, 6, 8, 10 L/min으로 변화시키면서 단위 충전 높이 당 압력강하(△P/ZT)를 측정하였다. 물을 10mL/min으로 공급하면서 공기유속에 따르는 압력 강하를 측정하여 Dry column과 비교하였다. 기체 내 CO2의 조성을 20 vol%로 조정한 혼합기체를 공급하였다. 기액 간의 흐름이 정상 상태에 도달한 후에 탑상부에서 기체를 채취하여 물질 수지로부터 CO2의 흡수속도를 계산하였다. 측정한 흡수속도로부터 총괄물질 전달계수를 계산하였고, 그 결과로부터 전달단위높이를 계산하였다.4. 실험결과 및 검토4.1 유속변화에 따른 압력차기체의 유속변화에 따른 Dry column과 Wet column의 압력강하를 Table 1에 나타내었다.Table 1. Pressure difference, according to flux change(mmH2O/cm).SectionOrder기체유속(L/min)단위충전 높이 당 압력강하(mmH2O/cm)Dry columnWet column**************************36Table 1을 통해서 기체유량에 따른 단위충전높이 당 압력강하는 기체유량에 비례하여 커짐을 알 수 있었고 또한 Dry Column보다 Wet Column일 때 더 크다는 것을 알 수 있었다.4.2 유속변화에 따른 CO2의 흡수량실험에서 액체의 유량을 10mL/min로 하였을 때, 흡수된 CO2의 양은 다음과 같다.Table 2. Absorption quantity of CO2, accordingangeCO2의 유량(L/min)46810CO2의 흡수량(mL)9.51113.516.5CO2의 유량에 따른 흡수속도, 총괄물질전달계수, 전달단수 및 전달단위 높이는 다음과 같다.Table 3. NOy, HOy, r and Kya, according to CO2 flux changeCO2유속(L/min)흡수속도(k-mol/m3?h)총괄물질계수(k-mol/m3?h)전달단위개수(NOy)전달단위높이(HOy)20.00170.02692.088047.898440.00460.05831.560066.391260.00830.09090.915994.122280.01350.14010.0571130.1376Table 2와 Table 3을 통해서 CO2의 유량이 증가할수록 흡수량과 흡수속도 그리고 전달단위높이는 커지고, 총괄물질계수와 전달단위개수는 작아짐을 알 수 있었다. 그리고 총괄물질계수는 전달단위개수와 반비례이며 전달단위높이는 전달단위개수에 반비례 관계임도 알 수 있었다.5. 결론본 실험을 통해 기체 혼합물 중 한 성분을 흡수시켜 물질전달계수(Mass transfer coefficient)를 구하고 전달단위개수(Nnumber of transfer unit, NTU)와 전달단위높이(Height of transfer unit, HTU)를 계산하여 그에 관한 개념을 파악해보았다. 먼저 충전탑에 물을 공급하지 않았을 때와 공급했을 때의 압력강하를 비교하였으며 그 결과 기체유속이 일정할 경우 Dry Column 보다 Wet Column에서 압력차가 더 많이 나고 기체 유속이 증가할수록 압력차가 큰 것을 알 수 있었다. 물의 유량이 10 mL/min일 때, 기체의 유량을 2, 4, 6, 8, 10 L/min으로 변화시키면서 CO2의 흡수실험을 통해 흡수속도와 전달단위개수(NTU : Number of transfer unit), 전달단위높이(HTU: Height of transfer unit)의 개념을 이해하였고 흡수속도가 증가함에 따라 전달단위개수는 감소하고 총괄물질계수와 전달단위높이는 증.

공학/기술| 2007.11.19| 9페이지| 1,500원| 조회(1,216)

