기체흡수 실험

소개글

기체흡수 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목 적

2. 이 론
2-1 물질수지
2-2 흡수속도
2-3 탑높이 계산
2-4 전달단위수
2-5 압력강하와 한계유량

3. 실험장치

4. 실험방법

5. 실험결과

6. 검토 및 토의사항

7. 결 론

8. 참고문헌

본문내용

는 화산가스 속에 함유되어 있는 일도 있다. 공업적으로는 염소와 수소를 반응시켜 만들며, 각종 탄화수소를 염소화할 때 부산물로도 얻고 있다. 실험실에서는 진한 황산에 진한 염산을 떨어뜨려 발생시키거나, 식염과 진한 황산을 반응시켜서 만든다. 무수물은 염화비닐의 원료 등으로 사용되나, 주로 염산으로 사용된다.
페놀프탈레인 용액
산과 알칼리를 구별하는 지시약(指示藥)으로서 알려져 있다. 화학식 C20H14O4. 무색~약간 황색을 띤 백색 결정이며, 분자량 318.33, 녹는점 262∼264℃이다. 고온에서는 승화한다. 에탄올에는 녹지만 에테르에는 잘 녹지 않으며, 물에는 거의 녹지 않는다. 산성 용액 속에서는 무색이며, pH 9 정도에서는 홍적색(紅赤色)이 되고, 그보다 pH가 높은 알칼리성 용액에서는 그 색을 유지한다. 그 원인은 트리페닐메틸계에 특유한 것으로, 일반적으로 탄소원자가 다른 4개의 원자와 결합해 있는 경우(산성형)에는 무색이고, 다른 3개의 원자와 결합하여 분자가 평면에 가까운 구조를 이루고 있는 경우(알칼리성형)에는 색을 지닌다고 하는 성질에 의한다. 1871년 A.바이어에 의해서 처음으로 합성되었으며, 프탈산무수물(無水物)과 페놀을 가열축합하면 생긴다. 염기성 지시약으로 사용되는 외에 완하제(緩下劑)로서 약품으로도 사용된다.
5.실험결과
▶유량에 따른 적정량
water (LPM)
CO2 (LPM)
Top
bottom
온도(℃)
적정량(ml)
온도(℃)
적정량(ml)
1.8
2
12
48
12.5
9
3
2
12
48
12.5
11
4.5
2
12
48
12.5
24.4
▶CO2의 포화농도(CA*)
온도(℃)
g CO2 / g H2O
kmol CO2 / m3 H2O
10
23.18
5.268
20
16.88
3.836
12
21.92
4.9816
12.5
21.605
4.9100
※ 이때 탑의 top에서의 CO2농도는 항상 흡수할 시간이 없으므로 0으로 잡는다.
▶물의 몰유량의 계산
× × × × = 6
× × × × = 10
× × × × = 15
▶관의 단면적
▶Lm의 계산
▶CAI 의 계산



