[화공공정실습설계2] 다단식 연속증류 결과 레포트

소개글

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목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

작게하여 어느 한계치 이하가 되면 단수를 증가시켜도 에탄올이 원하는 만큼 나오지 않게 된다. 그 한계치를 ‘최소 환류비’라고 한다. 실제 공정에서 환류비가 무한대에 가까우면 고순도의 타깃(에탄올)이 나오지만 그 양이 매우 적다. 반대로 환류비가 한계치에 다다를수록 많은 양의 타깃이 나오지만 분별이 제대로 이루어지지 않은 저순도일 것이다. 따라서 위 실험에서는 환류비를 0.8 ~ 1.2를 기준삼았다. 실험 중간중간 유량을 측정하여 환류비를 구하면 시간에 따라 조금씩 차이를 보였다. 이러한 이유로 펌프의 유량을 조절하여 일정 범위(0.8~1.2)를 유지하려 노력했다. 하지만 펌프의 유량을 아주 조금만 변화시켜도 reflux 유량(L)과 overhead product(D)의 유량이 모두 변하므로 환류비가 민감하게 변화하였다. 그러한 이유로 이 부분이 실험을 진행하는데 있어서 가장 신경이 많이 쓰이고 어려운 작업이었다. 계속해서 이런식으로 환류비가 고정되지 않고 시시각각 변화했기 때문에 증류탱크 내부의 조성비뿐만 아니라 하부 생성물의 조성비를 포함해 전체적으로 조성비가 변화하고 이는 실험 결과값에 큰 영향을 미치게 된다.
실험기기를 작동하기 전 재비기에 에탄올 질량분율 20%를 4L 넣어주었는데, 그 이유로는 넣어주지 않았을 시 초기에 적정 온도에 도달하지 못한 Feed 용액이 그대로 하부 생성물로 나올 수 있기 때문에 하부 생성물의 에탄올 질량분율이 20%라는 가정 하에 같은 농도로 만들어주어 오차값을 줄이기 위해서 넣어준다. 하지만 이 역시 결과를 보면 하부 생성물의 에탄올 질량분율이 27%이므로 오차원인 중 하나이다. 재비기에 넣은 용액의 농도와 실험 중 하부 생성물의 농도가 같다면 실험이 제대로 이루어지는 것이라 볼 수 있다. 또, 실험을 진행하기 전 응축기를 통해 용액이 고이는 통 안에 전 실험조가 100% 배수를 하지 못해 고여있는 증류액이 남아있었다. 하지만 초기에만 큰 영향을 미치고, 시간이 지남에 따라 희석되어서 최종 실험 결과에는 그다지 큰 영향은 미치지 않았을 것으로 보인다. 마지막으로 주의해야 할 점은 재비기 내부 온도가 100도가 넘지 않도록 히터를 조절해야 한다. 재비기의 온도가 100도 이상이 되면 물도 같이 끓기 시작하므로 분별의 의미가 사라지게 된다. 하지만 에탄올의 끓는점보다 조금 높은 80도 가량이 되었다고 해도 물이 완전히 기화하지 않는 것은 아니다. 한 예로 상온에서도 따뜻한 커피에서 김(수증기)가 생기는 것만 보아도 꼭 100도가 아니라도 물은 어느정도 기화한다는 점에서 100% 분별을 하는 것은 불가능한 일임을 명심해야 한다.
효율은 53%정도로 생각보다 높게 나오지는 않았다. 어떻게 보면 당연한 현상일 수 있다. 위에서 설명했듯이 환류비가 작아질수록 상부 생성물이 많이 나오게되면 분별이 제대로 이루어지지 않아 더 많은 단수가 필요하지만 실제 단수는 8단으로 정해져있기 때문에 탑 상부와 하부 생성물의 몰분율 차가 크지 않게 된다. 그렇게되면 조작선 그래프를 그렸을 때 상,하부 조작선이 0.5쪽으로 폭이 좁혀져 이론단수가 터무니없이 작아져서 단효율이 0에 점점 가까워질 것이다. 반대로 환류비가 무한대에 가까워질수록 상부 생성물이 적게 나오고 상,하부 생성물의 몰분율이 1.0과 0에 가까워지면서 이론단수가 8단 이상으로 증가해 단효율이 100% 이상이 될 우려가 있다. 하지만 이번 실험에서 환류비를 1.0에 맞추려 노력하였고 효율이 53%가 나왔다는 것은 환류비가 작았다고 생각할 수 있다.
7.참고문헌
단위조작 3판, 고완석, 심현호 외 3명, 211~218P
순천향대학교 나노화학공학과, 나노화학공학과 실험, 127~144P

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