화학공학실험 1 단증류 결과보고서

소개글

화학공학실험 1 단증류 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 실험이론
4. 시약 및 기구
5. 실험방법
6. 실험 결과
7. 실험 고찰
8. 사용 기호
9. 참고문헌

본문내용

올 양
(g)
20
160
137.6
0.9272
73
100.45
=> 질량(g)을 보면 손실양이 없고 오히려 양 13.68g이 증가했고, 마찬가지로 에탄올 양(g)을 봐도
13.45g이 증가한 것을 알 수 있다.
( 계산과정 )
1) 원액 계산
ⓐ 부피: 원액의 부피는 용기에 넣어준 에탄올 수용액 800mL이다.
ⓑ 밀도계산 : 비중병을 기준으로 계산하였다.
ⓒ 질량계산
ⓓ 조성 계산
물의 분율을 에탄올의 분율 라고 둔다. 2성분계에서 두 성분의 분율 합은 1이고, 앞서 전체 밀도를 구했으므로 각 성분의 분율에 밀도의 곱으로 전체 밀도 식을 표현할 수 있다.
물의 밀도는 1g/mL 이고, 에탄올의 밀도는 0.789g/mL이므로 (2)의 식에 값을 대입하여 정리하면
따라서 식(1)과 (3)을 연립해서 각 성분의 분율을 계산하면
,
따라서 에탄올의 조성은 35%이다.
에탄올 양은 전체 질량에서 에탄올 조성을 곱해주면 된다.
740.92g x 0.35 = 262g
2) 잔류액 계산
ⓐ 부피 : 직접 측정한 부피 : 640mL
ⓑ 밀도계산 : 비중병을 기준으로 계산하였다.
ⓒ 질량계산
640ml 기준으로 계산한 밀도를 곱해주면
, 640ml x 0.956(g/ml) = 617g
ⓓ 조성 계산
물의 분율을 에탄올의 분율 라고 둔다. 2성분계에서 두 성분의 분율 합은 1이고, 앞서 전체 밀도를 구했으므로 각 성분의 분율에 밀도의 곱으로 전체 밀도 식을 표현할 수 있다.
물의 밀도는 1g/mL 이고, 에탄올의 밀도는 0.789g/mL이므로 (2)의 식에 값을 대입하여 정리하면
따라서 식(1)과 (3)을 연립해서 각 성분의 분율을 계산하면
,
따라서 에탄올의 조성은 28.5%이다.
에탄올 양은 전체 질량에서 에탄올 조성을 곱해주면 된다.
617g x 0.285 = 175g
2) 유출액 계산
ⓐ 부피 : 직접 측정한 부피 : 160mL
ⓑ 밀도계산 : 비중병을 기준으로 계산하였다.
ⓒ 질량계산
160ml 기준으로 계산한 밀도를 곱해주면
,160ml x 0.86(g/ml) = 137.6g
ⓓ 조성 계산
물의 분율을 에탄올의 분율 라고 둔다. 2성분계에서 두 성분의 분율 합은 1이고, 앞서 전체 밀도를 구했으므로 각 성분의 분율에 밀도의 곱으로 전체 밀도 식을 표현할 수 있다.
물의 밀도는 1g/mL 이고, 에탄올의 밀도는 0.789g/mL이므로 (2)의 식에 값을 대입하여 정리하면
따라서 식(1)과 (3)을 연립해서 각 성분의 분율을 계산하면
,
따라서 에탄올의 조성은 73%이다.
에탄올 양은 전체 질량에서 에탄올 조성을 곱해주면 된다.
137.6g x 0.73 = 100.45g
7.실험 고찰
