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다단식 연속증류 실험(결과레포트) 평가A좋아요

2015-2 화공생물공학기초실험다단식 연속증류(결과레포트)실험일자 : 2015년 10월 19일1. Experiment실험에 앞서 실험 기구로는 매스실린더 100ml, 삼각플라스크 100ml, 비중병, 증류수, 초시계를 준비한다. 시약은 에탄올을 사용한다.2. Experiment Method장치의 모든 밸브가 잠겨 있고 모든 스위치가 OFF로 되어 있는지 확인한다.장치의 메인 S/W를 키고 각 지시계가 정상적으로 작동되는지 확인한다. 공급액 탱크에 50vol% 에탄올 4l를 만들어 넣는다재비기에 10vol% 에탄올 3l를 만들어 넣는다. 냉각수의 연결부위를 확인하고 이상 없을 시 응축기로 냉각수를 보낸다.공급용액 펌프를 작동하고 공급용액의 유량 및 조성을 측정한다. 재비기의 가열을 시작한 후 장치가 끓기 시작하여 응축액받이에 응축액이 모이는 것을 확인하고 이때의 유량과 조성을 확인한다. 환류펌프를 작동하고 이때의 환류비는 0.5로 정한다. 환류펌프의 유량조절은 펌프에 부착되어 있는 조절손잡이를 이용한다.원료공급선은 다섯가지 유형의 공급 원료를q라고 하는 단일 인자를 사용해서 표시할 수 있다.q는 공급원료 1몰을 원료 공급단에 넣었을 때 그 중에 탈거부로 내려가는 액체의 몰 수로 정의된다.q는 여러 가지 공급원료 조건들에 대하여 다음 그림3과 같이 수치 한계를 갖는다.증류탑으로 주입되는 원료단에서의 수지식을 세우면 다음의 식(7)과 같아지고 이는 직선으로 원료공급선이라 하고 조작선들의 교차점은 모두 이 원료공급선 상에 와야 한다. 이 선의 위치는 오로지x _{F}와q에 달려있다. 원료공급선의 기울기는-q/ LEFT ( 1-q RIGHT )이며, 식 (1)의y에x를 대입하고 정리하면, 이 선이 대각선과x=x _{F}에서 만나게 됨을 알 수 있다.y=- {q} over {1-q} x+ {x _{F}} over {1-q}-----(1)실험에서 사용되는 연속증류장치에서는 원료액의 상태가 포화액체로 주입되며, 이 경우 원료액의 온도는 포화액체 상태로써 기포점상태가 된다. 하나도 없으므로q=1로 볼 수 있으며, 공급선의 기울기는- {q} over {1-q} = {-0} over {1-1} = INF 가 된다.세밀한 조정을 위해 오랫동안 공급을 중단하는 일이 없도록 한다.(환류비 0.5는 탑상부 생성물 탱크로 1의 유량이 흐를 때 칼럼으로 환류되는 양이 0.5임을 의미한다.) 응축기를 통하여 배출되는 탑상부액의 유량과 조성을 측정하여 정상상태가 되었는지 확인한다.정상상태가 되면 환류펌프를 조절하여 응축액의 전량이 환류되도록 한다. 응축기를 통하여 배출되는 탑상부액의 유량과 조성을 측정하여 정상상태가 되었는지 다시 한번 확인한다. 전환류보다 작은 환류에서, 주어진 분리를 위해 필요로 하는 단수는 전환류일 때보다 크고, 환류비가 감소함에 따라 계속해서 증기한다. 환류비가 작아질수록 단수는 아주 커지며, 최소 환류비라고하는 어ㄸ?ㄴ 일정한 최소치에서는 단수가 무한대로 된다. 원하는 탑위 제품과 탑밑 제품을 일정량 생산하는 실제 탑은 단수가 무한대로 되는 최소환류와 단 수가 최소로 되는 무한 환류 사이의 환류비로 운전해야 한다.L _{a} /D를 운전 환류비라 하고,LEFT ( L _{a} /D RIGHT ) _{min}을 최소 환류비라 하면 다음 식 (2)와 같이 된다.LEFT ( {L _{a}} over {D} RIGHT ) _{min} < {L _{a}} over {D} < INF --------(2)최소환류비는 환류의 감소에 따른 조작선의 움직임으로 구할 수 있다. 전환류시에는 조작선 2개 모두 대각선과 겹친다. 환류가 더욱 감소됨에 따라 두 조작선들의 교차점은 원료공급선을 따라 평형곡선 쪽으로 움직여 계단을 그릴 수 있는 면적이 줄어들게 되어 단수가 증가한다. 조작선들 중의 하나 또는 둘 다 모두 평형곡선과 만나면, 접촉점을 지나가는데 필요한 단수는 무한대가 되나. 이런 상태에 해당하는 환류비는 정의에 따라 최소 환류비이다. 평형곡선전체가 아래쪽으로 오목한 정상형 평형곡선인 경우, 최소 환류시 조작선과 평형곡선의 접촉점은 원료공 농도를 측정하여 기록하도록 한다. 공급액은 포화액체상태로 공급을 하며 예열기를 조절한다. 너무 오랫동안 공급액을 공급하지 않으면 재비기 내부의 모든 액체가 증발하여 과승방지 장치가 작동을 멈추게 된다. 탈거부에서 물질수지식을 취해보면 식 (14)와 같아진다.{bar{L _{m}}} `x _{m} =barV _{m+1} `y _{m+1} +Bx _{B}-----(3)여기에서 MaCable-Thiele법의 가장 기본적인 가정은 정류부와 마찬가지로 “각 성분의 몰당 증발 잠열이 서로 같다.”라는 것이다. 이 가정에 의하면 각 단을 흐르는 증기와 액의 몰유량은 일정하다.