반응기의 효율을 높이기 위한 설계 방법

소개글

반응기의 효율을 높이기 위한 설계 방법에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서 론

2.이 론
2-1농도와 반응속도와의 관계
2-2온도와 반응속도와의 관계
2-3 촉매의 양과 반응속도와의 관계
2-4 유속과 반응속도와의 관계

3. 실험장치 소개 및 실험방법
3-1 실험장치 소개
3-2 실험방법
① 반응기 실험
② GC 분석

4. 결과 및 토론
4-1 촉매의 무게와 기타반응조건의 변화에 따른
반응속도의 변화
①촉매의 무게를 변화 시킨다
②온도를 변화 시킨다.
③ 유속을 변화시킨다. (유속이 변하면 농도도 변한다)
4-2 제시안의 문제점 및 해결방안

5. 결론

6. 참고 문헌

본문내용

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53.276024
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① 촉매의 무게를 변화 시킨다
촉매의 무게를 0.025g에서 반응속도상수k의 값은 53.276이 나왔다. 그러면 촉매의 무게를 변화시켜주면 반응속도는 어떻게변할가?
촉매의 무게를 0.02g과 0.03g으로 변화시킨다면 어떻게 될까? 촉매의 무게가 변하면 의 값(사이클로 헥산의 생성속도)이 변하므로 k값은 변할 것이다.
촉매의 무게가 0.025g일 경우 속도상수 k의 값은 53.276이나오고 촉매의 무게를 0.02g으로 줄였을 경우 k값은 66.5958이 나왔고 촉매의 무게를 0.03g으로 늘렸을 경우 k값은 44.3957이 나온다. 이를 보고 추측하건데 촉매의 무게나 증가 할수록 반응속도는 느려지는것을 알 수있다.
② 온도를 변화 시킨다.
온도를 373K에서 측정하였을때 반응속도 상수k는 53.276이 나왔다. 그러면 온도를 변화시키면 반응속도는 어떻게 변할까?
기초자료를 바탕으로 온도를 변화 시켰다. 353K와 393K로 변화 시켰다.
온도를 변화시킨다는 것은 2번 자료에서 의 값이 변화가 생기므로 k값이 변할 것이다.
온도가 373K인 경우에는 반응속도상수 k는 53.276이 나왔다. 온도가 353K일 경우에는 반응속도상수k의 값은 47.716가 나왔고 온도가 393K인 경우에는 반응속도상수k의 값은
59.138가 나왔다. 이를 보고 추측하건데 온도가 증가할수록 반응속도는 증가함을 알 수 있다.
③ 유속을 변화시킨다. (유속이 변하면 농도도 변한다)
벤젠의 수소화 반응 계산에서 1번자료에 의해 벤젠의 유입속도를 증가시키면 벤젠의 농도도 같이 증가한다. 따라서 유속과 농도를 변화시켜주면 반응속도는 어떻게 변할까?
벤젠의 유속을 1.6, 1.8, 2.0(㎕/hr)으로 줄여준 경우와 3.6, 3.8, 4.0(㎕/hr)으로 증가 시켜주었을 경우에 대해서 생각해보자. 유속을 바꾸어주면 모든 요소가 변하므로 k값은 변할것이다.
2.6, 2.8, 3.0(㎕/hr)를 기본 유속으로 잡았을 경우 반응속도상수k는 53.276이 나왔다. 유속을 1.6, 2.8, 3.0(㎕/hr)로 감소시켰을 경우에는 53.231이 나왔고 유속을 3.6, 3.8, 4.0(㎕/hr)으로 증가시켰을 경우 53.306이 나왔다. 이 값을 보고 추측하건데 유속을 증가시킬수록(즉 농도가 높아질수록) 반응속도상수k값이 증가하므로 반응속도는 증가함을 알 수 있다.
4-2 제시안의 문제점 및 해결방안
