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침강, 건조 속도 측정 [예비]

< 침강 ? 건조 속도 측정 실험 >1. 실험 일시 : 2010년 11월 22일2. 실험 제목 : 침강 ? 건조 속도의 측정3. 실험 목적? 침강속도 실험의 목적 : 두 개의 수직관 내에 비중이 서로 다른 액체를 넣고 단일 구가 일정 위치에서 수직으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력계수와 Reynolds 수와의 관계를 알아본다.? 건조속도 실험의 목적 : 수분을 함유한 고체 시료로부터 건조기에서 열 및 물질 전달에 대한 원리를 이용하여 평형함수율과 자유함수율, 건조속도, 상대습도 등을 구함과 동시에 각종 건 조 장치를 통하여 그 조작기능을 익힌다.4. 실험 원리- 침강속도 측정 실험? NRe(레이놀드 수)어떤 유동이 층류인지 난류인지를 기술하는 데에 중요한 인자가 되는 것이 무차원 수인 레이놀즈 수(Reynolds number)이다. 내부 유동에서는 레이놀즈 수가 약 2300보다 작은 유동은 층류로 생각한다.매끈한 원관에서 흐름의 양상이 바뀌는 조건을 조사한 결과, 층류가 난류로 바뀌는 임계유속은, 관 지름, 유체의 점도와 밀도, 평균 유속의 네 양에 따라 달라졌다. 이 네 항을 하나로 묶으면 다음과 같은 무차원군이 되며, 이 군의 값으로 흐름 양상을 나타낼 수 있다.( D : 관 지름, V : 유체의 평균유속, μ : 유체의 점도, ρ : 유체의 밀도, ν : 유체의 운동점도 )유동이 층류에서 난류로 전이되는 지점에서의 레이놀즈 수를 임계 레이놀즈 수라고 한다. 실제로 이러한 전이는 점차적으로 진행이 되기 때문에 임계 레이놀즈 수의 값은 대략적인 값으로 보아야 한다. 원형 파이프 내의 유동의 경우 임계 레이놀즈 수는 약 2300 정도이나, 레이놀즈 수 약 2000~3000 사이에는 유동의 성질을 정확하게 말할 수 없다고 봐야 한다.? 중요시되는 무차원군☞ Fourier number평판인 경우, 실린더나 구의 경우( α : 열확산계수,: 가열이나 냉각하는데 걸리는 시간,: 평판의 두께,: 구나 실린더의 반지름 )무한 평판, 실린더, 구에서 비정상상태 열전도 방정식의 해를 구할 때, 사용되는 무차원수로 0.1이상에서 열전도 방정식은 직선으로 표현될 수 있다.☞ Nusselt number(: 관지름,:,: 경막 두께,: 열전도도 )정지하고 있는 유체에서 열전도에 의해 전달되는 열량의 크기와 유동하는 유체에서 열전달에 의해서 전달되는 열량의 비를 나타낸다.☞ Grashof number(: 지름,: 밀도,: 중력가속도,: 부피팽창계수,: 온도강하,: 점도 )유체의 점성에 의한 단위 면적당 작용하는 전단력과 유체의 팽창으로 생긴 단면적당 부력의 비를 나타낸다.☞ Graetz number유체에 가해지는 열전달에서 사용되는 무차원수로 π/NFO 이고 관내의 plug flow나 완전발달흐름에서 사용된다.☞ Prandtl number(: 비열,: 점도,: 열전도도 )유체의 열전도에 의한 열 확산율인 열량이 전해지는 정도와 점성에 의한 운동량이 전달되는 정도의 비를 나타내며, 속도 경계층과 온도 경계층의 두께의 비를 말한다.☞ Stanton number(: 열전달계수,: 정압 하에서 비열,: 질량속도 )단위 질량당 옮겨진 열량과 유체의 정압열용량의 비이다.☞ Schmidt number열전달에서 사용되는 NPr에 해당하는 물질전달에서의 무차원수이다.☞ Sherwood number열전달에서 사용되는 NNu 에 해당하는 물질전달에서의 무차원수이다.? NRe & CD(Unit Operation 참조)구, 긴 원기둥, 원판의 항력계수와 Rep의 관계를 그래프로 나타내었다.항력이란 복잡한 성질이므로 f와 Re의 관계에 비해 CD와 Rep의 관계가 복잡해진다. CD와 Rep의 관계에서 Reynolds 수에 따라 곡선의 기울기가 달라지는 것은 형태 항력과 벽항력에 영향을 미치는 인자들의 상호작용 결과이다.Reynolds 수가 작으면 구에 따른 항력은 이론식인 Stokes 법칙으로 나타낸다.항력계수는 다음과 같이 된다.이론적으로 Stokes 법칙이 성립되는 것은 Rep가 1보다 상당히 작은 영역이다. 그러나 Reynolds 수가 1보다 작으면 모든 범위에서 오차가 크지 않다. 이 법칙이 적용되는 낮은 유속으로 유체 안에서 움직이는 구는 유체를 변형시키면서 이동한다.Reynolds 수가 1이상이면, 구의 뒷부분의 흐름 양상이 앞부분의 흐름 양상과 크게 달라지며, 항력계수는 Stoke 법칙의 한계인 24/Rep보다 커진다. Reynolds 수가 20정도 이면, 후면의 정체점 부근에 순환흐름 영역이 생긴다. 