충전탑, NTU, 흡수속도, HTU, 탑의높이

미리보기

닫기
분체의 진밀도 측정

Chemical Engineering Experiments Ⅲ 실험22. 분체의 진밀도 측정화학공학실험Ⅲ - 결과보고서6실험22. 분체의 진밀도 측정실 험 일 자 : 2007. 9. 27담 당 교수명: 이철호 교수님보고서 작성자: 김영수, 권아영, 오영은보고서 제출일 : 2007. 10. 4AbstractThe this through experiments to measure the true density of the general solid (glass bead) accurately, It is used in chemical process or fabrication the solid of a smaller size. Namely, density of the pulverulent body also it expected with the fact that it will be able to measure. It precedes first of all to experiments, the pycnometer maintained neatly and it dried from high temperature. the pycnometer which was dried about 40 minutes after from inside the Desiccator is dried in vacuum state, it measured (empty pycnometer, the pycnometer which was filled with the distilled water, which was filled with the glass bead, which was filled with the glass bead and the distilled water.) a each mass. also at this time measured the temperature of the distilled water. with this twice repeated a same measurement. the possibility of knowing it was from this at 25℃ average true density of glass bead is 2.527 g/cm3 and through references to the error approximately 0.053 g/cm3 will be confirmed.※ Key word : pycnometer, true density, pulverulent body, apparent density1. 서론본 실험에서는 비중병을 이용하여 고체로는 유리구슬을 충진 유체로는 증류수를 사용하여 밀도를 측정한다. 밀도(density)란 어떤 물질의 단위부피당 질량으로 정의되는 물질 고유의 물성치이다. 일반적으로 밀도란 진 밀도(rho _{s})를 말하며, 온도와 압력에 따라 부피가 변하기 때문에 밀도 값을 표시할 때는 측정된 온도와 압력도 함께 표시하여야한다. 분체에서는 고체 입사이의 공간에 들어있는 기체나 액체의 부피 때문에 단일 상 고체의 밀도와는 달리 겉보기 밀도(bulk 혹은 apparent density)가 더 자주 쓰인다. 겉보기 밀도는 입자사이를 채우는 충진 유체나 고체자체의 내부기공에 의해 달라질 수 있어 물질 고유의 성질이 아니다. 본 실험에서 유리구슬의 진 밀도를 측정해 봄으로써 더 작은 크기의 고체 즉, 분체의 밀도 또한 이와 같은 방법으로 측정할 수 있으며 이것을 화학공학 공정 및 조작에 적용할 수 있을 것으로 기대 된다.2. 이론2.1 분체의 정의분체는 고체입자 중 크기가 수 mm이하의 가루 또는 알갱이 상태의 고체물질을 말한다. 분체는 화학공업에서 뿐만 아니라, 토목공학, 기계공학에서조차도 취급하는 경우가 많고, 이 경우에 항상 일차적으로 분말의 단일입자의 특성, 즉 물리적 또는 물성은 중요한 기초적인 자료가 된다. 따라서 단일분체입자의 특성, 즉 물리적 또는 화학적 성질을 이해하는 것은 액상에서든 기상에 분산되어 있든지 간에 중요한 일이며, 특히 분체공학에서는 물리적 성질이 가장 중요한 기본 특성이 된다[1].※ 분체의 특징은 아래의 6개 항으로 요약할 수 있다.(1) 분연속성인 물체의 집단으로서 균일성 유체의 물성(예: 밀도)과는 다르다.(2) 세분화, 즉 분쇄하면 비표면적이 증가한다.(3) 미세분말입자는 응집성이 있다.(응집, 침전, 부착, 집진)(4) 물성치의 측정이 어렵고, 재현성이 나쁘다.(측정장치가 비싸다)(5) 분체의 거동을 설명하는 현상들이 통계적으로 표현되어야 한다.(6) 분체취급조작에 경험적 인자가 많고 자동화가 쉽지 않다.2.2 밀도밀도(密度, Density, 기호: 그리스어ρs)는 단위부피당 질량, 즉 kg/m3 으로 정의된다. 온도? 압력의 변화에 따라서 부피가 변하기 때문에, 밀도를 표시할 때는 측정된 온도? 압력도 함께표시되어야 한다. 분체의 밀도는 측정하는 방법에 따라서 다음 3가지로 구분할 수 있다.2.2.1 고체밀도고체의 진밀도를 측정하기는 매우 어렵다. 