[화공단위조작실험A+] 기체-액체 평형증류 실험

소개글

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목차

0. Title
1. Purpose
2. Principle
3. Apparatus and Reagents
4. Procedure
5. Results
6. Discussion
7. Reference

본문내용

1. Purpose
평형 증류의 원리를 이해하고 실제 공업적 응용능력을 기르며 장치조작 방법을 익힌다.

2. Principle
1) 상률(Phase rule)과 자유도[1][2][3][4]
F=C-P+2
(단, F: 자유도, C: 시스템의 구성 성분 수, P: 상의 수)
상률은 열역학적 평형에서 “pVT system”을 지배하는 일반적인 원리로, 변수 압력(p)과 부피(V), 온도(T)에 의해 완전히 정의될 수 있다. 이 때, 자유도를 구성하는 각각의 구성 요소는 서로 반응하지 않는다고 가정하는데, 자유도는 독립적인 집중 변수의 수, 즉 서로에 의해 결정되지 않고, 동시에 임의로 변경할 수 있는 온도 또는 압력과 같은 열역학적 매개 변수의 최대수를 말한다. 상률은 평형상태인 닫힌계에서의 자유도와 구성 요소, 상의 수에 관한 규칙으로, 불균일계의 평형에 관한 법칙이기 때문에 물질계에 평형으로 존재하는 상의 수와 농도가 독립적으로 존재하는 성분의 수, 상태 변수의 자유도 사이의 관계식으로 나타낸다.
<중 략>

6. Disccution
1) 실험 원리와 결과에 대한 정리
기체-액체 평형증류 실험은 휘발도가 서로 다른 두 성분의 액체 혼합물에 열을 가하여 끓였을 때 두 성분의 휘발도 차이에 의해 각각 액상과 기상으로 분리되어 휘발도가 작은 성분은 원 플라스크에서 C2을 통해, 휘발도가 높은 성분은 응축기를 거쳐 수집기에서 C3를 통해 채취될 수 있는 원리를 이용했다. 이 때, 시료 투입구를 통해 넣어준 시료는 보온용 히터에 들어가 컨트롤러의 작동에 의해 가열됨으로써 증기가 되어 냉각수 배·출입구를 통해 물이 계속해서 순환되고 있는 응축기를 거쳐 수집기에 도달하게 된다. 본 실험에서는 평형 증류에 따라 분리된 액상과 기상에서의 성분에 대한 몰분율을 계산하기 위해 대게 공업적으로 자주 사용하는 연속식 대신 batch 식을 이용했다.

참고 자료

화공단위조작실험 교재 개정판-단조실험4기액평형rev
https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_rule, 단일성분계, 이성분계
https://www.britannica.com/science/phase-rule, 자유도
https://serc.carleton.edu/research_education/equilibria/phaserule.html, 상률
https://en.wikipedia.org/wiki/Raoult%27s_law, 라울의 법칙
Mccabe L. Warren 외 2명, McCabe의 단위조작 7th, McGraw Hill Education, p.559-561 (2017)
https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_volatility, 상대 휘발도, Azeotrope
https://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope, Azeotrope, Azeotropic distillation