[화학공학실험] <결과 보고서> 액체 교반실험

목차

1. 서론
2. 이론
(1) 교반의 목적
(2) 교반용기 구조
(3) 표준터빈 설계
(4) 임펠러의 종류
(5) 맴돌이 방지법
(6) 검량선이란?
(7) 실험이론
3. 실험
(1) 실험장치
(2) 시약
(3) 실험방법
4. 결과 및 고찰
(1) 검량선 작성
(2) 교반계수 비교
(3) 고찰
(4) 결과
5. 참고문헌 및 단위명칭
(1) Nomenclatures
(2) Reference

본문내용

(g)
θ : 용해시간 (sec)
K: 교반계수(-)
위의 식을 Hixon-Crowell 의 용해속도식이라 한다.
3. 실험
(1) 실험장치
Liquid Mixing Apparatus (Sam Jin Scientfic Precision, Model : SLM-500)
① main power switch ② ampere meter
③ volt meter ④ imprllre rpm
⑤ speed controler ⑥ geared motor
⑦ specimen bottle ⑧ sampling pot
⑨ buffle plate ⑩ agitation tank
⑪ impeller (propeller type) ⑫ impeller (turbine type)
⑬ main body ⑭ impeller (plate type)
(2) 시약
소금 : 화학식 NaCl. 무색투명한 결정이나 백색결정성 분말을 이루는 나트륨과 염소의 화합물. 등축정계에 속하는 무색 결정으로, 결정 속에서 결합간격 2.82A, 녹는점 800.4 ℃, 끓는점1,400 ℃, 비중 2.16(20 ℃), 굴절률 1.5443이다.
(3) 실험방법
① 교반 탱크에 물 20L을 넣고 수온을 측정한다.
② 단순 곧은 날 터빈 임펠러(simple straight-blade turbine impeller)의 위치를 교반탱크 직경의 1/3 되는 높이에 고정한다.
③ impeller의 회전수를 200rpm으로 조절한다.
④ 소금물에 대한 표준 용액을 4개 채취한다. 0g, 0.2g, 0.4g, 0.8g 에서의 전도도를 측정한다.
⑤ 식염결정을 포화량보다 20g 초과되게 청량(W0)하여 투입하고 용해시간을 측정한다.
⑥ 교반시간 20, 40, 60, 80초 경과 때마다 sampling pot에서 용액20mL를 채취한다.
⑦ 채취한 용액의 농도를 측정하여 용해된 소금량(W1)을 계산한다.
⑧ 미용해된 소금량(W)를 계산한다.
⑨ impeller의 회전수를 300, 400 rpm 으로 변화시키며 실험하여 미용해된 소금량을 계산한다.
⑩ 여덟 평날 디스크 터빈 임펠러(eight-blade straight-blade disk turbine impeller)로 바꾸고 같은 방법으로 실험한다.
4. 결과 및 고찰
(1) 검량선 작성
소금농도( mol/L )
전도도( us/cm )
0
0
0.05
6250
0.075
9325
0.1
12150
0.125
15020
검량선 실험 결과를 선형 회귀 법으로 계산하여 식을 만든다.
---
계산 결과 : a=120200 b=136.17
y = 120200x + 136.17
이식으로 NaCl 용액의 농도를 구해 용해된 소금 량을 계산할 수 있다.
⇒ 정확한 실험 결과는 일직선이 되어야 하지만 약간의 오차가 발생했다.
농도를 구한 다음 용해된 소금량()과 미용해된 소금량( )을 구한다.
임펠러의 종류와 회전수에 대한 교반계수의 변화를 Plot 한다.
(2) 교반계수 비교
그리고 임펠러의 종류에 따른 교반계수의 차이를 그래프로 나타내면
(3) 고찰
처음 검량선을 이용하기 위하여 표준 농도 샘플을 만들어 전기 전도도를 측정하였는데, 농도가 계속 반으로 줄어드는데 비하여 전도도의 감소는 매우 일정하지 못하였다. 이는 미량의 물이 조금 작게, 혹은 많게 들어가서 오차가 발생한 것으로 생각한다. 검량선을 선형 회귀법으로 이용하여 구하였는데, 그래프를 통해서 500ppm에서의 오차가 조금 더 남음을 확인할 수 있다.
검량선을 농도를 x축으로 잡고 구하였으나, 이를 소금의 양으로 바꾸어 구하여도 무방할 것이다.
소금의 양을 20g으로 정확히 맞추려고 하였으나, 아직 미량의 오차가 있었을 것이다.
이온메터로 전도도를 측정하기 위하여 20mL의 양을 샘플로 채취하여야 하는데, 이는 20L의 큰 용기에서 용해된 소금양을 추정해내는 것에는 많은 오차가 발생할 것이라 생각한다.
또한 20초라는 시간에 전도도를 빨리 측정하기 위해서 정확히 20mL를 측정하지 못하고 비커로 적당량을 덜어내어 측정하였다. 이도 약간의 오차를 발생시켰으리라 생각한다.
전기 전도도를 읽는 과정에서 그 수치가 완전히 일정하게 유지되지 못한 상태여서 사람마다의 차이로 인한 오차도 발생할 수 있다.
짧은 시간에 이온메터를 이용하기 위해서 재빨리 씻고, 물기를 털어내야 하는데 너무 짧은 시간이라 많은 어려움이 있었다. 시간에 맞게 측정하는 것에도 약간의 오차가 있었고, 이온메터가 매우 깨끗하게 씻기지 못하여 전기전도도에도 많은 오차를 발생하였을 것이다.
본 실험에서는 회전수와 임펠러모양에 따른 교반계수와의 관계만 실험하였으나 임펠러 높이에 따른 영향도 교반계수에 영향을 준다. 정확한 실험을 위해서 단순 곧은날 터빈 임펠러와 여덟 평날 디스크 터빈 임펠러의 높이를 맞추기 위해서 노력하였다. 임펠러의 높이가 낮을수록 교반이 좀 더 잘 이루어질 것으로 생각한다.
(4) 결과
교반계수는 회전수(rpm)과 임펠러의 모양에 따라 달라진다.
회전수(rpm)가 높아질수록 교반이 잘 일어나며, 임펠러의 모양이 날개가 많을 수록 교반이 잘 일어난다.
5. 참고문헌 및 단위명칭
# Nomenclatures
: 초기 고체량 (g)
: t시간 후의 고체량(g)
: θ 시간 후 고체량 (g)
θ : 용해시간 (sec)
K : 교반계수(-)
#Reference
1) McCabe, W. L., Smith, J. C., and Harriott, P., Unit Operation of Chemical Engineering, 6th ed., McGraw-Hill, pp. 234～277 (2001).
2) Bissel,E.S., et al, Chem. Eng.Prog., 43, 649 (1947).
3) 고용식, 단위조작실험, 초판, 선학출판사, pp. 181～185 (2001).
4) 성기천, 이진휘, 김기준, 화학공학실험, 초판, 사이텍미디어, pp. 527～533 (2000).
5) http://100.naver.com/100.php?where=100&id=19613
6) http://100.naver.com/100.php?mode=all&id=134402

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