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[자연과학] 화학Engineering experiment(실험) - 기체확산계수의 측정(measurement)

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작성일18-06-03 23:21

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(4)

그림 1-1. 확산 Cell

그림 1-1에 나타낸 바와 같이 확산 cell의 수직관 밑에 constituent A의 액체를 넣고 상부의 수평관 내에 constituent B의 기체를 흐르게 하면, 액면에서 증발한 constituent A의 증기는 수지관내의 기체 B중을 확산하여 관 상단에 이르고 기체 B와 같이 계외로 배출된다
…(drop) 이때 관 상단에서 constituent A의 농도가 zero가 되도록 기체 B를 충분이 흘려 보낸다. 수직관내의 액체 A의 증발은 액체 A에 기체 B가 녹지 않는다면 일방확산이다.[자연과학] 화학공학 실험 - 기체확산계수의 측정 , [자연과학] 화학공학 실험 - 기체확산계수의 측정화학실험결과 , 자연과학 화학공학 실험 기체확산계수 측정




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[자연과학] 화학Engineering experiment(실험) - 기체확산계수의 측정(measurement)


설명
[자연과학] 화학Engineering experiment(실험) - 기체확산계수의 측정(measurement)

화학工學(공학) 實驗(실험) - 기체확산계수의 측정(測定)
1.서론

확산계수는 물질의 이동속도를 지배하는 중요한 인자이며, 온도, 압력, 조성의 effect을 받는다.

- (1)
JA 〓 constituent A의 확산 플럭스 (mol/cm2s)
DAB 〓 확산계수 (cm2/s)
CA 〓 constituent A의 몰농도 (mol/cm3)
Z 〓 확산거리 (cm)

한편, 난류가 일어나지 않는 유체상에서 Aconstituent 의 이동속도 NA는 다음과 같다. 본 實驗(실험)에서는 Stefan 확산 cell을 이용하여 ethanol, acetone, ethyl ether이 공기나 질소 중으로 증발할 때 확산계수를 측정(測定) 하여 문헌 값이나 각종 추산식에 의한 계산값과 비교한다. 기상에서 조성의 effect은 적고 절대온도의 n승에 비례하며 압력에는 반비례한다.

2.理論

기체 A가 기체B 속으로 확산하는 경우 constituent A의 확산 플럭스 JA [mol/cm2s]는 Fick의 제1법칙을 따른다. 그러므로

NB 〓 0 - (5)

식 (3)과 식 (5)를 식 (4)에 대입한 후 적분하면

- (6)
yA 〓 기상중 constituent A의 몰분율
yAi 〓 기액 계면에서 constituent A의 몰분율

식 (6)을 변형하면

(7)
PA 〓 기상중 constituent A의 분압 (atm)
PAi 〓 기액계면에서 constituent A의 분압 (atm)
시간 t에서 액면의 위치를 Z라고 하면 constituent A의 물질이동속도 NA는

- (8)
ρχ 〓 constituent A의 액체 밀도 (g/cm3)
MA 〓 constituent A의 분자량

수직관내 초기 액면과 관상단과의 거리를 Z0, t시간 후의 액면과 관상단과의 거리를 Zt라고 하고 식(8)을 시간 t에 대해 적분하면 다음 식과 같다

(9)

식 (9)를 변형하면

(10)

단, - (11)

시간 t와 Z와의 관계를 실측하고 (Zt-Z0)와 t/(Zt+Z0)를 도시하면 직선이 얻어지며 이 직선의 기울기로부터 확산계수 DAB를 구할 수 있따

한편, 기체의 확산계수를 예측하는 식은 여러 가지가 있으며 그중 기체분자 운동론으로 부터 얻어진 Chapman-Enskog식이 많이 이용된다

(12)
DAB 〓 확산계수 (cm2/s)
MA,MB 〓 constituent A,B의 분자량
T 〓 절대온도 (K)
P 〓 압력 (atm)
σAB 〓 유효충돌직경(Å)
ΩD 〓 충돌적분 f(КT/εAB)
К 〓 Baltzman상수[erg/K]

- (13)
(14)

3. 實驗(실험)방법
1)항온수조의 온도를 미리 일정하게(20,25,30,35℃) 고정




순서

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실험결과/화학


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다.

(2)
NA 〓 constituent A의 이동속도 (mol/cm2s)
NB 〓 constituent B의 이동속도 (mol/cm2s)
ρM 〓 혼합물의 몰밀도 (mol/cm3)

(3)
CA,CB 〓 constituent A,B의 몰농도 (mol/cm3)
P 〓 전압 (atm)
R 〓 기체상수(cm3 atm/mol K)
T 〓 절대온도 (K)

식 (2)를 변형하면 식 (4)가 얻어진다.

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