[ 화공 실험 ] 액 액 추출 (LIQUID & LIQUID EXTRACTION) / McCabe 예비 자료 보고서(화학공학)

목차

1. 실험목적

2. 실험 이론

3. 시약 및 실험 기기

4. 실험 방법

5. 주의 사항

6. 참고 문헌
+ 추가 첨가 자료
1. 추출(Extraction)과 침출(Leaching)
2. 추제의 조건
3. 상접점 (Plait point)
4. 추출 장치의 종류와 특징
5. 이론단수 구하기 / McCabe - Thiele Method

본문내용

은 구멍이 없다. 따라서 고체가 현탁된 더러운 용액을 처리 할 수 있다. 액체의 흐름이 부드럽고 순탄하여 흐름의 방향이나 속도가 급작스럽게 변하는 일이 없기 때문에 방해판 탑은 유화(emulsify)되기 쉬운 액체에 유용한 장치이다. 한편, 이러한 액체의 흐름 특성 때문에 액체의 혼합이 효과적이지 못하여 방해판 1개는 불과 이상단 0.05～0.1개에 해당되는 정도이다.
- 5. 교반탑 추출기 (agitated tower extractor)
교반탑 추출기는 중력을 이용하여 두 액상을 혼합한다. 종류에 따라 터빈이나 중심에 회전축이 있는 교반기로 기계적 에너지를 공급하기도 한다. 교반날개 사이에는 혼합침강기의 효과를 얻기 위해 칸막이나 무풍지대(calming section)을 설치한다. 여기에는 교반 날개 사이는 무풍 구역으로서 상들의 결합과 분리를 촉진시키기 위하여 철망으로 설치되어 있다.
대부분의 추출은 혼합 부분에서 일어나지만 무풍구역에서도 추출될 때가 있어 각 혼합침강 공정의 효율이 100%을 넘을 때도 있다. 각 교반날개 사이의 거리는 1～2ft이며 이것은 짧은 탑내에서 많은 접촉이 일어나도록 한 것이다. 부식성 액체는 내부장치를 침식시키므로 이 탑에 사용할 수 없다.
- 6. 맥동탑 (pulsed tower)
맥동탑에서도 외적수단에 의하여 교반이 이루어진다. 왕복펌프가 작은 진폭의 빠른 운동을 함으로써 정상적인 흐름을 유지하면서도 전체 내용물을 맥동시킨다. 맥동탑은 보통의 충전물이나 특수한 체판을 갖는다. 충전탑에서 맥동은 액체를 확산시키고, 편류현상을 없애며 액상사이의 접촉을 활발하게 한다. 체판 맥동탑(sieve-plate pulsed tower)에서의 체판구멍의 직경은 1.5～3mm로서 비맥동탑에 비해 훨씬 작으며, 각 단에서 구멍이 차지하는 면적은 단면적의 6～23%이다. 이러한 탑에는 부식성이 큰 방사성 액체들도 사용이 가능하다. 왕복운동에 의한 이상적인 맥동은 피스톤이 위로 올라갈 때는 가벼운 액체가 무거운 액체속으로 확산되며, 아래로 내려갈 때는 무거운 액체가 가벼운 액체속으로 주입된다. 이때의 단효율은 70%에 이른다. 그러나 이것은 두 상의 부피가 거의 같고 또한 부피 변화가 거의 없을 때 가능하다.
(a) 교 반 탑 (b) 맥 동 탑
- 7. 원심 추출기 (centrifugal extractor)
Podbielniak extractor는 무거운 금속통속에 액이 들어오고 나갈 수 있도록 속이 비어 있는 횡축에 나선형의 리본이 감겨져 있다. 이들 액체는 리본과 벽면 사이의 통로를 따라 서로 반대 방향으로 흐른다. 즉, 무거운 액체는 나선형의 바깥면을 따라 외측으로 이동하고 가벼운 액체는 안쪽면을 따라 내측으로 이동된다. 액-액 계면의 단면이 크면 물질전달이 빠르게 일어나다. 원심 추출기는 가격이 비싸 사용이 제한되는 편이나 적은 공간에서 접촉단 효율이 높아 체류시간이 짧다(약 4초)는 장점을 갖는다. 이것은 비타민이나 항생물질 등의 예민한 물질의 추출에 유용하다.