따라서 하첨자를 생략하고y _{m+1}에 대해서 정리하면 식 (4)와 같이 쓸 수 있다.y _{m+1} = {barL} over {barV} x _{m} - {Bx _{B}} over {barV}--------(4)또한 총괄 물질수지를 취해보면 식 (5)과 같아진다.barL=barV`+B -----(5)또한 총괄 물질수지를 취해보면 식 (6)와 같아진다.barL=barV`+B-----(6)식(5)을 식 (4)에 대입하면 최종적으로 회수부에 대한 조작선의 방정식인 식(7)을 얻는다.y _{m+1} = {barL} over {barL`-B} x _{m} - {B`x _{B}} over {barL`-B}-----(7)위의 식 (6)에서x _{m}을x _{B}로 놓으면y _{m+1}이x _{B}가 되어, 탈거부에 대한 조작선은 대각선과 점LEFT ( x _{B} ,````x _{B} RIGHT )에서 교차한다. 조작선은 점LEFT ( x _{B} ,````x _{B} RIGHT )과 기울기barL/ LEFT ( barL`-B RIGHT )를 이용해서 그릴 수 있다. 탑 자체에 대한 조작선상의 가장 낮은 점은 바닥단의 점LEFT ( x _{B} ,`````y _{r} RIGHT )로서,x _{b}와y _{r}은 각각 바닥단을 나가는 액체와 reboiler에서 나가는 증기의 농도이다. 하지만 조작선은 연장되어 를 알지 못하므로 조절판넬의 온도를 보고 예상 노도로 공급액의 유량을 결정하도록 한다. 일차적인 유량 조절이 끝났으면 30분 정도 후 각 부분의 유량을 다시 확인하고 변동사항이 있으면 다시 조절하여 준다. 냉각수의 양이 충분한지 응축기의 겉면의 온도를 확인하고 부족하다면 냉각수의 유량을 확인한다.이상단을 실제단으로 전환하기 위해서는 단효율을 알아야 한다. 이번 실험에는 탑전체에 관련되는 총괄 효율를 활용하며, 식 (8)과 같이 이론단수와 실제단수의 비로 나타낸다.ŋ= {N _{이론}} over {N _{실제}} times`100%-----(8)30분 마다 각 펌프의 유량을 점거하고 변동이 있을 시 재조정하며 이때 탑 상하부 생성물의 샘플을 채취하고 그 농도를 측정하며 탑상하부의 온도를 기록한다. 장시간 실험 시에는 공급액 탱크의 수위를 확인하고 공급액이 모자라지 않도록 주의한다.4. Attention실험결과를 예상하면 정상상태 및 비정상상태의 공정변수, 즉 공급액 조성의 변화가 각 단의 조성에 미치는 영향을 알 수 있을거라 생각된다. 정상상태에서 공급액의 조성을 증가시켜 주었을 때는 각 단의 조성이 증가함을 예상할 수 있고 dynamics 상태에서 공급액의 조성을 변화시켜주었을 때는 공급액의 조성의 증가에 따라 각 단의 조성이 증가하는 경우도 예상할 수 있다. [1]실험시 주의사항으로는 공급액이 부족하지 않게 항상 체크하면서 실험을 진행하고 냉각수의 양도 체크해 부족하지 않게 한다.Figure.1 비중-농도 그래프경과시간30min60min90min공급액비중0.8820.8830.882몰농도(mol%)50.5950.1450.59탑상부유량(ml/s)1.21.321.36;온도(℃)818282비중0.8240.8340.837몰농도(mol%)84.6579.6578.15탑하부유량(ml/s)1.0671.1681.173온도(℃)939292비중0.930.9470.953몰농도(mol%)31.6523.1520.15환류액유량(ml/s)1.10.80.83실험 30분마다 각 부분의 유량을.61로 계산되었다. 그 다음 탑상부의 조작선을 식으로 나타내기 위해 식을 도출해내었다.y _{1} = {0.61} over {0.61+1} x _{1} + {1} over {0.61+1} TIMES 0.7815#`````#```````=`0.38x _{1} +0.4854그 후 x-y 평형곡선은 다음의 수식으로 나타낼 수 있는데 여기서 a는 상대휘발도를 의미한다. 온도 섭씨 82도에서의 평형상태일 때의 부분압력을 구하기 위해 Antoine 식을 이용하기로 한다.y= {ax} over {1+(a-1)x}lnp _{1} ^{sat} =16.8958- {3795.17} over {t+230.918} =117.846kpa#lnp _{2} ^{sat} =16.3872- {3885.70} over {t+230.170} =51.4091kpa#a= {117.8463kpa} over {51.4091kpa} =2.29#THEREFORE y= {2.29x} over {1+1.29x}위의 식을 토대로 그래프를 plot한다Figure.2 이론단수를 구하기 위한 계단작도계단작도법을 통해 이론단수는 6단임을 확인할 수 있었다. 실제단수는 7단수임으로 단효율을 계산하면 (6/7)*100= 85.7%로 계산되었다. 최소 환류비는 원료공급선과 평형곡선이 만나는 지점을 찾아 계산해주면 된다. 그 결과 x=0.5059일 때 y=0.7012이 나왔으므로{0.7815-0.7012} over {0.7012-0.5059} =0.4112이 된다.이번 실험은 다단식연속증류 실험 장치를 사용하여 실험을 통한 정류의 기본원리를 습득하고 McCabe-Thiele법을 이용한 이론단수 계산 및 단 효율 계산해보고 최적 환류비를 통한 실제 조업조건을 이해하는 실험이었다. 증류란 성분들 간의 끓는점 차이를 이용하여 혼합물 중에서 원하는 성분의 순도를 높이는 조작이다. 증기는 탑을 따라 올라감에 따라 휘발성이 큰 성분인 A가 농축이 되고 액체는 아래로 내려감에 따라 A를 빼앗긴다. 따라서 두 상에서 A의 농도는 탑의 높하였다.

