증류탑결과보고서

목차

실험제목

실험목적

실험 이론

실험 방법

기구 및 시약

실험결과

토의 및 결과

결론

참고문헌

본문내용

g/cm3
0.850
0.845
0.833
MeOH mol%
60.7
63.9
71.7
환류액
유량(ml/min)
8
8.7
9
재비기
온도(℃)
88
90
89
탑하부 생성물
무게(-비중병) g/cm3
0.891
0.912
0.920
MeOH mol%
28.7
22.0
16.3
③ 이론 단수 계산
ⅰ. 환류비 R = = = 0.99 ≒ 1
ⅱ. 정류부 조작선의 Y절편 =0.33
『공급액이 포화액체이므로 feed line에서 q값은 1이다.』
ⅲ. 탑 상부 생성물의 농도 () : 0.654
ⅳ. 탑 하부 생성물의 농도 () : 0.223
ⅴ. Operating Line을 구하면
: 점를 지나고 절편이 인 직선
D(0.654, 0.654) , y절편 = 0.33 ∴ y = 0.73x+0.33의 직선이다.
ⅵ. Feed Line을 구하면
: 점 를 지나고 기울기가 인 직선 ( = 공급액의 농도)
F(0.5,0.5) , q=1 y = 0.5 인 직선
ⅶ. Equilibrium Line
※ 참고용 데이터
메탄올-물계 기액평형(1atm)
온도(℃)
χ
у
100
0
0
96.4
0.020
0.134
91.2
0.060
0.304
87.7
0.100
0.418
84.4
0.150
0.517
81.7
0.200
0.579
78.0
0.300
0.665
75.3
0.400
0.729
73.1
0.500
0.779
71.2
0.600
0.825
69.3
0.700
0.870
67.6
0.800
0.915
66.0
0.900
0.958
64.6
1.00
1.00
▲ 위 표를 이용해 조작선 작도시 Equilibrium Line을 그리는데 사용하였다.
(라울의 법칙)
PA=P'AXA
PB=P'BXB=P'B(1-XA)
YA=PA/P , YB=(1-YA)=PB/P
∴
x
y
0
0
0.1
0.3175741
0.2
0.5114948
0.3
0.6422134
0.4
0.7362983
0.5
0.8072566
0.6
0.862682
0.7
0.9071716
0.8
0.9436714
0.9
0.9741563
1
1
ⅷ. 이론단수 구하기
- Operating Line과 Feed Line, Equilibrium line을 그려서 다음과 같은 그래 프를 얻을 수 있다.
- 이론단수 : 2단
ⅸ. 단효율
: 실제단수는 재비기와 응축기 포함, 실제단수=9
(이론단수 / 실제공정에서의 단수) × 100
× 100 = 22.2%
∴ 22.2%
8. Discussion & Conclusion
- 이번 실험은 축소한 증류탑 실험 장치를 통해서 증류의 기본 원리를 알아보고, McCabe-Thiele법을 이용해서 이론단 수 및 단효율을 계산해보는 실험이었는데,
실험하는 과정 동안에 어떻게 흐름이 이루어지고 어디서 무슨 기능을 하는지를 개방된 실험 장치를 통해서 책을 통한 이론에서의 어려운 증류탑에 대하여 어느 정도 좀 더 쉽게 이해할 수 있었던 것 같다.
실험하는 동안 재비기의 온도가 지속적으로 상승하여 89~90℃ 근처에서 운전되었는데, 이는 물과 메탄올 50%mol의 비등점인 73℃보다 높으나, 이론단수에는 영향을 주지는 않았다고 본다. (단수를 정수로 쓰면 2 이지만, 데이터상의 결과로는 중간 정도 값인 약1.4개임)
본 실험은 Feed를 공급하고 20, 40, 60분 경과할 때 마다 Distillate(D)의 Properties 를 측정하였는데 대체로 시간이 경과 할수록 D에서의 MeOH의 분율이 증가하는 경향을 보였다. 이는 일정시간이 흐른 후 Reflux의 효과의 상승, 각 단마다 열역학적 평형에 더 가까워짐으로 해석할 수 있다. 증류탑 운전 시작 후 60분 경과되었을 때의 데이터를 가지고 이론단수를 구하면,
이고, y절편은,
, y절편=이므로 이론단수=2 이고 이 값은 데이터의 평균값으로 구한 이론단수(≒1.4) 보다실제로는 0.6정도
높은 2 라고 해도 무방하다. 결론적으로 평균값보다 단의 효율이 높아졌음을 알 수
있다. 실제 정유공장 등에서 쓰는 증류탑은 그 열손실이 적어서 탑 그 자체를 본질
적으로 단열상태라고 생각해도 무방하지만, 본 실험에 쓰인 증류탑은 단열이 잘 안
되는 유리나 플라스틱으로 제작된 것으로 보였다. 이런 열의 손실이 단의 효율을
떨어 뜨리는 주요 원인 중 하나였다. 각 단마다 압력차가 없이 일정하다고 가정
했지만, 실제로는 기체가 아랫단에서 윗 단으로 올라가기 위해서는 증기압 강하가
존재해야만 한다. 하지만 압력강하를 고려하고 문제를 풀기에는 너무 복잡하므로
이를 고려하지 않았다. 앞서 이론단수가 2단이 나왔는데, 이론 단수가 실제 단수
보다 적은 이유는 각 단에서 그 단으로 들어오는 액상과 기상이 평형에 이르지 못
하기 때문이라고 생각한다. 그렇기 때문에 단효율이 22.2%로 낮게 나왔다. 실제
단수는 이론단수보다 높게 설계하여야 한다고 생각한다. 그리고 참고문헌을 이용하
여 환류를 증가시키면 얻고자 하는 생성물의 순도를 높일 수 있다는 것을 알 수
있었다. 우리가 원하는 순도의 제품을 얻기 위해서는 적절한 환류비와 단수를 정해
야 한다. 그리고 단효율이 100%가 되지 못하는 이유는 각 단으로 들어오는 액상과
기상이 평형이 되지 못하기 때문이고 이런 이유로 인해 실제 단수는 이론 단수보다
더 높게 설계해야 한다.
종합하면 해당 실험에 대한 이해도 부족으로 나온 문제점들이라고 생각되며, 비록 실험은 잘 못했지만 실험과정을 통해서 본 실험의 목적을 어느 정도 이해할 수 있었고 참고용 실험데이터를 가지고 분석해 보면서 조작선 작도에 대해 좀 더 알 수 있는 계기가 된 것 같다.
10. Reference
- 단위조작 입문 / 도서출판 지인당 / 박창호, 김우식, 정인식 등 공저/ p.175~176, 205~207, 209~210
- 단위조작 7판 / Mc Graw Hill Korea / 이화영, 전해수, 조영일 공역/ 559~611P
- 분리공정원리 /교보문고 / J.D. Seader, Ernest J. Henley / 557~587P
- 단위조작 실험 / 학연사 / 고환석·심현호 공저 / 2003 / p.165~167, 173.

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