[화학공학]기체확산계수 측정

소개글

1. 서 론
확산이란 혼합물을 통해 각 성분이 물리적 자극에 영향을 받아 이동하는 것이다. 확산의 가장 보편적인 원인은 확산 성분의 농도기울기에 있다. 농도기울기는 농도가 같아지게끔 농도기울기를 없애는 방향으로 성분을 이동시킨다.
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 ethanol이 공기나 질소 중으로 증발할 때 확산계수를 측정하여 문헌 값이나 각종 추산식에 의한 계산값과 비교한다.

목차

1. 서 론

2. 이 론
(1) 확산이론
(2) 확산속도에 영향을 끼치는 요소

3. 실험장치 및 방법
가. 실험장치
나. 실험방법

4. 실험결과 및 고찰
가. 실험결과
나. 결과 고찰
(1) (Zt-Z0)와 t/(Zt+Z0)를 plot하여 얻어진 그래프로부터 확산계수 계산
(2) 실험결과를 식 (9)에 대입하여 확산계수를 계산
(3) 실험온도와 압력에서 식(12)에 의한 확산계수 계산
(4) 문헌값
(5) 확산계수와 온도와의 관계
(6) 확산 계수 비교 및 오차

5. 결 론
6. 참고문헌

본문내용

(2) 확산속도에 영향을 끼치는 요소
가. 농도구배 : 농도구배가 클수록 (즉, dC/dx클수록) 확산속도가 빨라진다.
나. 확산계수 (D)
확산계수 D는 온도, 확산방법, 확산입자의 크기, 확산물질이 통과하는 매질 등에 따라
다른 값을 갖는다.
1) 온도 의존성 : 확산은, 확산하려는 원자나 분자가 이웃에 빈 공간이 있는 경우에, 빈
공간으로 확산 입자가 이동하려 한다.
- 기체가 진공중이나 기체분위기내에서 확산하는 경우에는, 온도T에서 기체입자의 평균적인
운동에너지는 3kT/2로 주어진다.
(이는 통계 열역학적으로 얻어진 값이며, k는 볼츠만 상수, T는 절대온도)
따라서, 기체의 평균속도는 mv²/2=3kT/2로부터 v=Root(3kT/m)를 유도할 수 있다.
즉, 온도가 높을수록 기체분자의 운동에너지가 거치고, 속도가 빨라져 확산이 빨라진다고
볼 수 있다.(확산계수가 커짐)
- 순수한 고체내에서 다른 불순물이 본래의 고체원자의 자리를 차지하면서 확산하는 방식을
치환형확산(substitutional diffusion)이라고 하며 본래의고체원자 사이의 빈공간을 통해
확산해가는 방법을 침입형확산(Interstitial Diffusion)이라고 한다. (원자들이 모여 고체를 구성할 때, 빈공간이 없어 보이지만, 빈공간이 가장 적은 고체의 경우라도 26%가량의 공
간은 비어있다.) 그런데, 고체내에서 물질이 확산하기 위해서는, 이웃하는 빈 자리로 이동
해야 하는데, 이 때 본래 고체를 구성하고 있던 원자들의 배열에 변형이 일어나야 하기 때
문에, 에너지가 필요하고. 일종의 활성화 에너지(Ea)라고 할 수 있다. 그런데, 확산입자가
활성화에.....

참고 자료

Warren L. McCabe 외 2인, 단위조작(Unit Operation of Chemical Engineering), 6th Edition, McGraw-Hill Korea