공학/기술| 2015.10.27| 9페이지| 1,500원| 조회(661)

다단식, 연속증류, 다단식 연속증류, 이론단수, 단효율, 실제단수, 계단작도법

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부분 몰 부피측정(결과 레포트)

2015-2 화공생물공학기초실험 (화요일) 2010112132 김종하부분 몰 부피측정(결과레포트)김종하실험일자 : 2015년 10월 13일 화요일실험 목적부분 몰 부피의 원리를 이해하고 혼합물의 조성 변화에 따른 각 성분의 부분 몰 부피를 측정한다.2. 실험 원리대부분의 열역학 변수들은 두 가지 종류로 구분된다. 하나는 양에 의존하는 시량성질(extensive properties)이며 다른 하나는 양에 의존하지 않는 시강성질(intensive properties)이다. 대표적인 시강성질로는 밀도, 온도, 압력 등을 들 수 있으며 자유 에너지에 대한 부분 몰 성질인 화학 퍼텐셜(chemical potential) 역시 중요한 시강성질이다. 동일한 종류의 시량성질과 시강성질 사이에는 (예를 들어 부피와 부분 몰 부피) 다음과 같은 식이 성립한다.sum _{i} ^{} n _{i} {bar{Q _{i}}} =Q (1)여기서, i Q 는 부분 몰 성질이며 ni는 몰수 Q는 시량성질을 나타낸다. 그러므로 부분 몰 성질을 측정함으로써 계 전체가 갖고 있는 물성을 계산 할 수 있다.위의 식을 이용하여 1kg(55.51몰)의 물에 m몰의 용질이 녹아 있는 용액의 부분 몰 부피를 통해 총 부피를 계산한다면V = n1 V1 + n2 V2 = 55.51V1 + mV2 (2)위의 식이 성립한다. 이때 순수한 물의 25°C에서의 몰 부피(= 18.069 cm3/mol)를 01~ V 라 하면 다음과 같이 용질의 겉보기 몰 부피(apparent molar volume), φ,를 다음 식으로 정의할 수 있다.V = n1V1 + n2 φ = 55.1 V 0 = mφ (3)V= {1000+mM _{2}} over {d} (4)위의 식에서n _{1} {tilde{V _{1} ^{0}}} = {1000} over {d _{0}} (5)으로 각각 정의 된다. 여기서, d는 용액의 밀도이며 d0는 순수 용매의 밀도이다. M2는 용질의 분자량이다. (4)식과 (5)식을 (3)에 대입하여 정리하면PHI = {1} over {d} (M _{2} - {1000} over {m} {d-d _{0}} over {d _{0}} )= {1} over {d} (M _{2} - {1000} over {m} {W-W _{0}} over {W _{0} -W _{e}} ) (6)위의 식으로 나타낼 수 있다. 여기서 W는 비중병의 무게를 나타내며 하첨자 0는 순수한 물을 넣었을 경우이며 하첨자 e는 비었을 경우를 표시한다.희석 용액에서 Debye-Huckel 이론을 적용하면 부분 몰 부피는 다음 식들로 표현된다.{bar{V _{2}}} = PHI + {m} over {2 root {.} of {m}} {d PHI } over {d root {.} of {m}} = PHI + {root {.} of {m}} over {2} {d PHI } over {d root {.} of {m}} = PHI ^{0} + {3 sqrt {m}} over {2} {d PHI } over {d sqrt {m}} (7){bar{V _{1}}} = {tilde{V _{1} ^{0}}} - {m} over {55.51} ( {sqrt {m}} over {2} {d PHI } over {d sqrt {m}} ) (8)여기서 φ0는 겉보기 몰 부피를 농도가 0인 곳으로 외삽했을 경우 값이다.(7)식과 (8)식을 이용하여 φ과 m 을 플롯하여 가장 직선의 변화를 나타내도록 fitting하여 기울기에서 dφ/d m 를 구할 수 있으며 φ0 와 각각의 부분 몰 부피를 계산 할 수 있다.3. 실험3M 농도의 NaCl 수용액 200mL를 만든다. 피펫으로 100mL를 취하여 메스 플라스크에 넣은 후 물을 넣어 희석용액 200mL를 만든다. 위와 같은 방법으로 차례 차례 초기 농도의 1/2, 1/4, 1/8, 1/16의 농도를 갖는 용액을 만든다. 그림 1과 같은 비중병(pycnometer)을 아세톤을 이용하여 깨끗이 세척한 뒤 완전히 건조시킨다.빈 비중병의 무게를 달아 We를 측정하여 기록한다. 증류수를 각 비중병에 담아 무게를 측정하여 W0를 기록한다. 비중병을 비우고 완전히 건조 시킨후 준비된 용액을 넣어 무게, W,를 측정한다. 비중병이 없을 경우 그림 2와 같은 Cassia volumetric flask를 이용한다. (9) (6)식을 이용하여 겉보기 몰 부피를 계산한다.