화학공학실험 | 기액평형

 

 

 

TIP

 

 

1. 본 실험 장치는 물질 전달 과정의 하나인 증류 개념을 익히도록 설계 제작하였다.
2. 이 장치는 일정한 압력 하에서 혼합 용액을 일정한 온도로 증발 시키면 혼합 증기와의 평형 관계가 장치 내에서 이루어지는 것을 실측하도록 하였으며, 이러한 평형 관계를 통하여 평형증류에 대하 기초 지식을 쌓을 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

 

 

 

기-액 평형

메탄올과 물은 서로 임의의 비율로 혼합하여도 균일한 용액으로 된다. 메탄올-물 용액에 있어서 각각의 성분의 혼합증기와 평형에 있는 계에서 gIBBS 의 상률을 적용해 보자. 계의 성분수는 메탄올과 물의 두가지이고, 상의수는 기상과 액상의 두 가지이다. 그러므로 상률에 따라서 이 계의 자유도는 2-2+2=2가 된다. 즉, 온도,압력,기상,액상의 조성 등의 상태량 중 ,2개까지 임의로 대신하는 것이 가능하다. 일반적으로 대기압 하에서 실험을 진행한다고 할 때, 실제 자유도는 1이된다. 예를 들어 액상의 조성이 지정되면 나머지 상태량은 고정되어 구해질 수 있다. 일정한 압력 하에서 혼합 용액을 일정한 온도로 증발시키면 혼합 증기와 평형을 이루는데 그 관계는 아래 표 1에서 메탄올과 물계의 대기압 아래서의 기-액 평형관계를 나타내었다.

t [℃]	x	y	t [℃]	x	y
100.0 96.4 93.5 91.2 89.3 87.7 84.4 81.7 78.0	0 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.150 0.200 0.300	0 0.131 0.230 0.304 0.365 0.418 0.517 0.599 0.665	75.3 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.2 61.6	0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 0.950 1.000	0.729 0.779 0.825 0.870 0.915 0.958 0.999 1.000

표 1메탄올-물계의 기-액 평형관계 (전압 1atm)

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 기본 측정이 필요한 data sheet의 측정 및 계산을 완료한다.

 

2) 60wt% 메탄올 수용액을 1,000㎖를 제작한다.

 

3) 평형증류장치의 모든 콕을 점검하고 배출콕을 닫은 다음 나머지 다른 콕을 모두 개방한다. 4)제작된 용액중 800㎖를 시료주입구를 통하여 넣은 다음 투입구 콕을 닫는다.

 

4) 응축기로 냉각수 입구를 통해 냉각수를 흘려보내면서 보일러의 스위치를 작동한 후 온도조절기의 설정온도를 설정 한 다음 보일러용 전력조절기를 Max로 설정한다.

 

5) 투입된시료 용액이 긇어서 응축된 용액이 나오는 가를 수집기 수위관에서 확인한다.

 

6) 유출액 환류콕을 열어 응축액이 환류관을 통해 보일러로 환류 되게 하고 온도를 5분마다 읽고 DATA sheet에 기록한다.

 

7) 온도계를 읽어 각각 3번 이상 같은 온도가 되는 것을 보아 평형상태에 도달한 것을 확인한다.

 

8) 시료를 20C 로 냉각 시킨 후 미리 검정한 비중병에 담고 밀도를 측정한 다음, 비중-농도 관계표에 의하여 메탄올의 농도를 구하고 기록한다.

 

9) 비중 측정이 끝난 시료는 시료 주입구를 통하여 장치 안에 다시 넣는다.

 

10) 위의 그림과 같이 단계별로 조작하여 실습 순서를 6～10을 반복하여 측정값을 구한다.

 

 

 

[화학공학실험]기액평형 레포트