이번 실험은 에탄올과 물을 혼합하여 35% 에탄올 수용액(2성분계 용액)을 만들고, 이 용액을 가열하여 발생하는 증기를 응축시켜 유출액을 얻고, 시간에 따른 질량을 측정하여 비중을 구해보는 실험이었다. 또한 끓는점의 차이로 두 성분을 분리하는 단증류의 원리를 이해할 수 있었다. 실험을 진행하는 중에 온도가 증가함에 따라 메탄올의 증발과 함께 물의 증발도 일어날 수 있으므로, 유출액이 100% 에탄올이라고는 볼 수 없다. 에탄올의 끓는점은 78,4℃이고, 물의 끓는점은 100℃로서 에탄올의 끓는점이 더 낮기 때문에 80℃에서 실험을 진행하면 에탄올은 끓어 먼저 기체상태로 이동하고 물의 경우 끓는점에 도달하지 않아 에탄올보다 기체상태로 증발하는 양이 적다. 따라서 에탄올의 순도가 점점 올라가게된다. 이번실험에서는 환류콕을 잠그고 실험을 진행하였는데, 단순히 2성분계를 분리시키는 단증류법이고 물의 증발이 그렇게 많지 않기 때문에 환류콕을 잠그고 하였다. 환류를 설치해 반복해서 실험을 한다면 시간이 경과하면서 그만큼 계속 분리시키는 과정이 많이 일어나기 때문에 유출액의 일정량을 순환시키면 에탄올의 순도를 더 높일 수 있을 것이다.
실험결과를 보면 넣어준 35% 에탄올 수용액 800ml에서의 양보다 잔류액과 유출액을 합한 양이 더 많았다. 그 이유를 크게 두가지로 실험과정에서의 오차와 실험계산상의 문제점을 가지고 생각해볼 수 있다. 실험과정에서의 오차로, 비중병의 부피를 측정할 때 비중병이 10ml로 아주 적은 양이기 때문에 약간 액이 덜 들어가거나 더 들어갔을 경우 계산값이 많은 차이를 보인다. 액의 양이 넘치게 해준 뒤 겉면의 액을 다 닦은 뒤 무게를 측정해야 하는데, 에탄올 수용액의 경우는 그러지 못하고 잔류액이나 유출액의 경우 넘치게 한뒤 액을 닦고 측정했기 때문에 오히려 잔류액과 유출액의 합이 넣어준 에탄올 수용액의 양보다 커지게 되었다. 또한 비중병의 뚜껑부분에 구멍이 뚫려 있는데, 에탄올 수용액의 경우 미리 담아두고 바로 측정하지 않아서 일부 양이 증발로 손실되었을 것이다. 그 때문에 오히려 초기 넣어준 에탄올 수용액 양이 적게 나왔을 것이다. 실험계산상의 문제점으로, 잔류액의 온도를 충분히 식히지 않았고 그 온도를 측정하지 못한 것이다. 에탄올 수용액의 상대밀도 조성표를 보면 온도에 따라 작은차이지만 밀도값이 다 달라진다. 따라서 상온에서 15분간 놔뒀다고 가정했을 경우인 35℃로 예상값을 임의로 지정하였고 정확한 밀도가 아니기 때문에 그 조성 또한 정확해지지 않게 된다. 이 이외에도 한 비중병에 3가지 조성의 물질을 실험하다보니 사용한 액체가 묻어 있지 않는 경우(예를 들어 물로 씻어서 물이 소량 묻은 경우) 조성 %값이 계속 변할 수 밖에 없다.
실험 결과를 분석해보면 이론적으로 생각한것과 같이 유출액은 80℃에서 메탄올이 많이 증류되기 때문에 비교적 밀도가 높은 물이 더 많이 있는 원액과 잔류액의 밀도가 더 컸다. 유출액의 밀도를 계속해서 시간순으로 측정했다고 생각해보면, 물의 증발량이 시간이 갈수록 늘어나기 때문에 밀도가 증가 할 것이고, 따라서 시간이 갈수록 유출액에서의 에탄올 순도가 낮아 질 것으로 생각한다.
8. 사용 기호
기호
단위
기호
단위
x
증기조성
y
기체조성
W
질량(kg
D
유출량(kg)
H
Henry 상수
Pa
A성분의 분압
Pb
B성분의 분압
Xa
저비점 성분 A의 몰분율
Xb
고비점 성분 B의 몰분율
9. 참고문헌

키워드

화학공학실험,   단증류,   단증류 결과보고서,   부경대학교