이 영역 즉 웨이크는 Reynolds 수 증가에 따라 크기가 증가하며, Rep=100에서는 웨이크가 구의 거의 절반을 뒤덮는다. 결과적으로 벽 전단으로 인한 항력에 비해 형태 항력이 아주 커진다.Reynolds 수가 200~300인 범위에서는 웨이크 중 진동이 생겨서, 규칙적 양상으로 웨이크에서 와류가 이탈하며, 하류에서 줄을 지어 움직이는 “와류 줄기”를 형성한다. 이때 진동주파수를 이용하여 유량을 구할 수 있다.Rep=103~105 범위에서는 항력계수가 거의 일정하여 0.4~0.45정도이며 경계층 분리점이 점점 구의 코로 이동하더라도 그다지 달라지지 않는다. 105 범위에서 구 전반부의 경계층은 여전이 층류이며 분리각은 85°이다. Rep=300,000에서 전반부의 경계층이 난류이면, 분리점이 구의 후반부로 이동하여 웨이크가 축소된다. 웨이크가 작아지고 이에 따라 형태 항력이 감소하면, 항력계수는 0.45에서 0.1로 크게 줄어든다.? Drag force, Drag coefficient유체가 흐르는 방향에서 유체가 고체에 미치는 힘을 항력(Drag force)라고 한다. 뉴턴의 제 3법칙에 의하면, 고체는 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 유체에 미치게 된다. 그러나 일반적으로 유체 중에 잠긴 물체의 벽은 흐름 방향과 어떤 각을 이룬다. 이때는 벽 전단 중에서 흐름 방향 성분이 항력에 기여한다. 유체 압력은 벽에 직각인 방향으로 작용하는데, 이 압력의 흐름 방향 성분도 항력에 기여한다. 따라서 면적 요소에 작용하는 전체 항력은 두 성분의 합이다.벽 전단에 의한 항력과 압력에 의한 항력을 적분하면 물체에 미치는 전체 항력이 되는데 각각 유체와 접하고 있는 물체의 전체 표면에 대해 평가한다. 벽 전단 및 압력에 의한 항력의 전체 적분치를 각각 벽 항력 및 형태 항력이라 한다.실제 유체에서는 벽항력과 형태항력으로 인한 현상이 복잡하므로, 일반적으로는 항력을 예측할 수가 없다. 유속이 작도 구를 비롯한 규칙적 형상인 경우에는 일반 운동량 수지식으로부터 수치적 방법으로 흐름 패턴과 항력을 추정할 수 있다. 형상이 복잡하거나 유속이 크면 실험에 의해 구하는 편이 쉽다.관이나 유로를 통한 유체 흐름에는, 속도두*밀도에 대한 전단응력의 비로 정의되는 마찰계수가 유용하다. 잠긴 고체에 대해서는 마찰계수에 상응하는 항력계수가 유용하다. 흐르는 유체 중 매끈한 구가 잠겨있고, 이 구에 접근하는 흐름은 고체 경계로부터 충분히 떨어져 있어서 유속이 균일하다고 하면 흐름방향에 직각인 평면에 대한 고체의 투영면적을 Ap라고 한다. 구의 투영면적은 원의 면적과 같아 지름을 Dp라고 하면 (π/4)DP2이다. 전체항력을 FD라 하면, 단위 투영면적당 평균 항력은 FD/Ap이다. 항력계수 FD를 FD/Ap와 밀도*속도두의 비로 정의한다.입자의 형상이 구가 아니면, 그 크기와 기하학적 형태, 유체의 흐름 방향에 대한 배향을 규정해야 한다. 중요한 기본 치수로는, 특성 길이와 이 기준 치수에 대한 비를 사용한다. 입자가 원기둥형인 경우, 지름 D를 기준 치수로 사용하고 특성길이는 L/D비로 나타낸다. 입자와 흐름 사이의 배향은, 실린더 축과 흐름 방향 사이의 각도로 정의한다. 이어서 투영 면적을 구한다. 실린더 축이 흐름 방향에 평행으로 배향된 경우에는 투영 면적이 지름이 같은 구의 투영면적과 같아진다.차원해석에 의하면, 비압축성 유체 중에서 매끈한 고체의 항력계수는 Reynolds 수와 형상비에 따라 달라진다. 특정 형상인 경우,CD = φ(Rep)유체 중의 입자의 Reynolds 수는 다음과 같이 정의한다.형상과 배향이 다르면, CD와 Rep의 관계도 달라진다. Reynolds 수가 낮은 매끈한 구의 경우에는 대략적 이론식이 있지만, 일반적으로는 CD와 Rep의 관계를 실험에 의해 구한다.? Stokes' lawStokes법칙은 구에서가 작을 때 사용된다. 즉가 1보다 상당히 작을 때 적용된다.입자(Reynolds number)는으로 정의된다.는의 함수로 표현되며, 크게 세 구간으로 나눠진다.첫 번째 구간은 Reynolds수가 무척 작은 경우이며, 구의 항력계수는 이론식인 Stokes' law ()를 따른다. 즉, 첫 구간은 Stokes' law가 적용되는 구간으로에 관한 식은 다음과 같다.,,두 번째 구간은 Allen 법칙이 적용되는 구간으로에 관한 식은 다음과 같다.,,세 번째 구간은 Newton 법칙이 적용되는 구간으로 항력계수는 거의 일정하다.에 따른< 0.1 ~ 1 일 때=24 /2 < 500 일 때= 9.25 /500

