컴퓨터제어 시스템을 이용한 산-염기 공정의 pH중화실험

목차

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 이론
1. pH 중화공정
2. PID Controller
3. Converter

Ⅲ. 실험장치 및 방법
1. 시약만들기
2. 보정 수식 만들기
3. 결정
4. pH 제어

Ⅳ. 실험결과
1.
2. pH 제어

Ⅴ. 실험결과에 대한 고찰

Ⅵ. 결론

Ⅶ. 사용기호

Ⅷ. 참고문헌

본문내용

715
5.888
456.7
925
5.325
433.1
1135
5.084
434
720
5.881
457
930
5.337
432.5
1140
5.009
435.8
725
5.9
456.6
935
5.317
432.8
1145
5.041
435
730
5.875
457.3
940
5.328
432.3
1150
5.031
435.2
735
5.903
456.7
945
5.319
432.2
1155
5.027
435.3
740
5.904
456.8
950
5.27
433.2
1160
5.036
435
745
5.911
456.7
955
5.248
433.5
1165
5.039
434.9
750
5.889
457.3
960
5.276
432.6
1170
5.017
435.4
755
5.902
457
965
5.24
433.3
1175
5.038
434.9
760
5.906
457
970
5.246
433
1180
5.081
433.9
765
5.911
456.9
975
5.199
433.9
1185
5.024
435.2
770
5.906
457.1
980
5.186
434
1190
5.011
435.5
775
5.925
456.8
985
5.156
434.6
1195
5.041
434.7
780
5.914
457.1
990
5.235
432.6
1200
5.027
435
785
5.889
433.5
995
5.183
433.7
그림3. time vs. flow rate
그림4. time vs. pH
Ⅴ. 실험결과에 대한 고찰
이 실험은 Open loop test를 통하여 정확한 조율값( )을 구하고, 이를 대입시켜 직접 pH농도를 Control해 보는 것이 목적이다. 이 실험이 잘 이루어졌는지의 판단은 마지막 pH적정 실험결과를 분석해보면 된다. 앞의 그래프와 결과값을 보면 pH4 영역에서는 상당히 잘 수렴한 것을 볼 수 있는 반면에, pH5 - 6 영역에서는 Oscillation이 일어나 결과가 만족스럽지 못하였다.
먼저 이 원인에 대한 이론적인 부분을 살펴보았다. 실험 과정에서 시약을 만드는 과정에서는 매우 묽은 농도의 용액을 만들어서 사용했기 때문에 오차는 그렇게 크게 작용하지 않았을 것으로 보인다. 그리고 실험장치의 정밀성과 시험용액의 변질 또한 무시될 수 있다고 생각하며, 실험실의 온도와 기압등도 이 실험의 영향에 거의 미치지 않았다고 생각된다.
반면에 값을 구할 때 문제가 있었다고 생각된다. 조율값을 유도할 때 Laplace Transform을 이용하는데, 이는 tuning 영역이 linear하다는 조건이 있어야 한다. 실험에서 Open loop test는 pH4 부근의 영역이었고 완충제 유무에 따른 Flow rate vs. pH의 그래프를 살펴보게 되면, pH4 부근의 영역과 pH5 - 6 의 영역을 볼 때, 어느 정도 기울기가 다르다는 것을 알 수 있다. 따라서 pH4 부근의 영역에서는 만족스러운 결과를 얻었지만, pH5 - 6 영역에서는 linear한 기울기와의 차이를 보여 결과값이 좋지 못했던 것 같다.
Ⅵ. 결론
이번 실험을 통해서 피드백제어의 원리와 이의 형태인 비례제어, 적분제어, 미분제어와 실험에서 사용한 비례적분제어의 특징을 이해하고, 적용할 수 있었다. 특히 비례적분제어(PI)는 비례제어의 신속한 응답과 적분제어의 offset제거효과를 결합한 형태로 효과적인 제어기이란 점과, 그러나 실험을 통해서 reset windup과 같은 부수적인 현상도 지닌 것도 확인할 수 있었다. 제어장치 보정에서는 선형의 관계로 간주한 가정이 유효하다는 것도 실험을 통해서 확인하였으며 산염기 반응이 step input에 대하여 서서히 증가하다가 일정해지는 형태를 가진 공정이라는 점도 확인 할 수 있었다. 피드백 제어의 발전형태인 IMC방식을 적용하여 조율값을 조정하면서 제어하였고 이를 통해서는 값이 증가 할수록 진폭이 커지고 reset windup이 두드러지게 나타난다는 사실을 알 수 있었다.
이번 실험은 공정제어 과목에서 배운 제어기의 특성을 실제로 확인 할 수 있는 기회가 되어 매우 유익했다고 본다. 학과사이트의 프로그램으로 제어를 확인해왔던 것에 비하면 직접 실제 산염기의 반응을 제어함으로써 공부한 지식을 재정리하면서 적용력이 향상되었다는 점이 특히 그렇다. 그리고 반응공학에서의 반응기의 특성과 왜 이 장치가 여기에 쓰일 수 있는가에 대한 질문도 도움이 되었으며, 실제로 무심코 실험하는 장치 하나하나가 어떠한 원리를 지니고 있다는 점을 깨닫는 기회였다. 그리고 실험에서 중요한 가정과 이 가정이 어떻게 결과에 반영되고 하는 점에 대해 생각 할 수 있는 기회여서 더욱 의미 있었던 실험이라 본다.
Ⅶ. 사용기호
CV : Controlled Variable
DV : Disturbance Variable
MV : Manipulated Variable
SP : Set Point
K : process gain ; [ second/ml ]
Kc : Proportional Gain ; [ml/second]
: time constant ; [ second ]
: Derivative time or Preact time ; [ second ]
: Integral time or Reset time ; [ second ]
Ⅷ. 참고 문헌
- 최재성, 최재구, 순무정, 최택열, 2000, “최신 분석화학”, 동아기술
- Dale, E. Seborg, Thomas F. Edgar, Duncan A. Mellichamp, 1989, "Process Dynamics and Control", John Wiley ＆ Sons
- Thomas E. Marlin, 2000, "Process Control 2nd Edition", Mc crow Hill
- Octave Levenspiel, 1999, "Chemical Reaction Engineering", John Wiley ＆ Sons
- Process Control Applet Series number 1. Introduction to process control
http://www.cheric.org/education/lecture

키워드

pH-PID,   공정제어실험,   산-염기 공정