[화학공학] 기체 확산계수측정 레포트

소개글

[화학공학] 기체 확산계수측정 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적 ……………………………………………………………………… p.1

2. 이론 …………………………………………………………………………… p.1

3. 실험장치 ……………………………………………………………………… p.4

4. 실험방법 ……………………………………………………………………… p.4

5. 실험결과 ……………………………………………………………………… p.5

6. 결과 및 고찰과 그 응용 ……………………………………………… p.9

7. 사용기호 ……………………………………………………………………… p.13

8. 참고문헌 ……………………………………………………………………… p.14

9. 기타(실험사진) …………………………………………………………… p.14

본문내용

d Level(mm)
20℃
40℃
Z0=27.218
Z0=32.756
1200
27.219
32.772
1400
27.221
32.779
3600
27.223
32.784
4800
27.225
32.789
6000
27.227
32.791
7200
27.234
32.815
8400
27.236
32.821
9600
27.237
32.834
10800
27.239
32.846
2) 시간에 따른 시료 액위가 변화하는 표를 작성하라.
3) 확산계수(DAB)를 구하라.
으로 plot 한 경우
Acetone
EtOH
20℃
40℃
20℃
40℃
1
1
1
1
58.08
58.08
46.07
46.07
0
0
0
0
→ Antoine식 이용
0.224
0.559
0.058
0.177
0.799
0.777
0.789
0.772
82.06
82.06
82.06
82.06
293
313
293
313
slope
0.077
0.102
0.093
0.116
으로 plot 한 경우
Acetone
EtOH
20℃
40℃
20℃
40℃
1
1
1
1
58.08
58.08
46.07
46.07
0
0
0
0
→ Antoine식 이용
0.224
0.559
0.058
0.177
0.799
0.777
0.789
0.772
82.06
82.06
82.06
82.06
293
313
293
313
slope
8162
1928
34813
9346
0.082
0.109
0.099
0.118
4) 실험조건하에서 Chapman-Enskog식을 이용하여 확산계수를 계산하라.
Acetone
EtOH
20℃
40℃
20℃
40℃
293
313
293
313
58.08
58.08
46.07
46.07
29
29
29
29
1
1
1
1
4.6
4.6
4.53
4.53
3.711
3.711
3.711
3.711
4.155
4.155
4.121
4.121
560.2
560.2
362.6
362.6
78.6
78.6
78.6
78.6
209.837
209.837
168.82
168.82
1.233
1.491
1.735
1.854
1.334
1.247
1.176
1.107
0.092
0.109
0.11
0.129
5) 같은 실험조건하 극성과 비극성 시료의 확산계수를 비교하라.
vs t plot
20℃
40℃
극성(EtOH)
비극성(Acetone)
극성(EtOH)
비극성(Acetone)
0.093
0.077
0.116
0.102
vs
plot
20℃
40℃
극성(EtOH)
비극성(Acetone)
극성(EtOH)
비극성(Acetone)
0.099
0.082
0.118
0.109
극성인 물질이 같은 조건하 비극성 물질 보다 확산계수가 더 높게 측정되었다.
6) 실험값과 실험식으로부터 구한 값과 문헌 값을 비교하라.
Acetone
EtOH
20℃
40℃
20℃
40℃
실험 값
0.077/0.082
0.102/0.109
0.093/0.099
0.116/0.118
실험식 값
0.092
0.109
0.11
0.129
문헌 값
0.098
0.11
0.121
0.136
7) 실험결과를 고찰하고, 응용분야를 조사하라.
기체가 확산할 때 기체 분자의 평균 운동에너지는 이다. 여기서 평균속도를
구하면, 가 된다. 위에서 알 수 있듯이 속도는 온도가 높을수록 기체분자의 운동
에너지가 커지게 됨으로 속도가 빨라져 확산이 빨라짐을 알 수 있다.(즉, 가 커짐) 또한,
분자량이 작을수록 속도가 커짐을 알 수 있다.
실험값을 위에서 말한 운동에너지와 속도의 차원에서 해석을 하면 Acetone과 EtOH의 확
산계수가 온도가 높은 경우 커짐을 볼 수 있고, 분자량이 58.08g/mol인 Acetone보다
46.07g/mol인 EtOH가 확산속도가 더 빠름을 알 수 있었다.
한편, 실험으로 구해진 확산계수와 실험식의 확산계수, 문헌 값의 확산계수가 모두 차이가 있는데 이것은 Fick‘s law가 이상기체를 모델로 유도되었기에 생긴 오차로 생각하였다. 그리고
앞에서 말한 것과 같이 이번 실험은 온도가 실험결과에 미치는 영향이 매우 크므로 실험 중
수시로 온도유지 확인이 필요했고 소수점 셋째 자리까지 취하는 결과 값이므로 한번 자리 잡은
버니어켈리퍼스의 움직임을 최소한으로 하고 실험에 임하여야 오차를 최소한으로 할 수 있었다.
일상생활에서나 실험하면서 생각을 해보았는데 Acetone이 EtOH보다 휘발성도 강하여 줄
어드는 양의 차이도 많아 확산계수가 클 것으로 생각 하였으나, 확산속도는 molecule
interaction과 관련된 휘발성과는 관계가 없음을 알 수 있었다.
또한, 보고서 작성을 하면서 에 관한 실험식이 Chapman-Enskog식 말고도 Gilliland식,
Hirschfelder식, 카토식 등이 있음을 알 수 있었다.
Gilliland식 :
Hirschfelder식 :　
카토식 :　
여기서,
실생활에서 확산을 응용으로 하는 부분은 향수를 예로 할 수 있다. 좋은 향수의 조건에는
냄새가 확산이 잘되어야 한다고 하는데 이때 인체에 무해하고 확산계수가 높은 용매를 사
용하면 향수의 질을 올릴 수 있을 것이다.
7. 사용기호
8. 참고문헌
Richard M. Felder, Ronald W. Rousseau, 2000, \"Elementary principles of chemical
processes\" 3rd edition, Wiley, 249-254, 640-643.
Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, 2005, \"Unit operations of
chemical engineering\" 7th edition, McGraw-Hill, 441-452, 941-942.
Bruce E. Poling, George H. Thomson, Daniel G. Friend, Richard L. Rowley, W. Vincent
Wilding, 2008, \"Perry\'s chemical engineers\' handbook\" 8th edition, McGraw-Hill,
101-106.
성기천, 이진휘, 김기준, 2000, “화학공학실험서”, 사이텍미디어, 501-506

키워드

확산,   확산계수,   화학공학