단��류/결��보고서/화학공학과/화학공학실험2/A보장

Ⅰ. 실험 제목: 단증류

Ⅱ. 실험 목적
1) 2성분계 시료로 단증류를 행하고 원리를 이해한다.
2) 실험결과를 Rayleigh의 식에 의해 계산한다.
3) 단증류 실험장치의 조작법을 이해한다.

Ⅲ. 실험 이론
(ⅰ) 증류(Distillation)
2종 이상의 휘발 성분이 포함된 액체 혼합물을 가열, 기화시키면 그 증기의 조성은 휘발성이 높은 성분의 함량이 많아진다. 이러한 휘발성의 차이를 이용해 액체 혼합물로부터 각 성분을 분리하는 조작을 증류라 한다. 이 증기를 다시 응축시켜 액체 상태로 만들어 모으면 순수한 액체를 얻어낼 수 있다. 따라서, 각 성분의 증기압이 증류에 있어 분리의 척도가 된다. 증류의 종류에는 단증류, 분별증류, 감압증류, 증기증류 등이 있다. 이번 실험에서는 단증류를 이용해 2성분 용액을 분리하게 된다.

(ⅱ) 단증류(simple distillation)
끓는점의 차이가 큰 액체 혼합물을 분리하는 가장 간단한 증류 방법이다. 일정량의 액체 혼합물을 증류 용기에 넣고, 가열하여 발생한 증기를 냉각기로 응축시켜 저비점 성분이 풍부한 액체를 얻는 방법이다. 단증류가 진행되는 동안 증류 용기에 남아 있는 용액의 양과 증기의 조성은 미분적으로 계속 변하며, 이때의 유출액의 양과 농도의 관계를 다음과 같이 Rayleigh 식을 이용해 구할 수 있다.

1) Rayleigh 식
단증류를 시작한 후, 어느 순간에 증류기에 남아 있는 액체의 양을 W(kg∙mol), 증류기에서 증발한 증기의 극미량을 dW(kg), 저비점 성분의 액체 조성을 x, 저비점 성분의 증기 조성을 y라 하면, 증류기 내에는 Wx(kg∙mol)의 저비점 성분이 있고, 유출액의 저비점 성분의 양은 y∙dW이다. 증발이 일어나는 동안 액의 조성은 x-dx로 줄어들고, 액체량은 (W-dW)(kg∙mol)로 줄어든다. 따라서 증류기에 남은 저비점성분의 양은 (x-dx)(W-dW) 이다. 물질 수지 식은 다음과 같다.