농도에 따른 겉보기 몰 부피를 위에서 언급된 방법으로 fitting하여 직선을 얻는다. 직선의 기울기와 절편으로 부분 몰 부피와 겉보기 몰 부피를 계산한다.4. 실험 전 예상비중병의 빈 무게, 증류수를 넣은 후 무게, 준비된 용액의 무게를 각각 측정한다. 6,7번 식을 이용하여 몰 부피를 측정한다. 이 측정한 값을 가지고 그래프를 그리고, Φ를 외삽하여 구한다.5. 결과우선 NaCl 용액을 제조한다. NaCl의 분자량은 58.44g/mol 로 3M 농도의 용액을 만들기 위해서 100mL의 눈금실린더를 이용하여 용액을 제조한다.3M`=>` {3mol} over {L} TIMES {58.44g/mol} over {mol} TIMES 0.1L=17.532g위와 같은 방법으로 1.5M, 0.75M, 0.375M, 0.1875M 용액을 제조한다. 그 후 밀도(d)와 몰랄농도(m)를 계산한다. 실험 조건은 Room temperature와 1 atm로 가정한다.밀도d= {W-W _{e}} over {V(비중병의`부피)}몰랄농도``m`=` {1000`NaCl} over {1000d`-`58.44`NaCl}로 계산가능하다.모든 결과값을 표로 정리하면 다음과 같다.Table.1 몰랄농도 값 (W= 용액을 포함한 무게, We= 비어있는 비중병 무게, W0 증류수를 포함한 무게)NaCl 농도W(g)We(g)W0(g)d(g/cm3)몰랄농도 m (mol/kg)sqrt {m}3M25.8914.2324.761.170.530.731.5M25.8815.0825.271.080.280.530.75M25.1814.4424.891.070.140.380.375M25.1414.5124.991.060.070.270.1875M25.1814.7425.101.040.040.19계산된 값을 가지고 φ(겉보기 몰랄부피)와 m(몰랄농도)의 그래프를 그린다. 우선 φ의 값을 구하면 다음과 같다.PHI ~=~ 1 over d (M_2 ~-~{1 over m}{d~-~d_0} over d_0 )~=~ 1 over d (M_2 ~-~{1 over m}{W~-~W_0} over {W_0 ~-~W_e} )위의 식을 이용하여Table.2 φ 값 계산3M1.5M0.75M0.375M0.1875Mφ(mL/mol)49.9553.9254.2454.8055.77이 표를 가지고 φ와 농도의 그래프를 그리면 다음과 같다.Figure.1 φ 그래프 도식농도가 0일 때의 φ0 의 값을 구하면 y=-1.2522x+57.492의 추세선을 이용하면 된다. x=0일 때의 y의 값은 57.492mL/mol이 된다. 이 값이 바로 φ0의 값이다.그 후 φ와 m과의 관계를 통해 {d phi } over {d sqrt {m}} (기울기)를 구하면 1.252가 된다. 이 기울기를 이용하여 V1(용매의 분율), V2(용질의 몰분율)을 구한다.{ V}_{1 } = { V }_{1}{° }-{m} over{ 55.51} LEFT [ {{ SQRT {m }} over {2 } { d{ PHI } }over { d SQRT { m}}} RIGHT ]V _{2} = PHI _{0} + {m} over {2 sqrt {m}} {d PHI } over {d sqrt {m}} = PHI + {sqrt {m}} over {2} {d PHI } over {d sqrt {m}} = PHI ^{0} + {3 sqrt {m}} over {2} {d PHI } over {d sqrt {m}}Table.3 V1값과 V2값3M1.5M0.75M0.375M0.1875MV1(mL/mol)17.83017.93218.00018.03418.051V2(mL/mol)74.92080.88781.36082.19583.657φ(mL/mol)49.94753.92554.24054.79755.7726. 고찰Figure.2 V1, V2, φ 값 그래프 도식실험 결과 농도가 증가함에 따라 V1값,V2, φ이 감소하는 경향을 보였다. 위 실험에서 비중병을 사용하는 이유는 각 용액의 부피를 정확하게 측정하기 위함인데 다른 실험장비 같은 경우 용량의 클수록 오차가 커지는 경향을 보이므로 10mL 용량의 비중병을 사용하였다.용액이 성분 A 를 nA몰, 성분 B를 nB몰 포함하고 있을 때, 각 성분의 몰수에 관한 그상의 V,S,G 등의 편미분량을 일반적으로 분몰랄량이라고 부른다. φ을 구하는 과정에 1.5M의 용액의 실험값이 다른 경향을 보이고 있는데 실험 과정에서 용액이 든 비중병의 무게를 크게 측정하였거나 혹은 빈 비중병의 무게를 측정할 때 작게 측정된 경우를 추정할 수 있다. 추세선을 근거로 이론값을 추정해보면 2.8M의 농도의 값으로 측정된 것으로 알 수 있다.

