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[화학공학실험]2성분계의 기-액 평형

요약본 실험은 일정 압력 (대기압)에서 물-프로판올 혼합용액에 대하여 끓는 온도와 액상의 프로판올 몰분율의 관계를 그래프로 도시하고, 액상의 프로판올 몰분율과 기상의 프로판올 몰분율과의 관계를 그래프로 도시해봄으로써..

리포트| 2012.06.19| 13페이지| 3,000원| 조회(443)

화학공학실험, 실험보고서, 기액평형, 이슬점, 화학공정, 공비점, 기액평형 실험, 기포점, 계의 압력

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진공 시스템 설계를 위한 펌프 용량과 배기 시간의 결정

2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 2010 박막 및 진공 공학 설계 프로젝트 진공 시스템 설계를 위한 펌프 용량과 배기 시간의 결정 화학공학부목 차 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 1. 진공 시스템 기본 설계 2. 진공 시스템 설계의 기본 고려사항 3. 진공 시스템의 구성 4. 진공 펌프 용량 선정 5. 진공 펌프 용량 선정을 위한 Simulation Model 6. 배관 Conductance 가 배기속력에 미치는 영향 7. Chamber 와 펌프를 연결하는 배관의 직경과 길이 8. 배기시간의 계산 9. 설계 및 분석 10. 결론진공 시스템 기본 설계 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 진공을 어떻게 만들 것인가 ? 어떤 한정된 공간 , 즉 chamber 를 진공으로 만들기 위해서는 진공 펌프가 필요하다 . 진공 펌프는 외부에서 공급되는 에너지를 이용하여 chamber 의 공기를 chamber 밖으로 뽑아내거나 , 펌프 내의 특정한 위치에 공기 분자들을 잡아 가두어 공기 분자들이 자유롭게 움직일 수 없는 상태로 만든다 . Gas transfer type Gas entrapment type chamber 내의 공기를 펌프 내의 특정 공간이나 물질 내에 붙잡아두는 방식 chamber 내의 공기를 펌프를 통해 완전히 외부로 내보내는 방식2. 진공 시스템 설계의 기본 고려사항 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 진공 내에서의 작업에 필요한 공간 (V) 을 작업에 소요되는 기체 부하 Q ext 하에서 원하는 진공도 P 로 유지하여야 하며 , 초기의 대기압으로부터 원하는 진공도까지의 초기 배기 ( pumpdown ) 에 소요되는 시간을 최 소화하여 작업에 이용할 수 있는 시간을 극대화하고 , 운전이나 유지 , 보수가 손쉬우면서도 위험의 요소가 적고 , 제작과 운전이 경제적이어야 한다 . 진공실의 크기와 형상 재료의 선택 가공법 및 세척법 연결 및 밀 봉 방법 진공펌프의 종류 , 크기 오염방 지 보조방치3. 진공 시스정 (1) 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 진공 펌프는 진공 시스템에서 2 가지 기능을 수행하여야 한다 . 주어진 시간 ( 공정에서 요구하는 시간 ) 내에 대기압에서 시작해 서 특정한 압력까지 도달하여야 한다 . Loadlock application 에 맞는 진공 펌프의 용량을 선정하는데 있어서 검토해야 할 내용은 chamber 의 체적 , 모양 , 재질과 배 기하여야 할 가스 종류 , sealing 에 사용된 물질 , 원하는 배기시 간 , 도달하고자 하는 진공도 , chamber 와 진공 펌프를 연결하는 배관에 관한 정보 ( 직경 , 길이 , 꺽은 회수 , 재질 ) 이다 .4. 진공 펌프 용량 선정 (2) 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 공정 ( 가스를 사용하거나 사용하지 않는 경우 양쪽 모두에 대해 ) 을 진행하는 동안 특정한 압력 ( 진공도 ) 을 유지하여야 한다 . Process chamber 에 맞는 진공 펌프의 용량을 선정하는데 있어서 검토해야 할 내용은 공정 가스 관련 정보 ( 가스 유량 , 가스 종류 ), chamber 내부 온도 , 유지하고자 하는 진공도 ( 압력 ), chamber 와 진공 펌프를 연결하는 배관에 관한 정보 ( 직경 , 길이 , 꺾은 회수 , 재질 ) 등이다 .4. 진공 펌프 용량 선정 (3) 2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 이 두 기능에 필요한 진공 펌프 용량을 선정하는데 있어 검토해야 할 내용이 다른데 그 중 가장 차이가 나는 것은 chamber 체적으로 Loadlock chamber application 에서는 chamber 체적이 필요한데 반해서 process chamber application 은 필요하지 않다는 것이다 . 이유는 대부분의 공정 chamber application 에서는 가스를 일정량 투입하게 되는데 이때 투입되는 가스량이 chamber 체적 내에 잔류하고 있는 잔류 가스 분자량보다 많기 때문에 공정 가스를 흘리면서 일정한 공정 압력을 유지하는데 있어 c 연결되어 있다 . 실제 상황에서 펌프 입구에서의 배기속력이 아닌 chamber 배기구에서의 배기속력에 관 심 이 있으므로 유효 배기속력 S eff 는 다음과 같이 주어진다 .2010 VACUUM CHAMBER DESIGN S eff 는 펌프와 chamber 를 연결하는 배관의 conductance, C 와 다음과 같은 관계를 가지고 있다 . 여기서 C 는 길이 L 인 배관의 conductance 이고 C 0 는 길이 1 m 인 배관의 conductance 이다 . ( S eff ＜ S 0 ) 6. 배관 Conductance 가 배기속력에 미치는 영향 (1)2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 6. 