- 8. 보조 장치 (auxiliary equipment)
액-액 추출 공정이 종료된 후 추출상이나 추잔상 내의 용매가 용이하게 회수되어야 한다. 이를 위해 사용되는 보조 증류기, 증발기, 히터 및 응축기와 같은 보조장치들이 추출장치 자체보다도 설치비가 많이 든다. 따라서, 가능하다면 추출보다는 증류를 택하는 것이 더욱 경제적이라고 말할 수 있다.
◆ ◆ 5. 이론단수 구하기 / McCabe - Thiele Method
기체 흡수탑의 설계시 이상단의 수를 알기위해 조작선과 평형선을 교대로 이용하면서 도식적으로 계단 하나 하나를 그려 나가는 법을 말한다. 여기서 마지막 계단이 종단농도(xb, ya)와 꼭 맞아 떨어질 필요는 없다. 즉, 이상단수가 꼭 정수 일 필요는 없다. 이 방법은 2상과 2성분이 있는 캐스케이드의 이상단 수를 구하는 데 적용된다. 옆 그림에 그 방법을 나타내었다.
실제의 공정에서 중요문제는 캐스케이드에서 원하는 농도 범위에서 필요한 이상단의 수를 구하는 것이다. 이 수를 알 수 있고, 또한 단 효율을 안다면 실제단의 수를 계산할 수 있다. 이것이 캐스케이드를 설계하는 통상적인 방법이다. 각 상에 두 성분만 있을 때 이상단 수를 결정하는 간단한 방법은 조작선을 이용하는 도해적 작도법이다. 밑에 그림은 전형적 기체 흡수탑에 대한 조작선과 평형곡선이다. 기상에서의 농도변화 에서 및 액상의 농도변화 에서를 이룩하는 데 필요한 이상 단수를 결정하는 문제는 다음과 같이 해결된다.
최상단, 즉 제 1단을 나가는 기체의 농도는 ya 즉 y1이다. 이것이 이상단이라면 나가는 액체는 나가는 증기와 평형이어야 하므로, 점 (x1, x2)은 평형곡선 상에 놓이지 않으면 안된다. 이러한 사실로부터 점 a에서 평형곡선 쪽으로 수평 이동하면 점 m이 정해진다. 점 m의 횡좌표는 x1이다. 이제 조작선이 이용된다. 조작선은 (xn, xn+1)의 좌표를 갖는 모든 점들을 지나므로, 을 안다면는 점 m에서 수직으로 점 n의 조작선까지 이동하면 된다. 점 n의 좌표는 (x1, y2)이다.
점 a, m 및 n으로 이루어진 계단 또는 삼각형은 한 개의 이상단을 표시하며, 이 탑에서는 첫 번째 이다. 두 번째 단은 같은 작도를 반복함으로써 선도 상에 도식적으로 구할 수 있다. 즉, 수평으로 (x2, y2) 좌표를 갖는점 O위치의 평형곡선까지 가서, 다시 수직적으로 (x2, y3) 좌표에 있는 조작선 상의 점 p까지 가면 된다. 세 번째 단은 삼각형 pqb 작도를 같은 방법으로 그려서 구한다. 위 그림의 경우에는 세 번째 단을 나가는 기체의 농도가 이므로 이 단이 마지막 단이며, 이 단을 나가는 액체의 농도는 로서 장치의 원하는 종단농도 이다. 이 분리에서는 세 개의 이상단이 필요하다.
기체흡수, 증류, 침출 또는 액체추출 중 어느 캐스케이드에서나 이상단 수를 구하는 데는 같은 방법을 이용할 수 있다. 이상단 수를 알기 위해 조작선과 평형선을 교대로 이용하면서 도식적으로 계단 하나하나를 그려나가는 법은 증류탑 설계에 처음 이용되었고, 이 방법을 McCabe-Thiele method 이라고 한다.

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