[예비]기체확산

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실험제목
기체확산

실험목적
본 장치에서는 기체의 계면에서 일어나는 기체 확산 현상을 관찰하도록 제작되었다. 기-액 확산 실험의 경우에는 가는 모세관 안에 Acetone 을 주입하여 외부의 온도를 일정하게 유지하고 진공 펌프를 사용하여 Suction 으로 기체를 외부로 확산시켜 모세관 안에 Acetone의 액면 높이를 측정하여 기울기를 그래프로 그린다.

기기 및 초자

이론적 배경

2 성분 혼합물이 z방향으로 농도차가 있을 때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위 시간당 A성분이 확산하는 속도 NA[g-mol/㎠·s]는 단면에서의 농도 기울기 dCA/dz에 비례한다는 Fick의 확산법칙 식 (1)이 성립한다.
(1)

여기서, DAB를 분산확산계수(molecular diffusivity, g-mol/s), DA는 A 성분의 몰농도[g-mol/㎤],z는 확산거리[cm]이다. 정상상태에서 식(1)을 적분하여 정리하면 식 (2)와 같다.
(2)

기상에서 이상기체 법칙을 식 (2)에 적용하여 정리하면 식(3)과 같다.
(3)

기체 중에 휘발성 액체만이 한 방향으로 확산하는 일반확산인 경우 물질이동속도는 식 (4)와 같이 나타낼 수 있다.
(4)

이상기체법칙으로부터 CA=PA/RT를 식 (4)에 대입하여 정리하면 식 (5)와 같다.
(5)

확산 cell의 확산관 (수직관) 밑에 성분 A의 액체를 넣고 상부의 수평관 내를 기체 B가 흐르게 하면 액면에서 증발한 기체 A는 확산관 내의 기체 B 중을 확산하여 관 상단에 이르고 기체 B와 같이 계 외로 배출된다. 관 상단에서 성분 A의 농도는 0이 되도록 기체 B를 충분한 유속으로 흘려 보내고 A, B는 모두 이상기체로 본다. 또한 액체 A 에 기체 B가 녹지 않는다면 확산관 내에서 성분 B의 이동이 없는 일방확산으로 볼 수 있으며, NB=0이다. 시간 t에서 액면의 위치(확산관 입구로 부터의 거리)를 zt라고 하면, 이때 성분 A의 물질이동 속도 NA는 식 (5)를 적분하여 정리하면 식 (6)과 같이 된다.
(6)

비확산기체 B의 대수평균분압(PBM)과 대수평균분율(yBM)을 각각 식 (7)과 (8)과 같이 정의한다.

참고 자료

▸ unit operations of chemical engneering
p 511 ~ 542
▸ 단위조작실험 p 179 ~ 187
경남대학교 출판부
▸ 단위조작실험 p 421 ~ 429
회문당
▸ 그 외 인터넷홈페이지 자료