추출(extraction)에 대한 정리 및 실험 보고서

소개글

추출(extraction)에 대한 정리 및 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 추출의 정의

2. 추출 공정

3. 삼각도표 (3성분계의 액-액 평형)

4. 용해도 곡선(solubility curve)

5. 분배 곡선(distribution curve)

6. 분배곡선의 종류

7. 추제의 선택도(selectivity)

8. 추제의 조건

9. 액-액 추출 조작 및 계산

10. 최소 단수와 최소 추제량

11. 병류다단추출(cocurrent multistage extraction)

12. 액-액 추출 장치

본문내용

때 가능하다.
(7) 원심추출기(centrifugal extractor)
Podbielniak extractor는 무거운 금속통속에 액이 들어오고 나갈 수 있도록 속이 비어 있는 횡축에 나선형의 리본이 감겨져 있다. 이들 액체는 리본과 벽면 사이의 통로를 따라 서로 반대 방향으로 흐른다. 즉, 무거운 액체는 나선형의 바깥면을 따라 외측으로 이동하고 가벼운 액체는 안쪽면을 따라 내측으로 이동된다. 액-액 계면의 단면이 크면 물질전달이 빠르게 일어나다. 원심 추출기는 가격이 비싸 사용이 제한되는 편이나 적은 공간에서 접촉단 효율이 높아 체류시간이 짧다(약 4초)는 장점을 갖는다. 이것은 비타민이나 항생물질 등의 예민한 물질의 추출에 유용하다.
(8) 보조장치(auxiliary equipment)
액-액 추출 공정이 종료된 후 추출상이나 추잔상내의 용매가 용이하게 회수되어야 한다. 이를 위해 사용되는 보조 증류기, 증발기, 히터 및 응축기와 같은 보조장치들이 추출장치 자체보다도 설치비가 많이 든다. 따라서, 가능하다면 추출보다는 증류를 택하는 것이 더욱 경제적이라고 말할 수 있다.
3-13. 막을 이용한 추출
1. 미세공막(microporous membrane)을 이용한 추출
소수성 미세공막(microporous hydrophobic membrane)을 이용한 추출은 수용액상에 유기물질이 비교적 소량으로 섞여 있을 때 이를 유기액상으로 추출하기 위하여 이용할 수 있다. 그림 3-19에서 수용액상의 압력이 유기상측과 같거나 계면을 유지하는 임계압력 이하의 범위내에서 압력이 높으면 두 상은 섞이지 않고 계면을 유지한다. 즉 유기상이 막의 기공을 따라 우측 끝까지 침투하여 수용액상과 접촉하게 되며 이 상태에서 수용액상의 유기물질이 유기상으로 용해되어 추출 된다.
친수성 미세공막(microporous hydrophilic membrane)을 이용한 추출은 소수성 막을 이용한 추출과 달리 유기액상에 존재하는 수용성 물질을 추출할 때 유용하다. 원리는 수용액상이 친수성막의 기공을 따라 그림 3-19에서 막의 좌측 끝까지 침투하여 유기상과 접촉하게 되며 유기상측의 압력이 적절히 유지될 때 수용성 물질이 수용액상으로 추출된다.
2. 응용 분야
막을 이용한 추출은 기존의 모든 추출분야에 응용될 수 있으나 특히 추제가 원료중에 분산이 되지 않으므로 원료중에 추제의 민감한 성분이 있는 경우에 특히 유용하다. 예를 들어 미생물, 효소, 세포 등이 함유된 수용액상에서 생성물질을 제거하는데 사용된다. 최근 미세공막 용매추출은 금속 추출, 유기성 공해물질 추출, 약물 추출, 발효생산물 추출, 추출 생물반응기(extractive bioreactor), 방향성 물질 추출 등에 이용되고 있다.
