상대적인 변동성

상대 휘발성은 화학 물질의 액체 혼합물에서 구성 요소의 증기 압력을 비교하는 척도입니다.이 양은 대규모 산업 증류 공정 ^[1]^[2]^[3]설계에 널리 사용됩니다.실제로 증류를 사용하여 혼합물의 휘발성이 낮은 성분과 휘발성이 높은 성분을 분리하는 것이 쉽거나 어렵다는 것을 나타냅니다.관례상 상대 휘발성은 보통 α $\displaystyle \alpha$ 로 $\alpha$ 됩니다.

상대 휘발성은 일련의 평형 단계에서 증기와 액상의 접촉과 관련된 다른 분리 또는 흡수 과정뿐만 아니라 모든 유형의 증류 과정 설계에 사용됩니다.

서로 반응하는 성분(예를 들어 수산화나트륨 수용액에서 이산화탄소가스의 흡수)을 포함하는 분리 또는 흡수 과정에는 상대 휘발성이 사용되지 않는다.

정의.

주어진 온도와 압력에서 두 성분이 혼합된 액체 혼합물(이원 혼합물이라고 함)의 경우 상대 휘발성은 다음과 같이 정의됩니다.

(\displaystyle \alpha = specfrac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}

여기서:
$\displaystyle \alpha }$	= $휘발성$ 이 더 높은성분 $i$ $i와$ 덜 $j$ 이 낮은성분 $j$ 의 상대적 휘발성
$y_{i}$	=기상 성분 $i$ 의 $i$ $증기-기상$ 평형 몰 분율
$x_{i}$	= 액체상 성분 $i$ 의 $i$ $증기-액체$ 평형 몰 분율
$y_{j}$	=기상에서의 $성분$ j\ $displaystyle$ $j$ 의 $j$ 증기-수질평형 농도
$x_{j}$	= 액체상 성분 $j\displaystyle$ 의 $j$ 기압 평형 농도
${\displaystyle(y/x)}$	= 성분의 헨리의 법칙 상수(K 값 또는 기압 분포비라고도 함)

액체 농도가 같으면 휘발성이 높은 성분이 휘발성이 낮은 성분보다 증기 압력이 높습니다.따라서 휘발성이 높은 컴포넌트의K $(=$ $y/x$ / $y/x$ { $displaystyle$ y $/x$ 값은 $K$ 휘발성이 낮은 컴포넌트의 K $(\displaystyle$ K) $K$ 보다 큽니다 $K$ .즉 $,$ 휘발성이 높은 컴포넌트의 $(\displaystyle$ K $)$ 값이 $K$ 크면 분자에 K $(\displaystyle$ K) 값이 $K$ 크면 분모에 K(\displaystyle K $)$ 값이 $작기$ $때문$ 에 α $(\displaystyle$ \alpha $)$ $\alpha$ 1 1이 $\alpha$ .

$\alpha$ α $(\displaystyle \alpha)$ 는 $\alpha$ 단위 $\alpha$ 양입니다.두 주요 성분의 휘발성이 동일할 경우, $\alpha$ α $\displaystyle$ \alpha $=$ $\alpha$ 이며, 증류에 의한 두 성분의 분리는 액체 성분과 기상 성분이 동일하기 때문에(공기로프) 주어진 조건에서 불가능하다. $α의$ 이 1 이상 증가하면 증류에 의한 분리가 점차 쉬워진다 $.$

대표적인 대규모 산업용 증류탑의 개략도

두 성분이 포함된 액체 혼합물을 이원 혼합물이라고 합니다.이원 혼합물을 증류하면 두 성분이 완전히 분리되는 일은 거의 없습니다.일반적으로 증류탑의 오버헤드 분율은 휘발성이 높은 성분과 휘발성이 낮은 성분의 소량으로 구성되며, 하단 분율은 휘발성이 낮은 성분과 휘발성이 높은 성분의 소량으로 구성됩니다.

많은 성분을 포함하는 액체 혼합물을 다중 성분 혼합물이라고 합니다.다중 성분 혼합물을 증류할 때 일반적으로 오버헤드 분율과 하단 분율에는 하나 또는 두 개 이상의 성분이 포함됩니다.예를 들어 정유소의 일부 중간 제품은 탄소 원자가 1개인 메탄에서 탄소 원자가 10개인 데칸에 이르는 알칸, 알켄 및 알킨 탄화수소를 함유할 수 있는 다성분 액체 혼합물이다.이러한 혼합물을 증류하기 위해 증류탑은 다음과 같이 설계될 수 있다.

메탄(탄소 원자 1개 포함)에서 프로판(탄소 원자 3개 포함)까지 휘발성이 높은 성분을 주로 포함하는 가공 부분
이소부탄(4개의 탄소 원자 포함)부터 데칸(10개의 탄소 원자 포함)까지의 휘발성이 낮은 성분을 주로 포함하는 바닥 부분.

이러한 증류탑은 일반적으로 탈식 파니저라고 불립니다.

설계자는 분리 설계를 지배하는 핵심 부품을 프로판(light key)으로, 이소부탄(isobutane)을 헤비 키(HK)로 지정합니다.이러한 맥락에서, 가벼운 성분은 낮은 비등점(또는 높은 증기압)을 가진 성분을 의미하고, 무거운 성분은 높은 비등점(또는 낮은 증기압)을 가진 성분을 의미한다.

따라서, 모든 다성분 혼합물의 증류를 위해, 상대적인 휘발성은 종종 다음과 같이 정의된다.

(\displaystyle \alpha = frac {(y_{LK}/x_{LK})} {(y_{HK}/x_{HK}}) = K_{LK}/K_{HK}}

상대적인 변동성이 1.05 ^[2]미만인 경우에는 대규모 산업용 증류가 거의 이루어지지 않는다.

K $(\displaystyle$ K $)$ 의 $K$ 값은 유명한 DePriester 차트 ^[4]등의 방정식, 표 또는 그래프 형태로 온도, 압력 및 위상 조성 측면에서 경험적 또는 이론적으로 상관관계가 있습니다.

$\displaystyle$ K 값은 $K$ 정유, 석유화학 및 화학 플랜트, 천연가스 처리 플랜트 및 기타 산업에서 다성분 혼합물을 증류하기 위한 대규모 증류 컬럼 설계에 널리 사용됩니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
^ ^a ^b Perry, R.H. and Green, D.W. (Editors) (1997). Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049841-5. {{cite book}}: author=범용명(도움말)이 있습니다.CS1 유지: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
^ Seader, J. D. & Henley, Ernest J. (1998). Separation Process Principles. New York: Wiley. ISBN 0-471-58626-9.
^ DePriester, C. L.(1953) 화학부 Eng. Prog. 심포지엄 시리즈, 7, 49, 1~43페이지

외부 링크

Ivar J. Halvorsen과 Sigurd Skogestad의 증류 이론(노르웨이 과학기술 대학, 2.2.3 K 값과 상대 휘발성으로 스크롤)
Ming T의 증류 원리뉴캐슬 대학교 Upon Tyne(상대 변동성까지 스크롤 다운

[Kister-1] Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1st ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.

[Perry-2] Perry, R.H. and Green, D.W. (Editors) (1997). Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049841-5. {{cite book}}: author=범용명(도움말)이 있습니다.CS1 유지: 여러 이름: 작성자 목록(링크)

[SeaderHenley-3] Seader, J. D. & Henley, Ernest J. (1998). Separation Process Principles. New York: Wiley. ISBN 0-471-58626-9.

[4] DePriester, C. L.(1953) 화학부 Eng. Prog. 심포지엄 시리즈, 7, 49, 1~43페이지

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