증류란 무엇입니까?

증류가 무엇인지, 이 분리 방법의 예와 사용할 수 있는 증류 유형에 대해 설명합니다.


증류는 기화와 응축을 사용하여 혼합물을 분리합니다.

증류란 무엇입니까?

혼합물 분리법 중 상 분리법을 증류라고 한다 . 증류는 기화 와 응축 이라는 두 가지 물리적 공정을 연속적이고 제어하여 사용하는 것으로 구성되며 , 이를 선택적으로 사용하여 일반적으로 균질한 혼합물 의 구성 요소 , 즉 육안으로 구별할 수 없는 구성 요소를 분리합니다.

증류를 사용하여 개별 구성 요소로 분리할 수 있는 혼합물에는 두 가지 액체 , 액체 속의 고체 또는 심지어 액화 가스가 포함될 수 있습니다 . 이 분리 방법은 다양한 물질의 끓는점 ( 물질 의 고유 특성 , 즉 액체의 증기압 이 액체 주변의 압력과 같아지는 온도 )의 차이를 기반으로 합니다. 끓는점이 가장 낮은 물질은 먼저 증기상으로 들어간 다음 이 물질은 다른 용기에서 응축되어 상대적으로 순수한 상태를 유지합니다.

이런 식으로 증류가 올바르게 수행되려면 구성 물질 중 하나의 끓는점에 도달할 때까지 혼합물을 끓여야 합니다. 그런 다음 증기가 되어 냉각된 용기로 가져갈 수 있습니다. 응축되어 다시 액체가 됩니다.

반면에 다른 구성 물질은 변경 없이 용기에 남아 있습니다. 그러나 두 경우 모두 초기 혼합물이 없는 순수한 물질을 갖게 됩니다 .

도움이 될 수 있습니다: 여과

라울의 법칙

액체의 이상적인 혼합물(다른 입자 사이의 상호 작용이 동일한 입자 사이의 상호 작용과 동일하다고 간주되는 혼합물)이 있을 때 Raoult의 법칙이 충족됩니다.

이 법칙에 따르면 기체 혼합물의 각 성분의 부분 증기압은 순수한 성분의 증기압에 액체 혼합물의 몰분율을 곱한 것과 같습니다.

총 증기압은 기체상의 혼합물 구성 요소의 분압의 합입니다. 반면, 혼합물 내 성분의 몰분율은 농도에 대한 무차원 척도입니다. 위에서 언급한 수량은 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

어디:

  •   p x 및 p y 는 액체 혼합물을 둘러싸는 증기 혼합물에서 각각 x 및 y 성분의 분압입니다 .
  • p x * 및 p y *는 성분 x 및 y 의 증기압입니다 .
  • x x 및 x y 는 액체 혼합물에서 x 및 y 성분의 몰분율입니다 .
  • n x 및 n y 는 액체 혼합물에 포함된 x 및 y 성분의 물질 양입니다 .

위에서 언급한 라울의 법칙은 이상적인 혼합물 (연구를 단순화하기 위해 인간이 확립한 모델)에 대해 유효 하지만 실제로 이 법칙은 혼합물이 실제일 때 편차가 발생합니다.

따라서 혼합물의 서로 다른 입자가 순수한 액체의 입자보다 더 강한 분자간 힘을 갖는 경우 혼합물의 증기압은 순수한 액체의 증기압보다 낮으며 이는 Raoult의 법칙에서 음의 편차를 생성합니다.

반면, 순수한 액체에 있는 입자 사이의 분자간 힘이 혼합물에 있는 입자의 분자간 힘보다 크면 혼합물에 있는 입자가 더 쉽게 증기상으로 빠져나갈 수 있으므로 증기압은 다음과 같습니다. 혼합이 더 커져서 Raoult의 법칙에서 양의 편차가 발생합니다.

공비혼합물(예: 에탄올과 물)을 증류하려면 공비혼합물을 변형시켜 혼합물의 성분을 분리할 수 있도록 일부 성분(이 경우 벤젠)을 첨가해야 합니다. 공비 혼합물은 끓을 때 생성된 증기가 혼합물과 동일한 조성을 갖는 정의된 조성을 갖는 액체 혼합물입니다 (따라서 공비 혼합물의 구성 요소는 단순 또는 분별 증류로 분리할 수 없습니다).

공비혼합물은 끓는점이 정의되어 있습니다. 예를 들어 1atm의 압력에서 에탄올은 78.37°C에서 끓고 물은 100°C에서 끓는 반면, 에탄올-물 공비혼합물은 78.2°C에서 끓습니다. 공비 혼합물은 경우에 따라 Raoult의 법칙에서 음수 또는 양수 편차를 갖습니다.

