[화학공학실험] VLE-LLE (1)

목차

1. Purpose
2. Data Analysis
3. Discussion
4. Reference

본문내용

1. Purpose
가. 가시적으로 판별하기 힘든 평형의 원리를 온도, 압력 등의 조작변수와 연동하여 상평형에 대해 이해한다.
나. 실험적으로 얻어낸 데이터와 문헌데이터 값을 비교하여 기-액 평형 및 증류에 대한 기초 지식을 습득한다.

2. Data Analysis
1) Calibration
메탄올과 물의 혼합물은 비중을 측정하여 질량에 따른 혼합물의 몰분율의 비를 구할 수 있다. 메탄올과 물의 분자량과 밀도를 이용해 메탄올의 몰분율을 각각 0.2, 0.4, 0.6, 0.8로 맞춘 혼합 용액을 만들고, 그 용액 25ml의 무게를 측정해 비중을 구하였다. 이때 비중병의 무게는 17.8586g 이다.

2) 실험 데이터 플롯
실험을 통해 얻은 액상과 기상의 비중을 계산하고 이 값을 Calibration curve를 이용해서 각 평형 온도에서의 메탄올의 몰분율을 구했다.

3) reference와 실험 데이터의 비교
실험 데이터를 미리 구해져 있는 reference 값과 비교하여 그래프를 그려보았다. 이때 우리가 구한 기상 조성은 reference 값과 잘 맞았던 반면, 액상 조성은 같은 온도일 때 reference보다 높은 조성을 가지는 것을 알 수 있다.

3. Discussion
1) 적절한 비 이상성 모델 선정
상평형 데이터는 mixture에서 필요한 물질만을 분리해내는 척도가 되는데, 이번 VLE 실험에서는 가장 효율적인 분리공정인 증류(distillation)의 상평형 데이터를 구하고, 주어진 혼합물이 평형상태에 도달하는 추이를 살펴보았다. 이번 실험은 메탄올과 물의 조성을 달리하였을 때의 각 평형에 도달하는 온도를 측정하고, 측정한 온도와 기상, 액상의 몰분율을 통하여 1atm에서의 T-xy 선도를 작성하는 실험이다. 기체 혼합물과 액상 용액이 평형상태로 공존할 때, 기상이 이상기체이고 액상이 이상용액이라는 두 가지 가정하에 기상과 액상의 몰분율은 다음과 같은 Raoult의 법칙을 따른다.

참고 자료

Kunz, Robert G /Environmental Calculations: A Multimedia Approach / Willey / 1st edition/ 2009
J. M. Smith / 화학공학 열역학 / McGrawHill Education / 8th edition / 2018
J. D. Seader, Ernest J. Henley and D. Keith Roper/ Separation Process Principles/ Wiley / 3rd edition/ 2010
www.cheric.org/research/kdb/hcvle/showvle.php?vleid=2722