[열역학] 물/메탄올의 기액 상평형

소개

본 보고서는 물과 메탄올의 기액 상평형에 대한 내용으로 구성되어 있다. MATLAB을 이용해서 G, H, S 등 열역학적인 데이터를 직접 그래프화 해 보았고, 거기로 부터 알게된 점들을 서술해 놓은, 대학교 4학년 정도의 수준 높은 보고서이다.

목차

1. Introduction

2. Theory

(1) Basic properties of species
(2) VLE (Vapor-Liquid Equilibrium)
(3) Activity coefficient
(4) Various models
1) Margules
2) van Laar
※국부 조성 모델 (local composition model)
3) Wilson
4) NRTL
5) UNIFAC Method

3. Procedure/Result

(1) VLE analysis
1) Raoult`s law
2) Various models
① Margules
② van Laar
③ Wilson
④ NRTL
⑤ UNIFAC Method
(2) Consistency test
(3) 혼합 물성 변화

4. Discussion

① 코딩으로 인한 문제점
그래프의 해석
에 대한 해석

5. Conclusion

6. Reference & Coding

본문내용

1. Introduction

대부분의 영역에서 과학이 해왔던 일은, 우리 주변에서 일어나는 일들을 어떻게 설명할 수 있는가에 초점을 두었었다. 이를 위해 복잡해 보이는 여러 가지 현상들을 가능한 한 간단한 형태로 바꾸어 기본적인 원리를 알아내고자 하는 작업들이 꾸준히 진행되어 왔었다. 화학의 영역도 여기서 크게 벗어나지 않아 가장 다루기 쉬운 형태인 ideal case를 중심으로 연구해왔고, 그로 인해 많은 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 실제 현상을 기술하기 위해서는 ideal case를 더욱 발전시킬 필요가 있었고, 이런 상황에서 비이상성에 대한 고려는 반드시 필요한 단계였다고 할 수 있겠다.
비이상성에 대한 고려는 이상적인 값과 실험값의 비교를 통하여 알아내는 것이 대부분이기에 어느 정도는 경험적인 성격이 강할 수밖에 없고, 이로 인해 각 연구자들 사이에서 여러 가지 의견이 나올 수 있었다. 그렇기 때문에 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 액체와 기체의 상평형이라는 현상에 대해서도 그 비이상성에 대한 부분은 여러 가지 이론으로 설명되고 있는 것이다.
우리 조는 주위에서 흔히 볼 수 있는 물질로, anti-freezer의 용도로 쓰이는 물과 메탄올을 대상으로 하여 기∙액 상평형의 비이상성에 대해 고려해 볼 것이다. Margules, van Laar, Wilson, NRTL, UNIFAC, 총 5가지 이론에 대해 살펴봄으로서 각각의 식에서 비이상성이 어떻게 고려되고 있으며, 상평형에서의 비이상성에 대한 이론들이 어떻게 발전해 나갔는지에 대해 알아보고자 한다.
또한 용액 열역학으로서 활동도 계수 상관관계로부터 유도 되는 기∙액 상평형 데이터의 측정을 위의 5가지 이론으로서 고찰해보고, 혼합에 의하여 야기되는 물성 변화 자료를 직접 데이터 값으로 부터 계산하여 알아보고자 한다.

참고자료

· - K. Kurihara et al, J. Chem. Eng. Data, vol, 40, pp, 679-684, 1995
· - 화학공학연구정보센터(CHERIC), "공정모사기에 필요한 열역학모델", 조정호, 2002년
· - H. Renon & J. M. Prausnitz, AIchE J., vol. 14, pp. 135-144, 1968
· - G. M. Wilson, J. Am. Chem. Soc., vol 86, pp. 127-130, 1964
· - 화학공학 열역학, Elliot, Lira, 고승태 [외]역. 아진출판사, 서울, 2001
· - J. Gmehling, U. Onken, and W. Arlt, Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, Chemistry Data Service, vol. 1, parts 1-8, DECHEMA, Frankfurt/Main, 1974-1990
· - "Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics", Smith, Page 420, Fig. 11.4
· - "The Molecular Structure of Alcohol-Water Mixtures", Phys. Rev. Lett. 91, 157401 (2003), J. H. Guo, et al.