근사적으로 측정하는 방법은 비 흡착성 가스인 헬륨을 이미 알고 있는 질량(ms)의 분체를 담고 있는 용기 내로 팽창시킴으로써 구할 수 있다. V1은 헬륨 용기, V2는 시료가 들어 있는 용기를 나타낸다[1].rho _{s} & = & {m _{s}} over {V _{1} +V _{2} -P _{1} V _{1} /P _{2}}[Eq. 1]2.2.2 입자밀도입자밀도는 튜브 형태의 관에 다짐성에 변화를 주어가며 분체를 충전시킨 후 각각의 충전 층을 통한 압력손실을 측정함으로써 결정될 수 있다. 다짐성이 달라지면, 벌크밀도가 달라지고 압력손실도 달라진다. 단위길이 당 압력손실(TRIANGLE P )은 다음과 같이 질량유속(G), 공탑속도(u _{s}) 의 함수로 표시된다.{TRIANGLE P} over {Lu _{s}} & = & a+bG [Eq. 2]L은 충전층의 높이로서, 충전형태에 따라 변한다. 느슨하게 충전하면(벌크밀도가 작아지면) L이 증가한다. 벌크밀도를 변화시키면서{TRIANGLE P} over {Lu _{s}} 와 G를 plot 하면 직선이 얻어지고 a 는 절편, b 는 기울기이다. 한편, 충전층의 벌크밀도는 입자밀도, 상수 a와 다음과 같은 관계가 있다.rho _{b} & = & rho _{p} -C _{1} ( {rho _{b} ^{2}} over {a} ) ^{1/3}[Eq. 3]위 식으로부터,rho _{b} 와( {rho _{b} ^{2}} over {a} ) ^{1/3} 을 plot 하면 직선이 되며, 그 절편은 입자밀도가 된다[1].2.2.3 분체의 진밀도분체의 밀도는[분체 질량/분체 부피]로서 표시되므로 질량을 측정하는 정밀도에 따라서 공기의 부력에 의한 영향이나 측정기구(pycnometer)의 온도에 의한 영향도 고려하여야 할 필요가 있다. 간단한 경우로서 공기의 부력을 무시하고 충진 액체로서 증류수를 사용해도 어떤 영향이 없다고 가정하면 다음 식으로 표시된다[2].rho _{s} = {(m _{s} -m _{0} )} over {(m _{W} -m _{0} )-(m _{sL} -m _{s} )} BULLET rho _{W}? [Eq. 4]3. 실험장치 및 방법3.1 실험장치Figure 1. A pycnometer and Desiccator glass bead for experiments.(1) Pycnometer (KS L-3304, KS L-5110)(2) Desiccator(2) 유리구슬(3) 증류수 (충진액체)3.2 실험방법비중병을 깨끗하게 씻은 후, 110~120℃의 건조기에서 대략30~40분 건조시킨다(비중병은 맨손으로 다루지 않는다). 건조된 비중병은 Desiccator내에서 약 40분간 진공 상태로 건조시킨 다음 빈 비중병의 질량(m0)과 비중병에 충진 액체로 증류수를 채운 뒤 질량 측정(mw)하고 이때의 온도를 측정한다. 비중병에 유리구슬 20cc를 채운 후 질량 측정(ms) 후 여기에 충진 액체로 증류수를 채워 질량을 측정(msl)하였다. 이때 아주 작은 양의 기포라도 비중병 속에 남아 있으면 분체 밀도의 측정에 큰 오차를 나타내므로 주의하여야 한다. 이와 같은 방법으로 2번 반복실험 하였으며 각각의 측정에 서로 다른 비중병을 사용하였다.4. 실험결과 및 검토4.1 측정된 질량실험에 의하여 측정된 서로 다른 상태의 질량(빈 비중병mo, 증류수를 채운 비중병mw, 유리구슬을 채운 비중병ms, 유리구슬 사이의 공간을 채우는 증류수와 유리구슬을 포함한 비중병msl)을 Table.1에 나타내었다.Table.1. The mass of pycnometer in the other case at 25℃.측정된 질량 (g)1회2회빈 비중병(mo)42.87 g46.42 g증류수(mw)68.62 g76.26 g유리구슬(ms)70.13 g74.84 g구슬+증류수(msl)85.13 g93.46 g측정된 결과를 통해 알 수 있듯이 빈 비중병의 질량은 대략 3.6g의 차이를 보였으며 증류수를 채웠을 때, 대략 7.6g의 나타내는 것으로 보아 2회시 측정 때 사용된 비중병의 부피가 7.6ml 정도 더 큰 것임을 알 수 있었다.4.2 유리구슬의 진 밀도진 밀도는 질량을 측정하는 정밀도에 따라서 공기의 부력과 비중병의 온도에 의한 영향도 고려해야 한다. 간단히 공기의 부력을 무시하고 액체로 증류수를 사용할 때, 어떠한 영향도 없다는 가정 하에 측정된 각각의 질량은 Eq.4식을 이용하여 아래와 같이 나타낼 수 있는데 이것은 문헌으로 알 수 있는 유리구슬의 진 밀도와 비교 할 수 있었으며(25℃에서rho _{w}는 0.99707g/cm3) 그 결과를 아래의 Table.2에 나타내었다.· 1회 측정시 밀도 :{(70.13-42.87)} over {(68.62-42.87)-(85.13-70.13)} `` TIMES ``0.99707``=`2.528384g/cm ^{3}· 2회 측정시 밀도 :{(74.84-46.42)} over {(76.26-46.42)-(93.46-74.84)} `` TIMES ``0.99707``=`2.525555g/cm ^{3}Table.2. Documentary record.