증류의 종류

증류는 다양한 방식으로 발생할 수 있습니다.

  • 단순 증류. 가장 기본적인 방법은 서로 다른 성분이 분리될 때까지 혼합물을 끓이는 것입니다. 이는 혼합물의 각 성분의 끓는점이 크게 다를 때 효과적인 분리 방법입니다(이상적으로는 최소 25°C의 차이가 있어야 하며, 그렇지 않으면 증류된 물질의 전체 순도를 보장할 수 없습니다).
  • 분별 증류. 이는 증발과 응축이 연속적으로 발생하는 서로 다른 플레이트로 구성된 분별 컬럼을 사용하여 수행되므로 분리된 성분의 순도가 더 높아집니다.
  • 진공 증류. 진공이 생성될 때까지 압력을 줄임으로써 공정은 구성 요소의 끓는점을 낮추는 데 촉매 작용을 합니다. 왜냐하면 일부는 압력이 크게 줄어들면 낮아질 수 있는 끓는점이 매우 높기 때문입니다. 이러한 방식으로 공정을 가속화합니다. 증류.
  • 공비 증류. 공비혼합물, 즉 물질이 하나로 작용하고 끓는점도 공유하는 혼합물을 깨기 위해 필요한 증류입니다. 따라서 단순 증류나 분별 증류로는 분리할 수 없습니다. 공비 혼합물을 분리하려면 분리기 성분을 추가하는 등 혼합물의 조건을 변경해야 합니다.
  • 증기 증류. 혼합물의 휘발성 성분과 비휘발성 성분은 수증기를 직접 주입하여 분리됩니다.
  • 건식 증류. 이는 액체 용매 없이 고체 물질을 가열하고 , 가스를 얻은 다음 이를 다른 용기에 응축시키는 것으로 구성됩니다.
  • 향상된 증류. 대체 증류 또는 반응 증류라고도 하며, 분리가 어렵거나 끓는점이 동일한 혼합물의 특정 경우에 적용됩니다.

증류의 예


석탄은 건식 증류를 사용하여 액체 유기 연료를 얻습니다.

  • 기름 정제. 오일 에 존재하는 다양한 탄화수소 의 분리 는 분별 증류를 통해 수행되며, 원유 조리 과정에서 파생된 각 화합물을 증류탑의 다양한 층 또는 별도의 구획에 저장합니다. 이러한 가스는 기둥의 상부 층에서 상승 및 응축되는 반면, 아스팔트 및 파라핀과 같은 밀도가 높은 물질은 하부 층에 남아 있습니다.
  • 촉매 분해. 이는 원유에서 조리 가스를 분리하기 위해 진공 타워를 사용하는 석유 처리에서 흔히 사용되는 특정 진공 증류에 부여되는 이름입니다. 이는 탄화수소의 비등을 가속화하고 공정 속도를 높 입니다 . 분해는 파괴적인 증류의 일종으로, 큰 탄화수소를 (고온에서 촉매를 사용하여) 끓는점이 낮은 작은 탄화수소로 분해하는 것입니다.
  • 에탄올 정제. 실험실에서 생산하는 동안 에탄올과 같은 알코올을 물에서 분리하기 위해 공비 증류를 사용합니다. 혼합물에 벤젠이나 기타 성분을 첨가하여 분리를 촉진하거나 가속화한 다음 제품의 화학적 조성을 변경하지 않고 쉽게 제거할 수 있습니다 . … _
  • 석탄 처리. 액체 유기 연료를 얻기 위해서는 석탄이나 목재를 건식 증류 과정을 통해 사용하므로 연소 시 배출되는 가스를 응축 시킬 수 있습니다 .
  • 무기염의 열분해. 건식 증류를 통해 미네랄 염을 연소하여 얻은 가스의 발산 및 응축으로부터 산업적 활용도가 높은 다양한 미네랄 물질을 얻습니다.
  • 증류기. 이것은 발효된 과일로부터 향수, 약품, 술을 생산하기 위한 목적으로 고대 아랍에 발명된 장치에 붙여진 이름입니다. 작동에는 증류 원리가 사용됩니다. 물질은 작은 보일러에서 가열되고 생성된 가스는 해당 가스의 응축으로 생성된 액체가 수집되는 다른 용기로 연결되는 코일에서 냉각됩니다.
  • 향수 생산. 증기 증류는 향수를 얻기 위해 사용되며, 보존된 꽃과 함께 물을 끓여서 원하는 냄새를 지닌 가스를 생성한 다음 응축하면 향수의 기본 액체로 사용할 수 있습니다.