연속반응기 설계 및 해석

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연속반응기 설계 및 해석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

요약
1. 서론

2. 이론적 배경
2.1) PFR
2.2) CSTR
2.3) 반응장치의 조작법
2.4) 평균체류시간과 생산속도

3. 실험방법
3.1)검량선 작성
3.2)Sample 측정
3.3)sample 만드는 법
3.4)실험장치 작동순서
3.5)시약의 성질 및 위험성 조사

4. 실험 결과 및 토론
4.1)실험 결과
4.2)토론

5.결론
6.참고문헌

본문내용

/
100
14.7
5.8815
150
9.8
5.0092
200
7.35
4.4754
<과 X/를 plot한 그래프>
k = 0.1894이다.( = 0.05mol/L)
k = = = 3.788
∴k = 3.788 (속도상수)
이론상으로는 유속이 감소하면 체류시간이 증가 하게 되어 전환율이 높아지게 된다. 이 전환율은 Da에 영향을 받는다. 뿐만 아니라 이러한 유속 감소로 인한 전환율의 증가는 k값을 증가시키는 원인이 된다. 따라서 같은 유속이라도 PFR보단 CSTR의 전환율이 높으므로 반응속도상수 K의 값은 CSTR이 더 크다.
4.2)토론
이번실험은 CSTR과 PFR에서 묽은 NaOH와 ethyl acetate의 saponifi cation rection에 대한 전도도를 측정하여 농도와의 관계를 plot 하여 그래프로 반응속도상수k를 알아보는 것을 목적이다. 실험을 하기 전에 시약을 빨리 만들어야 시간을 단축할 수 있다. 먼저 검량선을 작성하기위해서 0.01M, 0.015M, 0.02M, 0.025M의 NaOH 5L를 만든다. 1L의 증류수에 40g의 NaOH를 넣으면 1M이 된다는것만 알고 있으면 쉽게 만들 수 있다.NaOH의 농도와 전도도르 가지고 검량선을 그리면 CSTR은 y = 298200x - 986의 식이 나오고 PFR은 y = 235300x - 1036식이 나온다. 각 유속에 따른 전도도를 y축에 대입하여 농도(C)를 구한다. 유속은 100, 150, 200(ml/min)을 사용한다. 반응기 안에서 반응이 일어나고 전도도가 CSTR의 경우 세 번 연속 나오고 PFR의 경우 여섯 번 연속으로 나오면 그 전도도 값이 각 유량의 전도도인데 이것은 반응물들이 반응을 하다가 두 반응물들이 일정한 몰로 반응을 하는 즉 다시 말해서 평형상태에 도달했다는 것을 뜻한다. 농도를 구한다음X=1- 식과 (residence time=V/)식을 사용하여 전환율X와 체류시간 를 구한다.체류시간(tr)은 반응기의 부피를 반응기에 들어가는 부피유량으로 나눈 것으로 정의되고, 공급 상태에서 구한 반응기의 체류시간으로 반응기내의 유체의 부피변화가 없는 경우에는, 실제의 체류시간과 같다. 유량에 따른 체류시간() 값을 비교하면 유량이 빠를수록 체류시간이 줄어드는데 같은 길이의 반응기를 통과하는 유량이 빠를수록 시간이 적게 걸린다는 것을 알 수 있다. 하지만 유량이 빠를수록 체류시간이 줄어드는 반면 전환율이 감소한다는 것도 알 수 있었다. 유량이 너무 느리면 체류시간이 오래 걸리고, 유량이 너무 빠르면 반응을 제대로 하지 못해 전환율이 감소한다. PFR의 경우 X/(1-X) vs . CSTR의 경우 vs 의 그래프를 그려 기울기를 이용하여 속도상수 k를 구한다. 실험결과 PFR의 k값은 1.138이 나왔고 CSTR의 k값은 3.788이 나왔다.
이번실험의 오차로는 sample을 만들때 정확한 농도를 의 sample을 만들지 못하였다. 정확하지 못한 농도가 전도도에 영향을 주었고 모든 값에 영향을 주어 정확한 실험결과가 나오지 못하였다. 그리고 100, 150, 200(ml/min)으로 유속을 맞출때 1번pump와 1번pump 유속을 똑같이 맞춰줘야 하나 완벽히 같은 속도를 맞추지 못하였다. 구슬이 설정점을 기준으로 위아래로 계속 움직이므로 자주 확인하고 틀릴 경우 같게 맞춰줘야 하나 그렇게 하지 못하였다. 그리고 시료탱크를 연결할 때 펌프안으로 공기가 들어가면 안된다. 기포가 들어가면 기포가 들어간만큼 액체가 들어가지 못하기 때문에 정확한 실험이 안된다. 그리고 반응속도상수 k는 온도의 함수이다. 실험하면서 일정 온도로 유지시켜야 하나 실험 중 계속 온도가 상승하였다. 온도가 상승함으로써 속도상수 k의 값에 영향을 주었다.
연속 조작(continuous operation)은 유통식 조작이라고 부르며, 반응원료를 연속적 로 반응기 입구에 공급해서 반응기 출구에서 제품을 연속적으로 빼내는 조작법이다. 회분식 반응기 및 관형 반응기로 연속적으로 조작시킨다. 대량생산이 필요한 화학 공장에서는 연속 조작이 유리하다. 연속적으로 조작되고 있는 반응장치 내에서는 정 상적으로 반응이 진행되고 있으므로 자동제어가 쉽고 균일한 품질의 제품이 얻어 진다.
5.결론
이번실험은 CSTR과 PFR에서 묽은 NaOH와 ethyl acetate의 saponifi cation rection에 대한 전도도를 측정하여 농도와의 관계를 plot 하여 그래프로 반응속도상수k를 알아보는 것을 목적이다. 유속의 변화에 따른 반응물의 전환율을 알 수 있었고유속의 증가는 전환율을 감소시키고, 유속의 감소는 전환율을 증가시킨다는 것을 알수 있었다. .체류시간()과 전환율 (X)을 이용해서 반응속도상수인 k를 구한 결과PFR의 k값은 1.138이 나왔고 CSTR의 k값은 3.788이 나왔다. 따라서 같은 유속이라도 전환율이더 큰 CSTR의 속도상수k의 값이 크다.
6.참고문헌
화학반응공학 Octave Levenspiel, 2000, (주)사이텍 미디어, p40~44,p107~109
Elements of chemical reaction engineering(third edition) H.Scott Fogler.,PH PTR
p10~11, p76
설수덕 / 화학반응공학 / 대영사 / 초판 / p 141~156 / 1997년9월8일
시료조사
ⓐ NaOH : http://100.naver.com/100.nhn?docid=96704
ⓑCH3COOC2H: http://kin.naver.com/db/detail.php?d1id=11&dir_id=110204&eid= Fb7w1sMiQQI9ucf/ BT8MZ9k8ZI/LPDcV
[목차]
.♣요약 1
1. 서론 1
2. 이론적 배경 2
2.1) PFR 3
2.2) CSTR 5
2.3) 반응장치의 조작법7
2.4) 평균체류시간과 생산속도7
3. 실험방법
3.1)검량선 작성 7
3.2)Sample 측정 8
3.3)sample 만드는 법 8
3.4)실험장치 작동순서 9
3.5)시약의 성질 및 위험성 조사 10
4. 실험 결과 및 토론
4.1)실험 결과10
4.2)토론16
5.결론17
6.참고문헌 17

키워드

연속반응기,   PFR,   CSTR,   평균체류시간