배관 Conductance 가 배기속력에 미치는 영향 (2) 만일 S eff 가 S 0 의 90% 가 되려면 배관의 conductance, C 는 S 0 에 비해 9 배 이상 커야 한다 . Conductance, C 와 S 0 가 같은 경우에는 chamber 에서 느끼는 배기속력 ( S eff ) 은 펌프만의 배기속력 S 0 값의 1/2 이 된다 . 따라서 , 펌프 set 과 chamber 를 연결하는 파이프의 conductance, C 는 매우 중요하다 .2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 7 . Chamber 와 펌프를 연결하는 배관의 직경과 길이 실제 배관을 통해 진공 펌프와 chamber 를 연결할 때에는 chamber 에 펌프를 직접 연결하는 경우도 있지만 대부분 배관을 통해 연결하게 되는데 , 이때 이 배관으로 인해 배기시간 이 영향을 받게 되는데 배관으로 인한 배기시간이 20% 이상 증가하지 않도 록 시스템을 구성하는 것이 경제적 측면에서 좋다 . 이를 위해 배관과 fitting 은 펌프 입구 크기에 맞는 것으로 하고 배관 길이를 계산하였다 . 즉 , 펌프를 파이프 를 통해 chamber 에 연결했을 때 1 mbar~0.1 mbar 까지 배기하는데 걸리는 배기시간이 펌프를 chamber 에 직접 연결했을때의 배기시간 (1 mbar가 유입 ( 실제 공정 가스의 투입량 , outgassing rate 등이 모두 포함된 가스량 ) 되고 진공 펌프에 의해 Q out 만큼 배기될 때 , chamber 내부에서의 시간에 따른 압력 변화는 다음과 같은 식에 의해 결정된다 . 위 식을 풀면 진공 장비를 제작하거나 이용하는 사람들이 알고 싶어하는 chamber 내부에서의 시간에 따른 압력의 변화를 알 수 있는데 이 식의 해를 구하는 것은 쉽지 않다 . 만일 압력과 시간에 관계없이 펌프의 배기속력이 일정 (S 0 = 상수 또는 S eff = 상수 ) 하다고 가정하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다 .2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 8 . 배기 시간의 계산 (2) t=0 일 때 , A=Q in – P 0 S eff 이므로 압력 P 는 시간에 대해 다음과 같은 관계식을 같는다 .2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 시간에 따른 압력의 변화는 두 개의 영역으로 구분 대기압으로부터 시간에 따라 압력이 변하는 영역이다 . 이 영역에서는 압력의 변화가 시스템에 유입되는 가스량 Q in 의 영향을 받지 않는데 그 이유는 Q in ＜ P S eff 이기 때문이다 . 이 과정에서는 chamber 내의 가스들이 펌프를 통해 빠져나간다 . 시간에 따른 압력 변화가 없는 영역으로 chamber 의 압력은 로 주어진다 . 이 영역에서는 가스량 (Q in ) 이 압력 ( 진공도 ) 을 결정하고 chamber 의 체적 V 는 chamber 의 진공도를 결정하는데 영향을 주지 않는다 . 8 . 배기 시간의 계산 (3)2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 9. 설계 및 분석 (1) 진공 chamber 의 재질 : 알루미늄 진공 chamber 의 용량 : 1000 L 초고진공을 위해 진공을 10 -7 까지 걸어 주었다 . 저진공 펌프 : ~10 -2 Torr 고진공 펌프 : 10 -2 ~10 -7 Torr2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 먼저 , 저진공 (10 -2 Torr ) 까지다 . 9. 설계 및 분석 (2)2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 따라서 실제 배기 속력는 다음과 같다 . 실제 걸리는 시간은 구해보면 다음과 같다 . 고진공 펌프로 10 -7 Torr 까지 걸어주었다 . 고진공에서는 outgassing 을 고려해주어 문제를 풀었다 . 9. 설계 및 분석 (3)2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 즉 , 고진공 펌프의 배기 속력은 17000 L/sec 이상이어야 한다 . 따라서 배기 속력을 (18000 L/sec) 로 결정하였다 . 여기서 진공 chamber 와 고진공 펌프를 연결하는 파이프의 길이가 저진공 펌프와 같이 valve 까지 포함해서 0.5 m 이고 반경이 0.01 m 라고 하면 , conductance, C 는 다음과 같다 9. 설계 및 분석 (4)2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 9. 설계 및 분석 (5) 따라서 실제 배기 속력은 다음과 같다 . 고진공 펌프로 10 -7 Torr 까지 걸어주는데 pumping 에 요구되는 시간은 다음과 같다 . 10 -7 Torr 로 만들어 주는데 총 13 시간 42 분이 소요된다 .2010 VACUUM CHAMBER DESIGN 10. 결론 본 설계에서 진공 시스템의 재료는 알루미늄으로 정하였고 , 1000 L 크기의 진공 chamber 를 초고진공 , 10 -7 Torr 까지 걸어주는데 10 -2 Torr 까지는 저진공 펌프로 , 그 이후부터 10 -7 Torr 까지는 고진공으로 펌프로 작동하도록 설정하였다 . 그 결과 , 저진공 펌프에서는의 배기 속력 , 10.64 L/sec 로 진공 chamber 안의 압력을 10 -2 Torr 까지 만들어 주는데 17 분 58 초가 소요되었고 , 이어서 고진공 펌프에서는의 배기 속력 , 1241.19 L/sec 로 진공 chamber 안의 압력을 10 -7 Torr 로 마저 만들어주는데 13 시간 42 분이 소요됨을 알 수 있었다 . 따라서 알루미늄으로 만들어진 1000 L 크기의 진공 chambe

