화학공학실험 - 기액평형 실험 Down





화학공학실험 - 기액평형 실험

화학공학실험 - 기액평형 실험

화학공학실험 - 기액 평형 실험
1. 실험 주제


기-액 평형 실험
2. 실험 목적
일정 압력 하에서 혼합용액을 일정한 온도로 증발시켜 혼합증기와의 평행관계가 장치 내에서 이루어지는 것을 실측하며, 이러한 평형관계를 측정하고 관찰한다. 또한 평형증류에 대한 기초지식과 장치의 조작법을 이해하고, 실험을 통하여 이론과 실제를 비교하도록 하며 분석능력을 기른다.

3. 실험 이론
대부분의 화학공정의 원료는 기체, 액체, 혹은 고체상의 여러 성분들의 혼합물로 존재한다. 그 원료 혼합물로부터 한 성분 혹은 그 이상의 성분들을 분리하거나 혹은 제거하고자 할 때 그 혼합물과의 상과 다른 상과 접촉하게 되는 경우가 종종 있다. 두 개의 서로 다른 상이 접촉하여 용질이 다른 상으로 확산하게 되기도 한다. 때로는 두 개의 상이 서로 섞이지 않는 경우도 있다. 그 두 개의 상은 기체-액체, 기체-고체, 액체-액체, 액체-고체 등이 될 수도 있다.
두 개의 상이 접촉될 때 ...화학공학실험 - 기액 평형 실험
1. 실험 주제


기-액 평형 실험
2. 실험 목적
일정 압력 하에서 혼합용액을 일정한 온도로 증발시켜 혼합증기와의 평행관계가 장치 내에서 이루어지는 것을 실측하며, 이러한 평형관계를 측정하고 관찰한다. 또한 평형증류에 대한 기초지식과 장치의 조작법을 이해하고, 실험을 통하여 이론과 실제를 비교하도록 하며 분석능력을 기른다.

3. 실험 이론
대부분의 화학공정의 원료는 기체, 액체, 혹은 고체상의 여러 성분들의 혼합물로 존재한다. 그 원료 혼합물로부터 한 성분 혹은 그 이상의 성분들을 분리하거나 혹은 제거하고자 할 때 그 혼합물과의 상과 다른 상과 접촉하게 되는 경우가 종종 있다. 두 개의 서로 다른 상이 접촉하여 용질이 다른 상으로 확산하게 되기도 한다. 때로는 두 개의 상이 서로 섞이지 않는 경우도 있다. 그 두 개의 상은 기체-액체, 기체-고체, 액체-액체, 액체-고체 등이 될 수도 있다.
두 개의 상이 접촉될 때 원래 혼합물의 성분들이 그 두 상안에 재분배된다. 재분배된 후 간단한 물리적인 방법에 의해 두 개의 상우로 나뉘어진다.
적절한 조건을 줌으로써 성분들이 한쪽 상으로 더 이동하게 되어 성분들이 분리된다. 평형상태에서 두 상의 용질농도를 예측하기 위해서는 실험적 평형값을 이용하여야한다. 두 상이 평형상태가 아니면 물질이동속도는 구동력에 비례한다.
여기서 두 상은 기체-액체 혹은 액체-액체를 말한다. 용질의 평형상태에 영향을 끼치는 중요한 변수는 온도, 압력, 농도이다.

(1) 이성분 액체 혼합물의 기-액 평형
이상용액과 비이상용액의 성질들의 계산은 한 화학종의 화학퍼텐셜은 상들이 평형을 이룰 때 모든 상에서 같다는 사실에 근거한다. 이성분 액체 혼합물이 일정한 온도에서 증기와 평형상태에 있을 때, 각 성분의 화학퍼텐셜은 기체상과 액체상에서 같다.
①

증기상의 성분에 대해 fugacity를 사용하는 대신에 증기를 이상기체라고 가정한다. 그래서 기체상의 한 성분의 화학퍼텐셜은 다음과 같이 주어진다.

②

여기서 는 1 bar의 표준상태의 압력이다. 액체 혼합물에서 한 성분의 화학퍼텐셜을 표현하는 가장 일반적인 방법은 아래의 식과 같다.

③

여기서 는 의 활동도 이다. 따라서 식 ②는 다음과 같이 쓸 수 있다.

④

식 ④는 물론 액체상에서 활동도가 1인 순수한 액체 에도 적용시킬 수 있다.

⑤

온도 에서 순수한 물질 의 평형 증기압은 이다. 기체와 액체의 표준 화학퍼텐셜을 제거하기 위해 식 ④에서 식 ⑤를 뺀다.

⑥

또는

⑦

따라서 증기가 이상기체라면, 용액의 한 성분의 활동도는 순수한 액체의 증기압과 용액의 그 성분의 부분압력의 비와 같다.
위에서 말한 것은 일반적인 사항이다. 실제 용액에서 한 성분의 부분압력 를 예측하는 방법은 보여 주지 않았다. 1884년에 Raoult은 어떤 용액에 대해서 한 성분의 부분압력은, 순수한 성분의 증기압에 그 성분의 몰분율을 곱한 것과 같다는 것을 알았다.

⑧

이 식은 정확하지는 않지만 매우 유용해서 Raoult법칙이라고 한다. 이 법칙은 용액을 구성하는 성분들이 매우 유사할 때 가장 잘 성립한다.

그림1. 60℃에서 벤젠⑵-톨루엔⑴계. 그림2. 60℃에서 벤젠⑵-톨루엔⑴계.
⒜ 부분 압력과 전체 압력 ⒜ 에 대한 전체압력 그래프
⒝ 액체와 증기의 조성 ⒝ 에 대한 전체압력 그래프


벤젠과 톨루엔의 혼합물은 그림1에서 보여 주는 것과 같이 Raoult의 법칙을 따른다. 분자적 관점에서 설명하면 A-A, A-B, 그리고 B-B사이에 상호 작용하는 힘이 모두 같은 액체 A와 B의 쌍의 경우 Raoult의 법칙이 성


자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=14053311&sid=leesk55&key=



[문서정보]

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자료제목 : 화학공학실험 - 기액평형 실험
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키워드 : 화학공학실험,기액평형,실험
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