단증류 실험

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단증류 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 이론
3. 실험
4. 결과
5. 고찰
6. 결론
7. NOMENCLATURE
8. REFERENCE

본문내용

3
1.0972
0.53644
25.5397
1.16505
0.45922
0.70582
10
27.68
1.1072
0.52481
25.3766
1.18348
0.45337
0.73011
① (상대 휘발도=α, 원액 조성=x)
②
③ 메탄올, 물, 전체 몰 수(n) 계산
(4) Table 1.4
순번
원 액
잔 류 액
n메탄올
nH2O
M
ntotal
n메탄올
nH2O
x메탄올
1
8.07
26.64
27.46
33.60
7.55
26.06
0.2246
2
7.77
25.66
27.46
32.36
7.27
25.09
0.2246
3
7.48
24.71
27.46
31.10
6.99
24.12
0.2246
4
7.19
23.75
27.47
29.84
6.70
23.14
0.2246
5
6.90
22.79
27.47
28.58
6.42
22.16
0.2246
6
6.61
21.82
27.47
27.31
6.13
21.17
0.2246
7
6.31
20.85
27.47
26.03
5.85
20.18
0.2246
8
6.02
19.88
27.48
24.75
5.56
19.19
0.2246
9
5.72
18.90
27.48
23.46
5.27
18.19
0.2246
10
5.42
17.91
27.48
22.15
4.97
17.17
0.2246
① 원액에서 메탄올, 물의 몰 수(n)
② 잔류액에서 메탄올, 물의 몰 수(n)
③ 메탄올 몰분율(x메탄올) 계산
(5) 그래프
5. 고찰
이번 실험은 초기 용액을 제조하여 증류한 후 다시 응축시켜 얻은 유출액을 이용하여 조성의 변화를 알아보고 단증류에 의한 액체의 정제를 통해 앞으로 있을 실험에 있어서 증류조작을 능숙하게 하고 단증류에 대해 이해해보는 실험이었다.
이번 실험의 큰 개요는 메탄올과 증류수를 섞은 혼합용액을 끓여 냉각시켜 혼합용액을 다시 얻어내는 실험이었다. 휘발하기 쉬운 성분으로 되어있는 액체혼합물을 가열할 때 발생한 증기의 조성은 원액의 조성과 다르게 되는데 이러한 성질을 이용하여 혼합물을 가열, 기화시켜 증기로 만든 다음 그것을 응축시켜 각 성분을 구했다.
그래프에서 볼 수 있듯이 시간이 지나감에 따라 점점 유출액의 조성 즉 메탄올의 mol수가 낮아지는데 그 이유는 아무래도 끓는점을 가지고 설명할 수 있다. 메탄올의 끓는점이 더 낮기 때문에 온도가 낮을 때에는(이른 시간일수록) 더 많은 양의 메탄올을 얻을 수 있어 조성이 높지만 온도가 계속 올라가면 물도 많이 증류가 되기 때문에 물의 양이 많아짐에 따라 조성이 점점 줄어드는 것을 알 수 있다.
이번 실험을 하면서 아쉬웠던 점은 먼저 35%의 메탄올을 만들 때 정확하게 만들지 못했다는 것이다. 우리조는 35% 메탄올 수용액 800ml를 만들기 위해 메탄올 280ml＋ 물 520ml를 혼합하여 만들었는데 부피플라스크에 피펫으로 정확히 부피 280ml를 재려고 해도 쉽게 되지 않았다. 그래서 실험방법에는 농도를 정확히 알고 있는 메탄올 수용액이라고 되어있으나, 직접 만들다 보니 약간의 오차는 있었다.
아무래도 메탄올 수용액을 만들고 장비를 켜서 기다리면 대부분의 실험이 끝나기 때문에 큰 오차의 원인은 없었다고 생각한다.
실험에 대해서 조사해보니 굴절률을 이용하여 값을 구하는 방법도 있었다. 아래의 표는 메탄올 v/v%에 따른 굴절률 측정값을 실온에서 측정한 이론적인 값이고
메탄올
물
메탄올
물
굴절률
vol(ml)
mol수
vol(ml)
mol수
Mole fraction
0
0.00
100
5.56
0.000
1.000
1.3326
20
0.50
80
4.44
0.101
0.899
1.3354
30
0.74
70
3.89
0.160
0.840
1.3372
40
0.99
60
3.33
0.229
1.771
1.3392
50
1.24
50
2.78
0.308
0.692
1.3402
60
1.49
40
2.22
0.402
0.598
1.3406
우리의 실험과 똑같이 하여 생성된 유출액의 굴절률을 장비를 이용하여 구하여 굴절률을 통해 메탄올의 농도를 구하여 실험하는 방법이다.
어떻게 보면 이와 같은 방법이 더 쉽고 간편하게 메탄올의 농도를 구할수 있다고 생각된다. 그러나 아무래도 실험실에 장비 여건상 이 방법으로 실험을 하지 못하였는데, 내가 실험한 방법이 여러 가지 식과 원리에 대해서 더 이해하기 좋게 되어있다고 생각한다.
단증류는 단순한 증류임에도 불구하고 데이터를 구하는 방법이 상당한 복잡하고 어려웠다. 그리고 계산함에 있어서 헷갈리는 부분이 많아서 많이 헤맸다. 이번 실험을 통해 새로 배운 Rayleigh식, 헨리의 법칙, 라울의 법칙
및 단증류의 원리에 대해 잊어버리지 않고 기억하도록 노력해야겠다.
6. 결론
유출액의 조성을 보면 시간에 따라(온도에 따라) 조성이 변한다는 걸 알 수 있다. 시간이 많이 지나면 지날수록 메탄올의 조성이 점점 낮아지는데 그 이유는 온도가 올라가 물이 더 많이 기화하고, 이전에 남아있던 메탄올이 대부분 기화해 양이 줄었기 때문이다. 또한 메탄올의 끓는점은 64.7℃이지만 온도가 80~90℃의 범위에서 유출액을 가장 많이 얻을 수 있었다.
7. NOMENCLATURE
기호
의미
기호
의미
xa
Mole fraction in liquid phase
ya
Mole fraction in vapor phase
α
Relative volatility
β
Correction factor
ρa
Density of ethanol[g/mL]
ρb
Density of water[g/mL]
T
Teperature [℃]
W
Mass[g]
PA, PB
Partial fraction
8. REFERENCE
① 허광선 외 3명, 단위조작실험, 선문당, 1999년. p349~360
② http://en.wikipedia.org/wiki/Methanol
③ http://unjang.samcheok.ac.kr/ms/www/curriculum/research.htm
④ http://www.metric.or.kr/21_dict/21_mach_view.metric?Keyword_eng=j&sc_idx=8309

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