공학/기술| 2011.09.12| 6페이지| 1,000원| 조회(174)

건조, 침강, 침강건조, 속도측정실험

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CSTR을 이용한 반응 속도식 측정 [결과] 평가B괜찮아요

1. 실험 제목연속교반 액상 반응기(CSTR)에서 Ethyl Acetate의 반응 속도 측정2. 실험 목적Ethyl Acetate 와 NaOH를 CSTR에서 반응시킬 때 유출 농도를 분석함으로써 반응 속도 상수(k)와 반응 차수(n)를 구하여 반응 속도식(-rA)을 결정하고 반응 속 도식을 이해한다.3. 실험 이론☞ 반응식 :☞ 반응 속도식 :☞ Mole balance :(,,)CA0 : NaOH 유입농도(0.1M)CB0 : Ethyl Acetate 유입농도(0.1M)CA : NaOH 유출농도CB : Ethyl Acetate 유출농도VA0 : NaOH 유입속도VB0 : Ethyl Acetate 유입속도V : Reactor Volume = 1080ml식을 간단히 하기 위해 정상상태로 가정하면☞ mole balance 식을 정리하면 물질 A의 반응 속도는식에서 양변에 자연로그를 취하면,이번 실험을 통해 반응 속도 상수(k)와 반응 차수(n)를 구하는 것이 목적이다. 미지수가 두개 이므로 이번 실험에서는 NaOH의 유입 속도를 달리한 두 번의 실험 조건을 통해 두 개의 식을 얻고 서로 연립하여 반응 속도식을 만든 다음, 그래프를 통해서 반응 속도 상수와 반응차수를 구할 수 있다.4. 실험 방법① CSTR 반응기 탱크 A와 B에 각각 Ethyl Acetate와 수산화나트륨을 0.1M의 농도로 11L를 만들어 넣는다. 0.1M 농도의 용액을 만드는 방법은 물 10.5L를 각각 반응기 탱크에 넣고 나머지 0.5L의 물에 Ethyl Acetate와 NaOH의 11L의 0.1M에 대한 질량을 계산하여 혼합한다.※ 반응물 혼합 시 NaOH는 수분을 흡수하는 조해성이 있으므로 손에 묻지 않게 장갑을 착용하여 물과 혼합하여야 하고, Ethyl Acetate는 독성이 있으므로 냄 새를 맡지 않는 것이 좋다.※ 0.1M, 11L를 만드는데 필요한 NaOH 질량 :※ 0.1M, 11L를 만드는데 필요한 Ethyl Acetate질량 :② CSTR 반응기에 전원을 공급하여 두 용액이 반응기에서 서로 혼합하도록 작동 시킨다. 교반속도는 70RPM으로 맞추고 반응온도는 60℃로 한다. 그런 다음 두 용액의 유입속도를 조절하여 준다.※ CSTR 탱크 내부에는 물질이 잘 섞이도록 판형의 Stirrer가 있긴 하지만 Ethyl Acetate는 탄소기가 많아 물과 잘 섞이지 않는다. 그래서 먼저 교반기에 의해 물과 충분히 섞어주고 나서 탱크에 넣어 반응하도록 한다.※ 처음 유입 속도는 NaOH 용액을 60ml/min, Ethyl Acetate 용액을 60ml/min으로 설정한다.※ 유입 속도는 계속 변하기 때문에 외부에 조절기를 이용하여 조절해 준다.③ 반응이 진행되고 나서 처음 나오는 생성물 2L는 버리고, 그 후 메스실린더를 이용하여 20ml씩 받아서 pH적정한다.※ 처음 나오는 2L를 버리는 이유는 CSTR 반응기 안에서 두 용액이 서로 100% 반응했다고 가정하기 위해 처음 나오는 2L정도의 양은 취급하지 않는다.④ pH적정을 하기위해 먼저 지시약인 페놀프탈레인 용액을 1~2방울 투입한다. 생성물은 NaOH성분으로 인해 붉은색을 띄게 된다. 이 용액을 마그네틱 바를 넣고 교반기 위에서 적정한다. 피펫을 통해 0.1M HCl용액을 투입하여 적정하여 용액의 색이 붉은색에서 무색이 되는 시점에서의 적정에 사용된 HCl 의 양을 기록한다.