[자연과학] 화학공학 보고서 - 단증류

화학공학 보고서 - 단증류

1. 실험목적

-정확한 단증류장치의 설치와 간단한 증류의 직접실험을 통하여 단증류의 의미를 이해한다

2. 실험이론

-단증류라 함은 일정량의 혼합액체를 증류기에 넣고, 열을 가해 비등시켜 발생하는증기를 냉각 응축하여 적당한 양의 유출액이 생겼을 때 조작을 중지하는 증류방법을 말하며 이것은 미분증류라고도 한다.기-액평형의 2성분계를 증류할 때, 일정회 분량의 원액 n0(kgㆍmole)을 단증류하기 시작한 후 어느 순간에 증류기에 남아있는 액체의 몰 수를 n(kgㆍmole)이라 하자. 이때 x와 y를 각각 증기와 액체의 조성이라고 하면 증류기에 남아있는 성분 A의 총 몰수는 다음과 같다.
nA 〓 xn (1)
이 순간에 극히 소량의 액 dn이 기화되면 성분 A의 몰수 변화는 ydn 또는 dnA 이다. 식(1)을 미분하면
dnA 〓 d(xn) 〓 ndx + xdn (2)

이 된다. 그러므로

ndx + xdn 〓 ydn
재정리하면, 다음과 같이된다.
dn/n 〓 dx/(y-x) (3)
식 (3)을 초기의 양 n0(kgㆍmole)와 말기의 양 n(kgㆍmole) 사이에서 우변을 초기농도와 최종농도인 x0와 x1사이에서 정적분하면, 초기 및 최종 농도는 다음과 같이 된다.
∫n0n1 dn/n 〓 ∫x0x1 dx/(y-x) 〓 ln (n1/n0) (4)
식 (4)는 Rayleigh 식으로 잘 알려져 있으며, 우변의 함수 dx/(y-x)는 평형 데이터 표나 평형 곡선을 이용하여 도식적분이나 수치적분으로 구할 수 있다. Raoult의 법칙이 성립하는 이상 혼합물인 경우, Rayleigh 식의 간단한 대체식은 상대 휘발도(a)를 이용해서 유도될 수 있다. 기-액 평형과 상대 휘발도 a와의 관계식
y 〓 ax / {1+ (a-1)x} (5)
…

4. 실험방법

1) 단증류 실험 장치를 설치한다.

2) 50 wt%메탄올 수용액 (100ml) 을 조제한다. (메탄올 50g + 증류수 50g)

3) 조제한 수용액을 설치한 둥근 플라스크에 비등석과 함께 투입한다.

4) 냉각기에 냉각수를 흐르게 한뒤 서서히 가열을 시작한다.

5) 응축액을 메스실린더로 흐르게 한후 일정한 시간간격(1분)을 두고 그때의 온도와 유출량을 측정한다. (이때, 맨처음 흘러나온 응축액은 버림)