[화공공정실습설계2] CSTR 결과 레포트(A+)

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목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

33
227
실험 측정값 : 비간섭계
시간(분)
반응조3
반응조4
시간(분)
반응조3
반응조4
0
71
71
18
235
230
1
111
88
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2
145
108
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232
3
173
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233
4
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5
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174
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6. 고찰
비간섭계가 간섭계보다 농도가 더 빨리 증가하는 이유는 다음과 같이 들 수 있다. 먼저 간섭계의 경우 반응조 2와 반응조 3이 아래쪽 관을 통해 연결되어 있는데, 관의 출구는 반응조 2의 수면에 일치하는데 비해, 관의 출구는 반응조 3의 바닥면과 연결되어 있다. 따라서 관의 입구부분에서는 대기압과 관 내의 유체에 대한 압력만 받지만 관의 출구부분에서는 대기압과 반응조 3 내부의 모든 액체에 대한 압력을 받는다. 또한 두 반응조의 바닥면에 관이 연결되어있기 때문에 농도 차에 의한 이동을 포함한 물질전달이 일어난다. 반면에 비간섭계의 경우 반응조 3으로부터 나온 유체가 긴 관을 통해 반응조 4의 위쪽으로 배출된다. 여기서 관의 출구가 반응조 4 내부에 바로 연결되어있지 않고 수면 위쪽으로 고정되어 있다. 따라서 관의 출구는 대기압을 제외하고는 별도의 물리적인 힘이 가해지지 않는다. 관이 직접적으로 연결된 것도 아니어서 반응조 4에서 3으로 물질이 이동할 가능성도 없다. 그러기 때문에 비간섭계의 반응조 3에서는 펌프를 통해 유입되는 KCl 용액과 바로 섞여 관을 통해 반응조 4로 같은 양만큼 이동한다. 따라서 반응조 3의 부피변화는 없고 유입되는 KCl 용액은 일정하므로 농도가 빠르게 증가한다. 반면 간섭계는 비간섭계와 마찬가지로 200cc/min의 유량으로 일정하게 KCl 용액이 유입되지만 전처리 과정으로 이미 차있는 반응조 3에 의해 관 출구가 수압을 받고있기 때문에 바로 이동이 되지 않는다. 따라서 반응조 2의 부피가 증가하고 일정량 용액이 쌓이게 되면 관을 통해 반응조 3으로 이동하게 된다. 이러한 지연으로 간섭계와 비교했을 때 같은 시간이 흘렀을 때 비간섭계의 전도도가 크다.
간섭계는 두 반응조 사이의 농도차가 줄어들고 늘어나고를 반복하며 평형을 이루려하고 반응조 3 역시 배출구가 지면에서 10cm 가량 떨어진 곳에 있으므로 반응조 3 내의 용액부피도 일정하다. 비간섭계의 경우 반응조 4의 농도와 무관하게 반응조 3에서 일방적으로 용액을 배출하기 때문에 농도 변화 기울기가 더 크다. 이러한 이유로 비간섭계가 간섭계보다 더 빠르게 농도평형에 도달한다. 각각의 두 번째 반응조(간섭계에서 3, 비간섭계에서 4)에서도 비슷한 이유로 전도도가 증가한다. 먼저 간섭계의 경우 반응조 2와 동일한 조건의 반응조이므로 일정 부피를 유지한다. 또, 반응조 2로부터 유입되는 용액이 관을 이동하면서도 실험 전 전처리 과정을 통해 고여있던 증류수의 영향을 받는다. 비간섭계에서는 반응조 4가 반응조 3보다 부피가 작고 반응조 3의 농도가 그대로 유입되므로 초기 전도도가 빠르게 증가한다. 만일 반응조 4의 부피가 반응조 2나 3보다 컸다면 농도 변화 기울기가 감소하여 간섭계에서의 반응조 3보다도 전도도가 낮을 가능성이 있다.
이처럼 반응기에서 부피의 영향력은 매우 크다. 다른 조건을 일정하게 고정했을 때, 반응기의 부피만 조절하여 최적의 조건상태를 만들 수도 있다. 특히 두 개 이상의 혼합반응기에서 반응속도가 n = 1차반응이 아닌 이상, 어떤 크기의 반응기를 먼저 설치하느냐에 따라 반응속도가 크게 차이난다. 실험을 진행하면서 가장 신경써야 할 부분은 비간섭계에서 반응조 3, 4를 연결하는 관을 반응조 3의 수면 높이보다 높게 설치하면 그만큼에 해당하는 압력이 더 필요하기 때문에 오차를 야기한다. 가장 좋은 방법은 반응조 4가 3보다 아래에 설치되어 관이 유체의 이동방향에 대해 아래로 향하게 하는 것이지만, 이미 반응조 4가 높이 고정되어 있으므로 최대한 수평이 되도록 관을 고정하거나 관 길이를 더 줄여 직선으로 이동하도록 하는 것이 바람직하다.
7. 참고문헌
“나노화학공학과실험”, 나노화학공학과 순천향대학교, 김성원
“단위조작”, McGrawHill Education, Warren L. McCabe

키워드

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