[화공열역학] Analysis of VLE(Cyclohexane, Ethanol)
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- 목차
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1. Introduction
2. Theory
a. Activity coefficient와 Gibbs free energy의 관계
b. 관계식
1) Margules equation
2) Van Laar equation
3) Wilson equaiton
4) NRTL equation
5) UNIFAC equation
c. 열역학적 부합성(일관성, Consistency)에 대한 설명
3. Procedure & Results
(1) Pxy Data & Their Correlation(o, x : experimental value)
(2) Liquid-Phase Properties & Their Correlation(o : , x : )
(3) Consistency test of data( O : ln , x : )
4. Discussion
5. Coding
6. Reference
- 본문내용
-
1. Introduction
"새집증후군은 건축 마감재에서 배출되는 유해 화학성분이 기관지의 이상(기침, 호흡 장애, 알레르기성 비염 등)이나 두통, 피부질환 등으로 발생하는 것이다. 이 유해성분에는 벤젠·톨루엔·싸이클로헥산·클로로포름·아세톤·스틸렌·포름알데히드 등의 발암물질이 포함되어 있어 이러한 오염물질들이 건물 밖으로 배출되지 못하고 실내에 축적되면 각종 심각한 문제를 일으키게 된다. "이들은 신체로 흡입되어 각종 호흡기질환을 유발, 비염, 천식 등의 원인을 제공하고 피부 알러지(아토피 등) 등의 증상 악화에 직접적인 원인을 제공하기도 한다.“
<연합뉴스 2008.09.25>
최근, 신도시 개발과 새로운 주거지 개발로 인해 새 아파트 및 새 주택에 입주하여 생활하는 사람들이 증가하고 있다. 이러한 새로운 주거지는 생활상의 편의 및 미적인 측면에서 한 단계 진보한 수준의 주거 환경을 제공해 주기도 하지만, 이와 동시에 어린 아이들의 아토피 피부염이나, 성인들의 천식 및 폐질환 등을 유발하는 화학물질로 인한 새집증후군과 같은 현상 역시 증가하였다. 실제로, 벽에 바르는 페인트나 마감재 등에서 배출되는 인체에 해로운 물질로는 포름 알데하이드나 cyclohexane 등이 있다. 우리 조는, 이러한 물질들 중에서 상대적으로 덜 알려진 물질 중의 하나인 cyclohexane 에 대해 관심을 가지게 되었다. 그러던 중, 자료 조사를 하면서 cyclohexane에 대한 흥미로운 논문 하나를 발견할 수 있었다.
“알코올 섭취에 따른 cyclohexane의 폐 독성 유무”라는 제목의 이 논문은, 주류의 섭취가 산업 화학 물질의 인체 내 독성 발현에 어떤 영향을 미치는가에 대한 것으로, 동물을 이용한 실험 결과, 주류를 섭취한 상태에서 cyclohexane을 투여 했을 때, 간 조직 중 cyclohexane의 분해 효소 활성이 증가되어서, 과잉의 대사부산물들이 폐에 분포됨으로 인해 폐조직의 손상이 심화되는 것을 발견하였다.
우리는 열역학적인 측면에서 효소 반응이 진행되기 전, cyclohexane과 ethanol 혼합물을 미리 분리해낼 수 있는 가능성에 관심을 가지고, 이 논문 내용 가운데, 체내 효소의 작용을 배제한 상태에서 주 관심대상인 cyclohexane과 ethanol 혼합물의 상평형 관계를 고찰해보았다. 2성분 계의 VLE 데이터를 여러 가지 상관관계식으로 분석하고, 상태 방정식 및 활동도 계수 상관 관계식을 얻고, 각각의 정확도와 적용범위에 대하여 분석하였다.
<참고자료 캡쳐>
2. Theory
a. Activity coefficient와 Gibbs free energy의 관계
비이상성 혼합물에 대하여 사용되는 함수는 excess function 이며, 이와 같은 조건의 온도, 압력 조정 하에서 이상기체와 실제기체와의 열역학적인 함수의 차이로 결정된다.
따라서 비이상계의 혼합이 몰당 excess Gibbs energy의 변화는
= Δ - Δ
로 표시되며 Δ는 혼합물의 성분 i에서의 activity coefficient인와 연관되어지므로
Δ =
이성분계에서는
Δ =
Δ를 부분 미분하면
=
여기에서 n은 총 몰수이며 는 혼합물에서 성분의 몰수이다. 이성분계에서의
activity coefficient는
=
=
실험값에서 정해진 activity coefficient는 에 관계가 있으므로 이 함수를 넣어서 관계식을 만드는 것이 좋다. excess Gibbs energy 는 의 함수이나 액체에서는 에 대하여 약한 함수이므로, 저압에서는 의 압력의존성을 무시할 수 있다고 가정한다.
- 참고문헌
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- 『A study of Vapor-Liquid Equilibria for systems of Cyclohexane-Alcknol』
충남대학교 공과대학 화학공학과. 1994.
- 김병렬 외.『알코올 섭취 유무에 따른 cyclohexane의 폐 독성』
한국 전자현미경 학회지. 2005.
- J.M. Smith 외.『Intoduction to Chemical Engineering Thermodynamics』
McGraw-hill. 2005.
- 김창근. 『Matlab을 이용한 수치해석』. 교우사. 1997.
- J. Gmehling 외. 『Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, Chemistry
Data Series, Vol I, parts 1-8』. DECHEMA. 1974-1990.
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