자연과학| 2007.09.30| 9페이지| 1,500원| 조회(791)

진밀도, 분체, 비중병, 겉보기 밀도

미리보기

닫기
[공학기술]단일구의 침강속도 측정

화학공학실험Ⅱ 실험18. 단일구의 침강속도 측정단일구의 침강속도 측정2007. 4. 30화학공학부 화학공학전공김 영 수요약(Summary)본 실험에서는 유체 중에서 입자가 밀도 차이로 중력 침강할 때 일어나는 현상을 관찰하고 유체와 입자에 작용하는 힘(중력, 부력, 항력)의 평형으로부터 종말속도 및 항력계수를 예측하고 실험 결과와 비교 분석해 보았다. 또한, 종말속도의 이론값과 실험값이 같게 나오는지, 단일구가 유체에서 낙하할 때에 종말속도에 영향을 미치는가에 대해서 알아보고자 하였다. 그리고 레이놀드 수(Re,p)와 항력 계수(CD)와의 상관관계에 어떤 법칙이 작용하는지 알아보고자 한다.Key words : 레이놀드 수(Re,p), 항력 계수(CD), 종말속도, Stokes법칙, 자유낙하1. 실험목적본 실험에서는 유체 중에서 입자가 밀도 차이로 중력 침강할 때 일어나는 현상을 관찰하고 유체와 입자에 작용하는 힘(중력, 부력, 항력)의 평형으로부터 종말속도 및 항력계수를 예측하고 실험 결과와 비교 분석한다.2. 실험이론2.1 입자의 운동 메카니즘어떤 유체 내에서 입자는 외부에 의한 힘에 의해서 움직인다. 즉 외력이 있어야만 하고, 이 외력은 여러 가지가 있으나 여기서는 밀도 차이에 의한 중력과 원심력만을 외력으로 간주하여 설명하며, 아래에 작용하는 힘에 대해 나타내었다.ⅰ)외력(external force): 중력 또는 원심력 입자의 부피 에 해당하는 유체의 질량에 의한 부력ⅱ)부력(buoyant force): 외력과 평행이지만 반대방향으로 작용한다. 유체와 입자 사이의 상대운동이 있는 경우에 항상 나타나는 저항력ⅲ)저항력(drag force): 외력과 평행으로 작용하지만 작용 방향은 입자의 운동방향과 반대이며 입자의 운동을 방해 한다입자의 운동방향은 유체와 항상 같지 않으며, 외력과 부력의 작용방향에 항상 평행하지 않는 경우가 있고, 이럴 때는 어떤 각도를 이루면서 작용한다. 이러한 경우를 2차원 입자운동이라고 부르고, 입자운동은 저항력을 2차원의 분력으로 나누어서 표시한다. 이 실험에서는 1차원흐름에 대해 알아본다.2.2 유체 중의 입자의 1차원 운동[1].보통 입자의 운동방향이 입자에 작용하는 힘의 방향과 평행한 1차원의 경우에서 질량 m인 한 개의 입자에 작용하는 모든 힘의 합은 다음과 같다.(1)여기서, Fe : 외력은(2)Fb : 입자에 작용하는 부력은(3)FD : 항력은(4)위식을 정리하여 식1번에 대입하면 다음과 같다. (du/dt : 입자의 가속도)(5)외력이 중력일 경우의 입자의 운동식은 ae를 중력가속도 g로 대치하여 정리한다.(6)2.3 종말속도(terminal velocity)[2].중력침강에서 g는 일정하고, 항력은 속도 비례한다. 입자가 중력장에서 침강하여 입자의 가속도 du/dt는 시간에 따라서 감소하다가 0에 도달하고, 입자는 일정속도에 이르게 된다. 이 속도를 종말침강속도(terminal settling velocity)라고 부른다. 중력침강에서 종말속도 Ut의 방정식은 du/dt=0으로 놓을 때 구해진다. 식(6)번으로부터(7)2.4 항력계수(drag coefficient)의 결정[2].→ CD 값을 구하여 종말속도와 입도를 위의 주어진 식을 이용하여 알 수 있다.Table. 2.4. 단일구 침강 시 Reynolds 수와 항력과의 관계Rep