공학/기술| 2018.08.17| 22페이지| 5,000원| 조회(678)

진공, 펌프, 초고진공, 박막및진공공학. 화학공학, 배기 속력, 배기 시간

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바이오에탄올을 이용한 무수 에탄올 공비증류공정 설계

바이오에탄올로 부터 무수에탄올 생산을 위한 공비증류공정의 모사 U National University U U U 2010 Separation Process ProjectU National University U N U 2010 Separation Process Project Introduction 1 Design Procedure 2 Theoretical Discussions 3 Economic Comparisons 5 Design and Simulations 4 Conclusions 6 Contents2010 Separation Process Project The objectives of this works! “ 화석연료의 고갈과 급격한 기후변화 ” 는 신재생에너지의 개발을 촉진 바이오에탄올 생산에 대한 관심이 고조 저순도의 바이오에탄올로부터 고순도의 에탄올을 생산 ! 에너지 절감형의 공비증류공정을 설계 , ProⅡ 로 모사 ! 실제 산업에 적용시켜봄으로써 경제성 고려 ! Introducton U National University U N U2010 Separation Process Project 에탄올 용매 사용은 수지 , 의약 , 화장품 , 가정용 세척제 , 산업용 용매로 사용 연료가 아닌 용매 사용량의 50~55% 가 산업용으로 사용 Introducton U National University U N U2010 Separation Process Project Design Procedure 공비증류탑 모사 by PRO/II 공비점 분리제 선정 열역학 모델식 선정 증류공정 선정 - Benzene - NRTL Equation - 공비증류공정 Concentrater Decantor Azeotropic Distillation Column Stripper U National University U N U2010 Separation Process Project 물 - 에탄올 이성분계는 88mole% 근처에서 공비점을 형성하므로 통상적인 분리방법을 통해서는 공비점에 도달하는데 무한의 이론단수가 필요 공비점을 넘어선 고순도의 에탄올을 얻어낼 수 없음 Limit of Distillation by Azeotrope U National University U N U2010 Separation Process Project Distillation 추출증류 공비증류공정 진공증류공정 초임계 유체 추출공정 에틸렌클리콜과 같은 물과 선택적으로 친화성이 강한용매를 사용하여 증류하는 공정 벤젠과 같은 공비점 분리제를 이용하여 증류하는 공정 초임계 이산화탄소를 이용하여 증류하는 공정 진공시스템에서 압력을 낮추어 하나의 증류탑으로 증류하는 공정 공비증류란 ? 공비혼합물 또는 끓는점이 비슷하여 분리하기 어려운 액체혼합물의 성분을 완전히 분리시키기 위해 쓰이는 증류법이다 . 수분을 함유하는 에탄올에서 순수한 에탄올을 얻기 위해 쓰이는 대표적인 증류법 Distillation Methods U National University U N UEthanol H 2 O Benzene Ethanol Benzene H2O Highly interaction Water is concentrated on vapor side. Dew point temperature valley Principles of Azeotropic Distillation Process using Benzene as an Entrainer 물과 에탄올 공비혼합물 분리제로 제 3 의 성분인 벤젠이 추가 벤젠은 물보다 에탄올과 친화성이 커짐 상대적으로 친화성이 없는 물은 공비증류탑 상부로 갈수록 기상에 농축 벤젠과 친화성이 강한 에탄올은 공기증류탑 하부로 갈수록 액상에 농축 결과적으로 공비증류탑 하부로 거의 순수한 에탄올을 얻을 수 있음 공비증류공정의 원리 2010 Separation Process Project U National University U N U2010 Separation Process Project NRTL Equation NRTL (non-random-two-liquid) 식은 Renon 과 Prausnitz 이 1968 년에 제안했으며 Wilson 식의 확장 이 식은 Wilson 이 국부조성이론을 결합하여 VLE, LLE VLLE 등을 나타냄 U National University U N U1 총괄조성 G 가 영역 Ⅱ 안에 오도록 Entrainer 의 조성을 정해주면 공비점 온도보다 더 낮은 점에서 공비점 온도를 형성함으로써 공비증류탑 하부로 순수한 에탄올을 얻어내게 된다 . 