본 연구에서는 ethylbenzene+n-butanol 및 ethylbenzene+n-hexanol 계의 인화점을 Tag 개방식 장치(ASTM D1310-86)를 이용하여 측정하였다. 이성분계 혼합물은 "최소인화점 현상"(minimun flash point behavior)을 보였다. 실험값은 Raoult의 법칙, UNIQUAC 모델식과 NRTL 모델식에 의해 계산된 값들과 비교 하였다. 그 결과, UNIQUAC 모델식과 NRTL 모델식에 의한 예측값이 Rauolt의 법칙에 의한 예측값보다 실험값에 더욱 근접하였다. 이는 ethylbenzene+n-butanol 및 ethylbenzene+n-hexanol 계와 같은 비이상 용액의 활동도 계수값을, UNIQUAC 및 NRTL 모델식이 Raoult의 법칙보다 정확하게 계산하기 때문이다. 또한, NRTL 모델식의 실험값에 대한 모사성이 UNIQUAC 모델식의 그것 보다 우수하였다.
인화점은 인화성에 따라 가연성 액체들을 분류하기 위해 사용된다. 인화점은 인화성 액체를 안전하게 저장, 취급 수송하기 위한 중요한 정보이다. Tag 개방식 장치를 이용하여 두 개의 이성분계 혼합물($CCl_4+o-xylene$ and $CCl_4+p-xylene$)의 인화점을 측정하였다. 또한 라울의 법칙, UNIQUAC 식, 경험식을 이용하여 인화점을 계산하여 그 값을 측정치와 비교하였다. 이 중 경험식에 의한 인화점 계산치가 가장 측정치를 잘 모사하였다.
인화점은 액체 혼합물의 화재와 폭발의 위험성을 특징짓는 주된 성질이다. 인화점은 가연성 액체에 불꽃이 가해졌을 때 점화가 발생하는 가장 낮은 온도로 정의된다. Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 이성분계 수용성 혼합물인 water-methanol계와 water-ethanol계의 인화점을 측정하였다. Wilson 식과 UNIQUAC 식과 같은 활동도 모델식을 활용한 방법을 이용하여 인화점을 계산하였다. 이 계산치와 라울의 법칙에 의한 계산치를 비교하였다. 그 결과, 활동도 계수 모델식에 의한 계산치가 라울의 법칙에 의한 계산치 보다 측정값에 보다 근접하였다.
Water+n-methylformamide(NMF), benzene+NMF 그리고 toluene+NMF의 353.15 K 이성분계 등온 기-액상평형을 headspace gas chromatography(HSGC)로 측정하였고, NMF+benzene+n-heptane과 NMF+toluene+n-heptane 삼성분계에 대한 298.15 K 액-액상평형을 tie-line 측정법으로 결정하였다. 이성분계 기-액상평형 데이터는 공비점이 없었으며, $g^E$ 모델식(Margules, van Laar, Wilson, NRTL, UNIQUAC)에 비교적 작은 편차로 잘 상관되었다. 삼성분계 tie-line 데이터는 NRTL식과 UNIQUAC식을 이용하여 상관과 추산을 병행하였으며, Hirata-Fujita식과 Maior-Swenson식을 이용하여 정확도를 검증하였다.
Acrylonitrile 제조시 부산물로 생성되는 acetonitrile-water 공비혼합물에서 용매추출하여 acetonitrile을 회수하기 위하여 benzene, toluene, o-xylene, ethylacetate 및 monochlorobenzene을 용매로 선택하여 $25^{\circ}C$ 에서 solvent(1)-water(2)-acetonitrile(3)계의 액-액 평형데이타를 구하였으며, 그 실험데이타의 건전성을 조사하였고, tie line과 plait point조성을 결정하였다. 또한 NRTL, UNIQUAC 및 modified UNIQUAC모델식에 적용하여 parameter를 추산하고 각 용매에 대한 분배계수와 선택도를 결정하였다.
