[화공공정실습설계1] 흡수탑 결과 레포트(A+)

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목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

H 적정량 : 10.5ml
- 몰 농도 계산 값
탑아래 농도
C1 = 3.40 (kg mol / m3 )
탑위 농도
C2 = 0 (kg mol / m3 )
포화탑 아래 농도
C1*= 4.477(kg mol / m3 )
포화탑 위 농도
C2*= 4.618(kg mol / m3 )
충전탑 높이
1.4m
물의 몰 속도
LM = 5576.06kg mol /m2 hr
- 이동단위수(NTU)
- 이동단위높이(HTU)
- 총괄 물질전달계수(KLa)
③ CO2 유량이 7NL/min 일 때 / NaOH 적정량 : 11.8ml
- 몰 농도 계산 값
탑아래 농도
C1 = 3.92 (kg mol / m3 )
탑위 농도
C2 = 0 (kg mol / m3 )
포화탑 아래 농도
C1*= 4.477(kg mol / m3 )
포화탑 위 농도
C2*= 4.618(kg mol / m3 )
충전탑 높이
1.4m
물의 몰 속도
LM = 5576.06kg mol /m2 hr
- 이동단위수(NTU)
- 이동단위높이(HTU)
- 총괄 물질전달계수(KLa)
Water(GPM)
CO2(NL/min)
적정량(ml)
NTU
HTU(m)
Kla (kmol/m3hr)
1.3
3
7.5
0.665
1.845
2311.14
5
11.8
2.042
0.686
6215.82
7
13
3.967
0.353
12081.86
1.5
3
6.9
0.567
2.473
1989.51
5
11
1.599
0.875
5622.93
7
12.5
2.722
0.514
9567.08
1.7
3
6.5
0.506
2.767
2015.20
5
10.5
1.398
1.001
5570.49
7
11.8
2.042
0.686
8128.37
고찰
실험을 진행하기 전에 water, air, CO2 유량계의 단위를 확인했다. water는 GPM, air는 SCfh, CO2는 NLPM으로 적혀있었다. 이를 모두 LPM으로 환산하여 실험방법에 명시된 유량을 맞추어주었다. 책에 기재된 air의 유량은 10LPM으로 이는 21.2 SCFH이므로 첫 실험을 21.2 SCFH로 맞추고 진행한 뒤 적정을 했더니 적정량이 예상치보다 훨씬 적었다. 이유를 생각해보니 air의 유량이 너무 작으면 air를 타고 흐르는 CO2가 실린더의 끝까지 도달하기 어렵다. 결과적으로 water가 실린더 전체에서 CO2와 반응하지 못하게되고, 이는 실험값에 큰 오차원인이 된다. 실린더 내부는 충전물로 가득 차 있기 때문에 21.2 SCFH는 터무니없이 부족함을 느꼈다. 조원들과의 의견조율 끝에 air의 유량을 100 SCFH로 고정하였고 이는 47.2 LPM에 해당한다. 실험 결과값을 계산할 때 식에 RPM은 큰 상관이 없으므로 일정하게 유지만 시켜준다면 큰 문제는 되지 않았다.
결과값을 계산할 때 가장 중요하고 주의해야 할 것이 있다. Nox 값을 구하는 것인데, 이중으로 된 분수에서 가운데를 기준으로 위아래를 따로 먼저 계산하면 안된다. 그 이유로는 맨 위를 제외한 나머지 세 부분이 로그평균 델타yL 으로서 하나의 식이기 때문이다. 가운데를 기준으로 각각 계산하게되면 C1이 증가함에 따라 Nox는 감소하는 경향성이 나타난다. 간단히 설명하면 lnx에서 x값이 0 위 실험은 다른 실험들과 비교했을 때 신경써야 할 부분이 다소 많다. 이를 오차원인으로 들 수 있는데, 첫 번째로, air, water, CO2의 유량을 일정하게 유지하는 것이 굉장히 어렵다. 이 세가지 요소가 한 실린더 안에서 반응하기 때문에 어느 하나의 유량이 변하면 다른 분자들도 덩달아 변하게된다. 따라서 이 세 가지 종류의 분자들은 서로 독립적이지 않다. 실험을 통해 물이 어느정도 차는 선이 있는데, 그 선을 충전물이 차있는 부분에 맞추는 것이 가장 이상적이다. 그 부분보다 선이 내려가면 CO2가 온전히 흡수되지 못하고 빠져나가게되고, 그 부분보다 선이 올라가면 물이 실린더 너머 범람하게 된다. 두 번째로, 적정 시 페놀프탈레인의 색이 변하는 순간을 정확하게 정의하기가 어렵다. 색이 변하는 시점에서 아주 미세하게 연분홍일 때에 종결되었다고 결론내려야할지, 뚜렷한 빨간색이 나타났을 때 종결을 결정해야할 지 애매모호하다. 이 과정에서 적정량에 오차가 발생한다. 이를 보완하기 위해서는 주관적인 판단에 의존하는 지시약을 사용할 것이 아니라, 전도도 측정과 같은 기준이 명확한 방법을 쓰는 것이 좋다. 세 번째, 적정을 한 뒤 비커의 물기를 완벽하게 제거하지 않았다. 비커 안에 제거되지 않은 물기가 더해지면서 C1값에 영향을 줄 수 있다. 가장 좋은 방법은 다음 실험 10분을 기다리는동안 깨끗이 씻은 비커를 드라이기나 히터 등으로 말려 물기를 완전제거하는 것이다. 여기서 10분을 기다리는 이유는 유량변화로 인한 CO2의 흡수에도 변화가 있으므로 이를 정상상태로 만들어주기 위함이다. 마지막으로, NaOH의 성질에 있다. NaOH 수용액을 만들기 위해 기름종이에 정해진 양을 담아도 금방 공기중의 수분과 반응하여 녹아서 비커에 다 담지 못한다. 또한 수용액 상태에서 물에 녹아있는 CO2와 산염기 반응을 하여 흔히 소다라고 불리는 탄산수소나트륨이 염으로 침전된 것을 볼 수 있다. 이는 0.02M보다 조금 낮은 농도를 갖게 될 것이다.
참고문헌
“나노화학공학과실험”, 나노화학공학과 순천향대학교(2006), 김성원저, pp.150~167
“McCabe의 단위조작 7판” (2017), Warren L.McCabe저, pp.475~502

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