2010 Separation Process Project How to select Entrainer Entrainer Pure Ethanol Water I II III U National University U N U2010 Separation Process Project ④ Stripper A Schematic Diagram of Azeotropic Distillation Process ① Concentrator ② Azeotropic distillation ③ Decanter U National University U N U2010 Separation Process Project Feedstock (S1) Composition mole% Water 89.99 Ethanol 10 Benzene 0.01 Total Flow 100 kg-mol/h Feedstock (S2) Composition mole% Water 14.43 Ethanol 85.56 Benzene 0.001 Total Flow 83.94 kg-mol/h Bottom product (S3) Composition mole% Water 0.999 Ethanol 0.001 Benzene 0 Total Flow 16.06kg-mol/h Concentrator Simulation U National University U N U2010 Separation Process Project Feedstock (F2) Composition mole% Water 81.149 Ethanol 18.85 Benzene 0.001 Total Flow 35.65 kg-mol/h Bottom product (P) Composition mole% Water 0.01 Ethanol 99.98 benzene 0.01 Total Flow 34.44 kg-mol/h Feedstock (F) Composition mole% Water 14.43 Ethanol 85.56 Benzene 0.001 Total Flow 83.94 kg-mol/h Azeotropic Distillation Simulation U National University U N U2010 Separation Process Project V R W Water 2.2 mole% 0.50 mole% 27.87mole% Ehtanol 12.82 mole% 9.99 mole% 55.63mole% Benzene 84.98 mole% 89.51 mole% 16.45mole% Total Flow 501.70 kg-mol/h 470.62 kg-mol/h 31.08 kg-mol/h Decanter Simulation U National University U N U2010 Separation Process Project Feedstock (W) Composition mole% Water 27.87 Ethanol 55.68 Benzene 16.45 Total Flow 31.08 kg-mol/h Bottom product (7) Composition mole% Water 99.8 Ethanol 0.1 Benzene 0.1 Total Flow 4.50kg-mol/h Stripper Simulation U National University U N U2010 Separation Process Project Flow : 100 kg-mol/h Ethanol : 10mol% Water : 89.99mol% Benzene : 0.01mol% Flow : 34.44 kg-mol/h Ethanol : 99.98mol% Water : 0.01mol% Benzene : 0.01mol% Overall Azeotropic Distillation Process U National University U N U2010 Separation Process Project Economic Comparisons U National University U N U2010 Separation Process Project Economic Comparisons U National University U N U2010 Separation Process Project Economic Comparisons U National University U N U2010 Separation Process Project 1 PROII 를 이용하여 공비증류탑 (3 기 ) 을 설계 2 10% 의 에탄올로부터 농축기에서 86% 까지 농축시킨뒤 공비증류탑의 탑저로 99.98% 의 무수에탄올 생산 3 각 증류탑의 이론단수 최적화 (20, 30, 30 단 ) 4 휘발유와 비교해서 경제성 확인 Conclusions U National University U N UThanks Good luck! U National University U N U 2010 Separation Process Project{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2018.08.17| 21페이지| 5,000원| 조회(402)

