혼합 기체 또는 증기를 액체와 접촉시켜 특정한 기체를 액 중에 흡수시키는 공정은 화학공학에서 여러 목적으로 사용되고 있다. 이 실험에서는 흡수의 원리를 이해하고, 충전탑에서 기체와 액체가 향류로 흐를 때의 특성을 익히며, 기체 혼합물 중의 한 성분을 흡수시켜 물질 전달 계수를 구해본다. 전달 단위 수(Number of transfer unit, NTU)와 전달 단위 높이(Height of transfer unit, HTU)를 계산하여 그에 관한 개념도 파악한다.
기체 흡수 (Gas absorption)
기체흡수는 가용성 기체와 불용성 기체 혼합물에서 가용성 기체를 액체에 용해시켜 분리 제거하는 물질전달 조작을 말한다. 오염된 배출기체를 액상 흡수제와 접촉시켜 배출기체 중의 오염성분을 제거하거나, 생물학적 폐수처리 공정에서 산소를 물에 용해시키는 조작이 전형적인 예이다.
액상 흡수제는 흡수된 성분과 액상에서 반응을 일으키는 반응성 흡수제와 물리적 변화만을 이용하는 비반응성 흡수제가 있다. 공장에서 나오는 기체로부터 이산화황을 제거할 때 사용되는 수산화칼륨 수용액은 반응성 흡수제로서 이산화황이 수산화칼륨과 반응하여 황산칼륨염을 생성한다. 비반응성 흡수제로는 보통 물이 사용된다. 때로는 액체를 불활성기체와 접촉시켜 용질을 액체로부터 회수하기도 하는 데 이와 같은 조작은 기체흡수의 역조작으로 탈착 또는 기체탈거라고 한다.
액체에 용해되는 기체의 양은 기체와 액체의 성질, 계의 온도와 압력, 흐름의 난류도 및 장치에 사용되는 충전물의 종류 등에 의존한다. 기체의 용해도는 실질적으로 다른 기체의 존재에는 거의 영향을 받지 않는다. 그 이유는 Dalton의 분압법칙으로 알 수 있는 바와 같이 기체의 용해도는 그 자체의 분압에 의존하기 때문이다.
기체흡수는 주로 오염기체로부터 이산화황, 질소 화합물, 황화수소, 염화수소, 염소 및 암모니아와 같은 기체의 제거에 사용되어 왔으나, 공정 중에서 생산된 탄화수소의 회수에도 이용된다. 배출기체가 배출기준에 부합될 수 있도록 오염물질을 충분히 제거하지 못할 경우에는 흡착이나 연소공정을 흡수공정과 함께 사용할 수 있다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) Water reservoir에 물을 채워 넣는다.
2) 흡수탑의 Valve들이 모두 닫혀 있는지 확인한다.
3) Water pump의 전원을 넣는다.
4) Valve를 이용하여 water의 유량을 6 ℓ/min 으로 조절한다.
5) Air pump의 전원을 넣는다.
6) 11 Valve를 이용하여 air의 유량을 30 ℓ/min 으로 조절한다.
7) Gas의 양을 확인한 후 CO2 gas를 15 ℓ/min 으로 공급한다.
8) 흡수탑 하부의 물의 높이를 조절한다.
9) 20분 정도 기체를 계속 통과시켜 장치 내부에 측정하려는 기체가 차도록 한다.
10) NaOH로 통하는 밸브를 열어 주사기에 20㎖ 포집된 기체 (Air + CO2)를 넣어준다.
11) 주사기를 다시 당기면 NaOH의 양이 CO2가 흡수된 만큼 증가한다.
12) 20초 간격으로 기체의 흡수량이 일정하게 나올 때까지 측정한다.
13) 장비를 끌 때는 위의 과정을 역순으로 한다.
[공업화학실험]기체 흡수 레포트
1. 실험목적 가. 혼합 기체 또는 증기를 액체와 접촉시켜 특정한 기체를 액 중에 흡수시키는 공정은 화학공학에서 여러 목적으로 사용되고 있다. 이 실험에서는 흡수의 원리를 이해하고, 충전탑
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