공학/기술| 2015.10.17| 8페이지| 1,500원| 조회(583)

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2015-2 화공생물공학실험기-액 평형 실험(VAPOR-LIQUID EQUILIBRIUM)실험일자 : 2015년1. Experiment표준 비중-농도 그래프를 작성한다. 실험자의 판단으로 몇 개의 임의의 농도(%) 에탄올 수용액을 제조한 후 비중병을 이용하여 비중을 측정한다. 공학용 계산기나 엑셀을 이용하여 표준 비중-농도 그래프를 작성한다. 여기서 비중이란 표준물질로서는 고체 및 액체의 경우에는 보통 1atm, 4℃의 물을 취하고, 기체의 경우에는 0℃, 1atm 하에서의 공기를 취한다. 비중은 온도 및 압력(기체의 경우)에 따라 달라진다. 비중은 무차원수이며, 고체·액체에 대해서는 그 값이 소수점 이하 5자리까지 밀도와 일치한다.Figure.1 기액평형 실험장치그 다음 장치를 준비한다. 전원을 확인하고 확인되면 전원을 내리고 냉각수를 연결한다. 응축기의 상,하단에 호스가 제대로 연결되어 있는지 확인하고 응축기에 공급되는 애각수는 수돗물을 사용한다. 수도꼭지를 서서히 열면서 응축기에 냉각수를 공급하여 준다.임의의 농도(%) 물-에탄올 혼합용액을 약 800ml 제조한다. 제조한 혼합용액을 증류 용기의 시료 주입구로 주입한다. 800ml를 사용한 이유는 가열수조의 용량이 1000ml이고 회수기의 용량이 600ml임을 감안할 때 최대의 값을 넣어준 것이다. 여기서 혼합용액과 응축액을 취하는 과정에서 총 부피가 800ml가 유지되도록 하는게 중요하다.그 후 메인전원을 키고 Power Controller의 Knob를 Max로 올려주고 Ampere의 출력을 확인한다. 증류 용기에 열원이 가해져 온도가 올라가기 시작한다. 계속 환류를 시켜서 용액이 정상상태에 도달할 때까지 기다린다.Figure.2 밸브 조작그 후 실험자의 판단으로 a,b,c 중 한 가지 밸브 조작을 선택하여 응축액을 받는다. 증류 용기 속의 잔류 용액과 응축액을 각각 채취하여 실온까지 냉각한다. 실온까지 냉각된 액체를 비중병을 이용하여 비중을 측정하고 기-액 평형 실험 데이터 표를 작성하여 평형 곡선상의 한 점을 구할 수 있다. 위 실험을 농도를 다르게 하여 반복하여 여러개의 평형점을 구한다.평형 점을 구하여 평형점을 구하는 방법은 우선 빈 비중병의 무게를 측정하고 초기 에탄올+비중병의 무게를 측정하며 물+비중병의 무게를 측정해서 초기 에탄올과 초기 물의 무게를 구한다. 그 후 에탄올의 %조성을 y축으로 하고 액체의 질량을 x축으로 하여 한 개의 직선 식을 구한다.라울의 법칙에 의해 용질이 비휘발성인, 그 묽은 용액의 증기압력내림을 측정해서 용질의 분자량을 결정할 수 있다. 그 후 에탄올-증류수 혼합용액을 증류시켜 얻은 값을 대입하면 액체와 증기 weight fraction을 구할 수 있다. 이걸 분자량으로 나누어 각 온도별 증기, 액체의 mole fraction을 구할 수 있다.Table.1 평형도를 이용한 온도에 따른 혼합용액과 응축액에서 EtOH mol% 그래프(이론값)Temperaturexy10099.39694.892.990.587.285.484838281.480.58078.878.478.378.30. 0000. 0030. 0140. 0220. 0330. 0530. 0870. 1260. 1720. 210. 2840. 3210. 4300. 5060. 6630. 8040. 9171. 0000. 0000. 0320. 1350. 1860. 2480. 3140. 4060. 4680. 5050. 5270. 5670. 5860. 6280. 6610. 7330. 8150. 9061. 000Figure.3 이론적인 T-x-y 도표여러번 반복을 통해 구한 평형점을 그래프로 그린 후 이론값과 이론값을 통해 나온 그래프와 비교해본다.2. Result물(mL)95W% et수용액(mL)20%568486.650%187.9273080%25.2851.55Table.1 혼합용액의 조성Table.2 비중계산수용액 비중병빈 비중병24.7615g15.254g21.14g12.34g23.392g15.072gFigure.4 농도에 따른 비중실험에서의 역할을 다음과 같다. 첫 번째로 혼합용액의 농도를 20,50,80로 설정하고 95% 에탄올을 가지고 혼합용액을 제조하였다. 20%는 물 568mL와 95% 에탄올 486.6mL로 제조하였고 50%와 80%는 Table.1과 같이 제조하였다. 그 후 비중병을 이용해 각 농도별 용액의 비중을 계산하였다. 그 후 농도에 따른 그래프(Fig.4)로 표현하였다. 두 번째로는 냉각수를 연결하고 기액평형 실험장치에 농도별로 800mL씩 정확하게 계량하여 넣어주었다.그 후 평형점에 도달할 때까지 기다린 후 온도가 일정할 때 Figure.2의 밸브 조작에서 a의 방법을 이용해 실험장치를 조작하였다. 또 다시 평형점에 도달할 때 까지 기다린 후 잔류용액과 응축용액을 받아낸 후 실온온도까지 식힌 후에 비중병에 넣어 비중을 측정하였다.Table.3 각 농도별 비중농도(mol%)구분빈 비중병(g)비중병+용액(g)용액(g)비중(g/mL)온도20응축액14.551523.318.75850.8758589잔류액14.775824.43579.65990.9659950응축액15.4724.038.560.85685잔류액14.97524.379.3950.939580응축액12.048817.5945.54520.7545283잔류액12.468717.56015.09140.70914Table.4 각 농도별 몰분율(액상,기상)농도(mol%)액상의 몰분율(추세선)기상의 몰분율(추세선)2013.60558.6755026.8568.680142.03119.34그 후 Bubble point때 액상조성과 Dew Point 때 기상조성을 구하면 다음과 같다.Table.5 각 농도별 기액조성액상 조성(mol%)Bubble Point기상 조성Dew Point010001000.1361890.5865890.2685850.68685178.3178.3이 실험 데이터를 가지고 T-x-y 그래프를 도표하면 다음과 같다.Figure. 5 T-x-y 그래프3. Discussion