열역학, 단위조작, 증류탑, 분리공정, 바이오에탄올, 무수에탄올, 공비점, NRTL, 공비증류공정

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다관식 열교환기 설계

Engineering of multi-tube heat exchangerA B C D E FContentsPurpose of engineering Procedure of engineering Engineering variable settings Engineering of heat transfer Solving the problem Conclusion ReferencePurpose of engineeringPurpose of engineering열 교환기는 산업의 각 분야에서 가열, 냉각, 증발, 응축 등의 열적 조작에 널리 이용되고 있다. 따라서 열 교환기의 기초지식과 원리를 이해하고 열 전달량, 냉각수량, 전열관수, 전열면적, 경막 전열 계수를 계산하고 이를 설계하여 열 교환기의 조작방법을 습득하는데 그 목적이 있다.Procedure of engineeringProcedure of engineeringEngineering variable settingsEngineering variable settings (1) organic materials벤젠은 방향족 화합물 생산에 주원료로 사용. 물에는 녹지 않으나, 알코올, 에테르에는 녹음. 순수벤젠은 합성원료로서 염료, 합성고무, 유 기고무약품, 합성섬유, 합성수지(폴리스티렘, 페놀, 폴리에스터), 농약, 가 소제, 사진약품, 폭약(피크리산), 방충제(파라 디클로로벤젠), 방부제(PCP), 절연유(PDP) 등 다양한 공정에 사용.Engineering variable settings (2) Heat pipe내식성이 강하고 중량이 가벼우며 경제적. 마찰손실이 적고 동결, 충격, 진동, 열 변형에 강함. 시공하기가 용이하고 위생적. 담수나 연수에 부식되나 알칼리에는 내식성 이 강함. 전기 및 열전도율이 우수하고 전연성, 내식성, 내후성이 우수.Engineering variable settings (3) Temperature and the velocity of flow냉각수의 입구 : 18℃ 냉각수의 출구 : 26℃물의 관내 유속 : 1.0m/sEngineering of heat transferEngineering of heat transfer→ 85 ℃의 포화벤젠증기 1000 kg/h를 응축시킬 다관식 응축기를 설계Water 26℃Water 18℃Vapor BenzeneBaffleLiquid Benzene22℃의 냉각수Engineering of heat transfer전열관 - BWG No. 10의 구리관 (K=345.09kcal/mh℃) 외경 1.25 in(31.75 mm) 내경 0.982 in(24.94 mm) 두께 0.134 in(3.404 mm) 냉각수의 온도 - 입구 : 18 ℃, 출구 : 26 ℃ 관내유속 - 1.0 m/s 벤젠 - 경막전열계수 : 1032.7 kcal/㎡h℃, 오염계수 : 2500 kcal/㎡h℃ 응축잠열 : 165 kcal/kg 22℃의 물 - 점도 : 3.449 kg/mh 밀도 : 0.9978 g/ml 열전도도 : 0.518 kcal/mh℃Solving the problemSolving the problem벤젠이 전달한 열량냉각수가 받은 열량1유로의 전열관 수벤젠의 Reynols Number물의 경막 전열 계수총괄 전열 계수전열 면적유로 전체의 길이설계상의 여유 20%를 감안한다면… 유로의 총 길이 : 3.9m X 1.2 = 4.7m 4m 짜리 관 1개를 설치 5m 짜리 관 1개를 설치ConclusionConclusion본 설계에서는 다관식 열 교환기를 설계하고 그에 대한 기초지식과 원리를 이해하며 보다 효율적인 열 교환기의 조작방법을 습득하는데 그 목적이 있다. 그 결과, 물의 경막 전열계수는 3060.4 kcal/㎡h℃, 1유로의 전열관수는 12개, 관의 길이는 3.9m 의 값을 구할 수 있었다.ReferenceReference고완석·심현호·유일종·이종집·허광선; '단위조작', 3판, 보문당, p.147, 567 (2003) Warren L. Mc cabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, 이화영·전해수 공역; '단위조작', 5판, Mc Graw-Hill(희중당), p.382~383 (1995) 김승재 ·김진환 ·김영주; '단위조작', 동아기술, p.363 (2000) Warren L. Mc Cabe, Julian C. Smith, Peter Harriott; 'UNIT OPERATION OF CHEMMICAL ENGINEERING', Mc Graw Hill Higher Education, p.1091 (2005) http://ko.wikipedia.org/*what do you think ?{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2018.08.17| 24페이지| 5,000원| 조회(360)

열역학, 화학공학, 열교환기, 단위조작, 열및물질전달, 전열관, 경막전열계수, 전열면..

