(A+레포트)[화공생물공학단위조작실험2] 3.다단식연속증류(예비)

소개

화공생물공학실험단위조작실험2 A+ 받은 레포트입니다.
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*참고사항
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목차

1. 실험 목표
2. 실험 원리
3. 시약 조사 & 실험 기구 및 방법
4. 실험 시 주의사항
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목표
연속 증류의 기본 원리와 McCabe-Thiele법을 이용한 이론단수 계산 방법을 습득하고, 최소 환 류비 및 단효율을 통한 실제 조업 조건을 이해한다.

2. 실험 원리
2.1. 연속증류
증류는 분리하고자 하는 성분들 간의 끓는점 차이, 즉 상대휘발도 차를 이용하여 혼합물 중에서 원하는 성분의 순도를 높이는 분리조작이다. 정류(Rectifying)부와 탈거(Stripping)부가 있고 되끓이개 등의 필요한 보조장치를 갖춘 전형적인 연속증류탑은 그림 1과 같다.

2.2. 에탄올-물 2성분계의 기-액 평형 선도
분리하고 하는 성분 간의 상대휘발도를 도입하기 전에 증류탑에서 임의의 성분 i에 대한 K-value를 액상과 기상의 조성을 활용하여 K_i=y_i/x_i 와 같이 정의하며, 라울의 법칙(Raoult’s Law)으로부터 성분 i의 K-value는 식 1과 같이 표현할 수 있다. 또한 휘발성이 큰 성분인 A 성분과 휘발성이 낮은 B 성분 간의 상대휘발도의 정의[식 2]를 정리하면 식 3을 얻을 수 있다.
증류탑의 계산에서 위의 식 3을 평형선의 방정식이라고 부른다. 식 2에 의하면 상대 휘발도는 각성분의 증기압의 비와 같다. 에탄올(A)와 물(B)의 증기압에 대한 Antoine 표현식에 따라 80℃에서 각 성분의 증기압을 구하면 P_A^vap=108.79kPa, P_B^vap=47.44kPa 이다. 이로부터 두 성분 사이의 상대휘발도는 α_AB=108.79/47.44=2.29가 된다.

2.3. 원료 공급선
q는 공급 원료 1몰을 원료 공급단에 넣었을 때 그 중에 탈거부로 내려가는 액체의 몰수이다[그림 2]. 증류탑으로 주입되는 원료단에서의 수지식을 세우면 다음의 식 4와 같아지고 직선의 원료공급선이 되며, 조작선들의 교차점은 모두 이 원료공급선 상에 와야 한다. 이때 식 4의 y에 x를 대입하고 정리하면, 이 선이 대각선과 〖x=x〗_F에서 만나게 됨을 알 수 있다.

참고자료

· 동국대학교 교수진, “화공생물공학 단위조작실험2”, 동국대학교, 2025, pp.22-35.
· Warren L. McCabe외 2인, “단위조작” 7th, 맥그로힐에듀케이션, 2017, pp.559-590.
· McGraw-Hill, “Perry's Chemical Engineers' Handbook, Eighth Edition”, <Azeotrope>.
· 네이버 지식백과(https://terms.naver.com/)