Pt/alumina 촉매상에서의 Propane의 탈수소화 반응

소개글

Pt/alumina 촉매상에서의 Propane의 탈수소화 반응에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론

2.이론

3.실험방법

4.결과 및 토론

5.결론

6.참고문헌

본문내용

주입속도와 프로판의 농도는 반응기의 입구에서 결정되어지고, 프로필렌의 농도는 반응기의 출구에서 측정된다.
[초기 자료]
프로판의 주입속도 (㎖/min)
프로판의 농도 (mol/L)
30
3.259*10-³
40
4.031*10-³
50
4.700*10-³
(Hint) = =
프로필렌의 부피유량과 농도 항으로 를 대치하면,
,
프로판의 비중 : 1.547g/ml, 몰질량 : 44.1g/mol
기체 상수 : 0.082 (L atm)/(mol K)
, , 그리고 는 각 실험 단계에서 알고 있는 항이므로 반응속도를 계산할 수 있다.
결과 (1) 다음의 빈 칸을 채우시오.
프로판의 주입속도(㎖/min)
n\'(=ρv/M)
n\'=n/time(mol/min)
(25℃,1atm,이상기체)
(㎖/min)
at 600℃
=
(㎖/min)
(mol/L)
30
1.05
2.57×10⁴
7.56×10⁴
1.39×10-²
40
1.40
3.42×10⁴
1.40×10-²
50
1.75
4.28×10⁴
1.38×10-²
결과 (2)
주어진 자료를 이용하여, 그래프를 그려보고 프로필렌의 농도를 구한다.
프로판이 반응해서, 프로판의 초기농도와 프로판의 반응 후 농도와 반응물(프로필렌)의 농도 합이 같다고 가정하면, (Y축 평균 프로필렌 Area, X축 프로필렌의 농도)로 그래프를 그릴 수 있다.
프로판의 주입속도
(㎖/min)
프로필렌 Area
1회
2회
3회
30
817.3731
846.6497
680.9065
40
784.8485
947.5375
899.4078
50
1271.6898
1105.3058
1018.0806
프로판의 주입속도
(㎖/min)
전체 Area
1회
2회
3회
30
323346.4593
330145.9269
271729.2069
40
353244.6528
421394.3960
387268.2693
50
537010.9730
548287.8793
524630.0934
농도
(㎖/min)
(mol/L)
평균
30
40
50
Q2. 각 실험의 반응 속도()를 구하시오.
△ W = 0.1 g
프로판의 주입속도
(㎖/min)
(mol/mingcat)
30
40
50
Q3. 각 실험당 ln에 따른 ln 를 그래프로 그려서 반응차수 와
ln K\'를 구하세요.
- 질소의 농도가 일정한 상태에서 반응속도는,
or with
이 식에 로그를 취하면
ln() = lnk’ + ln
프로판의 주입속도
( ㎕ / hr )
프로판의 초기농도
(mol/L)
ln
ln
30
-5.73
-3.63
40
-5.51
-3.45
50
-5.36
-3.30
다시 정리하면 ln () = lnk’ + ln
반응차수 : 0.8864
ln K\' : 1.4449
Q4. 각 벤젠의 주입속도마다 N2의 농도가 일정하다고 가정하고, 다음 식을 이용하여
k 값을 구하세요.
k =
(mol/L)
(atm)
(mol/L)
4.2414
3.45
0.048
88.36
질소의 분압은 0.35MPa = ( )atm, PV=nRT, 는
※계산과정 별도 참조
☆토론
이번실험은 미분반응기를 사용하여 프로판의 탈수소화반응을 알아보는 실험이었다. 우선 실험에 앞서 촉매를 사용하여 U자형반응기에 Pt/alumina 촉매를 0.05g 채우고 600도까지 가열하였다. 이때 열이 세어 나가는 것을 방지하기 위해 호일을 감은 스펀지를 여러 겹으로 둘러쌓다. 또한 이동상 기체는 Hydrogen gas를 이용하였다. 그리고 U자형관은 평형을 맞추어 동시에 잠궈 주어야 한다. 온도가 높기 때문에 주의를 기울여야 한다.
이렇게 전처리 과정이 끝나면 GC를 가동시키는데 컴퓨터와 연결되어 제어 되는 것을 볼 수 있었다. GC에서 오븐온도(100도)와 주입구온도 검출기 온도(250도)등을 설정해 주었다. 마이크로 주사기를 이용하여 가스를 채취하고 주입구에 넣어 주었는데, 이 주사기는 뜨거운 곳에 보관하는 것이 유리 하였다. 이유는 기압차에 의하여 가스가 주사기에 잘 빨려들어 오기 때문이었다.
주입구에 주사기를 삽입 할 때는 기압 차이에 의하여 주사기가 튕겨 나올 수도 있었기 때문에 잘 잡고 하는 주의성이 필요 하였다. 그리고 주사기의 가스 채취는 한사람이 하는 것이 올바른 것 이었는데 이유는 그편이 오차 값을 줄일 수 있었기 때문이다.
이제 프로판은 촉매에 의해서 탈수소화 반응이 일어나 GC에 의하여 검출되게 된다. GC의 그래프 모양이 나오기 시작했는데 그래프를 분석하여 보면 가장 큰 피크를 가지는 값이 프로판의 값이었다. 그에 비해 탈수소화 반응에 의하여 나온 프로필렌의 값은 극히 미미한 값이었다. 값을 살펴보면 전체 323346.4593인데 비하여 프로필렌은 1271.6898에 지나지 않았다.
GC에 의해서 적분한 면적에 비교해 보면 프로필렌은 프로판의 1％도 되지 않는 것으로 나타났다. 하지만 값이 일정한게 나오는 것을 보면 탈수소화 반응이 일어나는 것을 알 수 있었다.
실험 시 주의 사항은 GC에서 피크 값이 다 나오기 전에 가스를 삽입하면 안된다는 것 이었다. 실험값이 겹칠 수 있기 때문에 충분한 간격을 두고 실험에 임하여야 한다.
또한 유속에 따라 달라지는 농도 등을 살펴 볼 수 있었다. 이를 바탕으로 머무른 시간 반응 차수 등을 구할 수 있었다. 유속이 빠르면 조금 차이지만 증가하는 프로필렌의 양을 볼수 있었다. 이는 유속과 비례하는 것을 알 수 있으며, 그래프를 살펴보면 기울기의 값이 +값을 취하고 있는 것을 볼 수 있다.
이번 실험으로 탈수소화 반응과 GC의 사용법등과 값의 분석 등을 자세히 알아 볼 수 있었다. 일상생활에서 탈수소화 반응은 굉장히 많이 쓰이고 있으며, 공장 등에서는 원가 절감을 위하여 탈수소화 반응을 통해 더 고가의 기름을 생산하는 것을 볼 수 있다.
5. 결과
각 데이터 값을 전제로 하여
반응차수 : 0.8864
ln K\' : 1.4449
를 구하였다. 그리고 탈수소화 반응의 데이터 해석과 GC의 사용법에 대하여 살펴볼 수 있었다.
6. 참고 문헌
촉매공정 서울대출판부 이화영 송영규 321P
기기분석 유한문화사 고명수 267P
기체 및 유체크로마토그래피의 응용 탐구당 박명환 245P

키워드

GC의사용 ,   Pt촉매 ,   프로판가스의 탈수소,   반응,   온도,   컬럼,   검출기