[화학공학실험] RTD (1)

목차

1. Theory
2. Data & Result
3. Discussion
4. Reference

본문내용

이번 실험은 반응기 입구에 tracer를 투입한 후에 배출구에서 시간에 따른 tracer의 농도를 관찰함으로써 CSTR반응기 내의 tracer의 체류시간 분포(Residence Time Distribution)를 얻고, 이를 통해서 반응기의 특성을 분석하고 이해하는 실험이다.
이상적인 CSTR에서는 모든 원자가 동일한 체류시간을 갖는다. 하지만 실제 반응기에서, 대부분의 원자들은 평균체류시간 정도의 시간이 지난 후 반응기를 떠나지만 우회흐름, 정체, 편류 등으로 인해 이상반응기와 다른 RTD를 보인다. RTD는 반응기 내에서 일어나는 혼합의 특성으로 반응기 내에서 일어나는 혼합 형태에 관하여 유용한 정보를 제공한다.
RTD는 tracer라 불리는 불황성 화학물질을 반응기에 주입한 후 실험을 통해 얻은 전기전도도 값을 calibration하여 농도값을 얻어 구할 수 있다. 추적자는 비반응성 물질이어야 하고 반응혼합물과 완전히 혼합될 수 있어야 하고 어떤 표면에도 흡착되어서는 안된다. 이번 실험에서 사용한 tracer는 KCl 이다.
Tracer tank에 0.01M농도(KCl 0.745g/water 1L)의 KCl 용액을 넣고 각 조건을

set 1. KCl 유량 100ml/min, 교반기 100 RPM
set 2. KCl 유량 100ml/min, 교반기 175 RPM
set 3. KCl 유량 100ml/min, 교반기 250 RPM
set 4. KCl 유량 200ml/min, 교반기 100 RPM
set 5. KCl 유량 300ml/min, 교반기 100 RPM
으로 다르게 하여 2분마다 한번씩 탱크 1, 2, 3의 전도도를 측정하였다.

1) 탱크를 3개 쓴 이유

실제 반응기에서는 비이상성이 존재한다. 여기서는 크게 α,β로 2가지 비이상성을 나타내는데 α의 물리적은 의미는 실제로 반응하는 volume fraction을 나타내고 β는 Bypass하는 물잘의 양을 나타낸다.

참고 자료

Young-Sei Lee1(2015), Characteristic of flow pattern and Particle Suspension in a Bottom
Baffled Agitated Vessel, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 16, No. 2 pp. 1549-1554
Fogler, elements of chemical reaction engineering, 1999
Octave Levenspiel, chemical reaction engineering, 3rd Edition, 1999, pp.94~96