공학/기술| 2007.05.31| 18페이지| 1,000원| 조회(636)

유체, 단일구, 침강, 항력, 종말

미리보기

닫기
파장에 따른 흡광도 측정

화학공학실험Ⅱ 실험15. 광도계에 의한 철의 정량분석파장에 따른 흡광도 측정2007. 5. 21화학공학부 화학공학전공김 영 수요약(Summary)본 실험에서는 각각 다른 농도를 가진 철의 표준용액을 만들고 광도계를 이용하여 410~570nm 사이의 파장에서 빛의 흡광도(Abs.)를 측정함으로써 Beer`s law를 이해하고자 하였다. 실험 간 서로 다른 농도의 철의 표준용액을 분광광도계를 통해 측정하였으며 흡광도는 510nm파장에서 최대라는 것과 시료 중 빛을 흡수하는 분자의 농도는 비례한다는 Beer`s Law를 알 수 있었다.key word : 분광광도계, 흡광도(Abs.), 투광도, Beer`s Law1. 실험목적광도계의 원리를 이해하여 410~570nm사이의 파장에서 시료를 통과시킴으로써 흡광도(Abs.) 측정하고 Beer의 법칙을 이해하고자 하였다.2. 실험이론2.1 빛의 흡수분광광도계(spectrophotometer)는 물질을 통과하는 빛의 투광도를 측정하는 기기이다. 빛이 시료에 의해서 흡수되면, 복사세기(radiant power)는 감소한다. 복사세기 P는 빛살의 단위면적당 초당 에너지를 의미한다. Figure.2.1은 빛이 단색화 장치(monochromator)를 통과하여 단일 파장이 선택되는 것을 나타내었다. 복사세기가 P0인 이 단일파장의 빛을 길이가 b인 시료에 쪼여준다. 쪼여주는 반대편 쪽으로 시료를 통과하여 나온 빛살의 복사세기는 P이다. 빛의 일부는 시료에 의해서 흡수될 것이므로, P ≤ P0 이다[1].Figure.2.1. 홑살형 분광광도 실험의 개략도2.2 흡광도매질의 흡광도 A는 다음의 식으로 나타낸다.전혀 빛을 흡수하지 않았을 때 P = P0 이며, A = 0 이다. 만약 90%의 빛이 흡수되었다면, 10%가 투과되었으므로, P = P0/10 이다. 따라서 A = 1이 된다. 그리고만약 단지 1%의 빛만이 투과되었다면 A = 2이다. 흡광도가 커질수록, 시료를 투과하는 빛의 세기는 감소한다. 흡광도가 중요한 이유는 Beer의 법칙(Beer's law)에 따라 흡광도는 시료 중 빛을 흡수하는 분자의 농도에 비례하기 때문이다[1].2.3 Beer의 법칙(Beer's law)단색복사선의 경우 흡광도는 매질을 통과하는 거리와 흡수물질의 농도 c에 정비례한다. 이러한 관계를 식으로 나타내면(1)a는 흡광계수라 불리는 비례상수이다. a의 크기는 b와 c에 이용된 단위에 따라 달라진다. 예를 들어 흡수화학종이 들어있는 용액일 경우, b의 단위가 cm이고 c의 단위가 리터당 그램이라면 흡광계수는 Lg-1cm-1의 단위를 갖는다.(1)에서 농도의 단위를 리터당 몰로 나타내고 셀 길이의 단위가 cm일 때 흡광계수를 몰흡광계수라고 명명하고 특수문자 ε로 표시한다. 따라서 b의 단위가 cm이고 c의 단위가 리터당 몰일 때(2)ε의 단위는 Lmol-1cm-1이다[2].2.4 분광광도계를 이용한 시료 중 철의 함량 분석2.4.1 검정곡선(calibration curve)검정곡선은 분석하고자 하는 물질의 농도와 검출기의 측정값 사이의 상관관계를 나타낸 곡선을 의미한다. 이때 분석하고자 하는 물질의 농도는 미리 알고 있어야 하며, 이 용액의 표준용액이라 한다. 검정곡선에 따라 시료의 분석 결과가 달라질 수 있으므로 표준용액의 제조는 정확한 분석을 위해 매우 중요하다. 검출기에서 측정하는 물리량은 물질의 농도에 비례한다. 