※ 0.1M HCl용액을 이용하여 pH적정을 하는 이유는 NaOH의 유출농도를 알기 위함으로 0.1M NaOH 용액과 HCl은 서로 산-염기반응을 하기 때문에 NV = N‘V’ 식을 이용하여 NaOH의 농도를 계산할 수 있게 된다.※ 적정시 지시약인 페놀프탈레인 용액을 최대한 적게 사용하여야 결과를 잘 얻을 수 있는데 그 이유는 페놀프탈레인 용액 자체가 약염기성이여서 적정 pH값에 영향을 미치기 때문이다.※ 적정이 되는 순간에는 색이 순간적으로 투명하게 변하기 때문에 적정할 때 투 입하는 HCl의 양을 주의하여야 한다.⑤ 적정에 쓰이는 HCl의 양이 세 번 연속 같아질 때까지 생성물의 채취와 적정 과정을 반복한다.※ 적정에 쓰이는 양이 같아지면 유입 속도를 변화시켜 NaOH 용액을 70ml/min, Ethyl Acetate 용액을 60ml/min 으로 설정한 다음 위의 과정을 반복한다.⑥ NaOH의 유입 속도를 달리한 두 번의 실험 과정을 통해 얻어낸 Ethyl Acetate 와 NaOH의 반응 전과 후의 농도를 이용하여 반응 속도식을 구하고, 그 식을 그래프로 그린다.5. 실험 결과VA0(ml/min)VB0(ml/min)CA0(mol/L)CB0(mol/L)적정에 사용된 HCl 양(ml)실험160600.10.16실험270600.10.18① NaOH 유출 농도(pH적정을 통해 알 수 있음)☞ 실험1 : NV = N'V' →,☞ 실험2 : NV = N'V' →,②계산☞ 실험1 :☞ 실험2 :③ 반응속도식()에 대입(반응 차수와 반응속도상수 계산)☞ 실험1 :→ -6.1193 = lnk - 3.5066n☞ 실험2 :→ -6.3771 = lnk - 3.2189n두 식을 연립하여 lnk에 대해 같다고 놓으면,→ n = -0.8961따라서 k값은최종 반응 속도식은,④ 반응 속도식 그래프 :(1사분면에 Plot)6. 고찰이번 실험은 CSTR 반응기을 이용하여 반응 속도식을 만들어 보는 실험이었다. 반응 속도식을 구하기 위해 먼저 반응 속도 상수와 반응 차수를 구하였다.먼저 실험에서 NaOH와 Ethyl Acetate 0.1M 11L를 만들 때 약간의 계산 착오로 NaOH용액이 11L를 약간 넘었지만 이것은 오차의 원인이라고 말하기에는 너무 미미한 부분이라 다루지 않는다는 것을 알게 되었고 그대로 실험을 했다.두 용액을 CSTR 반응기에 각각 넣어주고 반응을 시작했다. CSTR이 정상상태라고 취급하고 반응물이 서로 100%로 반응한다는 가정하에 실험하기 때문에 먼저 나온 2L정도의 용액은 버리고 다음에 나오는 생성물을 20ml식 받아 실험하였다.적정시에는 산-염기 반응을 이용하여 NaOH용액을 같은 농도의 HCl로 적정하여 반응 후 NaOH농도를 구할 수 있었고 농도와 부피의 곱은 항상 일정하다는 공식에 의하여 유입농도를 구할 수 있게 되었다. 적정은 적정하는 HCl용액의 양이 일정해질 때까지 반복하고, NaOH의 유입 속도를 올려 같은 과정을 반복했는데, 이는 실험의 목적인 반응차수와 반응 속도 상수를 구하는데 있어서 두 개의 식을 얻기 위함이었다.실험을 통해 NaOH 용액 유입 속도를 증가시키니 적정에 들어간 HCl용액의 양이 늘어난다는 것을 알 수 있었다. 이는 생성물에서 NaOH의 농도가 늘어난 것으로 볼 수 있고, 이로인해 반응 속도에 초기 NaOH의 조성비 증가는 큰 영향을 끼치지 못하는 것으로 예측할 수 있다.실험에서 얻은 두 개의 데이터 값으로 대입하고 연립하여 반응 속도 상수와 반응 차수를 계산한 결과 반응 속도 상수 k = 9.5×10^-5, 반응 차수 n = -0.8961라는 값을 얻었다. 위 값으로 완성된 반응 속도식은

