(A+만점레포트)[화공생물공학단위조작실험2] 2.단증류(예비)

소개

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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

실험 목표
2성분계인 혼합 액체를 단증류 실험하여 조작방법을 익히고, 물질 수지의 이론과 개념을 통하여 Rayleigh 식과 Raoult 식을 이해하도록 한다.

실험 원리
단증류
단증류는 일정량의 비휘발성 물질과 휘발성 물질로 구성된 혼합 액체를 증류 장치에 넣고 열을 가하여 발생하는 증기를 응축기로 냉각시켜 시간에 따른 비점차로 분리하는 가장 단순한 증류방법이다. 증류기에 남아 있는 액체의 양을 W [kg], 증류기에서 증발된 증기의 극미량을 dW [kg], 액체와 증기의 조성을 각각 x [wt%], y [wt%], 그리고 액체와 증기의 조성 변화를 dx [wt%], dy [wt%],유출된 증기의 양을 V [Wg]라 하면, 저비점 성분(휘발성 성분)에 대하여 다음과 같이 평형한 물질수지 식이 성립한다.
여기서 dWdx, dWdy는 극미량으로 이를 무시하고 식 1을 변수 분리하여 정리하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
여기서, W_1과 W_2는 초기와 종료 조건에서 액체의 양, x_1과 x_2는 초기와 종료조건에서 액체의 조성을 나타낸다. 식 3을 2성분계 단증류식 또는 Rayleigh 식이라 한다. 우변 s=∫_(X_2)^(X_1)▒dx/(y-x)의 값은 y-x 선도를 이용한 적분을 통해 면적을 구할 수 있다.
혼합용액을 단증류할 때도 기-액 평형은 Raoult 법칙에 따라 각 성분의 조성과 증기압으로 나타낼 수가 있으며 상대휘발도(α_AB)는 각 성분의 조성비로 구할 수 있다.
상대휘발도 (α_AB)란, 액상과 평형에 있는 증기상에 대하여 성분 B에 대한 성분 A의 휘발도의 비를 의미한다. 식 4와 식 6의 조작을 통해, 또한 식 5와 식 7의 조작을 통해 비휘발도에 대한 식 9를 구할 수 있다.

2.2. 추가 이론
2.2.1. 증류
증류는 혼합 용액을 구성 성분의 끓는점 차이나 휘발도 차이를 이용하여 증발과 응축을 통해 분리하는 과정이다. 특히, 석유 정제 공정에서 가장 기본적인 기술 중 하나로 활용된다.

참고자료

· 동국대학교 교수진, “화공생물공학 단위조작실험2”, 동국대학교, 2025, pp.15-21.
· Jill K. Robinson 외 2인, “일반화학” 8th, 자유아카데미, 2020, pp.308-313.
· 네이버 지식백과(https://terms.naver.com/)
· 검색어: 에탄올, 플래시 증류, 수증기 증류, 진공 증류, 추출 증류
· 검색일자: 2025.03.21.(금)