기-액평형실험

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기-액평형실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론
2. 실험
3. 계산
4. 결과 및 고찰
5. 참고문헌
6. DATA SHEET

본문내용

나누어 800ml 모두 투입구 ⑩으로 놓은 다음 콕 C1을 닫는다.
④ 응축기에 냉각수가 공급되는지 다시 확인하고 전원을 켜고 보일러용 전력조절기 및 Tube의 전력조절기를 모두 95로 설정한 뒤 초기 온도 (T, T1)을 기록하고 이후 T가 50℃가 되는 온도 및 시간을 기록한다.
⑤ 투입된 시료 용액이 끓어서 응축된 용액이 나오는지 여부를 확인하기 위하여 콕 C3를 열고 비커에 응축액이 떨어지는 것을 확인한 후 바로 콕 C3를 닫는다.
⑥ 이후 5분 간격으로 T, T1의 온도를 기록한다.
⑦ T와 T1의 온도계를 읽어 T 또는 T1의 온도가 3번 이상 같은 값을 읽게 되면 평형 상태에 도달한 것으로 확인한다. 평형 상태에 도달하면 콕 C2를 열어 시료통 속의 액(액상) 약 30ml, C3를 열어 수집기의 유출액(증기상)을 약 30ml씩 비커에 담는다. (C6 밸브 닫기)
⑧ 시료를 기준온도로 냉각시킨 후 미리 검정한 비중병에 담고 밀도를 측정한 다음, 비중-농도 관계표에 의해서 메탄올 농도를 구한다.
⑨ 비중 측정이 끝나면 장치에서 꺼낸 모든 시료를 재투입구(9)를 통하여 장치 안에 다시 넣고 실험순서 ⑦~⑧을 반복한다. 두 번째 평형상태에 도달하면 C6, C7을 닫고 세 번째 평형상태에 도달하면 C6, C7, C8을 닫고 실험하면 총 4개의 기-액 평형값을 얻는다.
⑩ 보일러 및 Rising Tube의 다이얼을 0으로 하고 전원을 끈다.
⑪ 장치 내의 시료를 C3를 통하여 모두 배출시킨 후 폐수통으로 옮겨 처리한다.
⑫ 기기내 잔여 용액 수집을 위하여 C3 밸브 아래쪽에 비커를 둔 후 밸브를 열어둔다.
계산
(1) 비중병 부피 측정
① 빈 비중병 무게 : 18.3451g
② 빈 비중병+증류수 무게 : 43.8802g
③ 증류수의 밀도(22.4℃, 메탄올 밀도표 이용, 내삽법 이용)
④ 증류수의 무게 : 43.8802g-18.3451g=25.5351g
⑤ 비중병 부피 :
(2) 60wt%의 메탄올 수용액 800ml 제조
① 전체 무게 : 0.8945x800 = 715.6g
② 메탄올의 무게 : 715.6x0.6 = 429.36g
③ 증류수의 무게 : 715.6x0.4 = 286.24g
④ 메탄올의 부피 :
⑤ 증류수의 부피 :
(3) 메탄올 수용액의 순도 계산
① 빈 비중병+메탄올 무게 : 41.2354g
② 메탄올 무게 : 41.2354g-18.3451g=22.8903g
③ 메탄올의 밀도 :
④ 메탄올 수용액의 순도 검증
(4) 기액평형실험C6
액상(비중병+용액) : 41.3786g
용액 : 23.0335g
밀도 : 0.8989
기상(비중병+용액) : 39.6410g
용액 : 21.2959g
밀도 : 0.8311
20℃ 기준 질량분율
액상 : 57.95wt% > 43.67mol%
기상 : 85.81wt% > 77.29mol%
C7
액상(비중병+용액) : 41.4655g
용액 : 23.1204g
밀도 : 0.9023
기상(비중병+용액) : 39.8188g
용액 : 21.4737g
밀도 : 0.8380
20℃ 기준 질량분율
액상 : 56.33wt% > 42.05mol%
기상 : 83.29wt% > 73.70mol%
C8
액상(비중병+용액) : 41.7214g
용액 : 23.3763g
밀도 : 0.9123
기상(비중병+용액) : 40.2482g
용액 : 21.9031g
밀도 : 0.8548
20℃ 기준 질량분율
액상 : 51.52wt% > 37.41mol%
기상 : 76.88wt% > 65.16mol%
C9
액상(비중병+용액) : 41.9595g
용액 : 23.6144g
밀도 : 0.9216
기상(비중병+용액) : 40.6130g
용액 : 22.2679g
밀도 : 0.8690
20℃ 기준 질량분율
액상 : 46.85wt% > 33.15mol%
기상 : 70.24wt% > 57.03mol%
결과 및 고찰
(1) 시간에 따른 온도 변화를 그래프로 나타내기
(2) 시간과 유출량의 관계를 그래프로 나타내기
(3)측정값
측정 방법
원료
잔류액
유출액
손실
밀도
부피와 무게 측정
0.8943
0.8943
0.8785(평균)
-
양
무게 측정
715.6
622.4554
93.1446
0
조성
표
60
59.0854
66.11(평균)
-
메탄올의 양
양 x 조성
429.36
367.78
61.58
0
(4) 기-액 평형 그래프 이론값과 실제값
메탄올-물계의 이론적인 기-액 곡선
메탄올-물계의 실험적인 기-액 곡선
위의 두 곡선을 바탕으로 메탄올-물계의 실험적인 기-액 곡선과 이론적인 기-액 곡선을 비교해 보았다.
메탄올-물계의 실험적, 이론적 기-액 곡선
(5) 고찰
이번 실험에서는 제대로 장치 연결을 하였고, 5분 간격으로 제대로 장치의 T, T1 온도 측정을 하였다. 또한 4번의 기-액 평형 단계에 도달했을 때, 각각 혼합용액(액상)과 응축물(기상)을 추출하여 이 유출액의 무게를 비중병을 통해 측정하고 밀도와 몰분율을 계산하였다.
다만 한 가지 아쉬운 점은 145분 대까지 장치의 T, T1 온도를 관찰하며 기다렸음에도 마지막 기-액 평형 단계에 0.1정도의 온도 오차가 발생하여, 이 점을 감안하여 마지막 비중병을 통한 무게 측정 단계를 진행하였다. 이 점만 빼면 이번 실험은 아주 원활히 진행되었다.
이번 실험은 실험 장치를 통하여 물질 전달 과정의 하나인 증류 개념을 익히는 실험이었다. 따라서 이번 실험을 통해 평형 증류에 대한 기초 지식과 장치의 조작 방법을 이해할 수 있었고 메탄올 수용액이 장치안에서 기-액 평형상태에 도달하는 과정을 가시적으로 장치를 통해 확인할 수 있었다. 마지막으로 ‘결과 및 고찰’ 단계에서 이론과 실제를 비교하며 분석 능력을 기를 수 있었고 단증류식을 통해 실험 결과값을 정리함으로써 데이터시트를 더 잘 분석할 수 있었다.
참고문헌
2) Warren L. McCabe 외 2인, “McCabe의 단위조작”, 7판, p.547~548, p.565~568, 사이플러스(2017)
3) 김학준, “화학공학개론”, p.153-160, 문운당(2000)
4) 박소진, “화학공학실험”, p.58-62, 충남대학교출판부(2010)
6. DATA SHEET

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