공학/기술| 2011.09.12| 6페이지| 1,000원| 조회(431)

결과보고서, CSTR, Ethyl acetate, 반응속도측정, 액산반응기

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CSTR을 이용한 반응 속도식 측정 [예비]

< CSTR을 이용한 반응 속도식 측정 >1. 실험 이론☞ 반응기의 종류균일계 반응장치에는 일반적으로 세 가지 이상적 유형인 회분반응기, 정상흐름 및 비정상흐름 반응기, 반 회분 반응기가 있다. 이 반응기들은 취급하기 용이하며, 반응물질을 접촉시키는 가장 좋은 방법을 이중에서 찾기 때문에 실제 반응기를 설계할 때 이상반응기의 흐름에 근접하도록 한다.① 회분 반응기(Batch Reactor)회분 반응기는 간단하고 보조 장치가 거의 필요 없기 때문에 반응속도론에 관한 소규모의 연구에 이상적이다. 공업적으로는 취급하는 물질이 비교적 소량인 경우에 사용된다. 시간에 따라 조성이 변화하는 비정상상태의 조작이지만 어느 순간 반응기 내의 모든 곳에서의 조성이 균일하다. 반응 중에는 어떤 유체도 반응 혼합물에 진출입이 없다.② 정상흐름 반응기회분반응기가 소량의 물질을 취급할 때 사용하는 것과 대조적으로 정상흐름 반응기는 다량의 물질을 처리하는데 사용된다. 또한 반응속도가 큰 경우의 공업적 공정에 이상적이다. 보조 장치가 많이 필요하지만 제품의 품질관리를 잘 할 수 있다는 장점이 있다.※ 플러그흐름 반응기(plug flow reactor)플러그흐름 반응기는 반응기내에서 유체의 흐름이 질서정연하다는 특징을 갖고 있다. 실제로 측면으로의 혼합은 있을 수 있지만 흐름경로를 따라서는 혼합이나 확산이 있어서는 안된다. 플러그흐름에 대한 필요충분조건은 모든 유체의 요소에 대하여 반응기 내 체류시간이 동일하여야 된다는 것이다. 유체의 조성은 흐름경로를 따라 각 지점에서 변화한다.※ 혼합흐름 반응기(CSTR)혼합흐름 반응기에서는 나가는 흐름이 반응기내의 유체와 동일한 조성을 갖는다. 조성이 반응기 전체에서 균일하므로 성능 식은 반응기 전체에 대하여 계산한다.③ 반회분 반응기반회분 반응기는 융통성이 있는 반면 다른 형태의 반응기보다 해석이 어렵다. 회분식 반응기와 흐름 반응기의 중간 형태로써 시간에 따라서 조성과 용적이 변한다. 온도조절을 쉽게 할 수 있고 반응물 중의 한 물질의 농도를 낮게반응속도와 다를 때 반응기의 단위부피를 기준으로 하는 경우,균일계에서 반응기 내의 유체의 부피는 종종 반응기의 부피와 같다. 그러한 경우 V와 Vr은 같고 식은 상호 교환하여 사용 할 수 있다. 불균일계에서는 위에서 정의된 모든 반응속도가 사용될 수 있다.반응속도의 정의는 다음과 같은 관계가 성립한다.단일상의 반응 aA+bB →R+sS를 가정하면 반응물 A에 대한 가장 유용한 반응속도의 측정은 다음과 같다.또한 모든 물질에 대한 반응속도는 다음과 같은 상관관계가 있게 된다.반응속도는 물질의 조성과 에너지에 영향을 받는다. 여기서 에너지란 온도, 계 내에서의 빛의 강도 및 저장의 세기 등을 의미한다. 일반적으로 온도에 초점을 맞추어 보면 반응속도를 다음과 같이 쓸 수 있다.☞ mole balance를 이용한 반응 속도식 유도rj는 단위부피당 성분 j의 생성속도이다. 이는 단위부피당, 단위시간당 생성된 성분 j의 몰수이다. r에 대한 속도식은 단지 계내의 어떤 점에서 반응하는 물질의 성질의 함수이며, 반응이 일어나는 계의 형태에는 무관하다. 그러나 반응물질의 성질은 반응기 내의 위치에 따라 달라질 수 있기 때문에 rj는 위치의 함수가 될 수 있으며, 계내의 위치에 따라 달라질 수 있다. 화학반응속도는 세기량으로 온도와 농도에 의존한다. 반응속도식은 농도를 포함하는 대수 방정식다.A가 생성물이 되는 반응에서 속도식 -rA의 대수적 형태는 농도의 선형함수이거나 -rA=kCA 또는 다음과 같이 농도에 대해 다른 대수함수일 수도 있다. 즉 -rA=kC2A 등으로 표시될 수 있다.따라서 성분 j에 대한 일반적인 몰수지는 다음과 같다.= 계내로의 j의 흐름 속도= 계내에서 화학반응에 의한 j의생성속도= 계 밖으로의 j의 흐름 속도= 계내에서 j의 축적속도☞ 반응 속도식 측정방법※ Integral method(적분법)① 특정한 형태의 반응속도식을 가정한 후 반응속도는 농도의 시간에 대한 도함수 이므로 이를 적분하면 시간에 따른 농도 값이 도출된다. 따라서 시간이 독립변 수, 변수로 하여 그 래프를 그린다. 농도에 따른 반응속도 관계 그래프로부터 함수식을 통계적인 방법으로 유도한다.② 반응식이 복잡한 경우에 적합하나 실험자료가 정확해야 하고 자료의 수가 충분히 많아야 좋다.※ 초기속도법자료의 미분해석법은 단지 1회의 실험으로 반응 차수와 반응속도상수를 구할 수 있으므로 명백히 가장 쉬운 방법 중의 하나이다. 그러나 역반응이 과도하게 존재하는 것과 같은 다른 영향들이 발생 시에는 미분법이 적절하지 못할 수도 있다. 이러한 경우에는 초기속도법을 사용하여 반응차수와 반응속도상수를 구할 수 있다. 이 방법에서는 초기농도를 변화시켜가며 일련의 실험을 행하고, 그때마다 반응의 초기속도를 구한다. 초기혹도는 자료를 미분하고, 시간을 0으로 외삽시켜 구한다. 여러 가지의 도식적 또는 수치해석방법으로를와 관련시켜 속도식을 구할 수 있다. 