단증류실험
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실험주제 : 단증류 실험
서론
1) 개요
단증류라 함은 일정량의 액체혼합물을 증류기에 넣고 가열 비등시켜 발생 증기의 전부를 냉각 응축하여 적당량의 유출액을 얻었을 때 조작을 중단하는 증류법이다. 본 실험에서는 이성분계를 시료로 하여 단증류 시험을 행하고 회분조작 및 그 이론과 물질수지의 개념을 이해한다. 또한 능도측정의 한 방법으로서 굴절률의 측정법을 익힌다.
2) 이론
몇 개의 성분으로 이루어진 액체 혼합물을 분리해내는 방법은 여러 가지가 있는데 일반적으로 화학공장과 정류산업에 있어 가장 대표적이고 또 널리 사용되는 조작이 증류이다. 휘발하기 쉬운 성분으로 되어있는 액체혼합물을 가열할 때 발생한 증기의 조성은 원액의 조성과 다르다. 이러한 성질을 이용하여 혼합물을 가열해 기화시켜증기로 만든 다음 그것을 응축시켜 각 성분 또는 몇몇 유분으로 분리하는 조작을증류라 한다. 증류할 때 처음 증발해 나오는 것은 끓는점이 낮은 물질이고, 나중에 나오는 것일수록 끓는점이 높은 물질이다. 증류에 의해서 얻는 액체를 유출액 또는 유분이라 하고, 남은 액체를 잔류물이라고 한다. 유출액을 다시 증류하였을 때, 새로 생긴 유출액은 앞서 얻은 유출액보다 휘발성이 더 크고 끓는점도 낮다. 이와 같이 증류를 되풀이 하는 것을 재증류라고 하며, 이에 대하여 한 번만 증류하는 것을 단증류라고 한다.
단증류는 초기에 일정한 양의 다성분 물질을 증류장치에 장입한 후 열부하와 환류량을 적절히 조절함으로써 원하는 조성의 물질들로 분리하는 공정이다. 장입된 원료물질은 가열됨에 따라 기상이 형성되어 연속적으로 제거 및 응축된다. 단증류에는 정상상태가 존재하지 않으며 초기 원료 물질의 조성은 시간에 따라 변화한다. 결국 탑저의 온도는 상승하고 휘발성이 강한 물질의 탑저 잔류물이 점차 줄어든다. 이러한 단증류는 그 양이 너무 작아 연속공정에 적용될 수 없거나 장입 원료의 특성치가 너무 심하게 변동할 때 즉 다목적 용매들의 회수를 위한 증류공정이나 pilot-scale의 운전 등을 위해 주로 사용되는 공정이다.
조성이 x0인 이성분 혼합액 n0 mol을 증류기에 넣고 단증류 할 때 어떤 순간에 증류기에 남아있는 액체의 총 mol수를 n, 그 액의 조성을 x라 하면 증류기에 남아있는 저비점 성분 A의 mol수는 n _{A} =xn ---------(1)
이다. 이로부터 미소량의 액체 dn만큼 증류하여 순간 유출액의 조성을 y라고 하면 다음과 같은 물질수지식이 성립한다.
- 참고문헌
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참고문헌
2) Warren L. McCabe 외 2인, “McCabe의 단위조작”, 7판, p.547~548, p.565~568, 사이플러스(2017)
3) 김학준, “화학공학개론”, p.102-108, 문운당(2000)
4) 박소진, “화학공학실험”, p.26-30, 충남대학교출판부(2010)
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