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에틸벤젠 반응계에 대한 평형 전환율 및 기-액 평형(VLE) 설계

Chemical Engineering Thermodynamics Ethylbenzene rxn목차01Introduce : Thermodynamics Chemical – Process and reaction (Benzene + Ethylene → Ethylbenzene Flash reaction Modified Raoult' laws02Bullet Point Bullet Point Sub Bullet02반응물과 생성물의 특성02벤젠 공업적으로 널리 쓰이는 가장 간단한 방향족 탄화수소 . 분자량 78.11 g/mol, 밀도 0.8786 g/cm3, 녹는점 5.5℃, 끓는점 80.1℃이고 인화성이 강하며 그 증기에는 폭발성이 있다. 벤젠의 인체영향발생원자동차 배기가스, 연료(석유 등)노출경로호흡 (흡수율 50%), 피부접촉독성대사독성유발, 적혈구, 백혈구, 혈소판의 감소, 재생불량성 빈혈 유발발암성고 노출 근로자들에 대한 백혈병 유발 및 임파 암과 혈액 암의 발생률 증가EPA 범주A (human carcinogen)02에틸렌 주로 각종 화합물의 원료로 사용되며, 상온에서는 무색의 기체 상태로 존재한다. 냄새가 나며 인화성이다. 녹는점은 -168.15℃, 끓는점은 -103.71℃이고 임계온도는 9.5℃, 임계압력은 49.98 atm이다. 물에 약간 녹으며 공기 중에서 태울 경우 빛을 발하며 탄다.02에틸벤젠 화학식 C6H5C2H5이며 무색의 액체로, 분자량 106.17 g/mol, 녹는점－94.4℃, 끓는점 136.5℃, 밀도 0.8672 g/cm3 이다. 방향족탄화수소 특유의 냄새가 난다. 석유·가솔린·나프타 등에 함유되어 있으나 이것은 분리하기 어렵다. 벤젠에 염화알루미늄을 섞어 에틸렌을 불어넣어 증류 분리하여 얻는다. 에틸벤젠의 인체영향발생원자동차 배기가스, 연료(석유 등)노출경로호흡 , 섭취독성대기 중 200 ppm 이상의 고농도로 노출 시 점막 자극 유발EPA 범주D (Not classificable as to human carcinogen)03Fix-bed reactorDistillation VLECondenserBenzene / EthyleneBenzene / EthylbenzenePure ethyleneV/ yiL / xiT : 670 (°c) P : 1.0 (bar)T : 137 (°c) P : 1.0 (bar)공정도04벤젠과 에틸벤젠의 수율획득 반응 ¹ 초기 T, P값 설정 Benzene과 Ethylene의 끓는점이상의 온도를 설정한다. Ethylbenzene의 반응이 발열과정임으로 과도한 온도 상승을 시키면 반응속도는 증가하지만 반응시의 수율은 감소하게 되어 일정 수율을 얻고 반응이 적절한 범위 안에서 온도 T를 설정한다. P값은 각 반응에서 압력을 주면 반응이 오른쪽(정반응)을 하게되어 P값 역시 높여 줄수록 좋다. 하지만 T와 P간의 상관관계에서 수율값의 최적치는 y=0.80로 수율 80%이상으로 획득하게 되면 화학공정으로서 경제적 의미를 지닌다. 이렇게 T, P값을 설정하고 첫 번째 Fix-bed reactor에서 반응시키고 Condenser에서 Benzene / Ethylbenzene을 주입시키고 Pure ethylene은 처음반응에 재사용하여 반응을 시킨다.04벤젠과 에틸벤젠의 수율획득 반응 ² 여기서 주의할 점은 첫 번째 반응(Fix-bed reactor) 후 Condenser 주입시 Ethylbenzene의 수율이 이상적인 99% 가까이 획득시 Distillation에서의 반응은 의미가 없어지고 바로 종결된다. 이때 다시 설정한 T, P값이 Flash가 가능한 Pbuble, Pdew 값 사이에 P가 있다면 Flash가 정상적으로 발생되어 기상과 액상의 조성물을 획득할 수 있다. Flash반응은 기포점 압력 이상의 압력하에 있는 액체가 압력이 감소하는 경우로 부분적으로 증발하여 2상계 기체와 액체상이 존재한다. 