물-에탄올의 증류를 통한 비중 측정, 증류 실험, 화학공정실험, 실험레포트

요 약

물과 에탄올이 섞인 용액을 단증류왿� 다단증류 실험을 통해 증류시킨다. 물과 에탄올의 성질을 파악하여 유출액을 예상해보고 온도별 유출액의 비중을 측정하여 분석한다. 유추한 유출액이 맞는지 계산하고 이후 유출액과 잔액의 수지식을 통해 검토한다.

1. 서론
물과 에탄올이 섞인 용액을 단증류왿� 다단증류 실험을 통해 증류시킨다. 물과 에탄올의 성질을 파악하여 유출액을 예상해보고 온도별 유출액의 비중을 측정하여 분석한다. 유추한 유출액이 맞는지 계산하고 이후 유출액과 잔액의 수지식을 통해 검토한다.

2. 이론
단증류란 원액을 일정량 가열용기에 공급하여 증류하는 방법으로 용기 내의 액체조성과 유출액 조성은 미분적으로 변한다.

fig 1과 같이 어느 순간의 용기 액량, L mol의 조성 x가 dL mol 만큼 증류하면, 저비점 성분에 관하여 다음의 물질수지가 성립된다.

Lx=(L-dL)(x-dx)+dLy … (1)
식 (1)을 정리하고 dL*dx를 무시하면,
dL/L=dx/(y-x) … (2)

식 (2)를 단증류 때의 Rayleigh식이라 부른다. 이 식을 적분하면,

ln⁡〖(L_1/L_2 )=∫_(x_2)^(x_1)▒dx/(y-x)〗 … (3)

식 (3)은 미지수 x, y를 포함하므로 일반적으로 풀 수 없으며 도식 적분으로 해를 얻는다.

3. 실험

3.2 실험방법
1) 30% 에탄올 수용액을 3000 cc 제조한다.
2) 450 cc정도 조제하여 증류 플라스크 (둥근 바닥 플라스크)에 넣는다.
3) 별개의 에탄올 원액의 밀도를 측정하고 농도를 결정한다 (물-에탄올 비중 이용).
4) 환류기 냉각수를 보내며, 가열을 시작한다.
5) 증류가 시작하여 증기가 유출되면 유출액의 밀도를 구한다.
6) 유출량을 시간에 따라 기록하고 온도를 기록한다.
7) 유출이 약 50% 정도되면 마지막 유출액의 농도를 구한다.
8) 증류가 끝나면 냉각시키고 잔액과 유출액의 양 및 농도를 구한다.