반응기의 효율을 향상시키기 위해서는 여러 가지 고려해봐야 할 문제들이 많이 있다. 우선은 경제적 비용을 무시 할 수 없다. 아무리 효율이 좋은 반응기라도 경제적인 가치가 있는지를 따져봐야 한다. 예를 들면 효율이 아주 좋은 반응기인데 그 반응기를 만들고 설치하는데 너무나도 큰 비용이 들면 아무런 소용이 없을 것이다. 효율적인 반응기란 말이 반응기 자체의 효율도 포함하고 경제적인 효율도 포함되어야 할 것이다. 경제적인 효율을 배제하고 반응기 자체의 효율을 높이기 위해서는 어떤 방법을 써야할까? 우선 CSTR과 PFR반응기 두 개를 비교해 보자. 아래의 그림을 보면 CSTR은 동일한 전환율을 얻는데도 커다란 부피의 반응기가 필요하다.
CSTR은 반응기 두 개를 직렬로 연결시키면 상당히 비효율적인 반응기가 됨을 알 수 있다. 그럼 PFR 두 개를 직렬로 연결 시키면 어떻게 될까? PFR두개를 직렬로 연결시키면 아래 그림과 같이 CSTR과 동일한 전환율을 얻음에도 불구하고 상당히 작은 부피로도 높은 효율의 생성물을 얻어낼 수 있다.
그래프의 빈공간은 원래 다 메워져야 하는데 그래프의 데이터가 세분화 되지 못해서 약간의 빈공간이 발생했다. 그림에서 볼 수 있듯이 PFR을 직렬로 연결하면 상당히 효율적인 반응기가 될 수 있다.
그러면 PFR과 CSTR반응기 두 개를 같이 연결하면 어떻게 될까? 먼저 CSTR을 연결하고 PFR을 연결하면 동일한 전환율을 얻는데 검은색 위의 CSTR의 필요없는 부피들이 존재하게 된다. 검은색 실선위의 면적들은 사실 필요없는 면적이므로 낭비가 된다.
PFR과 CSTR의 위치를 바꾸면 위의 그림보다 같은 전환율을 얻는데 훨씬더 효율적인 반응기 설계를 할 수 있다. 종합해보면 PFR 두 개를 직렬로 연결시키는 것이 최대의 효율을 낼 수 있는 반응기 설계인데 여기에도 문제점이 있다. PFR 두개를 직렬로 연결시키면 공정을 돌리는데 필요한 펌프에 과부하가 생겨서 공정이 제대로 돌아가지 않는다 이런 문제점을 보완하기 위해서 PFR을 병렬로 연결하면 전환율은 떨어지지만 펌프에 과부하가 생기지 않아 더욱 효율있는 공정이 된다. 떨어진 전환율은 반응기를 설계할 때 길이를 조금더 길게하면 PFR 두 개를 직렬로 연결했을때와 마찬가지로 전환율을 맞출수있다.
5.결론
반응기의 효울을 높이기 위해서는 PFR을 병렬로 연결하고 반응기의 길이를 조금더 길기하면 최대의 효율을 얻을 수 있다.
6. 참고문헌 및 회의록
*참고문헌*
화학공정설계, 도서출판 아진, 이문용외 1명, 1999년
화학공장설계, 교보문고(주), 여영구외 6명, 2003년
화학반응공학, 도서출판 아진 ,송승구외 10명, 2000년
반응공학, 대영사, 설수덕 편역, 1993년
*회의록*
6월15일 촉매 시험이 끝난 후 조원 5명은 모두 모여서 과제A와 과제B중 어느 것을 선택하여 과제를 할 것인가를 의논하였다. 약 10분간의 논쟁 끝에 다수결로 과제B를 하기로 선택하였다. 과제B에 대해 각자 생각해보기로 하고 17일에 만나기로 하고 헤어였다.
6월16일 조원5명은 열전달 시험 후 정주해군의 집에 모여서 각자 설계의 방향에 대해 발표를 하였다. 발표내용을 조합해서 기본 골격을 잡고 각자 자료 수집하러 갔다.
6월 17일 조원들은 정주해군의 집에 모여 각자 모은 자료를 선별하였다. 선별한 자료를 가지고 설계과제를 시작하였다. 20일까지 각자 분담된 과제를 하기로 하였다.
6월 20일 각자 해온 과제에 대해 정리 분석하여 편집을 하였다. 반응기 효율 증가를 위해 필요한 것에 대해 의논 하고 자료를 찾아 정리하였다.
6월 21일 이때까지 해온 자료를 바탕으로 마지막 편집을 하고 마무리 하였다.

키워드

촉매반응기설계,   농도와 반응속도,   온도와 반응속도,   촉매양과 반응속도,   유속과 반응속도