공학/기술| 2015.10.15| 8페이지| 1,500원| 조회(438)

단증류, 평형, 기액평형, 에탄올, 기액

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Genomic DNA 추출 및 PCR

2015-2 화공생물공학실험Genomic DNA 추출 및 PCR실험일자 :1. Experiment실험에 앞서 50X TAE Buffer와 Agarose powdar, PCR solution: SapphireAmp Fast Pcr Master Mix(+primer)를 준비하고 GeneJET Genomic DNA purification kit를 준비한다. DNA ladder와 6X Sample loading buffer, 면봉(or 대장균)이 역시 필요하다. 실험에 직접 제조해서 쓰는 용액으로 1X TAE Buffer 1L와 0.5~2% Agarose gel, 50% 에탄올을 제조한다.2. Experiment Method첫 번째로 Agarose gel 제조를 한다. 1X TAE 완충용액에 Agarose가 5~15%가 되게 powder을 유리병에 넣어준다. 이때 최소부피는 100ml 기준으로 한다. 그 다음 전자레인지를 이용하여 1분 간격으로 powder가 완전히 용해 될 때까지 돌려준다. 이때 주의 사항으로는 유리병 뚜껑을 열고 꼭 1분 간격으로 거품이 안 생기게 해서 돌려야 한다. power가 완전 용해되고 대략 10~20분 후 손으로 만졌을 때 약간 뜨겁다는 느꼈을 때 RedSage(20000X)을 넣어준다.그 후 gel plate 부은 담은 comb을 꽂아서 굳을 때까지 기다린다. 굳은 후 sample들을 6X sample loading buffer와 잘 섞은 다음 홈에 넣어준다. gel이 잠길 정도로 1X TAE Buffer을 전기영동 장치에 채우고, 전기영동을 실행한다.Agarose gel은 전기영동에 쓰이는 것으로 DNA가 이동하는 매질의 역할을 한다. DNA를 고정하는 능력이 우수하며 DNA를 분자량에 따라 분리해내기가 용이하다.두 번째로, Genomic DNA추출을 하기 위해 면봉을 이용하여 구강에서 남녀 DNA를 채취한다. 조심스럽게 솜 부분만 microtube에 넣어준다. sample이 들어간 microtube에 solution A 200uL을 넣어주고 vortexing을 해준다. 섭씨 56 항온수조에 microtube을 넣고 30분동안 기다린다. 30분 후 RNase A solution 20uL을 넣고 상온에서 10분 동안 기다린다. 그 다음 lysis solution 200uL을 넣고 10초 동안 vortexing 해준다. 50% 에탄올을 추가로 넣고 또 vortexing해준다. DNA는 물보다 알코올에 더 잘 섞이기 때문에 알코올을 넣어 DNA를 알코올 층으로 이동시킨 후원심분리해서 제거한 다음 알코올을 날리면 DNA가 투명하게 보이게 된다. 이것을 탈이온수에 녹여서 사용한다. 알코올에 탄소 수가 많을수록 더 잘 녹게 되는데, DNA의 크기가 크거나 양이 많은 경우는 부탄올이나 프로판올을 사용하게 되고, DNA의 크기가 작거나 양이 적을 때는 에탄올을 사용한다. DNA가 안정하게 엉겨지며 분리될 수 있도록 도움을 주는 역할인 것이다.그 후 Purification column에 용액들 전부 옮겨놓고 원심분리기 돌려준다. 그 다음 column을 분리하여 밑으로 나온 용액은 버리고 다시 column을 꽂은 후 Washing A 500uL을 넣고 원심분리기로 8000Xg, 1분 동안 돌린다. 다시 분리하여 밑으로 나온 용액은 버리고, 이번에 밑에 새로운 tube에 column을 꽂은 후 Washing B 500uL을 넣고 원심분리기로 13000Xg, 3분 동안 돌린다. 다시 하단 용액은 버리고, 새로운 tube에 column을 꽂은 후 빈 상태로 13000Xg, 1분 동안 원심분리기를 돌린다. 여기서 RPM은 분당 회전수를 의미하고 RCF = 1.12 x Radius x (rpm/1000)2 의 관계를 가진다.마지막으로 column에 증류수 50~100uL을 넣고 상온에 2분 간 방치한 후 13000Xg로 1분 동안 원심분리기를 돌린다.4. AttentionPCR 방법의 장점은 반응에 아주 소량의 시료로 원하는 부분을 증폭할 수 있다는 점이다. 