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화학공학실험2,화공신소재기초실험2 분별증류 결과보고서

"화학공학실험2,화공신소재기초실험2 분별증류 결과보고서"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2025.09.20 최종저작일 2025.06
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화학공학실험2,화공신소재기초실험2 분별증류 결과보고서
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    • 🔬 화학공학 실험의 상세한 분별증류 과정과 원리를 체계적으로 설명
    • 📊 실험 데이터와 이론적 분석을 종합적으로 제시
    • 🧪 McCabe-Thiele 방법론을 활용한 심층적인 증류 효율 분석

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    소개

    "화학공학실험2,화공신소재기초실험2 분별증류 결과보고서"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. 실험 방법

    2. Note

    3. 결과 및 논의
    1) 실험 결과
    2) 결과 해석 및 논의

    4. 결론

    본문내용

    [Simple distillation] 단증류 ① Feed tank에 50 mol%의 에탄올과 물 혼합물을 24 L 채운다. ② Condenser 로 cooling water 가 주입될 수 있도록 sink 밑의 valve 와 valve 1, valve 9를 연다. ③ 전원을 켜고 controller 를 켠다. ④ Valve 8을 열고 valve 13을 pump 방향으로 놓은 뒤 three way valve를 boiler 방향으로 열고 Feed pump를 작동시킨다. ⑤ Boiler의 level indicator를 보고 feed 가 Boiler의 반 이상을 채우면 feed pump를 끈다. ⑥ Boiler의 온도를 feed 혼합물의 끓는점을 고려하여 85℃/83℃로 설정한다. ⑦ Condenser에 top product가 차면 condenser valve와 boiler의 drain valve를 열어 distillate 샘플(top product)과 bottom 용액 샘플(bottom product)을 15 mL conical tube에 받아 시간 간격 없이 2회 채취한다. ⑧ Micro pipette을 이용하여 채취한 샘플 2 mL를 microtube에 넣고, 무게를 측정하여 fraction에 따른 purity를 추정한다.
    [Fractional distillation] 분별증류 ① Simple distillation 실험의 ⑥번까지 똑같이 수행한다. ② Three way valve 를 feed pump 방향으로 연다. ③ Feed pump switch를 ON하고 feed heater control로 온도를 40℃로 조절한다. ④ Feed flow meter를 보면서 feed pump 세기를 조절하여 feed flow를 rate 1cc/min로 조절한다. ⑤ Reflux ratio switch를 ON하고 tank timing knob를 조작하여 distillate reservoir 가 반 이상 채워지면..

    <중 략>

    참고자료

    · 대한화학회, 『표준 일반화학실험』, 천문각(2011), pp. 83-90
    · E. Krell : 'Handbook of Laboratory Disillation', Verdagder Wissenschaften, Berlin (1982)
    · 노현숙, 김동수, 『폐용제 분별증류 회수 반응의 평형 및 속도론적 기초연구』, 이화여자대학교 공과대학 환경학과,
    · 2002.12.01.
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 분별증류(Fractional Distillation)
      분별증류는 끓는점이 비슷한 액체 혼합물을 분리하는 데 매우 효과적인 방법입니다. 분별 증류탑의 여러 단계를 통해 증기와 액체가 반복적으로 접촉하면서 열교환이 일어나므로, 단순 증류보다 훨씬 높은 분리 효율을 달성할 수 있습니다. 특히 석유 정제 산업에서 원유를 다양한 제품으로 분리할 때 필수적인 공정입니다. 다만 에너지 소비가 많고 장비가 복잡하다는 단점이 있으며, 공정 최적화를 위해서는 정확한 열역학 계산과 운영 조건 조절이 중요합니다.
    • 2. 단증류(Simple Distillation)
      단증류는 끓는점이 크게 다른 액체 혼합물을 분리하는 가장 기본적이고 간단한 방법입니다. 장비가 단순하고 비용이 저렴하며 운영이 용이하다는 장점이 있어 실험실이나 소규모 공정에 적합합니다. 그러나 분리 효율이 낮아서 끓는점이 비슷한 성분들을 분리하기 어렵고, 한 번의 증발과 응축 과정만 거치므로 순도 높은 제품을 얻기 어렵습니다. 따라서 단증류는 초기 분리 단계나 끓는점 차이가 큰 경우에만 실용적이며, 고순도 제품이 필요한 경우에는 분별증류 같은 고급 기술이 필요합니다.
    • 3. McCabe-Thiele 방법
      McCabe-Thiele 방법은 이진 혼합물의 증류 공정을 그래프적으로 분석하는 고전적이면서도 매우 유용한 도구입니다. 평형 곡선과 운영선을 이용하여 필요한 이론단(theoretical stage)의 수를 직관적으로 결정할 수 있어 공정 설계에 매우 효과적입니다. 특히 손으로 계산할 수 있어 빠른 개념 이해와 초기 설계에 유리합니다. 다만 이진 혼합물에만 적용 가능하고, 다성분 혼합물이나 복잡한 공정에는 컴퓨터 시뮬레이션이 필요합니다. 현대에는 소프트웨어가 주로 사용되지만, McCabe-Thiele 방법의 원리를 이해하는 것은 증류 공정의 기본 개념 습득에 여전히 중요합니다.
    • 4. 증류 효율에 영향을 미치는 인자
      증류 효율은 온도, 압력, 공급액의 조성, 환류비, 증류탑의 높이와 직경, 충전재의 종류 등 다양한 인자에 의해 영향을 받습니다. 환류비가 높을수록 분리 효율이 증가하지만 에너지 소비도 증가하므로 경제성과의 균형이 필요합니다. 온도와 압력은 액체-증기 평형에 직접 영향을 미치므로 신중한 제어가 필수적입니다. 또한 충전재의 표면적과 접촉 효율, 증류탑 내 액체와 증기의 흐름 패턴도 중요한 역할을 합니다. 이러한 인자들을 최적화하려면 열역학, 물질전달, 유체역학 등 다양한 분야의 지식이 필요하며, 실제 공정에서는 이들 인자 간의 상호작용을 고려한 종합적인 접근이 필요합니다.
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