화공기사 실기 필답형 - 추출(Extraction)

1. 추출(Extraction)

 - 고체나 액체 중 가용성 성분을 적당한 용제로 용해, 분리시키는 조작

 

 - 추출상(Extract phase): 추제(Solvent)가 풍부한 상

 

 - 추잔상(Raffinate phase): 불활성 물질이 풍부한 상, 원용매가 풍부한 상

 

 

 

2. 추제의 선택 조건 

1) 회수가 용이해야 한다.

 

2) 값이 싸고 화학적으로 안정해야 한다.

 

3) 비점과 응고점이 낮으며, 부식성과 유동성이 적어야 한다.

 

4) 선택도가 커야 한다.

선택도

 

 

 

 

 

3. 고액추출(Leaching, 침출)

 - 가루나 입자 상태의 고체 물질에 용매를 넣어서 고체 속의 특정 성분을 골라서 추출하는 조작

 

 - 고액추출에서 추출용 용매를 추제(Solvent), 용제 추출에 사용하고자 하는 원료를 추료(Feed)라 하며 추료는 추질(Solute)과 불활성물질(Inert Matter)로 나눠진다.

 

1) 추제비

추제비는 분리된 추제의 양과 남은 추제의 양의 비로 정의된다.

 

추제비

 

2) 추잔율과 추출율

추잔율과 추출율은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

 

추잔율과 추출율

 

만약 추제를 m 등분하여 m 회 추출한다고 하면 추잔율은 다음과 같다.

 

 m 회 추출시 추잔율

 

3) 다중단 추출에서 추잔율

 여러단을 이용해서 추출을 할 때 추잔율은 다음의 식으로 구할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

4. 액액추출 (liquid-liquid extraction)

 - 액체 혼합물의 원액에 용제를 작용시켜서 혼합물 중에 있는 특정의 물질을 분리하는 조작

 

1) 다중단 추출에서 추잔율

추출단수가 n일 때 추잔율은 다음과 같다.

다중단 추출에서 추잔율

 

ex) 11kg의 아세트알데히드와 10kg의 아세톤으로 된 용액을 17℃ 물 80kg으로 추출한다. 이 온도에서 추출액과 추잔액과의 평형관계는 y=2.2x이다. 1회 추출에서 아세트알데히드는 얼마나 추출되는가?

 

풀이

 

 이 문제를 풀때는 추제와 용매를 구분하는 것이 중요하다.

 

문제에서 아세트알데히드와 아세톤의 혼합용액에서 물로 아세트알데히드를 추출한다고 했으므로 추제(S)는 물, 원용매(B)는 아세톤이 된다. 액액추출이므로 단수가 1일 때 액액추출의 추잔율 공식을 사용하면 답을 구할 수 있다.

 

여기서 분배계수는 평형관계의 기울기 값(2.2) 이다.

 

2) 상계점(Plait Point)

 - 추출상과 추잔상에서 추질의 조성이 같은 점

 

 - 대응성(tie-line)의 길이가 0이 되는 점

 

 

 

 

 

5. 액액추출기의 종류

1) 혼합침강기 (Mixer-Settler형 추출기)

 - 혼합조와 침강조가 직렬로 연결된 것

 - 장치의 구조가 간단하여 고정비가 적게 든다.

 - 조작조건과 추료, 추제의 종류가 광범위하다.

 - 수용액으로부터 우라늄이나 구리염의 추출에 사용

 

2) 분무탑, 충전탑

 - 액체의 연속추출장치

 - 무거운 액을 상부, 가벼운 액을 하부로부터 접촉시킨다.

 

3) 다공판탑, 방해판탑

 - 다공판을 통해 액체 방울의 재형성과 재분산이 일어나도록 여러번 반복하여 효율을 높이는 것

 - 방해판탑은 부식에 의해 구멍이 커지거나 막히는 일이 없어 현탁된 고체를 함유한 용액의 취급에 사용