증류의 원리

우리 아가씨 좀 구해주세요!! 3분 11초

증류 : 액체 혼합물에 열을 가해서 혼합물을 구성하는 성분들의 끓는점 차이률 이용해서 물질을 분리하는 작업
낮은 끓는점을 가지는 물질이 다른 물질보다 먼저 증발하게 되는데 발생한 증기를 별도로 모으고 이를 냉각시켜 액체 상태로 되돌리면 끓는점이 낮은 물질의 농도가 높은 액체를 얻을 수 있다.
2종 이상의 휘발성분이 포함된 액체 혼합물을 가열하면 그 증기의 조성은 액체일 때보다 휘발성이 높은 성분의 함량이 훨씬 많다.
화학 공업의 증류 공정에서는 대량의 제품을 연속 생산하며 공정의 제어 방식과 운전 조작이 매우 복잡하고 고도의 기술을 필요

(1) 기-액 평형 조성

메탄올-물의 기-액 평형 관계

기-액 평형 : 두 성분이 혼합된 액체가 밀폐된 공간에 있다고 가정하고 이 공간에 열을 가하면 온도에 따라서 액상과 기상에 존재하는 물질의 양도 변하되고 액상과 기상을 이루는 성분들의 비도 달라진다. 이때 온도와 압력을 일정하게 하면 액상과 기상의 성분은 더 이상 변하지 않고 일정하게 되는 상태
메탄올과 물의 두성분계, 전압이 1atm, 액의 끓는점을 , 용액 중의 메탄올의 몰 분율을 , 증기 중의 메탄올의 성분의 몰 분율을 라 하면 이들 값 사이의 관계

표 Ⅳ-1 메탄올-물계의 기액 평형(1atm)

100

96.4

91.2

87.7

84.4

81.7

78.0

75.3

73.1

71.2

69.3

67.6

66.0

64.6

0.020

0.060

0.100

0.150

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

0.134

0.304

0.418

0.517

0.579

0.665

0.729

0.779

0.825

0.870

0.915

0.958

1.000

끓는점-조성 선도 : 메탄올-물계의 끓는점 와 와 와의 관계란 나타낸 그래프, 위의 선을 곡선 또는 기상선, 아래선을 또는 액상선
선도 : 어떤 일정 온도에서 와 관계를 그린 그래프, 위의 곡선을 곡선(평형선)

그림 Ⅳ-1 메탄올-물계의 끓는점 조성 선도 그림 Ⅳ-2 메탄올-물계의 조성 선도

(2) 기-액 평형 조성에 대한 계산

상은 명확한 물리적인 경계를 가지고 다른 것과 구별되는 물질계의 균일한 한부분을 의미, 고상, 액상, 기상으로 구분
기-액 평형은 상평형의 하나로 그 계에 기체와 액체가 존재하는 경우, 두 상의 조성, 온도 압력이 일정하게 된 상태를 의미

액체 혼합물에서 한 성분이 나타내는 증기압은 그 온도에서 그 성분이 단독으로 존재할 때 나타내는 증기압에 용액 중에 존재하는 그 성분의 몰분율을 곱한 것과 같다.
순수한 두 성분 의 증기압을 각각 라 하고 액상 중의 저비점 성분 의 몰분율을 , 고비점 성분의 의 몰분율을 , 이 액체와 평형 상태에 있는 증기 중의 의 분압을 각각 라하면