3-14. 초임계 유체 추출(supercritical fluid extraction)
1. 초임계 유체
기체나 액체는 그 특유의 임계온도와 임계압력을 가지고 있는데 기체형태의 물질을 임계온도와 임계압력 이상으로 동시에 높이면 액체의 밀도와 같은 밀도를 갖게 된다. 어떤 기체를 그 기체의 임계온도 이상에서 아무리 압력을 가하여도 상변화는 수반하지 않고 밀도만 변하게 되며 이것은 목적추출물의 용해도와 깊은 관계가 있다. 즉 초임계 유체란 기체의 고유 임계점 이상의 압력과 온도에서 기체상과 유사한 확산계수, 점도 등의 전달물성을 갖고, 액체상과 비슷한 밀도(용매효과)를 갖는 앙면성 상태하의 유체를 말한다.
2. 초임계 유체의 용해도
초임계 유체의 용해력은 밀도가 액체의 밀도에 접근함에 따라 액체용매의 용해력에 접근한다. 그러나 대부분의 경우 초임계 유체 용매의 용해력이 액체 용매의 용해력 보다 큰 경향을 보이는데 그 이유는 초임계 유체의 임계온도가 유기용매의 온도보다 높으며 따라서 초임계 유체의 증기압이 보다 높기 때문이다.
3. 초임계 유체의 장점
1) 기존의 증류, 추출 등의 분리공정에 비해 에너지가 절감된다.
2) 압력은 높지만 낮은 온도에서 조업하기 때문에 열 안정성이 작은 물질의 열 변성을 피할 수 있다.
3) 초임계 유체는 낮은 점도와 높은 확산계수를 갖기 때문에 액체 추출보다 물질전달이 잘 일어난다.
4) 휘발성이 높은 용매를 사용하므로 용매의 회수가 용이하다.
4. 초임계 유체의 단점
1) 1회 추출되는 물질의 양이 적고, 다량의 초임계 유체를 순환시켜야 한다.
2) 고압장치를 설치해야 하기 때문에 초기 자본비가 많이 든다.
3) 새로운 물질을 분리할 경우, 상 평형이나 물질이동특성 등의 기본 데이타가 부족하다.
5. 초임계 용매의 선정
초임계 유체 추출 공정에 사용될 수 있는 용매로는 여러 종류가 있으며 일반적으로 다음과 같은 조건을 충족시키는 용매를 선정하는 것이 바람직하다.
1) 화학적으로 안정하고 장치에 부식성이 없는 것.
2) 임계온도가 실온근처 또는 추출온도에 가까운 것.
3) 임계압력이 낮은 것.
4) 선택성이 높은 것.
5) 용해도가 큰 것.
6) 용매 회수가 용이할 것.
7) 구입이 용이하고 가격이 저렴한 것.
8) 인체에 독성이 없는 것.
9) 환경을 오염시키지 않는 것.
이와 같은 각 조건을 만족하는 대표적인 용매로는 이산화탄소를 들 수 있는데 이산화탄소는 인체에 무해할 뿐만 아니라 불연성이고 화학적으로 안정하고 임계온도가 낮으므로 용질 성분의 변질을 일으키지 않는 장점을 갖고 있어 초임계 유체로 널리 응용되고 있다.
6. 응용 분야
식품산업에서는 기존의 액체용매 추출을 할 경우 일반적으로 널리 쓰이는 염화메칠렌과 같은 유독성 용매가 잔류하게 되나, 초임계 용매를 이용할 경우 이러한 문제가 쉽게 해결되며, 액체 이산화탄소의 경우 용해력이 매우 우수하여 응용분야는 매우 다양하다. 의약품의 경우, 주로 원료중의 약효 또는 생리활성을 갖고 있는 유효성분의 분리 정제 등에 이용되고 있다. 생리활성 물질 추출에 초임계 유체 추출을 이용할 경우 기존 분리 방법인 압착법, 수증기 증류법 및 용매 추출법에 비해 용질의 손실 및 변질을 피할 수 있다. 이외에도 실리콘 기판에서 도포경화막의 제거, 고분자 이차전지의 전극에서 불순물 제거 등 초임계 유체 추출은 다양한 분야에서 응용되고 있다.

키워드

추출,   용해도 곡선,   추제의 조건,   액-액 추출 조작 및 계산,   병류다단추출,   최소단위와 최소 추제량,   분배 곡선,   추제