P F R

소개글

P F R에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론

2. 이론

3. 실험장치 및 방법

4. 실험결과 및 고찰

5. 결론

6. 참고문헌

본문내용

000 S/cm
위의 두 그래프는 유속변화에 따른 전도도 변화를 알아보기 위해 반응기의 온도를 각각 30℃, 40℃로 고정하고 유속을 100ml/s, 200ml/s 로 변화시켜가며 실험한 결과 이다. 단위의 통일성을 위해 전도도 단위는 S/cm로 통일하였다. 1mS/cm가 1000S/cm이므로 y축 좌표 값들이 큰 수(1000S/cm)로 표시되어 있고, 따라서 반응 초기 전도도가 거의 0의 근처에서 머물러 있는 것으로 보일 것이다. 그러나 에틸아세테이트와 수산화나트륨의 격렬한 반응이 시작되면서 전도도가 급격히 올라간다. 위의 그래프 결과를 놓고 분석하면, 유속이 100ml/s 일 때 보다 200ml/s 일 때가 더 빨리 급격한 전도도 변화를 가져오는 것을 확인 할 수 있을 것이다. 또한 최종 반응이 평형상태에 도달한 전도도 값도 유속이 빠른(200ml/s) 경우가 더 높은 전도도 값을 나타내는 것을 확인 할 수 있다. 이는 유속이 빠를수록 체류시간이 짧아진다는 것으로 해석할 수 있다. 체류시간은 반응기부피를 부피유속으로 나눠준 값이다. 따라서 반응기부피가 고정 일 때 부피유속이 빨라질수록 체류시간은 짧아 질 것은 당연하다. 또한 체류시간이 짧다는 것은 그만큼 반응이 빨리 진행된다는 의미로 해석된다. 예를 들어 체류시간이 2분이라는 말은 ‘2분마다 반응기 부피만큼의 원료가 반응되어 처리된다.’ 라는 말이다.
좀 전에는 유속변화에 대해 관찰하였고, 이번에는 그 반대로 유속이 일정할 때 온도변화에 따른 전도도는 어떻게 되는가를 위의 두 그래프를 보면서 알아보자. 단위는 아까와 마찬가지로 S/cm로 통일 하였다. 우선 첫 번째 그래프를 보면 유속이 100ml/s 일 때 온도변화에 따른 결과를 나타내는 데, 이 그래프만 봐서는 온도변화에 따른 전도도변화를 확인하기가 어렵다. 이는 실험 결과가 올바르게 나오지 않은 데 원인이 있다. data sheet에서 위의 결과를 확인할 수 있는데 초기 반응 시작 전도도가 30℃일 때는 52.4S/cm이고, 40℃일 때는 23.1S/cm로서 상당한 차이를 보이고 있다. 초기전도도는 같은 물질이 같은 농도로 유입된다면 거의 같아야 한다. 그러나 실험 중에 자주 시약을 제조 하는 과정에서 0.1M의 농도를 유지 시키지 못한 것이 가장 큰 이유일 것이다. 결정형인 NaOH 4g을 물과 섞어 1l를 만드는 과정에서 정확하게 섞이지 못한 어려움이 있었고, EtAC 0.1M 제조 과정에서도 정확한 양인 29.67ml가 투입되지 않아 발생한 오차로 판단된다. 유속이 200ml/s 일 때도 상황은 마찬가지다. 30℃일 때 초기전도도는 51.7S/cm 인 반면에, 40℃일 때 초기전도도가 23.3S/cm로 시작되었다. 따라서 실험 data는 큰 오차를 가져왔다. 그러나 두 번째 그래프 상(유속이 200ml/s로 일정유지)에서는 data값이 오차가 있음에도 불구하고 온도가 40℃인 그래프의 형태가 온도가 30℃인 그래프의 형태보다 더 빠른 시간 안에 전도도가 급격히 상승하여 정상상태에 도달하는 것을 확인할 수 있는 형태로 그래프 결과가 도출되었다. 이론상으로 온도가 올라가면 반응속도가 빨라진다. 따라서 실험 결과 그래프도 위의 경향을 반영할 것이다. 반응속도에 영향을 미치는 인자로 농도와 온도를 들 수 있는데, 그 중 온도는 아레니우스 식에서 나타나듯이 반응속도 상수 k와 연관되어 있다.
