일반화학실험 - 액액 추출 결과 보고서

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용해도 곡선 중 추출상을 나타내는 부분위의 한 점 E1 에서의 추질의 조성(y1)과 그 에 대응하는 추잔상을 나타내는 부분위의 한 점 R1 에서의 추질의 조성(x1)에 의하여 정해지는 점 (x1, y1)을 x-y도표상에 표시한다.
같은 방법으로 용해도 곡선위의 추출상의 점 E2 에서의 추질의 조성(y2)과 그에 대응하는 추잔상의 점 R2 에서의 추질의 조성(y2)에 의하여 정해지는 점 (x2, y2)를 x-y 도표상에 표시한다.
계속해서 같은 방법으로 (x3, y3), (x4, y4),……를 구한다. 이와 같이 구해진 점 1(x1, y1), 점 2(x2, y2), 점 3(x3, y3), 점 4(x4, y4)과 원점 0 및 상계점(plait point)에서의 추질의 농도가 x-y도표상에 나타내는 점 P'를 연결하면 평형곡선이 된다.
조작선 구하기
x-y 도표상의 조작선(operating line)은 그림 3-7의 m단에서의 추질에 관한 물질 수지식를 이용하여 구한다.
식 (3-19)을 변형하여 m단으로 들어오는 추출상의 조성(ym+1)을 같은 단에서 나가는 추잔상의 조성(xm)으로 표시하면 다음과 같이 조작선의 식이 된다.
예를 들어 제 1단(m=1)에 대한 조작선의 식은 다음과 같다.
여기서 이므로 제 1단에 대한 조작선의 식은 다음과 같이 나타낼 수도 있다.
즉, 위의 식을 이용하면 주어진 x1에 대해 y2를 구할 수 있고 점 (x1, y2)가 정해진다.
제 2단에 대한 조작선의 식은 다음과 같다.
즉, 위의 식을 이용하면 주어진 x2에 대해 y3를 구할 수 있고 점(x2, y3)가 정해진다. 마찬가지로 제 3 단에 대한 조작선의 식에서 점 (x3, y3)가 구해진다. 이렇게 구해진 (x1, y2), (x2, y3), (x3, y4) 및 원료를 나타내는 점 F에 의해 주어지는 점 (xF, y1)을 직선으로 각각 연결하여 조작선을 구한다.
이론단수 구하기
x-y선도 상에 평형곡선과 조작선이 그려지면 추료(F)중의 추질의 조성(xF)이 주어져 있을 때 F'(xF, y1)점으로 부터 시작해서 x-y 도표의 좌측방향으로 m단의 추잔상(R)내의 추질의 조성(xm)이 xN을 넘을때 까지 계단작도를 한다. 한편, 그림 9에서 제1단과 제m단 사이에 대하여 추질성분에 대한 총괄 물질수지를 구하면,
이 되고, 이를 ym+1에 대하여 정리하면 다음과 같다.
윗 식은 향류 다단 추출에서의 조작선(operating line)의 방정식으로서 제 m단에 출입하는 추출 성분(추질)의 추출상(Em+1)에서의 조성(ym+1)과 추잔상(Rm)에서의 조성(xm)사이의 관계를 표시한다. 이 직선의 방정식의 기울기가 m에 관계 없이 일정할 때
즉, 인 경우에는 제 1단 부터 제 m단 사이의 조작선을 단일 직선으로 표시할 수 있다.
6. 고 찰
혼합물 속에서 특정한 물질을 용해할 수 있는 용매를 사용하여 성분을 분리해 내는 방법을 추출이라 한다. 이 실험은 액체에서 특정 물질을 분리해 내기 때문에 액액추출이라고 한다. 실제로 실험을 하지 못했지만 실험원리와 과정을 정확하게 이해하기 어려웠고, 그렇게 하기위해서 노력했던 실험이다. 상접점을 공부하면서 참 어려운 용어들이 많다고 느껴졌었다. 추출이란 단어는 익숙했었지만, 추제, 추질, 추잔액 등의 단어들은 낯선 단어들이였고, 원리를 공부하는 가운데에서도 계속하여서 확인하게 되었던 단어들이였다. 이 실험의 기본 원리가 되는 상접점은 산과 물의 혼합액에 벤젠을 가해 초산을 추출해내는 경우, 우선 초산과 물의 혼합액에 일정량의 벤젠을 가한 세 성분의 혼합물이 추출상과 추잔상으로 상 분리가 되어 평형으로 도달한 뒤 각 상의 성분의 조성을 측정한다. 다음 벤젠의 양을 달리하여 같은 방법으로 실험을 반복하여 다시 조성을 결정하며, 계속하여서 벤젠의 양을 변화시키며 추출상과 추잔상의 조성이 같아지는 점을 찾아 낸다. 그 뒤에 각 조성이 나타내는 점을 삼각도표에 표시하여 연결하면 용해도 곡선이 얻어진다. 용해도 곡선의 아랫부분에 있는 임의의 점에 의해 그 조성이 표시되는 3성분 혼합물은 단일 상으로 존재하지 못하고 두상으로 나누어진다. 이때 두상의 중량 비율은 지렛대 법칙으로 구한다. 추질의 농도가 추출상과 추잔상에서 서로 같아지는 점을 상계점이라 한다. 상계점을 경계로 추제성분이 많은쪽이 추출상이 되고, 오른쪽 원용매가 많은 곡선이 추진상이된다. 이러한 원리로 추출되는 상과 추진되는 상의 비율을 분리해 낼 수가 있다는 것을 알게 되었다.
특별히 추출장치를 조사하게 되면서 Batch를 볼 수 있어서 반가운 마음이 있었다. Batch는 추료와 추제를 교반조에 넣고 일정시간 심하게 교반한 후 교반기를 정지시켜 중력에 의한 경계층을 만들고 탱크측면의 유리 관찰 창을 통해 관측하면서 추잔물을 분리 배출시킨다. 즉 중력의 힘을 이용해서 추출물과 추잔물을 분리 시키는 원리가 되겠다. 추료와 추제를 교반조에 넣고 일정시간 심하게 교반한 후 교반기를 정지시켜 중력에 의한 경계층을 만들고 탱크측면의 유리 관찰 창을 통해 관측하면서 추잔물을 분리 배출시킨다. 중력을 이용하는 또 하나의 추출기로는 교반탑 추출기가 있었다. 교반탑 추출기는 중력을 이용한여 두 액상을 혼합한다. 종류에 따라 터어빈이나 중심에 회전축이 있는 교반기로 기계적 에너지를 공급하기도 한다. 교반날개 사이에는 혼합침강기의 효과를 얻기 위해 칸막이나 무풍지대(calming section)을 설치한다. 여기에는 교반 날개 사이는 무풍 구역으로서 상들의 결합과 분리를 촉진시키기 위하여 철망으로 설치되어 있다.
실제로 실험을 할 수가 없어서 이렇게 원리와 종류에 대해서 공부만 하였지만, 기회가 된다면 꼭 이렇게 배운내용들을 적용시켜서 실험을 해보고 싶다.
출처
네이버 백과사전
http://blog.naver.com/hyejongs/10003937286
http://www.cheric.org
http://www.cheric.org/ippage/e/ipdata/2001/12/file/e200112-03.hwp
http://blog.naver.com/etty0915?Redirect=Log&logNo=130002115254

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일반화학실험,   액액 추출 결과 보고서,   추출과 침출