속도식이 다음의 형태인경우에대그림의 기울기가 반응차수 α가 된다.※ 반감기법어떤 반응의 반감기은 반응물의 농도가 초기 값의 반으로 줄어들 때까지의 시간으로 정의된다. 어떤 반응의 반감기를 초기농도의 함수로 구하여 반응차수와 반응속도 상수를 구할 수 있다. 만약 화학반응에 수반되는 반응물이 둘이라면, 실험자는 반감기법과 함께 다음과 같은 형태의 속도식을 얻기 위하여 과량법을 사용한다.☞ 산염기 적정산 또는 염기의 표준용액을 사용하여 농도를 알 수 없는 염기 또는 산을 적정함으로써 정량분석하는 방법이다. 산성물질의 농도를 구할 때는 수산화나트륨 등의 강염기성 물질로, 염기성물질의 농도를 구할 때는, 염산이나 황산 등의 강산성 물질의 표준액으로 적정하는 것이 일반적이다. 적정 종점(당량점)의 검출에는 산, 염기지시약을 써 색깔의 변화로 검지하는 방법이 가장 널리 쓰이고 있다. 또한, 유리 전극, pH미터를 쓰는 전위차적정법을 이용하여 종점판별을 하는 방법도 널리 행하여지고 있고 자동적정장치도 보급되고 있다. 측정대상시료에 포함되는 산 또는 염기가 단일의 경우는 규정도, mol농도 등으로 농도를 표현하지만, 예를 들면, 몰농도를 구하는 것이 적정의 목적이며, 이 목적을 달성하는 과정은 다음과 같은 세 단계로 이루어진다.1단계로 적정액의 부피 및 몰농도를 사용하여 뷰렛에서 가해진 적정액 속의 화학종의 몰수를 계산한다.2단계는 화학반응식으로부터 적정액과 분석액의 화학종 간의 양론관계식을 쓰고 이것을 사용하여 적정액 속의 화학종의 몰수를 분석액 화학종의 몰수로 환산한다. 3단계는 용질의 몰수를 용액의 초기 부피로 나누어 분석액의 몰농도를 구한다.☞ 지시약중화 반응은 눈에 보이지 않기 때문에 확인하는 방법으로 지시약을 사용하는데 지시약은 수용액의 액성(산성, 중성, 염기성)에 따라 그 색깔이 변함으로써 중화 반응이 일어나는 것을 눈으로 직접 확인할 수 있게 해 주는 화합물을 말한다. 지시약은 대개 약한 산성 또는 약한 염기성 물질로 이루어져 있다.가장 흔하게 쓰이는 지시약은 산염기지시약으로, 산염기지시약은 pH(수소이온지수)에 따라 그 색깔이 달라진다. 산염기지시약은 그 자체가 약산 또는 약염기다. 만약 산성용액에 약산인 지시약을 한 두 방울 떨어뜨리면 지시약에 붙어 있는 수소는 잘 떨어져 나가지 않는다. 이미 용액 속에 수소이온이 많기 때문이다. 그렇지만 이 용액에 염기성 물질을 조금씩 넣어주면 용액 속의 수소이온 농도가 줄어들기 때문에 지시약에 붙어 있던 수소들이 해리되어 이온상태로 존재하는 분자의 수가 많아진다. 용액의 산성도가 변함에 따라 분자구조가 바뀌는 지시약 분자가 많아지고, 분자구조가 바뀔 때 분자의 색깔도 함께 변하게 된다. 나타나는 색깔을 관찰하면 대략적인 pH를 알 수 있고, 중화점을 찾을 수도 있다. 지시약의 색깔이 점차 변하는 pH의 범위를 변색범위라 하는데, 이는 지시약마다 다르다. 예로 메틸 오렌지는 산성이 세면 적색, 중성이나 염기성에서는 황색이며 페놀프탈레인은 산성이나 중성에서는 무색, 염기성이 세면 붉은색을 띤다.IndicatorpH rangeAcid colorBase colorMethyl violet0.5~1.5yellowblueThymol blue5colorlessblueAlizarin yellow R10.1~12.0yellowviolet이밖에도 산화형과 환원형의 색깔이 다른 점을 이용하는 산화환원지시약, 킬레이트적정에 주로 사용되는 금속지시약, 침전에 흡착될 때 색깔이 변하는 흡착지시약 따위가 있다.( pH에 따른 지시약의 색 변화 )< 기체 확산 실험 >☞ 확산의 정의확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것이다. 확산의 가장 기본적인 원인은 확산 성분의 농도 기울기에 있다. 농도 기울기는 농도가 같아지게끔 농도 기울기를 없애는 방향으로 성분을 이동시킨다. 확산 성분을 고농도 쪽에 계속해서 공급하고 저농도 쪽에서 제거하면서 농도 기울기를 유지하면, 확산 성분은 정상상태의 흐름을 갖게 된다. 확산의 일반적 원인이 농도 기울기이긴 하지만, 역삼투압에서와 같은 활동도 기울기, 압력기울기, 온도기울기, 또는 원심분리기에서와 같은 외력장에 의해서도 확산이 일어날 수 있다. 온도에 의해 생긴 분자확산은 열확산이며, 외력장에 의한 것은 강제확산이다.혼합물의 각 성분이 물리적 자극(농도구배, 압력구배, 온도구배, 원심력)의 영향을 받아 이동하는 것으로 확산의 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도구배에 있다. 농도구배는 농도를 같아지게 하여 농도구배를 없애는 방향으로 성분을 이동시키려고 한다. 확산 성분을 구배의 고농도 끝에 계속해서 공급하고 저농도 끝에서 제거하여 구배를 유지하면, 확산성분의 흐름은 연속적이다. 훌럭스(flux, 단위면적당 단위시간당의 전달되는 양)는 구배에 직접 비례한다.☞ Fick의 법칙분자 확산은 각 분자가 무질서한 개별운동에 의해 유체 속을 운동 또는 이동해 나가는 것이다. 각 분자는 직선운동을 하지만 다른 분자와 충돌에 의해서 방향이 임의로 바뀌는 무질서한 경로를 가지고 이동한다. 일차원 확산에 대한 다음의 일반식에서 몰 훌럭스는 열 훌럭스와 유사하고 농도기울기 dc/db는 온도기울기 dT/dx와 비슷하다. 픽의 제1법칙은 입자의 확산유량과 입자의 농도의