석유화학산업의 대표적인 물질로 쓰이는 벤젠은 각종 화학 제품의 기초 물질이다. 그러나 일반적으로 벤젠은 석유화학 산업에서 순수 물질로 존재하지 못하고 알코올류와 벤젠 혼합물로 존재하게 된다. 또한 알코올을 한 성분으로 하는 혼합물은 공비 혼합물이 생성되기 때문에 분리 정제를 위해서는 상평형 데이터가 필수적이다. 본 연구에서는 알코올을 대표하는 1-프로판올을 사용하여 1-프로판올/벤젠 계에 대하여 재순환 평형장치를 이용하여 평형 온도/압력 효과에 따른 상평형 연구를 수행하였다. 측정된 기-액 평형 데이터는 UNIQUAC 식과 WILSON 식을 이용하여 상관관계 시키고 Gibbs/Duhem식을이용하여열역학적건전성을확인하였다. 상평형실험결과 RMSE (Root Mean Square Error)와 AAD (Average Absolute Deviation)는 두 모델식에서 0.05 이하의 값을 보여 실험값과 계산 값이 잘 일치함을 알 수 있었다. 또한 Gibbs/Duhem식을 이용하여 열역학적 건전성을 판별한 결과 잔류항 값이 ${\pm}0.2$ 이내에 분포하는 것을 통해 데이터에 대한 건전성을 확인할 수 있었다.
인화점은 산업현장에서 화재 및 폭발의 위험성을 결정하는데 사용되는 중요한 지표의 하나로 안정성 평가 시 많이 사용되고 있다. 따라서 본 연구는 고무제조 공정에서 주로 쓰이는 이성분계 혼합물 중 {toluene+ethylbenzene}, {methlycyclohenxane+ethylbenzene} 그리고 {n-heptane+ethylbenzene} 대한 인화점을 101.3 kPa에서 SETA 밀폐식 인화점 측정기를 이용하여 측정하였다. 각 이성분계에 대하여 Raoult's의 법칙, Wilson, NRTL 및 UNIQUAC 파라미터를 이용하여 혼합물에 대한 인화점 예측하고 실험 결과와 비교하였다. 비교 결과 모든 예측값과 실험값은 유사한 값을 보였고 편차가 1.74 K이내의 결과를 보였다.
에너지 비용의 상승에 따라 추출의 기본원리를 둔 새로운 분리공정에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 이에 따라 액-액평형 조성의 계산 및 예측에 대한 필요성이 매우 증가하고 있다. 본 연구에서는 공비혼합물을 형성하는 2-propanol 수용액에 용매로서 methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethylacetate, butylacetate, toluene 및 o-xylene을 첨가한 삼성분계에 대하여 $25^{\circ}C$에서 용해도곡선, tie line, plait point, 분배계수와 선택도를 실험을 통해 구하였다. Tie line 데이터의열역학적 건전성을 확인하였으며 실험값을 NRTL 및 UNIQUAC 모델식으로 구한 계산값과 비교하였다.
인화점은 산업현장에서 액체의 화재 및 폭발 위험을 결정하는데 사용되는 가장 중요한 변수 중 하나로써 가연성 물질의 화재 위험성을 나타내는 지표이며 안정성 평가에 많이 사용되고 있다. 따라서 본 연구는 다양한 산업에서 용매로 사용되는 이성분계 혼합물 중 {methanol+toluene}, {ethanol+toluene} 그리고 {1-propanol+toluene}에 대한 인화점을 SETA 밀폐식 인화점 측정기를 이용하여 측정하였다. 각 이성분계 혼합물에 대한 인화점을 예측하기 위해 Raoult's의 법칙, Wilson, NRTL 및 UNIQUAC 파라미터를 이용하였고 실험 결과와 비교하였다. Raoult's의 법칙을 제외한 비교 결과, 모든 예측값과 실험값은 유사한 값을 보였고 편차가 1.69 K이내의 결과를 보였다.
일반적으로 비등점의 차이가 큰 물질들은 그 물리적 성질의 차이로 인해 혼합물에서 비이상적인 상거동을 보이며, 이러한 혼합물의 상거동 특성을 이해하기 위해서는 정확한 실험적 데이터가 필요하다. 본 연구에서는 재순환 평형조가 포함된 기-액 상평형 장치를 사용하여 10, 30, 60 kPa에서 톨루엔과 크레졸 혼합물에 대한 정압 기-액 평형 실험을 행하였다. 측정한 기-액 평형 데이터는 NRTL과 UNIQUAC 모델식을 이용하여 잘 적합할 수 있었으며 Gibbs/Duhem 식에 근거한 열역학적 건전성 테스트를 수행하여 실험결과의 건전성을 확인하였다. 한편, 혼합물의 과잉몰부피를 측정하여 Redlich-Kister 다항식으로 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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