거의 모든 분석기기를 이용한 정량분석은 검량선이 필수적이다. 분석기기에 따라 분석하는 물질을 검출할 수 있는 물리량이 있다.ex) 이온크로마토그래피 : 물질의 농도에 따라 전기전도도 값을 측정.ex) 분광광도계 : 분석하고자 하는 물질에 따라 흡광도를 측정.시료 중 성분의 분석은 검정곡선의 결과 얻어진 직선 관계식에 의해 분석기기가 자동으로 계산하거나 실험자가 검정곡선을 통해 계산할 수도 있다[2].2.4.2 분광광도계를 이용한 철 함량 분석의 원리수용액 중 철(II) 이온은 O-phenanthroline용액과 착화합물(complex)을 형성한다. 형성된 착화합물은 510 nm의 파장에서 빛을 흡수한다.3. 실험장치 및 방법3.1 실험 시약황산제1철암모늄,6수 (FeSO4(NH4)2SO4ㆍ6H2O) : Ammonium Iron(Ⅱ) sulfate, Hexahydrate = 392.14g, ORIENTAL CHEMICAL CO., LDT. korea.O-Phenanthroline(C12H8N2HClㆍH2O) : 1,10-Phenanthroline monohydrochloride monohydrate, SAMCHUN PURE CHEMICAL CO., LDT. korea.3.2 실험 장치Figure.3.2. 분광광도계 (340 ~ 950nm)3.3 실험 방법실험 간 필요한 ml당 0.1mg의 철이 함유된 표준용액을 만들기 위해 황산 제1철 암모늄 3.15g을 500ml볼륨 플라스크에 10N염산 1.5ml와 같이 섞어준다(1000ppm)만들어진 용액의 5ml를 덜어 500ml볼륨 플라스크에 넣고 증류수를 넣어주어 1ml당 0.01mg이 함유된 철 표준용액을 제조하였다.만들어진 용액을 각각 5, 10, 15, 20, 25ml 씩 각각의 비색관에 넣고 3N염산 3ml을 넣고 증류수를 가해 70ml의 용액을 만든다. 이 용액에 O-Phenanthroline 5ml와염산하이드록신아민 1ml, 완충용액 15ml를 넣어주어 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5ppm 을 함유하는 용액을 제조하여 10분 이상 정치하여 발색시켰다.Figure.3.3. 서로 다른 농도의 용액0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5ppm 으로 각각 다른 농도의 발색된 용액을 410~570nm 사이의 파장에서 흡광도를 측정하였다.4. 실험결과 및 토의4.1 410~550nm사이의 파장에 따른 흡광도의 변화2.5ppm 을 기준으로 파장에 따른 흡광도를 구하여 보았으며 각각의 농도마다 파장에 따른 흡광도는 Figure.4.1에 종합하여 나타내었다.? 2.5ppm 을 기준 (파장에 따른 흡광도)410nm,430nm,450nm,470nm,490nm,510nm,530nm,550nm,570nm,Figure.4.1. 파장에 따른 흡광도의 변화Figure.4.1은 각각의 농도에서 용액의 흡광도는 510nm일때, 최대임을 나타내는데 이것은 Beer`s Law를 통해 증명할 수 있다.4.2 510nm에서 농도에 따른 흡광도의 변화최대의 흡광도를 나타낸 510nm의 파장에서 농도에 따른 흡광도를 Figure.4.2에 나타내었다. Figure.4.2은 농도가 0.5ppm~2.5ppm으로 증가함에 따라 흡광도 역시 높아짐을 보여줌으로써 흡광도는 시료 중 빛을 흡수하는 분자의 농도는 비례한다는 Beer`s Law를 증명해준다. 또한 그래프에서 실험값과 이론값의 결과가 직선으로 거의 일치함을 보여주고 있다.

