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[자연과학] 화학공학 실험 - 기체확산계수의 측정

등록일 : 2014-08-06
갱신일 : 2014-08-06


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[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.
…(생략)
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