[화학공학실험] 기액평형실험 예비보고서(A+실험레포트)

1) 증류
증류라는 것은 어떤 용질이 녹아 있는 용액을 가열하여 얻고자 하는 액체의 끓는점에 도달하면 기체상태의 물질이 생기는데 이를 다시 냉각시켜 액체상태로 만들고 이를 모아 순수한 액체로 얻어내는 과정을 말한다. 이는 화학공정의 핵심 기술이며 증류, 흡수, 탈습, 흡착, 액체추출, 막 분리 등의 방법이 존재한다. 유체역학에서의 속도차, 열전달에서의 온도차왿� 같이 이러한 물질전달조작에서는 농도차, 활동도차왿� 같은 구동력을 조절하는 것이 중요하다. 특히, 증류는 몇 개의 성분으로 이루어진 액체 혼합물을 분리해내는 방법으로 화학공장과 정류산업에서 가장 대표적이고 또 널리 사용되는 조작이다. 2종 이상의 휘발성분이 포함된 액체 혼합물을 가열하여 각 성분의 휘발성 차이(증기압 차이)로 액체 혼합물을 각 성분으로 분리가 가능한 원리를 이용한다.

2) 상평형
일반적으로 평형이란 계에서 어떤 성질들이 시간에 따라 변하지 않는 것처럼 보이는 정체된 상태이다. 두 개의 상이 평형에 도달하면 물질전달은 한계에 이르고, 전달속도는 0이 된다. 따라서 물질전달 조작에서의 구동력을 얻기 위해서는 평형에서 벗어나야하며 상 사이의 평형에 대한 지식이 중요하다. 상률이란 평형을 분류하고 특정한 경우에서의 독립변수 또는 자유도의 수를 알기 위해서 사용하는 규칙으로써 다음과 같이 나타낼 수 있다.

F : 자유도의 수, C : 성분의 수, P : 상의 수
여기서 자유도의 수(가변도, F)는 온도, 압력 및 농도왿� 같이 계의 평형상태를 정의하기 위해서 고정되어야 하는 독립적 세기변수의 수이다. 자유도의 수보다 작은 수의 변수가 고정되면 무한히 많은 상태의 가정들이 성립되므로 독립 변수를 파악하고 제어하는 것이 평형 조작에서 중요하다. 혼합물의 증류 분리(기-액 평형)에서는 끓는점 차이가 나는 2성분이 존재하여 액상과 기상의 2개상이 공존하는 상태이다.

3) 평형곡선(equilibrium curve)
상의 수왿� 성분의 수가 각각 2인 혼합물의 증류 분리에서, 평형상태는 2개의 독립변수만 고정하면 결정된다.