공학/기술| 2011.09.12| 10페이지| 1,000원| 조회(305)

CSTR, 반응속도식, 반응장치, 속도식측정

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접촉각 측정 실험 [결과]

1. 실험 제목접촉각 측정 실험2. 실험 목적접촉각에 영향을 미치는 요소들을 알아보고, 접촉각 측정을 통해 표면에너지를 구하여 그 결과를 분석해본다.3. 실험 방법① 측정하고자 하는 액체(물, Ethylene glycol, α-bromonaphthalene)를 주사기에 채운다.※ 주입 시, 공기가 주사기 속으로 들어가므로 액을 채운 후 주사바늘을 세워 공기를 제거한다.② 마이크로 피펫을 이용해서 15㎛만큼 주사기를 밀어 바늘 끝에 주사액이 맺히 면 슬라이드 글라스에 방울을 떨어뜨린다.※ 주사기 바늘이 슬라이드 글라스 표면에 닿지 않게 주의해서 떨어뜨린다.※ 슬라이드 글라스를 잡을 시 되도록 지문이 묻지 않게 한다.※ 되도록 슬라이드 글라스 중앙에 방울을 떨어뜨린다.③ 현미경을 이용하여 초점을 잡은 뒤 고정 십자 틀 중앙에 방울과 슬라이드 글라 스 사이의 접점을 일치시키고 접촉각 측정 각도기를 통해 접촉각을 측정, 그 눈금을 읽는다. 3회 반복하여 접촉각의 평균값을 낸다.※ 접촉각 측정 시, 충격에 의해 접촉각이 달라질 수 있으므로 되도록 진동을 주지 않게 한다.※ 시간이 지나면서 액이 증발할 수 있으므로 가능한 신속하게 측정을 한다.4. 실험 결과① 접촉각 측정 결과를 표로 작성1차 측정2차 측정3차 측정평균값Water56°56°55°55.38°Ethylene glycol51°50°50°50.33°α-bromonaphthalene41°43°42°42°②,,,,(평균값 작성)☞ 계산 공식(l1 : Water, l2 : Ethylene glycol, l3 : α-bromonaphthalene)α-bromonaphthalene44.644.6000Water72.621.651.025.525.5Ethylene glycol48.329.3193.030.1☞ l1 : Watercos 55.38° = 0.568 이므로☞ l2 : Ethylene glycolcos 50.33° = 0.638 이므로☞ l3 : α-bromonaphthalenecos 42° = 0.743 이므로을 l1 : Water과 l2 : Ethylene glycol의 식에 대입하면,위의 두 식을 연립하면,따라서이고,5. 고찰이번 실험은 액체의 접촉각을 이용하여 공식을 통해 고체의 표면에너지를 측정해보는 실험이었다. 이번 실험은 비교적 단순한 실험이었으나, 현미경을 이용하여 초점을 잡은 뒤 고정 십자 틀 중앙에 방울과 글라스의 접점을 일치시키는 법이 약간 까다로웠다.측정 결과, 참고자료에서 본 이론적인 접촉각과 이번 실험에서 측정한 접촉각이 차이가 발생하였고 이는 접촉각에 영향을 미치는 인자들의 영향으로 인해 오차의 원인이 발생한 것으로 보인다. 예비보고서에서 조사한 여러 가지 요인들 중 이번 실험에서 나름대로 크게 영향을 끼친 것으로 보이는 점들을 언급해보면 다음과 같다.☞ 시간 : 액체 방울을 떨어뜨린 후 되도록 신속하게 측정을 마쳤었어야 하나 현 미경 조작 미숙으로 인해 시간을 지체했고 그로 인해 액체가 증발하여 접촉각이 줄어들어 오차가 발생하였다.☞ 충격도 : 측정 시 측정 장비인 현미경 등을 건들게 되면 액체 방울이 미세하게 흔들려서 방울이 고체 표면에 퍼지게 되어 접촉각이 틀어지게 된다.☞ 실험기기 조작 미숙 : 측정 시 고정 십자 틀과 액체 방울의 접점을 일치시키는 법을 제대로 맞추지 못하고, 접촉각 측정 각도기와 액체 표면과의 접하는 지점 을 찾는 방법에서 측정하는 사람마다 서로 다르게 관측하여 접촉각 측정에 차 이가 발생하였다.☞ 방울 크기 : 방울의 크기를 일정하게 하여 위해 마이크로 피펫을 사용했으나 글라스에 떨어뜨리는 과정에서 액체 방울이 형태가 변화되어 접촉각에 영향을 미치게 된다.☞ 표면 거칠기 - 글라스 각각의 표면 거칠기가 차이가 있을 수 있다.따라서 접촉각 측정의 오차의 원인을 줄이기 위해서는 이러한 변수를 통제할 수 있어야 하고, 또한 Young's Equation 에 보정 값을 더해주게 되면 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다는 사실도 알게 되었다.이러한 접촉각의 실생활에서의 응용의 예는 다음과 같다.☞ 반도체 제조 공정 : 300mm 웨이퍼는 300mm가 넘는 인곳(ingot)을 절단하여 만들어지게 된다. 세대 보다 더 두꺼운 인곳은 보다 긴 절단시간과 보다 효율 적인 냉매시스템을 요구하게 되는데 이런 기계적 처리는 표면의 오염을 유발시 킬 가능성이 있으며 접촉각 측정은 이러한 오염을 손쉽게 발견할 수 있게 한 다.웨이퍼 세정시 일반적으로 널리 알려진 SC1용액을 이용하여 세정하게 되는데 실리콘 웨이퍼는 HF 처리 후 소수성으로 변하게 된다. 일반적으로 소수성정도 는 HF 처리시간 및 린싱시간에 따라 달라지게 되나 대략 70~90도 사이의 접 촉각을 보여준다. 만약 HF 처리 후 일정 범위를 벗어나는 접촉각을 보여주게 되면 표면에 유기 혹은 금속오염이 잔류하고 있다고 생각할 수 있다.

공학/기술| 2011.09.12| 5페이지| 1,000원| 조회(744)

접촉각, 접촉각측정, 표면에너지, 액체의 접촉각

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유체유동, 손실두 측정 실험 [결과]

