[자연과학] 화학공학 실험 - 기체확산계수의 측정

화학공학 실험 - 기체확산계수의 측정 1.서론 확산계수는 물질의 이동속도를 지배하는 중요한 인자이며, 온도, 압력, 조성의 영향을 받는다. 기상에서 조성의 영향은 적고 절대온도의 n승에 비례하며 압력에는 반비례한다. 본 실험에서는 Stefan 확산 cell을 이용하여 ethanol, acetone, ethyl ether이 공기나 질소 중으로 증발할 때 확산계수를 측정하여 문헌 값이나 각종 추산식에 의한 계산값과 비교한다. 2.이론 기체 A가 기체B 속으로 확산하는 경우 성분 A의 확산 플럭스 JA [mol/cm2s]는 Fick의 제1법칙을 따른다. - (1) JA 〓 성분A의 확산 플럭스 (mol/cm2s) DAB 〓 확산계수 (cm2/s) CA 〓 성분A의 몰농도 (mol/cm3) Z 〓 확산거리 (cm) 한편, 난류가 일어나지 않는 유체상에서 A성분의 이동속도 NA는 다음과 같다. (2) NA 〓 성분 A의 이동속도 (mol/cm2s) NB 〓 성분 B의 이동속도 (mol/cm2s) ρM 〓 혼합물의 몰밀도 (mol/cm3) (3) CA,CB 〓 성분 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. (4) 그림 1-1. 확산 Cell 그림 1-1에 나타낸 바와 같이 확산 cell의 수직관 밑에 성분 A의 액체를 넣고 상부의 수평관 내에 성분 B의 기체를 흐르게 하면, 액면에서 증발한 성분 A의 증기는 수지관내의 기체 B중을 확산하여 관 상단에 이르고 기체 B와 같이 계외로 배출된다. 이때 관 상단에서 성분 A의 농도가 zero가 되도록 기체 B를 충분이 흘려 보낸다. 수직관내의 액체 A의 증발은 액체 A에 기체 B가 녹지 않는다면 일방확산이다. 그러므로 NB 〓 0 - (5) 식 (3)과 식 (5)를 식 (4)에 대입한 후 적분하면 - (6) y…
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