또한 정확도도 크다. 증폭하고자 하는 표적 DNA의 한 DNA 사슬 3‘말단에 상보적인 것과 그 반대 사슬의 3’말단에 상보적인 두 개의 특정 올리고뉴클레오티드를 합성한다. 이 올리고데옥시뉴클레오티드를 원하는 절편을 함유한 변성된 한 가닥의 표적 DNA와 혼성화 반응 시킨다. 이 때 DNA 중합효소는 Taq DNA polymerase를 사용한다. Taq polymerase는 열에 안정성이 있는 DNA 중합효소로 호열성 세균인 Thermus aquaticus에서 분리된다.PCR의 과정은 크게 3가지로 나눌 수 있고, 30~40cycle 정도 반복된다. 1단계는 DNA가 변성되는 Denaturation단계이다. 5‘말단은 Taq 중합효소에 의해 주형사슬의 증폭 개시점으로 작용한다. 주형사슬이 복제된 후 그 복제산물들은 융해에 의해 변성되는 denaturation 과정을 거친다. denaturaion과정에서는 double helix를 지탱하던 수소결합이 파괴되어 double helix가 풀어진다. 이 때 온도는 보통 94℃로 맞춘다.2단계는 primer의 결합이 일어나는 Annealing과정이다. annealing 과정에서는 합성된 산물과 주형사슬 모두에 primer가 annealing 되도록 온도를 낮춘다. annealing에는 가장 적합한 온도와 시간이 있는데 이것은 primer의 염기배열과 그 길이에 따라 결정된다. 하지만 일반적으로 50~65℃에서 30초~1분 정도로 진행된다.3번째 단계는 DNA가 합성되는 Extension과정이다. 이때에는 또 다른 복제가 시작된다. 즉 primer로부터 반응액에 넣어준 dNTP를 재료로 새로운 가닥의 합성이 일어난다. extension에 필요한 시간은 주형 DNA의 농도, 증폭단편의 크기, 반응온도에 따라 좌우되지만 일반적으로 Taq DNA polymerase를 사용할 경우 70~74℃에서 30초~10분정도 시행하며 원하는 PCR산물의 크기가 크거나 반응요소의 농도가 낮을 때에는 시간을 연장시킬 수도 있다.이 3단계는 여러 cycle동안 반복하며 원하는 DNA를 증폭한다. PCR이 끝난 후의 산물을 해석하기 위해 전기영동을 사용한다. 전기영동은 DNA나 단백질을 전기적 전하나 크기에 따라 물리적으로 분리하는 방법이다. 전기영동 시 전하를 띠는 물질들이 그 전하에 반대되는 극으로 끌려가는 것이 전기영동의 원리이다. 즉 (-) charge를 띠는 DNA는 전기영동 시 - charge에서 + charge로 이동한다. 전기영동의 종류에는 Agarose gel 전기영동, Polyacrylamide gel 전기영동 등 여러 가지가 있지만 이번 실험에서는 Agarose gel을 이용한 전기영동을 하기로 한다. Agarose gel electrophoresis는 주로 큰 사이즈의 DNA를 분리해낼 때 사용한다. 이것은 agarose gel을 원하는 틀에 굳혀 만든 뒤 전기영동장치를 이용하면 되기 때문에 매우 간편하고 조작이 쉬워 실험실에서 많이 사용된다. 하지만 해상도가 낮고 DNA의 회수가 어렵다는 단점이 있다. Agarose gel 전기영동은 agarose gel을 만들고 DNA sample을 loading하고 전기영동장치를 running하는 과정을 거쳐 이루어진다.denaturation 하고 annealing할 때 DNA보다 primer가 먼저 붙는 이유는 상보적인 DNA는 한 개지만 primer의 경우 그 개수가 많다. 또한 primer는 DNA주형의 복제하고자 하는 부위의 시작부분의 상보적 염기 서열을 가지고 있다. 그렇기 때문에 복제 시 먼저 원하는 위치를 잡아주는 기능을 하게 된다. 그렇기 때문에 primer와 먼저 붙게 된다.annealing temperature는 보통 60도 이하로 낮춘다. annealing temperature를 굉장히 낮추지 않는 이유는 온도가 너무 낮으면 primer가 non-specific하게 결합하기 때문에 원하지 않는 DNA가 증폭될 수 있다. 즉 mismatch할 확률이 높아서 정확도가 떨어지게 된다. 왜냐하면 annealing temperature은 반응의 정확도를 결정하는 중요한 요소이기 때문이다. 반대로 온도가 너무 높으면 primer가 template에 너무 약하게 결합되어서 증폭된 DNA 산물이 매우 적어지게 된다.