5. 결론
우리는 이번 실험에서 연속 이상 반응기의 모델 중에 하나로서 반응공학 적 측면에서 여러 가지 응용을 길러주는 실험에 많이 사용되고 있는 관형반응기(PFR)를 알아보았다. 우리는 두 가지 유입물질(EtAC, NaOH)중에 EtAC수용액을 먼저 관형반응기 안으로 유입시키고 시간이 지난 후(약 5분가량) 전도도가 일정해지는 시점에서 NaOH수용액을 투입시켜 두 물질이 반응함으로서 생기는 전도도 변화를 유입유속과 온도를 변화시켜가며 실험하였다. 먼저 온도가 일정할 때 두 가지 유입물질의 유속을 변화시켜가며 전도도 변화를 관찰한 결과 유속이 빠를수록 전도도가 빠른 시간 안에 급격히 상승하여 정상상태에 도달하는 것을 확인 할 수 있었다. 온도에 경우에도 초기 전도도가 다른 값으로 시작했음에도 불구하고 유량이 200ml/s로 일정할 때에는 그래프 결과가 위의 결과와 비슷하게 나옴을 확인 할 수 있었다. 따라서 유속이 빠를수록 온도가 높을수록 반응이 더 빨리 진행되어 두 물질간의 반응이 평형이 되어 정상상태에 도달한다는 것으로 해석할 수 있을 것이다. 이는 고찰부분에서 다루었듯이 유속은 체류시간 τ에 영향을 주고 온도는 속도상수 k에 영향을 주기 때문인 것으로 판단된다.
다양한 출발물질로부터 일련의 처리과정을 거쳐 원하는 규격의 제품을 경제적으로 생산하는 것이 화학공정 엔지니어들이 고려해야 할 가장 큰 요소이자 설계 과제 이다. 이런 중요 조건을 만족시키기 위해서는 올바른 제어가 필요할 것이고 적절하고 효과적인 반응기의 설계가 매우 중요할 것이다. 반응기를 설계하고자 할 때 가장먼저 어떠한 반응기를 쓸 것인가를 결정하는 것이 가장 우선시 되어야 하고, 반응기가 선택되었다면, 화학반응 속도에 영향을 미치는 인자인 온도, 압력, 유속, 조성(이 들은 화학공정에서 제어되어야 할 주요 변수들이다.)들을 어떻게 조절하고 유지 시켜 반응속도를 제어할 것인가가 중요한 문제이다. 이러한 문제들을 생각해 볼 때 이번 PFR실험은 PFR반응기에서 온도와 유속을 어떻게 조절하여야 하는지를 알려주었다. 반응속도는 크게 농도와 온도에 영향을 받는다. 그래서 반응속도 식은 농도 의존항과 온도의존항의 곱으로 표현되어 진다. 이번 실험 결과자료 통해 유입농도와 배출농도 그리고 체류시간을 구하면 이들을 바탕으로 반응속도 상수 k를 구할 수 있고 그리하여 반응속도식의 온도 의존항을 구할 수 있다. 또한 농도에 관한 여러 번의 실험과 참고문헌에 나와 있는 이론들을 종합하여 나머지항인 농도 의존항을 구하면 최종적으로 PFR반응기에서의 반응속도의 성능식을 개발할 수 있을 것이다.
6. 참고문헌
전남대학교 공과대학 화학공학부 , “화학공학실험1”
임선기, 김상환 공역 , “화학 반응공학”, 희중당, 2000

키워드

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