연속반응기 결과레포트

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목차

1. 서론

2. 이론

3. 실험방법

4. 결과 및 토론

5. 결론

6. 참고문헌

본문내용

24
11
150
0.020
6.4
따라서 단위는 ml/(ml/min) , 즉 min 이다. (min)
D. PFR의 경우 X/(1-X) vs tr. CSTR의 경우 X/(1-X)2 vs tr를 plot하여 기울기 값을 이용하여 k값을 구하고 PFR, CSTR에 대해 비교한 후, 타당한 근거를 논하여라.
PFR
X/(1-X)
tr
CSTR
X/(1-X)2
tr
2.125
19.2
4.293629
33
1.777778
9.6
3.287982
16.5
1.5
6.4
2.256944
11
PFR : X/(1-X) vs tr
기울기 0.0459
CSTR : X/(1-X)2 vs tr
기울기 0.0853
1) CSTR
trCA0k = X/(1-X )²
X/(1-X )²를 y값 tr을 x값으로 놓고 그래프를 그린 것이다.
여기서 CA0의 값은 초기 농도 0.05M 이다.
tr은 우리가 C-2)에서 계산한 값이다.
그래프의 기울기 0.0853 가 말하는 것은 CA0k
따라서 0.0853=0.05 X k
k= 1.706
2) PFR
trCA0k = X/(1-X )
X/(1-X )를 y값 tr을 x값으로 놓고 그래프를 그린 것이다.
여기서 CA0의 값은 초기 농도 0.05M 이다.
tr은 우리가 C-2)에서 계산한 값이다.
그래프의 기울기 0.0459 가 말하는 것은 CA0k
따라서 0.0459=0.05 X k
k= 0.918
CSTR의 k=1.706 PFR의 k=0.918 이다.
반응속도 상수는 사실은 상수가 아니고, 단지 반응에 참여하는 성분들의 농도에 무관한 것이다. 이는 항상 온도에 크게 의존한다.
하지만 온도는 일정하게 주어지고 있다. 아레니우스식에 의하면
(A : 입체 요인과 충돌 단면 등을 고려한 상수, Ea : 활성화에너지, R : 기체 상수, T : 절대 온도 )
4가지의 요인을 고려 할 수 있는데, 온도가 일정하니 활성화 에너지와 빈도인자를 고려해야 할 것이다.
E. 만일 PFR의 부피를 2배로 늘일 경우에 전환율 및 k 값이 변화에 대해 논하여라.
PFR의 부피를 2배로 하면 2 X 960ml = 1920ml
이에 따른 tr의 변화는 아래와 같다.
tr(residence time=V/v0 )
PFR
유량(ml/min)
농도
(M)
tr
50
0.016
38.4
100
0.018
19.2
150
0.020
12.8
trCA0k = X/(1-X )
X/(1-X )를 y값 tr을 x값으로 놓은 그래프를 그려보면 아래와 같다.
PFR
X/(1-X)
tr
2.125
38.2
1.777778
19.2
1.5
12.8
기울기 0.0232
trCA0k = X/(1-X )
여기서 CA0의 값은 초기 농도 0.05M 이다.
tr은 우리가 C-2)에서 계산한 값이다.
그래프의 기울기 0.0232 가 말하는 것은 CA0k
따라서 0.0232 = 0.05 X k
k= 0.464
PFR의 부피를 2배로 함에 따라 반응속도 상수 k가 960ml의 부피에 비해 2배 정도 로 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서 반응속도 상수는 부피에 반비례 함을 알 수 있다. 전환율은 부피가 변함에 따라 변하지 않는다.
이번 실험은 반응속도상수를 결정하기 위해서 Tubular reactor(PFR) 와 continuous stirred tank reactor(CSTR)를 이용하여 보는 것이었다. 반응기 들을 통해서 전도도를 측정하여야 하는데, 그전에 반응기를 정상상태로 만들 어 주어야 한다. 반응기를 켜서 온도를 상온을 유지시켜 주며 CSTR과 PFR의 두 반응기를 각각 따로 조절하여 측정한다. 먼저 CSTR은 S.C.R 속으로 시료 가 흐르는 것을 관찰 할 수 있다. 3번의 장치설명에 있는 ③이 시간이 지나 다 채워지면 밖의 관으로 시료가 흐르는 것을 볼 수 있다. 이때부터 전도도가 안정이 되면서 점차 유량을 50,100,150ml/min 으로 조절하면서 전도도를 측 정한다. PFR은 SCR의 밖 관을 통해서 기포를 통해 시료가 흐르는 것을 관찰 할수 있다. PFR도 CSTR과 마찬가지로 유량을 50,100,150ml/min 으로 조절 하면서 전도도를 측정한다. 전도도에 따른 농도를 구하기 위하여 미리 Standard시약으로 측정한 농도를 가지고 그래프를 그려 1차식을 구한다. 1차 식에 전도도를 대입해가면서 농도를 구할 수 있다. 반응속도를 구하기 위해서 는 식 trCA0k=X/(1-X), trCA0k=X(1-X)²을 통해 구할 수 있는데 tr은 유량과 반응기 부피와의 관계에서 구해지며 전환율은 식 CA=CA0(1-X)를 통해서 구 하여 진다. 따라서 시간과 전환율의 함수를 통해서 반응속도 상수를 알 수 있 다. 부피유량을 낮추면 머무름시간이 증가하게 되므로 위의 식에서 알 수 있듯이 전환율이 증가하게 된다. 실험의 데이터를 보면 부피유량 을 증가시키면 같은 온도에서 전환율이 점차 떨어지는 것을 알 수 있다. 반응속도 상수는 4.의 E에서 보면 부피에 의존 하는 것을 볼 수 있다. 또 이번에는 온도을 일정하게 유지시켜 줬지만 온도에도 의존한다. 또 반응기의 부피를 변화시켰을때의 반응속도상수의 변화를 보았는데, 특히 PFR에서 반응 속도상수가 부피가 2배로 증가함에 따라 감소함을 보았다.
이번실험에서 초기농도의 NaOH와 CH3COOC2H5를 20L를 만들어줄때 고체 인 NaOH와 달리 액체인 CH3COOC2H5는 분자량 88g/mol에 비중 0.904와 순도 0.99를 나누어 주고 계산을 한다. 1L에 필요한 양을 계산 하였으니, 20L를 만들기 위해서 20L를 만들어주고 초기농도 0.05M을 만들기 위해 0.05 를 곱하여 계산해서 97.8정도의 CH3COOC2H5가 필요하였다.
5. 결론
Tubular reactor 와 continuous stirred tank reactor를 사용하여 반응속도 상수를 측정한 결과 CSTR의 반응속도상수 k는 1.706 PFR의 반응속도상수 k는 0.918 이 나왔다.
6. 참고문헌
fogler-화학반응공학 제 2판, H.scott. Fogler , 1994, Prentice Hall
CSTR- p33-34, PBR- p34

키워드

촉매,   연속반응기,   반응속도상수,   반응속도식,   CSTR,   PFR