1. 실험 제목 : 유체유동 실험(Reynolds number, 손실두 측정)2. 실험 날짜 : 2010년 10월 25일(월요일)3. 실험 목표☞ 유체흐름을 통하여 Reynolds 수의 개념을 이해하고, 층류와 난류, 그리고 전이영역에대한 유체흐름의 특성을 관찰한다.☞ 관내의 오리피스, 벤츄리, 플랜지, 마노미터 등 관 부속품 근처에서의 유속변화에 따른 압력 손실두를 계산하고, 비압축성 유체의 흐름에 대한 특성을 이해하고자 한다.4. 실험 방법▶ Reynolds number 구하기(1) 탱크에 물을 채우고 밸브를 열어서 적당량의 물을 탱크 내 관부를 통하게 한다.(2) 잉크를 이용하여 물의 흐름을 관찰하고 스톱워치로 시간을 재면서 그 유량을 측정한다.(3) 밸브로 유속을 변화시키면서 다양한 흐름에서 유량을 측정한다.▶ 손실두 구하기(1) 각 밸브를 열고 pump를 작동시켜 파이프 내의 air를 뺀다.(2) 측정하고자 하는 장치의 밸브만을 열고 물을 순환시킨다.(3) 마노미터를 이용 압력차를 측정하고, 출구파이프를 열어 시간과 함께 유량을 측정한다.5. 실험 결과▶ Reynolds number 구하기1) 질량 유속 계산순서통+물 무게(kg)통 무게(kg)물 무게(kg)시간(s)질량 유속(kg/s)층류15.504.11.4200.07026.152.050.10335.451.350.068난류19.504.15.4200.270211.056.950.348311.757.650.3832) 평균 유속 계산☞ 물 온도 : 22℃ → 22℃에서의 물의 밀도 : 997.860kg/m3☞ 관 지름 : 2cm → 관 단면적 : 0.000314m2층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :난류 2 :난류 3 :3) Re수 계산☞ 레이놀즈 수(NRe) :☞ 물 온도 : 22℃ → 22℃에서의 물의 점도 : 0.00096kg/m?s층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :난류 2 :난류 3 :4) Re수와 평균 유속간의 그래프▶ 손실두 구하기1) 벤츄리 미터의 단면적 계산벤츄리 미터입구출구외경(mm)46.723.7관 두께(mm)55관 내경(mm)36.713.7단면적 A(m2)0.0010580.0001472) 질량 유속 계산순서비커+물 무게(g)비커 무게(g)물 무게(g)시간(s)질량 유속(kg/s)층류1168.4211.2168.4100.01682170.2170.20.01703168.9168.90.0169난류1338.95211.2338.95100.03392343.2343.20.03433337.6337.60.03383) 입구 ? 출구 관의 평균 유속 계산☞ 물 온도 : 22℃ → 22℃에서의 물의 밀도 : 997.860kg/m3☞ 입구 관 평균 유속층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :난류 2 :난류 3 :☞ 출구 관 평균 유속층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :난류 2 :난류 3 :순서압력차(kpa)질량 유속(kg/s)마찰 인자(α)입구 관평균 유속(m/s)출구 관평균 유속(m/s)층류10.770.016820.01590.114520.770.01700.01610.115930.770.01690.01600.1152난류125.230.033910.03210.2311225.230.03430.03250.2338325.230.03380.03200.23044) 손실두 계산☞ 비정상상태에서의 베르누이 방정식 :위의 식에서 위치에너지의 차이는 서로 같은 높이에서 측정했기 때문에 서로 상쇄펌프 효율 영향 값은 미소하여 항 소거따라서 위 식을 손실두 항으로 정리하면층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :난류 2 :난류 3 :5) 층류와 난류의 파악을 위한 Re수 계산☞ 레이놀즈 수(NRe) :☞ 물 온도 : 22℃ → 22℃에서의 물의 점도 : 0.00096kg/m?s층류 1 :층류 2 :층류 3 :난류 1 :(층류의 결과 값)난류 2 :(층류의 결과 값)난류 3 :(층류의 결과 값)6. 고찰이번 실험에서는 유체의 흐름에 관한 Reynolds의 실험을 통해서 층류와 난류 흐름 상황을 가정하여 흐름에서의 Reynolds 수를 구하였다.먼저 Reynolds 수 측정에서는 유체의 흐르는 속도를 층류와 난류에 가상으로 조절하여 그 흐름에 잉크를 투입함으로써 잉크의 퍼지는 모습에 따라 대략적인 층류와 난류의 흐름을 구별할 수 있었고, 단위 시간에 따른 물의 양을 측정함으로써 속도를 구할 수 있었다. 그 결과를 통해 Reynolds 수를 구함으로써 가정한 유체의 흐름이 맞는지 아니면 그 흐름이 어디에 속하는지를 알 수 있었다. 이번 실험에서는 완전 발달 흐름을 관찰해서 유체의 흐름을 파악해야 하는데 그 지점은 잉크가 퍼지기 시작한 시점부터 관의 1/3 지점에서 유체의 흐름이 어느 정도 안정되는 상태에서 파악하였다.하지만 이번 실험에서 Reynolds 수를 구하여 보니 전부 난류영역이 관측 되었다. 이러한 결과를 얻은 주된 원인은 아마도 층류의 흐름을 구하기 위해서 완전 발달 흐름을 잉크가 퍼지는 모습을 보고 육안으로 대략적으로 측정한 것이 주된 요인이 아닐까 싶다. 또한 실험에서 수조의 물 높이가 일정해서 유속에 영향을 미치지 않아야 하나 실험을 하다 보니 수조의 물높이에도 차이가 발생하게 되었다. 이것이 층류의 흐름측정에서 난류가 관측된 주된 오차의 원인인 것 같다. 마지막으로 물의 질량 유속을 잴 때에도 정확한 값을 측정한 것이 아니기 때문에 오차가 있었을 것으로 생각이 된다.그래프를 통해 Reynolds 수와 평균 유속간의 관계를 보았을 때, Reynolds 수는 무차원의 단위로 액체의 점도에 반비례하고 관의 직경과 밀도, 유체의 유속에 비례하는데 이번 실험에서는 액체의 점도, 밀도, 그리고 관의 직경이 일정한 상태로 진행되었기 때문에 변화하는 유속에 비례하여 Reynolds 수가 증가함을 알 수 있었다. 또한 난류일 때, 기울기가 더 작아서 유속의 흐름에 더 많은 영향을 받는다는 사실을 알게 되었다.손실두 측정에서는 비정상상태에서의 베르누이의 식을 이용하여 손실두를 측정하였다.여기서 운동에너지를 정확하게 나타낼 수 있도록 보정인자 α를 사용하였는데 α는 다음과 같다.α를 알면, 국부 유속 대신에 평균 유속을 사용하여 운동에너지를 계산할 수 있다. α는 층류일 때 2, 난류일 때 1값을 갖는다고 실험 조교님을 통해 알게 되었다.

공학/기술| 2011.09.12| 6페이지| 1,000원| 조회(207)

유체유동, 유체흐름, 유체유동실험, 손실두, Reynolds numbe

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