다단식 연속증류 실험 결과 분석

본 내용은 " 다단식연속증류 결과레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.15

문서 내 토픽

• 1. 증류 및 증류탑

  증류는 상대 휘발도와 끓는점의 차이를 이용하여 액체 혼합물을 분리하는 물리적 분리 방법이다. 증류탑은 여러 개의 트레이로 구성된 단과 응축기, 재비기로 이루어져 있으며, 각 단에서 응축된 액체는 흘러내리고 기화된 기체는 상층부로 올라간다. 이 구조로 인해 열이 물질을 통해 직접 전달되어 에너지 소비가 감소한다. 단의 개수가 많을수록 더 순수한 물질로의 분리가 가능하며, 공비 혼합물이 아닌 경우 효과적이다.

• 2. 환류비 및 최소환류비

  환류비는 환류량(L)을 유출량(D)으로 나눈 값으로 정의된다. 탑정에서 상승유량을 모두 환류로 재순환시킬 때 환류비는 무한대가 되는 전환류 상태가 되며, 이때 필요한 단수를 최소이론단수라 한다. 환류비가 어느 한계치 이하가 되면 단수를 증가시켜도 소정 농도의 제품을 얻을 수 없으며, 이때의 환류비를 최소환류비라 한다. 대부분의 증류탑은 환류와 최소환류의 비가 1.1~1.5 사이가 되도록 최적화된다.

• 3. McCabe-Thiele법

  이론 단수를 구하기 위한 도식적 계산법으로, 조작선과 평형선을 교대로 이용하여 단계적으로 계단을 그려나간다. 몰분율과 x-y도표를 이용하여 단수를 결정하며, 관벽의 열손실과 혼합열을 무시하고 각 성분의 분자증발 잠열 및 액체의 엔탈피는 탑 내에서 같다고 가정한다. 원료조작선, 농축부 조작선, 회수부 조작선을 그려 최소이론단수와 최소환류비를 구할 수 있다.

• 4. 단효율

  이론 단수는 각 단에서의 증기와 액상의 완전 평형을 가정하지만, 실제는 그렇지 않으므로 실제 단수를 구하기 위해 단효율을 계산해야 한다. 단효율은 이론 단수를 실제 필요한 단수로 나눈 값이며, 주로 Murphree 효율이 사용된다. 본 실험에서는 57%의 단효율을 구했으며, 이는 한 단과 다음 단 사이의 증기조성 변화를 기반으로 계산된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 증류 및 증류탑

  증류는 화학공학에서 가장 중요한 분리 공정 중 하나이며, 증류탑은 이를 실현하는 핵심 장비입니다. 증류탑은 끓는점 차이를 이용하여 액체 혼합물을 효과적으로 분리하는 장치로, 산업 전반에서 광범위하게 활용됩니다. 특히 석유화학, 정유, 제약 산업에서 필수적인 역할을 합니다. 증류탑의 설계와 운영은 에너지 효율성과 경제성에 직결되므로, 정확한 이론적 이해와 실무 경험이 모두 중요합니다. 현대에는 에너지 절감과 환경 보호를 위해 더욱 효율적인 증류탑 기술 개발이 지속되고 있습니다.

• 2. 환류비 및 최소환류비

  환류비는 증류탑 운영의 핵심 변수로, 분리 효율과 에너지 소비를 직접적으로 결정합니다. 최소환류비는 이론적으로 필요한 최소한의 환류량을 나타내며, 이를 초과하는 환류는 에너지 낭비를 초래합니다. 반면 환류비가 너무 낮으면 원하는 분리 효율을 달성할 수 없습니다. 따라서 최적의 환류비를 결정하는 것은 경제성과 효율성의 균형을 맞추는 중요한 과제입니다. 실제 산업 현장에서는 최소환류비의 1.2~1.5배 정도를 운영 환류비로 설정하는 것이 일반적입니다.

• 3. McCabe-Thiele법

  McCabe-Thiele법은 이진 혼합물의 증류 설계에 사용되는 그래픽 방법으로, 직관적이고 이해하기 쉬운 장점이 있습니다. 이 방법은 평형 곡선과 운영선을 이용하여 필요한 이론단의 개수를 결정할 수 있어, 증류탑 설계의 기초가 됩니다. 특히 교육 목적으로 매우 유용하며, 복잡한 계산 없이 시각적으로 분리 과정을 이해할 수 있습니다. 다만 다성분 혼합물이나 복잡한 조건에서는 컴퓨터 시뮬레이션이 더 적합합니다. 현대에도 기본 개념 이해와 빠른 예비 설계에 여전히 널리 사용됩니다.

• 4. 단효율

  단효율은 이론단과 실제단의 차이를 나타내는 중요한 지표로, 증류탑의 실제 성능을 평가하는 데 필수적입니다. 이론단은 완벽한 평형을 가정하지만, 실제로는 접촉 시간 부족, 혼합 불완전, 열손실 등으로 인해 완벽한 평형에 도달하지 못합니다. 단효율은 이러한 현실적 손실을 정량화하며, 일반적으로 50~90% 범위에서 나타납니다. 단효율을 정확히 예측하려면 유체역학, 물질전달, 열전달 등 다양한 인자를 고려해야 합니다. 증류탑 설계 시 적절한 단효율을 적용하는 것이 경제적이고 효율적인 장비 설계의 핵심입니다.