공학/기술| 2007.05.31| 9페이지| 1,500원| 조회(7,114)

분광광도계, 흡광도, 시료, Beer, 파장

미리보기

닫기
물의 전기분해 실험

화학공학실험Ⅱ 실험20. 물의 전기분해 실험전기분해(電氣分解) 법칙2007. 5. 14화학공학부 화학공학전공김 영 수요약(Summary)본 실험에서는 황산나트륨(Na2So4) 전해질 용액을 전기분해 할 때 전류량(Current)에 따라 발생하는 가스의 양을 알아보고자 하였다. 전기분해란 자발적 산화?환원 반응이 일어나지 않는 경우 전기에너지를 이용하여 비자발적인 반응을 일으키는 것을 말한다. 실험 간 수소와 산소를 포집하여 그 부피와 온도 그리고 압력을 측정하여 각각 0.1, 0.2, 0.3암페어에 몇 몰의 수소와 산소가 나왔는지를 계산하였는데 이때 전기단위는 1몰에 1Faraday = 9.6487*104 C/mol가 필요하므로 이를 기초로 계산해보았다. 생성된 가스는 이론값 부피의 65%~80%정도만이 생성됨을 알 수 있었다.Key words : 전기분해, Faraday`s Law, 전해질, 전리1. 실험목적황산나트륨(Na2So4)0.5M의 전해질 용액을 전기분해 할 때 전류량(Current)에 따라 발생하는 가스의 양을 알아보고자 하였다. 전기분해란 자발적 산화?환원 반응이 일어나지 않는 경우 전기에너지를 이용하여 비자발적인 반응을 일으키는 것을 말한다. 실험 간 수소와 산소를 포집하여 그 부피와 온도 그리고 압력을 측정하여 각각 0.1A, 0.2A, 0.3A일 때 몇 몰의 수소와 산소가 석출되는지 알아보고자 하였으며 실제 생성된 가스의 양과 이론적으로 구한 가스의 양을 비교해 보았다.2. 실험이론2.1 전해질 용액전해질은 물이나 다른 용매에 용해할 때 이온을 생성하여 전기를 전도하는 용액을 만드는 물질이다. 센 전해질은 용매 중에서 완전히 이온화 하지만, 약한 전해질은 오직 부분적으로만 이온화한다. 그러므로 약한 전해질은 센 전해질보다 약하게 전기를 통한다. Table.2.1은 수용액 중에서 센 전해질과 약한 전해질로 작용하는 용질들을 모은 것이다. 수록한 센 전해질은 산, 염기, 염들이다[1].Table.2.1. 전해질의 분류센 전해질약한 전해질HNO3, HClO4, H2SO4, HCl, HI, HBr, HClO3, HBrO3 등의 무기산H2CO3, H3BO3, H3PO4, H2S, H2SO3 등을 포함한 많은 무기산알칼리와 알칼리 토금속의 수산화물Hg, Zn, Cd 의 할로겐 화합물, 시인화물, 티오시안산화물대부분의 염대부분의 유기산2.2 전기분해의 법칙전극에서 석출(析出)하는 물질의 질량은 용액을 통과한 전기량과 물질의 원자량에 비례하고, 그 물질의 원자가에 반비례한다. 1g당량(當量)의 물질을 석출시키는 데 필요한 전기량은 물질의 종류에 관계없이 일정한 값을 지닌다. 즉 전기분해에 의해 분해되는 물질의 양은 전극의 형태나 물질의 종류·농도 등에 관계없이 그 물질의원자론적 성질(원자량·원자가)만으로 결정된다는 것을 나타낸다. 전기화학의 기초법칙일 뿐만 아니라, 이것과 아보가드로의 법칙을 연결시킴으로써 물질의 원자구조와 관련해서 전기량에도 최소 단위(기본 전하량)가 존재한다는 것이 처음으로 예측되었다. 1g당량의 물질을 석출시키는 전기량을 패러데이상수, 1C (쿨롬)의 전기량에 의해 석출되는 물질의 양을 그 물질의 전기화학당량이라 한다[2].2.2.1 물의 전기분해수소와 산소가 반응하여 물이 만들어지면 이 물은 자발적으로 수소와 산소로 되지 못한다. 그러나 전기에너지를 가해서 반응을 일으키면 물을 분해할 수 있다. 이때 (+)극은 산화반응으로 수소를 얻을 수 있고, (-)극에서는 환원반응이 일어나 산소를 얻을 수 있다. 생성되는 수소와 산소의 부피 비는 2:1로 전체반응식을 다음과 같이 표현할 수 있다.(-)극4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH-(+)극2H2O → O2 + 4H+ + 4e-전체반응6H2O → 2H2 + O2 + 4OH- + 4H+⇒ 2H2O → 2H2 + O2?Table.2.2. 