다단식 연속증류 실험 결과 보고서

본 내용은 " (A+만점레포트)[화공생물공학단위조작실험2] 3.다단식연속증류(결과) " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.06.25

문서 내 토픽

• 1. 다단식 연속증류

  다단식 연속증류는 에탄올-물 2성분계 혼합물을 분리하는 실험으로, McCabe-Thiele 법을 이용하여 이론단수를 계산하고 단효율 및 최소 환류비를 구하는 방법이다. 본 실험에서는 50mol% 에탄올 수용액을 공급액으로 사용하여 정류부와 탈거부에서 분리된 용액을 얻었으며, 공급액의 에탄올 몰조성은 0.4261, 정류부는 0.8776, 탈거부는 0.2505로 측정되었다.

• 2. McCabe-Thiele 법

  McCabe-Thiele 법은 연속증류에서 이론단수를 구하는 그래프 작도 방법으로, 기-액 평형선도에 조작선을 그려 계단 작도를 통해 필요한 이론단수를 결정한다. 이 방법은 관 벽의 열 손실이 없고 혼합열을 무시하며, 각 성분의 분자 증발 잠열이 일정하다는 가정 하에 적용된다. 본 실험에서는 정류부 조작선과 원료 공급선의 교점이 평형선도 위쪽에 위치하여 신뢰할 수 없는 결과를 얻었다.

• 3. 공비 혼합물

  공비 혼합물은 둘 이상의 성분이 섞인 액체 혼합물이 증기와 평형을 이룰 때, 증기 조성과 액체 조성이 같아지는 특별한 상태를 말한다. 에탄올-물 혼합물은 95.6%와 78.2℃에서 공비점이 형성되는 공비 혼합물로, 공비점에 도달하는 데에는 무한대의 이론단수가 요구되므로 특정 순도 이상으로 분리할 수 없다.

• 4. 최소 환류비

  최소 환류비는 연속증류에서 환류하는 액량이 계속 줄어서 단수를 무한대로 해도 목적물의 분리 정제가 불가능할 때의 환류비이다. 본 실험에서 계산된 최소 환류비는 1.2393이며, 이는 원료 공급선과 기-액 평형선도의 교점 좌표를 이용하여 구할 수 있다. 환류비가 최소 환류비보다 작으면 분리가 불가능하고, 클수록 높은 순도의 용액을 얻을 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 다단식 연속증류

  다단식 연속증류는 산업적 규모의 액체 혼합물 분리에서 가장 중요한 단위 조작입니다. 여러 개의 이론단을 통해 단계적으로 성분을 분리함으로써 높은 순도의 제품을 얻을 수 있습니다. 이 공정은 석유화학, 정유, 제약 산업 등에서 광범위하게 사용되며, 에너지 효율성과 경제성 측면에서 최적화가 필수적입니다. 다단식 증류탑의 설계와 운영은 열역학적 원리와 물질 이동 현상에 대한 깊은 이해를 요구하며, 이를 통해 분리 효율을 극대화할 수 있습니다.

• 2. McCabe-Thiele 법

  McCabe-Thiele 법은 이진 혼합물의 증류 공정을 설계하기 위한 고전적이고 실용적인 그래프 방법입니다. 이 방법은 평형 곡선과 운영선을 이용하여 필요한 이론단의 개수를 직관적으로 결정할 수 있어 엔지니어들에게 매우 유용합니다. 비록 현대에는 컴퓨터 시뮬레이션이 주로 사용되지만, McCabe-Thiele 법은 증류 공정의 기본 원리를 이해하고 빠른 예비 설계를 수행하는 데 여전히 가치 있는 도구입니다.

• 3. 공비 혼합물

  공비 혼합물은 일정한 조성에서 액체와 증기의 조성이 동일해지는 특수한 혼합물로, 일반적인 증류 방법으로는 완전한 분리가 불가능합니다. 이러한 특성은 산업 공정에서 상당한 도전을 제시하며, 공비를 극복하기 위해 공비 증류, 반응 증류, 용매 첨가 등의 특수한 기술이 필요합니다. 공비 혼합물의 존재는 분리 공정의 설계와 경제성에 중대한 영향을 미치므로, 이를 정확히 파악하고 대응하는 것이 중요합니다.

• 4. 최소 환류비

  최소 환류비는 주어진 분리 목표를 달성하기 위해 필요한 최소한의 환류량으로, 증류탑 설계의 경제성을 결정하는 핵심 인자입니다. 최소 환류비보다 낮은 환류비에서는 원하는 분리가 불가능하며, 실제 운영에서는 최소 환류비의 1.2~1.5배를 사용합니다. 최소 환류비를 정확히 계산하면 에너지 소비와 자본 비용 사이의 최적 균형을 찾을 수 있어, 전체 공정의 경제성을 크게 향상시킬 수 있습니다.