기체 흡수 실험 예비

소개글

기체 흡수 실험 예비에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
- 기체흡수(gas absorption)
- 충전탑
- 충전물 및 그 조건
- 공극률(porosity)
- 편류(channeling)
- 부하점(loading point)
- 조작선과 평형선
- McCabe-Thiele법

본문내용

값이 되면 이론적 단수를 구하기 위한 조작선이 훨씬 간단해진다. 이것은 각 단에서의 엔탈피 수지식을 세워서 나타낼 수 있으며, 일정한 몰수의 흐름(constant molal overflow assumption)이 있다고 가정한 것이다.
농축부의 물질 수지식은 다음과 같다.
그림 2-15. 정류탑의 간단한 모형
(2-38)
F : 원료 공급량 [kg-mol/h]
D : 유출액량 [kg-mol/h]
x, y : 액상 및 증기상의 저비점 성분의 몰분율
QS : 재비기(reboiler)에 가하는 열량 [kcal/h]
QC : 응축기(condenser)에서 제거되는 열량 [kcal/h]
V, L : 농축부(rectifying section)에서의 상승 증기 및 강하 액량 [kg-mol/h]
V', L' : 회수부(stripping section)에서의 상승 증기 및 강하 액량 [kg-mol/h]
H, h : 증기 및 액의 엔탈피 [kcal/kg-mol]
식 (2-38)은 조건에 의해서 다음과 같이 엔탈피식으로 전개된다.
(2-39)
식 (2-39)의 우변을 (2-35),(2-36),(2-37)의 조건에 따라 정리하면 다음과 같다.
(2-40)
식 (2-40)은 단수에 관계없이 V값이 QC/λ와 동일하다는 것을 나타낸다.
즉,
(2-41)
회수부에서도 동일한 과정으로 증명되어진다. 회수부의 물질수지식은 다음과 같다.
(2-42)
(2-43)
식 (2-43)은 단수에 관계없이 V'값이 QS/λ와 동일하다는 것을 나타낸다. 각 단에서 하강하는 액체의 몰수도 농축부 및 회수부에서 동일한 방법으로 증명할 수 있다.
농축부에서는
(2-44)
회수부에서는
(2-45)
-농축부(rectifying section)에서의 조작선의 방정식
농축부에서의 물질수지식은 식 (2-38)에 나타나 있다.
그림 2-16. 농축부와 회수부에서의 조작선
이때 저비점성분의 몰분율은 x, y라 하며 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(2-46)
식 (2-46)은 농축부에서의 조작선의 방정식을 나타낸다. 이것을 x-y도표에 나타내면 조작 선의 기울기는 로 항상 일정하여서 직선이 된다. 또한 y절편은 가 된다.
만약 각 단에서의 액체와 증기의 몰수가 일정하다는 가정을 사용하지 않는다면 조작선은 각 단에서 기울기가 달라지므로 복잡한 곡선이 될 것이다. 일반적인 조작선은 그림 2-16에 나타내었다. 조작선의 기울기는 항상 1보다 작고 1인 경우는 생성물이 없는 경우이다.
-회수부(stripping section)에서의 조작선의 방정식
원료가 도입되는 지점에서 보면 농축부에서의 액상과 기상의 흐름은 원료 도입으로 인해서 변화하게 된다. 새로운 흐름은 원료 도입지점의 아래로 흐르게 되는데 이 때 이 흐름을 농축부와 구분하기 위해서 회수부라고 하며 이 때 액상과 기상의 흐름을 L'과 V'로 표시한다. 그리고 그림 2-17에서는 단사이로 도입된 원료의 흐름을 보여주고 있으며 원료의 액상과 기상의 흐름을 각각 LF와 VF를 표시하였다.
회수부에서의 물질 수지식은 식 (2-42)에 나타나 있다.
이때 휘발성분이 낮은 성분의 몰분율을 x, y라 하면 다음과 같다.
(2-47)
식 (2-47)은 회수부에서의 조작선의 방정식을 나타내다. 이것을 x-y도표에 나타내면 기울기가 으로 항상 일정한 직선의 식으로 나타낼 수 있다.
일반적인 회수부의 조작선을 그림 2-16에 나타내었으며, 그림에서와 같이 대부분의 회수부 조작선은 기울기가 1보다 크다. 기울기가 1일때는 생성물이 없게 된다.
②흡수의 원리
미분접촉 장치이므로 조성 변화는 장치 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 연속적임
※ 기체(V)는 탑을 통과함에 따라 감소하고, 액체(L)는 증가 한다. → 용해성 기체를 10% 이하로 함유하는 빈약기체인 경우 유량 변화는 무시할 수 있음.
※ 조작선의 평균 기울기 = 액체와 기체의 몰유량 비 = L/V
③McCabe-Thiele Method이용 이상 단수 구하는 법
앞에서 설명한 농축부에서의 조작선과 회수부에서의 조작선, 원료선을 이용하여 다음과 같은 순서로 이론적 단수를 계산한다.
a.x-y도표상에 대각선(x=y)을 그린다.
b.농축부에서의 조작선을 그리기 위해서 점 D (xD, yD)를 지나고 절편이인 직선을 그린다.
c.원료 공급단의 조작선 즉, 원료선을 그리기 위해서 점 F (xF , yF)를 지나고 기울기가 인 직선을 그린다. 그리고 나서 ②에서 그린 농축부의 조작선과의 교점을 구한다. 이때 두 직선이 만나는 교점은 농축부의 조작선과 회수부의 조작선이 만나는 교점이기도 하다.
d.점 W (xW , yW)와 원료선과 농축부의 조작선의 교점을 연결하면 회수부의 조작선을 얻을 수 있다.
e.점 D에서 부터 시작하여 평형 곡선을 향해 x축에 평행하게 직선을 긋는다. 평형 곡선과 만나는 점에서 다시 조작선을 향해 y축에 평행하게 직선을 그어 조작선과 만나는 점을 구한다.
f.e의 과정을 점 W (xW , yW)를 지날때 까지 계속 반복한다.
g.x-y도표에 작도한 삼각형의 갯수가 이론단수가 된다. 이 때 원료선을 지나는 단이 최적 공급단이 된다.
h.탑 하부에 재비기(reboiler)가 있고, 상부에 응축기(condenser)가 설치되어 있을때, 각각을 하나의 단수로 볼 수 있으므로 이론적 단수를 N이라고 하면 재비기 혹은 응축기 둘 중에서 하나만 있을 때는 N=이론단수-1, 둘 다 있을 때는 N=이론단수-2가 된다.
그림 2-20. McCabe-Thiele법에 의한 단수작도법
4.참고문헌
1)단위조작6판,McGraw-Hill Korea펴냄,Warren L.McCabe 공저,547-548p
2)학술발표회초록 ( 분리기술 (2) ) : 반응성 고체입자 슬러리에서 기체흡수 ( Gas absorption with an Instantaneous Reaction in a Slurry of Sparingly Soluble Fine Reactant Particles ) ,한국화학공학회
3)폐기물처리,동화기술,정재춘.강동준 공저
4)공업열역학,범한서적,김광선외 역
5)화학공학술어집,청문각,한국화학공학회
6)물리약학,동명사,물리약학 분야 학회

키워드

기체흡수,   충전탑,   충전물