안녕하세요, 가을단풍구경가고싶다님. 이중철 전문가입니다.
증류탑에서 기액평형은 기체와 액체가 맞닿아 물질을 교환할 때 도달할 수 있는 이론적 분리 한계를 결정하며, 두 물질 간의 휘발도 차이에 따라 필요한 증류탑의 높이(단수)와 운전 에너지를 좌우하는 가장 근본적인 기준이 된답니다.
■ 상대휘발도와 기상 및 액상의 조성 차이
기액평형 상태에서는 끓는점이 낮아 쉽게 증발하는 성분이 기체 상에 더 많이 모이고, 끓는점이 높은 성분은 액체 상에 더 많이 남게 됩니다. 2두 물질의 증발하기 쉬운 정도를 비교한 값인 상대휘발도가 클수록, 한 번 기화하고 응축할 때마다 기체와 액체 사이의 농도 차이가 크게 벌어지는데요. 반대로 두 물질의 끓는점이 비슷하여 상대휘발도가 1에 가까워지면 기액평형에 도달해도 기체와 액체의 조성이 거의 달라지지 않기 때문에 한 번에 분리할 수 있는 효율이 극도로 떨어지게 된답니다.
■ 필요한 증류탑 단수와 환류 에너지의 결정
기액평형 곡선은 원하는 순도의 제품을 얻기 위해 증류탑 안에 물리적인 단(트레이)을 몇 층이나 쌓아야 하는지를 결정하는 설계 잣대입니다. 기액평형상 분리가 쉬운 조합일수록 적은 단수와 낮은 환류비(응축된 액체를 다시 탑으로 흘려보내는 비율)로도 고순도 분리가 가능하거든요. 평형 관계가 분리에 불리할수록 증류탑을 훨씬 높게 지어야 하고 보일러로 다시 끓여 올려보내야 하는 가열 에너지 소모가 눈덩이처럼 불어나 공정 전체의 경제성이 급격히 악화된답니다.
정리하자면,
기액평형은 기체와 액체 사이에서 나뉠 수 있는 분자 조성의 최대 한계를 규정하므로, 물질 간의 상대휘발도를 바탕으로 증류탑의 필요 단수와 환류 에너지를 결정하여 분리 공정의 효율과 경제성을 직접적으로 좌우한답니다.
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