[화공실험]PFR 실험 예비레포트

1. 실험 개요 관형 반응기(PFR)는 반응공학과 관련된 광범위한 실험에 사용할 수 있도록 제작되었다. 본 장치에서 다음의 공통적인 3가지의 기본적인 실험을 수행할 수 있다. A. 시간에 따른 반응진척도(전화율) 변화 실험 B. 반응속도상수(K)의 온도의존성 실험 C. 체류시간 분포실험 2. 실험 이론 대표적인 연속 이상 반응기의 모델에는 관형 반응기(PFR)와 연속 교반 탱크형 반응기 (CSTR)가 있다. 관형 반응기는 그 생긴 모양이 관 모양이어서가 아닌 반응기안에서의 물질의 흐름이 관에서의 흐름과 같은 반응기이다. 즉, 반응기에 도입된 물질의 흐름이 축방향 혼합 없이 방사 방향만의 혼합이 일어나며 흐르는, 플러그 흐름인 반응기이다. 그래서 플러그 흐름 반응기(plug flow reactor; PFR)라고도 한다. 이때 상태(온도, 조성, 유속)는 한 단면에서는 일정하다고 보며, 입구로부터의 거리에 따라서는 연속적으로 변하게 된다. 반응공학적 측면에서 체류시간 분포, 반응 속도, 속도상수를 결정하는 방법은 다음과 같이 반응차수를 아는 이성분 반응계를 통해 알 수 있다. 관형 반응기에서의 물질 수지식은 양론식과 반응 속도식을 조합해 보면 다음과 같다. (이때 V=반응기 부피, =4성분의 몰유속이자 관계식이 성립하고,=반응물 A의 반응 속도, =반응기 내에서 A 성분의 몰농도, =반응기 입구에서 A 성분의 몰농도, =B 성분의 몰농도, k : 반응속도상수, v=반응기 흐름의 부피 유속, =4성분의 전화율) 이성분(A, B)계 반응인 경우 f(,) = f()의 관계를 가지므로 위의 물질 수지식은 다음과 같이 바뀐다. (여기서) 양변을 적분하면 다음과 같은 결과를 얻는다. (여기서 는 관류 반응기의 평균 체류시간(공간속도의 역수)에 해당) 즉, 반응의 속도식, 반응기로부터의 배출농도 그리고 관류 반응기의 공간속도만 알면 왼쪽 항 을 적분하여 속도상수를 알아낼 수 있다. 다른 온도에서의 속도상수는 아레니우스식을 사용하여 구할 수 있다. (…
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