만약 T, P값이 Flash 반응이 진행되지 않는 이 밖의 영역에 존재하지 않는다면(저압에서 중압사이), 실제용액의 실 거동값에 가까운 Modified Raoult's laws를 이용하여 활동도 계수 ri값을 삽입하여 구하고 각각의 기상(yi)값, 액상(xi)값의 조성성분을 획득한다.055.1. Fix-bed reactor -105520 J/mol에서 CP H(T-T0) = 2778.45 J/mol이므로 = + CP H(T-T0) = -102741.55 J/mol 로 발열반응이다. 즉, 높은 온도는 전환율을 감소시킨다. ● 설정한 초기 조건: 298.15℃ T: 670℃, P: 1 bar → 벤젠·에틸렌: 각 10 mol와 P는 고정 값으로 변하지 않는다. → 반응기에서 기체로 반응함으로 반응온도는 최소한 136.2°C 이상Total초기-1-11-최종10-10-10+20-에틸벤젠의 생성04그림.1 온도에 따른 전환율 변화05● 전환율( )을 구하기 위해 K 구하기 △A = -0.094 △B = 1.922 △C = -0.783 = 0.183292376 ( ) = 6.02168 = 2.27463 = 1.338184197 K = 0.18329237605● 전환율( ) 구하기 K = 0.183292376 5.2. Condenser (에틸렌 무시) 응축된 액체의 조성 = 0.0933 * 10 mol = 0.933 mol = 0.9067 mol055.3. Flash reaction 180℃와 1 bar에서 ● 활동도 및 감마값 계산 표 1. P-x-y 선도와 GE/RTx1x2-x 그래프의 수치X1Y1Pr1r2GERTX1X2002.84260100.0780.223.4521.084610.08760220.1410.353.951.0781.00810.0520150.370.6445.7021.05451.03070.0270270.6420.8377.751.03221.0620.02741080.7860.918.8171.02181.08250.03745450.8230.9279.0821.01881.08530.04324810.9390.9769.8571.00541.09120.1099881110.02571000주어진 자료 Table1 으로부터 P-x-y 선도와 GE/RTx1x2-x 그래프를 그리면 P-x-y 선도를 통해 공비점이 없음을 확인할 수 있다.09그림 3. GE/RTx1x2 -x 그래프.05GE/RTx1x2 -x그래프의 x=0, x=1에서 A12와 A21를 구한다. = 0.0767 = -0.0915 + 0.0767 = -0.0148 = 0.478974818 = 0.04250364 와 에서의 , = 0.9999 = 0.998405● 벤젠과 에틸벤젠의 포화압력 Psatbz =1015.608228 kPa Psatetbz = 287.9571179 kPa 온도가 고정되어 있을 때 Flash가 일어날 때의 압력은 Bubl P와 Dew P사이에 있어야 한다. Bubl P와 Dew P는 각각 (10.6)과 (10.7)로 구한다. 따라서 Bubl P : 4.92094224 bar Dew P = 0.203157659 bar● 최종 분율 구하기 그림 4. 압력에 따른 액상에서의 에틸벤젠의 수득률. 최적의 1 bar에서 K1 = 10.0247 / K2 = 2.83807, Z1 = 0.4790 / Z2 = 0.0421 계산하면 따라서 Xetbz = 0.9067 이다.V0.4582yyxx0.93510.06490.09330.9067051 bar에서 T-x-y선도를 구한다. 표 2. 1 bar에서 T-x-y선도의 수치 그림 5. 1 bar에서 T-x-y선도.xyT (℃)00135.70687750.0614950.22604128.69001510.132890.41504121.67315260.2168570.57154114.65629010.3169120.69968107.63942770.4377390.80329100.62256520.5856280.8858593.605702720.769130.9504886.588840251179.57197779{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2018.08.17| 21페이지| 5,000원| 조회(204)

