개념 한 쪽
추출은 용해도 차이를 이용하여 원하는 성분을 다른 상으로 옮겨 분리하는 조작이다. 고체에서 액체로 성분을 용해시켜 분리하는 침출과, 액체와 액체 사이에서 성분을 옮기는 액-액 추출의 개념을 구분해야 한다. 장치 운전에서는 상의 구분(추출상·추잔상), 상평형의 특수점(상접점/상계점), 그리고 추제의 선택도와 물성 조건을 고려하여 용매를 선정하고 공정을 설계한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「추출장치 및 조작」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 침출 정의 판별 | 1 | 고체에서 액체로 성분을 녹여 분리하는 조작 이름을 묻기 |
| 상평형 특수점 판단 | 1 | 상접점(Plait point)의 성질과 tie line 변화를 묻기 |
| 추출상·추잔상 구분 | 1 | 추출상과 추잔상 중 불활성 물질이 많은 상을 가리기 |
추출(Extraction)은 서로 다른 상에서 용질의 용해도 차이를 이용해 분리를 수행하는 단위 조작이다. 추출은 적용 대상에 따라 고체→액체인 침출(Leaching)과 액체↔액체인 액-액 추출로 나뉘며, 각 방식은 목적 물질과 기질의 상태에 따라 선택한다.
침출은 고체 혼합물 내에 포함된 목적 성분을 액체에 녹여 분리하는 과정으로 정의한다. 예시로 커피 원두에서 물로 성분을 뽑아내는 작용을 들 수 있다. 증류는 끓는점 차이를 이용한 액체-기체 분리, 건조는 고체에서 수분을 제거하는 조작이므로 침출과는 구분한다.
고정상 침출(Percolation)은 고체를 탱크 내에 고정시키고 용매를 통과시켜 성분을 추출하는 방식이다. 이 방식에서는 고체가 고정되어 있고 용매가 관통하며, 향류(counter-current) 조작이나 가압 밀폐 운영이 사용될 수 있다. 하지만 용매가 반드시 비휘발성이어야 한다는 것은 성립하지 않으며, 휘발성 용매가 흔히 사용되기도 한다.
추출 공정에서 중요한 개념으로 선택도(α)가 있다. 선택도는 분배계수의 비로 정의되며, α=1이면 분리가 불가능하고 α>1일수록 분리효과가 좋아진다. 추제의 선정 기준에는 선택도, 경제성, 회수 용이성, 비점·응고점, 부식성·유독성 등이 포함된다. 특히 액-액 추출에서는 추제와 추질의 비중차가 클수록 상분리가 용이하므로 비중차가 클수록 유리하다는 점을 기억한다.
상평형도 관련 용어로 상접점(plait point, 상계점)은 추출상과 추잔상의 조성이 동일해져 두 상이 하나로 합쳐지는 특수점이다. 이 지점에서는 tie line의 길이가 0이 되며 더 이상 두 상으로 분리되지 않는다. 상접점의 의미를 이해하면 추출 한계 조건과 평형도 해석에 도움이 된다.
문제 유형은 단위 조작의 정의를 묻거나(예: 고체에서 용해성 성분을 액체로 분리하는 조작은?) 상평형 특성을 묻는 문제(예: 상접점에서 tie line 길이의 변화) 및 용매 선택 기준을 묻는 문제가 출제된다. 예컨대 고정상 침출 관련 문항에서는 '고체 고정'과 '용매 통과'를 먼저 떠올리고, 용매의 휘발성 여부는 고정 조건이 아님을 근거로 오답을 소거한다. 추제 선택 문제에서는 선택도, 비중차, 회수 용이성 등 방향성(크다/작다)을 정확히 판단하여 정답을 고른다.
상계점(Plait point)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 문제는 상계점(Plait point)의 성질 중 옳지 않은 것을 찾는 것이다. 상계점은 추출상과 추잔상의 조성이 일치하여 두 상이 하나로 융합되는 지점이므로 2상이 1상으로 되는 특성이 있다.
상계점(Plait point)은 추출상과 추잔상의 조성이 일치하여 1상이 되는 지점이며, tie line 길이는 0이 된다.
고체 혼합물 중 유효성분을 액체 용매에 용해시켜 분리회수하는 조작은?
정답 ③ · 문제는 고체 혼합물에서 유효성분을 액체 용매에 용해시켜 분리·회수하는 조작의 명칭을 묻고 있다. 고체에서 용해성 성분을 용매로 녹여 추출하는 조작은 침출(또는 용출·leaching)이라 부르며, 증류는 액체 혼합물의 분리, 건조는 수분 제거, 흡착은 표면에서의 흡착 현상으로 각각 다른 단위 조작이다.
고체 혼합물에서 용해성 성분을 액체 용매에 녹여 분리하는 조작은 침출(용출)이며, 증류나 건조는 액체-기체 또는 고체-액체 제거 공정에 해당한다.
추출에서 추료(feed)에 추제(extracting solvent)를 가하여 잘 접촉시키면 2상으로 분리된다. 이 중 불활성 물질이 많이 남아 있는 상을 무엇이라고 하는가?
정답 ② · 문항은 추출 공정에서 용매에 용해되지 않고 주로 남아 있는 상의 명칭을 묻고 있다. 용매에 용질이 옮겨간 상을 추출상이라 하고, 용매로 옮겨가지 않아 불활성 성분이 많이 남는 쪽을 추잔상(raffinate)이라고 부른다.
추출 공정에서 용매에 녹아 들어간 물질이 많은 상을 추출상, 용매에 녹지 않고 남은 불활성 물질이 많은 상을 추잔상이라고 한다.
화공기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.