실험 개요
액-액 추출은 끓는점 차이가 작거나 열에 약한 성분을 분리할 때 증류 대신 사용하는 단위조작이다. 학부에서는 보통 아세트산–물–톨루엔 또는 벤젠 시스템을 사용해 단일 평형단 추출을 수행하고, 삼각상태도 위에 결합선과 운영점을 작도해 단수 효율을 평가한다.
이론 배경
삼각상태도
세 성분 시스템의 조성을 정삼각형 좌표에 표현. 두 액상이 공존하는 영역은 binodal 곡선 안쪽이고, 평형 두 상은 결합선(tie line)으로 이어진다.
분배계수
K = yA/xA (추출상 농도/추잔상 농도). K가 클수록 한 단에서 추출되는 양이 많다. 단계 효율 = (실제 추출량)/(평형 추출량).
단수 추출 식
단일 단의 물질수지: F·xF = R·xR + E·yE. R/E와 분배계수에서 추출 비율 산출.
실험 장치 및 시약
- — 분액 깔때기 또는 혼합·정치 장치
- — 비중계 또는 굴절률계
- — 적정 장비(아세트산 정량용)
실험 절차
- 1.공급액(아세트산 30 wt% 수용액)과 용제(톨루엔)를 일정 비율로 분액 깔때기에 넣는다.
- 2.5분간 격렬히 흔들고 30분간 정치해 두 상을 분리한다.
- 3.각 상의 부피와 아세트산 농도(NaOH 적정)를 측정한다.
- 4.공급액·용제 비를 변화시키며 반복한다.
데이터 처리
측정 조성을 삼각상태도에 표시하고 결합선을 그린다. 분배계수와 단계 효율을 계산해 보고하고, 다단 추출에서 필요한 이론단수를 추정한다.
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
삼각상태도 그리는 법을 직접 그려보면 결합선·운영점 개념이 명확해진다.
예상 결과
K와 분리 효율의 관계를 정성적으로 미리 그래프로 그려둔다.
자주 하는 실수
- — 정치 시간을 충분히 두지 않아 에멀젼 상태로 측정하는 것
- — 삼각좌표에서 무게 분율과 몰 분율을 혼용하는 것
- — 결합선을 일직선이라 가정하는 것 (실제로는 곡선)
자주 묻는 질문
Q. 왜 같은 추출이라도 단수가 많아지면 효율이 좋아지나요?
한 단에서 평형에 도달해도 추잔상에 일부 용질이 남습니다. 신선한 용제로 다시 접촉시키면 추가 추출이 가능하며, 다단 향류에서는 모든 단에서 큰 추진력을 유지할 수 있어 동일 용제량으로 더 많이 추출됩니다.
Q. 용제는 어떻게 고르나요?
분배계수 K가 크고, 다른 성분과는 반응하지 않으며, 끓는점이 달라 회수가 쉽고, 독성·인화성이 낮아야 합니다. 산업에서는 환경 규제도 점점 중요해지고 있습니다.
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Treybal, R.E. — Mass-Transfer Operations, 3rd ed., McGraw-Hill, 1980
- [2]Geankoplis, C.J. — Transport Processes and Separation Process Principles, 4th ed., Pearson, 2003
- [3]Perry's Chemical Engineers' Handbook, 9th ed., McGraw-Hill, 2018