소개글
"벤젠 톨루엔 증류탑"에 대한 내용입니다.
목차
1. 공정 모사를 통한 증류탑 설계
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.2.1. 공비혼합물 (Azeotrope)
1.2.2. 3성분 계 상평형도(Ternary phase diagram)
1.2.3. Entrainer에 따른 분리 방법
1.2.4. 최소단수, 이론단수, 실제단수의 설명과 비교
1.2.5. 상압증류, 가압증류, 감압증류의 설명과 비교
1.3. 실험결과 분석 및 고찰
1.3.1. 실험 후 과제
1.3.1.1. McCabe-Thiele Method를 통한 Benzene-Toluene 계의 이상단수 작도
1.3.1.2. IPA-water계의 분리 Composition이 낮은 이유와 해결방법
1.3.1.3. 환류비 변화에 따른 증류탑의 단수와 에너지 효율의 관계
1.3.2. 실험 결과 분석, 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 공정 모사를 통한 증류탑 설계
1.1. 실험 목적
UniSim Hysys simulation program의 사용방법을 배우고, 어떤 조성을 갖는 탑 상부, 탑 하수에서의 생성물을 얻기 위한 증류탑의 조건을 결계한다. 또한 McCabe-Thiele method의 작도법을 사용하여 증류탑의 이상단수를 계산하고, 그 결과를 UniSim Hysys simulation program를 사용한 실제단수와 비교한다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 공비혼합물 (Azeotrope)
공비혼합물(Azeotrope)은 두 성분 이상의 혼합액과 평형상태에 있는 증기의 성분비가 혼합액의 성분비와 같을 때의 혼합액을 말한다. 즉, 공비혼합물은 기체의 조성과 액체의 조성이 동일한 혼합물을 의미하며, 이 경우 계는 공비상태에 있다고 하고, 그 성분비를 공비 조성, 그 용액을 공비혼합물, 그 공비혼합물의 끓는점인 평형온도를 공비점이라고 한다.
공비혼합물이 존재하면 증류탑 내에서 증기와 액체의 조성이 일정하게 유지되어 두 성분을 순수하게 분리하기 어렵게 된다. 이러한 경우 일반적인 증류 공정으로는 벤젠과 톨루엔, 에탄올과 물 등의 혼합물을 분리하기 어려워지며, 공비증류, 추출증류 등의 특수한 증류 공정을 사용해야 한다.
공비혼합물이 형성되는 이유는 서로 다른 두 성분이 섞여 있을 때 액체상에서의 활동도 계수와 기체상에서의 휘발성이 달라지기 때문이다. 이로 인해 혼합물의 증기압이 최소화되는 특정 조성비에서 공비혼합물이 형성된다. 즉, 기체와 액체의 조성이 동일해지는 것이다.
이러한 공비혼합물은 증류 공정에서 큰 문제가 되며, 순도 높은 제품을 얻기 위해서는 공비점을 깨뜨리는 다른 방법이 필요하다. 공비증류, 추출증류, 감압증류 등의 공정을 활용하거나 제3의 물질인 entrainer를 첨가하여 공비점을 변화시킴으로써 순수한 제품을 얻을 수 있다.
1.2.2. 3성분 계 상평형도(Ternary phase diagram)
3성분 계 상평형도(Ternary phase diagram)는 3개의 성분으로 이루어진 혼합물의 상평형 관계를 나타내는 도표이다. 3성분 계에서는 자유도(F)가 Gibbs 상률(F=C-P+2)에 따라 (5-P)로 나타나므로, 상이 하나이면 온도, 압력, 그리고 각 성분의 조성비 등 4개의 변수가 필요하다. 이를 2차원 평면에 표시하는 것은 불가능하기 때문에, 보통 온도와 압력을 일정하게 유지하여 변수를 줄여 표시한다.
3성분 계 상평형도는 3개 성분 A, B, C를 정삼각형의 꼭지점으로 하고, 수직으로 온도축을 설치한 상태도이다. 즉 정삼각형 평면상에 각 성분의 조성비를 나타내고, 수직축에 온도를 표시하여 3차원적으로 3성분 계의 상평형 관계를 나타낸다. 이를 통해 온도와 조성에 따른 상변화, 혼합비 등을 쉽게 파악할 수 있다.
3성분 계 상평형도는 화학공정 설계 및 분석 시 널리 활용되는데, 증류, 추출, 흡수 등의 단위조작 설계에 유용하게 사용된다. 예를 들어 공비혼합물을 함유한 3성분 혼합물의 경우, 상평형도를 통해 공비점 부근에서의 상변화와 조성변화를 확인할 수 있어 분리공정 설계에 도움이 된다.
1.2.3. Entrainer에 따른 분리 방법
공비증류 공정은 제3의 성분인 공비제(Entrainer)를 첨가하여 공비혼합물의 공비점을 깨뜨리거나, 바꿈으로써 상대휘발도를 변경하고 얻고자 하는 ...
참고 자료
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