▶NOX의 계산



▶HOX의 계산



▶KLa의 계산



▶계산결과값의 정리
유량 (LPM)
Lm
CAI
NOX
HOX
KLa
kmol/m2h
kmol/m2
m
kmol/m2
1.8
1558.44
0.195
13.298
0.1053
14800
3
2597.40
0.185
13.634
0.1027
25291.14
4.5
3896.10
0.118
16.039
0.0873
44583.05
▶ CAI, NOX, HOX, KLa 의 유량에 따른 그래프변화
※위의 그래프에서 CAI, HOx 의 값이 1보다 작은값 이어서 차이를 눈으로 보기위해 10을 곱하여 그래프에 나타내었다.
6.검토 및 토의사항
이번실험에서는 액체와 기체가 충진물 사이로 층류로 흐를 때의 특성을 이용하여 기액 혼합물 중의 한 성분을 액체에 흡수시켜 총괄 물질전달 계수(Kla) 및 이동 단위수 (NTU) 와 이동 단위높이(HTU)를 구하는 실험이다
실험에 사용된 장치는 물질 전달 과정인 기체흡수에 대한 실험장치로써 흡수탑의 설계에 필요한 충진탑 내의 압력변화를 측정할수 있으며 가흡수된 액체의 농도와 흡수탑을 통과한 CO2의 기체농도를 분석할수 있는 장치이다.
물을 탑상부에서 흘려주고 탑하부에서 CO2를 향류로 흘려주어서 기체가 액체에 물질전달이 일어나게 한다음 bottom에서 CO2를 흡수한 산성화된 용잭을 샘플링하고 산성화된 용액에 Ba(OH)2를 가해줌으로써 용액을 중성화 시킨다. 그리고 용액이 흡수한 CO2중 Ba(OH)2와 반응하고 남은 양을 HCl로 적정해 적정량으로 계산을 통해 들어간 시료의 양의 농도를 알수 있다. 이런 방법으로 CO2 의유량을 일정하게 유지시킨후 물의 유량을 변화시키면서 실험을 반복했다
실험 과정에서 유량의 변화에 따른 이러한 메카니즘을 이해하기가 어려워 실험과정상의 그 적정량에 대한 기본 개념을 파악하기가 힘들었다.
실제 실험에서는 원래는 물의 유량과 CO2유량의 비를 다양하게 변화시키면서 해야 했지만 CO2유량계의 오작동으로 물의 유량만 변화 시키면서 실험하였다. 기본적으로는 유량이 증가함에 따라 CO2 의 흡수량이 증가하여 남아있는 CO2가 많아 짐으로 인해 HCl의 적정량이 증가한다.
CAI, 계산과정에서 0.1N HCl을 0.1M HCl로 계산하였다. 왜냐하면 HCl은 몰수당 내어놓는 수소가 한개 이며 몰수와 당량수가 같아서 몰농도가 노르말농도가 되기 때문이다. 실험 데이터를 이용하여 계산한 결과 실제 유량이 증가할수록 CO2의 흡수량이 증가하여 물질전달계수(Kla)와 이동 단위수(Nox)는 증가함을 알수 있었고 그에따른 이동 단위높이(Hox)는 감소함을 알수 있었다.
이러한 기체흡수의 평형관계는 비휘발성은 액체와 용질인 기체사이의 평형에서 오는데 대게는 용질은 불활성기체로부터 제거되어 액체에 흡수된다. 이때 압력, 온도, 한상에서의 용질의 농도등 세변수가 독립적으로 변하게 된다.
따라서 탑의 top와 bottom에서 유출된 용액의 온도가 틀림을 알수 있는데 이러한 온도차에서 오는 용액의 CO2포화 농도 또한 차이가 나게 된다. 실제 계산에서 사용된 포화농도값은 10℃ ~ 20℃ 사이에서 내삽하여 12℃와 12.5℃에서의 포화농도값을 구할수 있었다.
실험상에서 보다더 정확한 값을 산출하기 위해서는 액체의 CO2포화 농도가 높지 않기 때문에 그 흡수량 또한 소량일 수밖에 없다. 따라서 중화용액과 적정시료 용액의 제조와 적정시 보다더 신중을 기해야한다.
7.결 론
이번실험을 통하여 기체 흡수탑의 원리를 이해할 수 있었고, 흡수의 원리에 따른 계산식을 이용해 전달단위수와 탑높이, 총괄 물진전달계수등을 구하여 보았다. 물질전달 원리에 의해 기체나 액체의 속도가 빨라지면 물질전달이 잘된다는 것을 계산결과 그래프상으로 볼수 있었다.
8. 참고문헌
Unit operations of chemical engineering mccabe smith harriott p546 ~ p595
http://cafe.naver.com/fgbhhjyfe/162

키워드

기체흡수,   물질전달계수,   이동단수,   이동단위높이