기체 흡수 레포트

본문내용

2O
기체와 액체의 향류 흐름에
있어서의 압력강하
액체의 유량
2 L/min
기체의 유량
75 L/min
Manometer 압력차
40mm H2O
액체의 조건
액체의 온도
위 : 12.5℃
아래: 10.8℃
액체의 유량
2 L/min
기체의 조건
CO2의 유량
5 L/min
Air의 유량
10 L/min
SAMPLE의 부피
50 ml
NaOH 적정부피
V11 : 6.4 ml V8 : 14.1 ml
탑밑 포화농도 (C1*)
5.1468 kgmol/m3
탑위 포화농도 (C2*)
4.858 kgmol/m3
SAMPLE의 농도 (C1)
9.08 kgmol/m3
총괄 물질전달 계수
1786.34 kgmol/m3 hr
이동단위 높이
0.7423 m
(2) 실험 결과의 계산
* 두 온도에서의 포화 농도
(교재의 Data Table을 이용하여 interpolation 으로 구할 수 있다.)
- C1* (탑 아래 10.8℃) = 0.2255 g CO2/g H2O
= 5.1468
- C2* (탑 위 : 12.5℃) = 0.2132 g CO2/g H2O
= 4.858
* V11에서 채취한 샘플 (Tank)에서 소비된 0.02M NaOH의 부피 : 6.4 ml → [B]
* V8 에서 채취한 샘플 (탑 하부)에서 소비된 0.02M NaOH의 부피 : 14.1 ml → [A]
* [A]-[B] : Sample 50ml 안에 있는 탑에서 흡수된 CO2의 농도 [C1]
C2(탑 위 농도) 는 항상 CO2를 흡수 할 시간이 없으므로 0 으로 잡는다.
* 물의 몰 유속 LM = 물의 몰 유량 / 관의 단면적
- 물의 몰 유량 =
= 6.67 kmol/hr
- 관의 단면적 =
* 이동단위 수
* 이동단위 높이
* 총괄 물질 전달 계수
6. Discussion
이 실험의 목적은 충전탑에서 액체와 기체가 흐를 때의 특성을 익히고 기체 혼합물 중 한 성분(CO2)를 흡수시켜 물질전달 계수와 NTU, HTU를 구해보는 것이다, 말 그대로 이 실험을 통하여 물질전달계수와 이동단위 수, 높이에 대해 이해하고 그 수치를 실험 Data에 의하여 구해 봄으로 그 개념을 파악하게 되었다는데 의의가 있다고 생각한다.
다만 아쉬움이 남는 것은 우리의 실험에 대한 정확도가 떨어지는 것이다. 따라서 토의 부분에서 오차의 원인과 그 해결책에 대해 생각해보고자 한다.
우선 가장 큰 원인은 실험장비에 대한 이해부족을 꼽을 수 있을 것이다. 실험을 하기 전에 6번 기체흡수에 대한 실험을 할 것이라는 것을 알고 미리 장치와 실험 방법 등을 읽어보고 실험에 임했음에도 불구하고 실험을 계획대로 설계하고 시행하는데 까지 생각만큼 원활히 진행되지 못하였다. 처음 이 실험을 했던 조원들에게 장치를 다루는 방법 등을 조금 설명 듣긴 했지만 다들 자신의 실험에 바빠 제대로 설명을 듣기 어려웠고 단위조작에 대한 정확한 수업을 들은 적이 없는 상태에서 수행하려니 그 Data가 왜 필요하고 이 결과를 어떻게 분석하는지 이해하는데 많은 시간을 할애할 수 밖에 없었다. 실험에 임하기 전에 하게 될 실험에 대해 더 정확한 숙지가 필요 한 것 같다.
또 문제로 삼고 싶은 부분은 “적정” 이다. 이 실험에서의 적정은 페놀프탈레인 지시약을 이용하여 0.02M NaOH를 넣는 식으로 이루어 졌다. 하지만 이런 식의 적정은 교재에서 언급한 대로 정밀성이 너무 떨어진다. 우선, 페놀프탈레인 지시약을 우리의 육안으로 변화하는 색을 가지고 판단하는 것 자체가 너무 주관적이라는 생각이 든다. 선홍빛이 30초간 지속 될 때까지 적정을 하였는데 뒤에 흰 종이를 대며 실험에 임하였지만 이는 V8, V11샘플의 색깔변화를 감지하기가 쉽지 않았고 1회용 피펫을 이용하여 적정하다보니 실험도중에 샘플에 공기 중의 CO2 가 용해되는 것을 막을 수가 없었다.
또한 처음 NaOH 용액을 만들고 나서 용액이 담긴 플라스크를 마개로 닫아 두었어야 했는데 마개가 없어서 그냥 종이로 살짝 덮어 두었었다. 입구가 확실히 막혀있지 않았으므로 샘플을 취하여 적정을 하는 데 까지 시간이 있었으므로 공기 중의 CO2가 들어갔을 것이다. 이는 적정할 때에 오차의 원인으로 작용했을 것이다. 이러한 이유로 인한 오차를 줄이기 위해서는 NaOH 용액을 만들고 나서 확실히 마개로 닫아서 공기 중의 CO2가 들어가는 것을 막아야 하며 피펫으로 샘플에 NaOH 용액을 첨가 시킬 때 좀 더 빠르게 실험을 해야 한다고 생각한다. 또한 샘플의 색깔 변화를 정확히 감지하기 위해 우리는 실험을 할 때에 아래에 흰 종이를 두고 페놀프탈레인 용액을 넣은 후에 색깔이 조금 변한 것 같으면 옆에도 흰 종이를 대보고 했었는데 이렇게 옆면에 흰 종이를 일시적으로 대는 것이 아니라 플라스크의 옆면에 계속해서 흰 종이를 두어 빛 등으로 인해 색깔을 정확히 감지하지 못하는 요인들을 차단해야 순간적으로 변하는 용액의 색을 감지 할 수 있다고 생각한다.
그리고 책에 나온 추가적인 실험 역시 해 봤으나 Hemple 기기조작 시 기체만 나와야 할 상황에 아래로부터 물이 역류하여 원활한 실험이 이루어지기 힘들었다. 한번 역류하기 시작한 물은 기체의 양 측정에 큰 어려움으로 작용하였다.
우리 조는 6번 실험을 하는 동시에 2조와 함께 7번 실험도 해야 했었다. 한꺼번에 두 실험을 하는 것이 어려워 6번 실험을 중점적으로 하면서 실험이 진행되며 기다려야 하는 시간 등에 7번 실험을 체크하고 그 실험에 간간히 참여하였다. 이렇게 두 가지 실험을 모두 하려고 하니 한 가지 실험만 할 때 보다는 집중도가 떨어져서 실험을 보다 정확하게 하는 데 문제가 발생 한 것 같아 아쉬움이 남는다.
7. Reference
1) 화학공학 실험, 연세대학교 공과대학 화학공학과 2007
2) 화공실험. 노윤찬, 서교택. 진영사. 2002.
3) 단위조작 6판. Waren.l.Mc Cabe, Julian C. Smith, Peter Harriott.
이화영, 전해수, 조영일. 한국맥그로힐(주). 2001.
4) 단위조작실험. 노윤찬 서교택 허권 김홍수 편저. 1999. 진영사
5) http://www.chemmate.com/chem2/5/5-3-2.htm

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