공학/기술| 2015.10.15| 7페이지| 1,500원| 조회(649)

PCR, DNA, genomic, Genomic DNA 추출 및 PCR, gen..

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화공기초실험 DPPH (결과레포트) 평가A좋아요

2015-2 화공생물공학기초실험 (화요일)DPPH(결과레포트)실험일자 : 2015년 10월 6일 화요일1. 실험 목적ROS Pathway 및 radical에 의한 인체 내 산화적 스트레스에 대해 이해하고, radical 소거활성능측정법 중 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazl(DPPH)법으로 항산화 활성을 측정한다.2. 실험 원리활성산소는 ‘Free radical’ 혹은 자유기, 유리기라고 불린다. 활성산소는 동식물의 체내 세포들의 대사과정에서 생성되는 산소화합로 노화나 동맥경화, 암등의 원인과 관계가 있는 것으로 알려지고 있다.활성산소란 우리가 호흡한 산소가 에너지를 만들고 물로 환원되는 과정에서 나타나는 수천배 산화력이 높은 산소찌꺼기, 몸속에서 발생되거나 스트레스, 자외선, 세균침투에 의해서도 나타난다. 활성산소는 적당량이 있으면 세균이나 이물질로부터 몸을 지키지만 너무 많이 발생하면 정상세포까지 무차별 공격, 각종 질병과 노화의 주범이 된다.즉, 환경오염과 화학물질, 자외선, 혈액순환장애, 스트레스 등으로 과잉 생산된 활성산소는 인체의 정상적인 DNA와 세포, 조직을 공격한다. 활성산소는 DNA의 유전정보를 파괴하고 세포막을 붕괴하며 비정상적인 세포단백질을 형성한다. 현대병의 90% 이상이 활성산소가 원인이며, 노화의 원인설로 가장 강력하게 대두되고 있는 것 또한 활성산소이론이다. 그러나 최근 들어 활성 산소가 인체에 이로운 역할도 한다는 것이 새롭게 밝혀지면서 활성산소 억제 = 수면 연장‘ 이라는 이론에 반발하는 학자들도 다수 나오고 있다.활성산소는 대부분 음식물을 섭취해 에너지로 바꾸는 신진대사 과정에서 생긴다. 반면 우리 몸에는 활성산소를 해가 없는 물질로 바꿔주는 효소(항산화 요소)도 있어 활성산소의 무제한 증가를 막아준다. 몸속에서 자체적으로 생기는 항산화효소 외에 외부의 식물에서도 항산화 물질을 얻을 수 있다. 비타민 E (아몬드, 해바라기씨 등에 다량 함유됨), 베타카로틴 (당근, 토마토 등에 다량 함유), 셀레늄(각종 해산물에 다량 함유됨)등이 그것이다.[그림.1] DPPH로 측정한 항산화 활성이런 활성산소 억제능을 측정하는 방법 중 하나가 DPPH법이다. DPPH는 C18H1206이고 분자량은 394.32이다. 이 물질은 Free radical로서 홑 전자를 가지고 있어서 쉽게 반응을 한다. 그리고 이 물질은 농도에 따라서 용액의 색에 크게 영향을 미치는데 그 성질을 이용해서 분광 광도계를 사용하여 DPPH가 반응이 일어남에 따라 파장이 흡수되는 정도의 차이를 측정하여 항산화 능력의 세기를 비교한다.3. 실험실험에 앞서 E-tube, pipettte, UV-visspectrometer, 2,2-Diphenyl-1-picrylhaydrzyl(DPPH), Ethanol, standard (L-ascorbic acid), sample (Tocopherol, Gallic acid, Naringin)을 준비한다.첫 번째로, DPPH 1mM stock solution을 에탄올로 희석하여 250M 10ml DPPH solution을 만든다. 이때 라디칼은 빛과 온도 등 외부한경에 불안정하므로 반응 전까지 호일에 싸서 냉장고에 보관한다. 그 후 Standard인 20 stock L-ascorbic acid를 물로 희석하여 200, 150, 50, 25, 12.5, 6.25 L 0.5ml씩 E-tube에 만든다. sample 또한 에탄올로 희석하여 200, 150, 50, 25, 12.5, 6.25 L 5구간의 농도 샘플을 0.5ml씩 E-tube에 만든다.250M DPPH solution을 0.5mL 씩 각 농도별 E-tube에 넣어 반응시킨다. 암실에서 20분 반응시켜준다. 20분 후 UV-spectrometer를 사용하여 517nm에서 각각의 Abs 값을 측정한다. 여기서 Blank 측정 및 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도를 꼭 측정한다. 측정된 값을 가지고 라디칼 소거 활성능을 계산한다. 계산된 값으로 standard인 L-ascorbic acid와 비교한다.라디칼 소거 활성능을 구하는 방법은 다음과 같다.{시료를`첨가하지`않은`대조군의`흡광도`-`시료를`첨가한`반응군의`흡광도} over {시료를`첨가하지`않은`대조군의`흡광도} TIMES 1004. 실험 전 예상DPPH radical은 보라색을 띠고 있는데 이것이 항산화제와 반응하면 옅은 노랑색을 띄게 된다. 이런 색의 변화는 항산화능의 척도이다. 항산화능이 뛰어난 시료 또는 농도가 진한 시료를 처리하면 색의 변화가 뚜렷하고 농도가 낮은 시료를 처리하면 보라색에서 반응하면 많은 변화가 일어나지 않는다.실험에서 사용되는 흡광도(투과율의 역수) 파장 517nm 에서는 보라색은 감지하고 노란색은 감지하지 못하는데, 여기서 흡광도 값을 얻을 수 있다. 따라서 농도가 높은 시료의 경우에는 보라색에서 노란색으로 많은 변화가 일어났기 때문에 흡광도가 낮아질 것이고, 농도가 낮은 시료의 경우에는 큰 흡광도 값을 가질 것이다.주의사항으로는 UV-spectrometer로 흡광도 측정 시 큐벳의 안쪽을 잡이 않도록 주의한다. 이 때 지문이나 먼지가 묻을 경우 흡광도 측정 값에 큰 영향을 주기 때문에 끝을 잡고 넣어줘야 한다.5. 결과[그림.2] 각 시료별 흡광도 변화Table.1 라디칼 소거 활성능Tocopherol%6.2544.3612.5-5.982570.6350-42.591002.7020074.56Naringin%6.2584.0512.583.272578.44

공학/기술| 2015.10.12| 7페이지| 1,000원| 조회(637)

DPPH, 화공기초실험, 항산화, Sample

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