단위조작, 에틸벤젠, 화공열역학, 분율, 전환율, 포화압력, 벤젠 에틸렌

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스핀코터를 이용한 필름 제조 설계와 변수들의 영향 분석

Spin Coater를 이용한 막 제조 설계와 변수들의 영향 분석2010년 이동현상론 설계 프로젝트Transport Phenomena목 차1. 설계 목적 2. Spin Coater의 원리와 이용 3. 막 제조 설계 4. 결과 및 분석 5. 결론Transport Phenomena1. 설계 목적321Spin Coating의 유체역학적 원리 이해막 제조를 위한 Momentum Balance설계변수들의 영향 분석Transport Phenomena2. Spin Coater의 원리와 이용Spin Coater ? 기판를 회전시켜 생기는 원심력으로 기판 위에 올려진 액체를 밖으로 밀려나게 하여 기판에 액체를 코팅하는 장치이다.1단계 (Deposition) - 액체가 정지하거나 천천히 돌고 있는 기판 위에 옮겨진다.2단계 (Spin-up) – 액체가 회전하는 기판에 의해서 발생하는 원심력으로 바깥쪽으로 퍼져 나간다.3단계 (Spin-off) - 과량의 액체가 기판 주변으로 흐르고 막의 두께가 얇아짐에 따라 저항이 커져서 액체의 흐름이 느려진다.4단계 (Evaporation) – 증발에 의해서 막의 두께가 얇아진다.Transport Phenomena2. Spin Coater의 원리와 이용Spin coater의 특징 장치가 간단하고, 막의 두께를 균일하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용액의 점도, 기판의 회전 속도를 조절함으로써 막의 두께를 조절할 수 있다. 또한 기공의 크기, 기공의 부피, 표면적과 같은 미세구조를 제어하기가 용이하기 때문에 널리 이용되고 있다. Spin coater의 이용 반도체에서 Si, GaAs 등의 웨이퍼에 PR (photo resist)을 코팅하는 경우나, TFT-LCD 생산 공정에서 TFT, 컬러필터 등의 기판 위에 PR을 균일하게 입혀 주는 데 사용된다. 뿐만 아니라 DVD나 CD를 제조할 때에도 사용된다.Transport Phenomena3. 막 제조 설계-설계 과정1좌표계와 Control Volume을 설정한뒤, 필요한 가정을 기술한다.2Momentum Balance를 세워서 속도 분포식을 유도한다.3평균속도를 구하여 질량유속에 관한 식을 유도하여 최종 코팅 층의 두께에 관한 식을 얻는다.Transport PhenomenarzΩ0δνr3. 막 제조 설계-Control Volume 설정반지름이 r이고 두께는 δ인 부피로, 유체는 Vr의 속도로 회전하는 회전축을 중심으로 r방향으로 흐른다. 이때 좌표계는 원통형 좌표계이다.Transport Phenomena3. 막 제조 설계-가정 설정유체는 뉴튼 유체 (newtonian fluid)로 완전발달흐름 (fully developed flow)에 있고, r방향으로만 흐른다 (one-dimensional flow). 정상상태 (steady state)에서 Spin Coater가 작동되고 있다. 고체와의 경계면 (boundary layer)에서 유속이 0이고, 액체 표면에서는 전단응력 (sheer stress)이 무시된다.Transport Phenomena3. 막 제조 설계-Momentum BalanceSheer stress : Momentum by bulk flow (r-direction momentum) : 원심력 : 따라서, 아래와 같은 Momentum Balance 식이 얻어진다.Transport Phenomena양변을 로 나누고, 양변에 적분을 취하면,3. 막 제조 설계-속도 분포식Transport Phenomenaz=0일 때 (boundary condition), 적분을 취하면, z= δ일 때 (boundary condition), 유속은 0이 되므로3. 막 제조 설계-속도 분포식Transport Phenomena3. 막 제조 설계-평균속도Transport Phenomena질량유속 = 단면적 X 밀도 X 평균속도 코팅 막의 두께:3. 막 제조 설계-질량유속, 코팅 막 두께Transport Phenomena4. 결과 및 분석-설계 변수의 영향Transport Phenomena반지름의 길이를 7 cm, 밀도를 2g/cm3 , 각속도를 1000 rpm로 놓고 계산해준 결과, 코팅 액의 유입량이 많을수록, 점도가 커질수록, 코팅 막의 두께가 두꺼워지는 것을 알 수 있다.4. 결과 및 분석-설계 변수의 영향Transport Phenomena코팅 액의 점도를 5 cP, 반지름의 길이를 7 cm, 밀도를 2 g/cm3 로 놓고, 코팅 막의 두께와 코팅 액의 유입량, 그리고 각속도에 관한 상관관계를 나타낸 그래프이다. 각속도가 커질수록 코팅되는 막의 두께가 얇아지는 것을 알 수 있다.Momentum Balance를 세워 속도 분포식을 유도하고, 코팅 막의 두께에 관한 식으로 만들어 그래프로 변수들의 영향을 분석한 결과, 코팅 액의 유입량이 많을수록, 점도가 작을수록, 각속도가 클수록, 얇은 막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 실제 공정에서도 마찬가지로 이들 변수들을 고려하여 원하고자 하는 막의 두께를 얻어내고 있다. 물론 실제 공정에서는 온도, 시간, 기계적인 오차 등, 이보다 더 많은 변수들이 존재한다. 미흡한 자료 수집으로 실제 공정에 가까운 코팅 액과 관련된 변수들을 고려해주지 못한 점은 아쉬운 부분으로 남지만 성장을 거듭하고 있는 디스플레이 산업과 관련하여 수업시간에 배운 것들을 접목시키는 과정은 매우 흥미로웠다.5. 결론Transport Phenomena2010년 이동현상론 설계 프로젝트감사합니다!Transport PhenomenaThank you for your time and attention.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2018.08.17| 17페이지| 5,000원| 조회(296)

필름, 화학공학, 단위조작, 평균속도, 좌표계, 막, 스핀 코터, control vo..

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