물의 전기분해 전체반응식2.2.2 전기량과 Faraday`s Constant전하의 양에 해당하는 단위는 쿨롱(C)과 페러데이(F)이다. 쿨롱은 1암페어의 일정전류로 1초 동안에 운반되는 전하의 량이다. 따라서 암페어 I의 일정 전류로 t초 동안 작업하면 쿨롱수 Q는 다음과 같다.전류의 변화값 i 에 대한 쿨롱값은 다음과 같이 적분식으로 주어진다.페러데이(faraday)는 1몰 또는 6.022×1023개의 전자에 해당하는 전하의 양이다. 즉 1페러데이는 96.485C 에 해당한다[1].3. 실험장치 및 방법3.1 장치Figure.3.1. 전기분해 장치(정류장치)3.2 실험 방법0.1M의 수산화나트륨(Na2SO4) 수용액을 만들기 위해 Na2SO4 3.55g을 250mL 부피플라스크에 잘 섞어주어 전해질 수용액을 만들어 주었다. 이 수용액을 전기분해장치에 넣어준 후 정류장치의 전압을 최대 20V로 설정해준 후 전류(Current)의 값을 각각 0.1A, 0.2A, 0.3A로 일정하게 유지시켜준 후 각각의 반응시간을 15분씩 일정시간을 두고 (+)극과 (-)극에서 발생하는 수소와 산소의 기체의 양을 측정하였다.4. 실험결과 및 토의4.1 전류(Current)량에 따른 각각의 결과흘려준 전류량에 따라서 각각의 다른 전압과 가스 량이 나왔는데 이는 Table.4.1에 나타내었다.Table.4.1. 전류량에 따른 전압, 가스 량Current 0.1ACurrent 0.2ACurrent 0.3A측정된 전압6.680V10.485V13,.566V포집된 H2의 부피3.5mL7.0mL11.0mL포집된 O2의 부피8.0mL16.0mL25.0mL저항 값66.8Ω52.29Ω45.22ΩTable.4.1을 살펴보면 전류 값을 증가시킬 때마다 전압과 석출되는 가스의 양도 증가함을 알 수 있다. 이런 현상은 전극에서 석출되는 물질의 질량은 용액을 통과한 전기량과 물질의 원자량에 비례한다는 전기분해 법칙을 입증해준다. 그러나 물을 전기분해 하면 수소 대 산소의 비율이 2:1로 생성된다는 이론과는 부합하고 있는데 이와 같은 결과는 온도 및 전압(V), 물의 양등 많은 변수들 때문에 나타난다.4.2 이론값과 실제 포집된 H2,O2의 질량비교각각 15분간의 반응에서 석출된 H2,O2의 부피를 질량으로 나타낼 수 있는데 이는 이론적으로 구할 수 있는 질량값과 비교 할 수 있다.? Q = A × t? F =4.2.1 이론적인 H2,O2의 질량? 이론적인 H2와 O2의 질량은 다음과 같다H2 :WH1 =H2 :WH2 =H2 :WH3 =O2 :WO1 =O2 :WO2 =O2 :WO3 =4.2.2 실험결과 H2,O2의 질량? 실험치의 H2와 O2의 질량은 다음과 같다H2 :WH1 = 0.00009g/mL × 8mL =H2 :WH2 = 0.00009g/mL × 16mL =H2 :WH3 = 0.00009g/mL × 25mL =O2 :WO1 = 0.0014g/mL × 3.5mL =O2 :WO2 = 0.0014g/mL × 7mL =O2 :WO3 = 0.0014g/mL × 11mL =4.3 실험값과 이론값의 결과 비교Figure.4.3.1. 전류량과 H2가스의 상관관계Figure.4.3.1을 통해 알 수 있듯이 흐르는 전류량이 증가함에 따라 발생하는 수소가스의 질량도 증가함을 알 수 있다. 이는 전기분해 제1법칙을 증명하기에 충분한 실험 결과이다. 또한 실험간 생성된 가스는 이론값에 대략 75%~80%정도 생성되었는데 최대전기분해 효율이 약80%인 점을 감안하면 실험조건은 매우 적절하였다는 것을 알 수 있었다.Figure.4.3.2. 전류량과 O2가스의 상관관계위와 마찬가지로 Figure.4.3.2를 통해 전류량이 증가함에 따라 발생하는 산소가스의 질량도 증가함을 알 수 있다. 역시 전기분해 제1법칙을 증명하기에 충분한 실험 결과이었으며, 또한 실험간 생성된 가스는 이론값에 대략 65%~70%정도 생성되었는데 위와 같은 조건이었지만 전압, 전류, 수소의 양과 농도 그리고 온도상승 등 여러 가지 요인들로 인해서 수소에 비해 전기분해 효율이 낮아졌음을 알 수 있었다.

공학/기술| 2007.05.12| 10페이지| 1,500원| 조회(4,094)

전해질, 전기분해, current, Faraday`s Law

미리보기

닫기