소개글
"화학공학 단순증류와 분별증류"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험목적
1.2. 이론
1.2.1. 단순증류(simple distillation)
1.2.2. 분별증류(Fractional distillation)
1.2.3. 감압증류
1.2.4. 분별증류관(fractional distillation column)
2. 실험
2.1. 실험기구 및 시약
2.2. 실험방법
3. 실험결과
4. 결과분석 및 검토
5. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험목적
액체를 정제하는 가장 일반적인 방법인 증류법에 대해서 익힌다.실험목적은 액체를 정제하는 증류법의 기본 개념을 이해하고, 유기산, acetone, diketone 등의 유기물질과 물의 2성분계를 시료로 하여 단순 증류를 행한 후 이에 대한 물질 수치를 구하고 이론치와 실험치를 비교 고찰하는 것이다.
증류법은 액체 혼합물을 끓는점 차이를 이용하여 분리하는 방법으로, 용액을 끓는점까지 가열하여 나오는 증기를 냉각시켜 다시 액체로 하여 받이기에 모아두는 조작을 통해 용액 중의 성분을 분리할 수 있다. 이는 액체 혼합물의 각 성분의 휘발도 차이를 이용하여 증발 응축을 조합해서 원액보다 휘발되기 쉬운 부분과 휘발되기 어려운 부분으로 나누는 물리적인 분리 방법이다.
이번 실험에서는 단순증류와 분별증류의 차이점을 확인하고, 실험을 통해 얻은 측정값과 이론적인 Rayleigh 식을 이용하여 계산한 이론값을 비교 분석함으로써 증류법에 대한 기본적인 이해를 높이고자 한다.
1.2. 이론
1.2.1. 단순증류(simple distillation)
단순증류(simple distillation)는 일정량의 액체 혼합물을 가열하여 생긴 증기를 냉각기로 보내어 응축시켜 저비점 성분이 풍부한 액체를 얻는 방법이다. 이때 혼합물 중의 휘발성 물질이 증발함에 따라 증류기에 남아 있는 용액의 양과 조성은 계속 변화한다.
이론적으로 단증류를 시작한 후의 어떤 순간에 증류기 내의 액량을 W[kg-mol], 저비점 성분의 몰분율을 x라 하면 증류기 내에는 (W)(x)의 저비점 성분이 있게 된다. 이때 액과 평형상태에 있는 증기 중의 저비점 성분의 몰분율을 y라고 하자. dW만큼 증류되었다고 하면 유출액 중의 저비점 성분의 양은 (y)(dW)이며, 증류기 내에 남은 액량은 (W - dW)[kg-mol]이며, 이것의 몰분율은 (x - dx)가 되므로 증류기 내에 남은 저비점 성분의 양은 (W - dW)(x - dx)[kg-mol]이 된다. 따라서 총괄 물질수지식은 식 (1)과 같다.
(W)(x) = (y)(dW) + (W - dW)(x - dx) (1)
식 (1)에서 2차 미분항을 무시하고 정리하면 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
(dW/W) = (dx)/(y-x) (2)
최초의 증발기내 액량 W1 으로부터 단증류 후의 증발기내 액량 W2, 이에 따른 액의 조성변화 x1으로부터 x2까지 적분하면 식 (3)과 같다.
ln (W1/W2) = ∫(dx)/(y-x) (3)
식 (3)을 Rayleigh 식이라 한다. 여기서 원료에 대한 유출액량의 비를 유출률 β라 하면 식 (4)와 같이 정의된다.
β = (W1 - W2) / W1 (4)
따라서, 식 (3)을 식 (5)와 같이 나타낼 수 있다.
ln(1 / (1-β)) = ∫(dx)/(y-x) (5)
다음에 유출량을 D[kg], 유출액의 평균조성을 xDav [wt%]라 하면 물질수지식은 식 (6)과 같이 된다.
W1 - W2 = D (6)
W1 x1 - W2 x2 = D xDav ...
참고 자료
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https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A6%9D%EB%A5%98
화학백과, 증류, 2023. 03. 22.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5663102&cid=62802&categoryId=62802
두산백과, 분별증류, 2023. 03. 22.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1104630&cid=40942&categoryId=32255
두산백과, 수증기 증류, 2023. 03. 22.
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1115831&cid=40942&categoryId=32251
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https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1086837&cid=40942&categoryId=32252
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https://che.kumoh.ac.kr/che/sub0702.do?mode=view&articleNo=427450&article.offset=0&articleLimit=10
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https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=buzbaz&logNo=220657143182
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https://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
stachemi, 불변 끓음 혼합물, 2023. 03. 22.
https://stachemi.tistory.com/127
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화공 기초 실험, 부산대학교 화공생명공학부, 김원호
NIST Chemistry Web Book
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