엔지니어 또는 공학 학생은 항상 빠르고 쉽게 액체 혼합물을 분리하고 정제하는 방법을 찾고 있습니다.
하지만 공비 증류에 대해 모르실 수도 있습니다.
이 공정은 혼합물을 분리할 뿐만 아니라 전통적인 증류 방법으로는 하기 어려운 순수한 성분을 만들 수도 있습니다.
공비 증류는 복잡하지만 엔지니어링 및 화학 산업에서 매우 중요한 공정이 된 흥미로운 공정입니다.
이 기사에서는 공비 증류의 작동 방식과 장점, 단점 및 일반적인 용도에 대해 설명합니다.
이 지식을 통해 분리 기술을 한 단계 끌어올릴 수 있습니다.
공비 증류 소개
공식적인 정의:
액체 혼합물이 추가 물질이나 용매의 도움을 받아 순수한 성분으로 분리되는 과정입니다.
공비 증류는 동일한 온도에서 끓는 부분의 혼합물인 공비 혼합물을 만들어 혼합물의 부분을 분리하는 방법입니다.
모든 부분이 같은 양의 증기와 액체를 가지고 있기 때문에 증류는 이러한 종류의 혼합물을 부분으로 분리하는 데 사용할 수 없습니다.
반면 추출 증류는 혼합물을 분리하는 것과 유사한 방법이지만 엔트레이너 대신 용매를 사용하여 혼합물을 분리합니다.
공비 증류
공비 증류에서 혼합기(entrainer)는 혼합물의 여러 부분의 휘발성 정도를 변경하는 데 사용되며, 이를 통해 분리가 가능합니다.
하나 이상의 구성 요소를 엔트레이너와 결합하여 새로운 공비혼합물을 만듭니다.
이 새로운 공비 혼합물은 분별 증류에 의해 원래 혼합물에서 분리될 수 있습니다.
엔트레이너는 일반적으로 다른 부분에 비해 끓는점이 낮고 상대 휘발성이 높은 혼합물의 일부입니다.
혼합물이 끓는점이 가장 낮은 공비혼합물인 최소 끓는 공비혼합물을 형성하는 경우, 엔트레이너는 원래 혼합물의 휘발성이 더 높은 부분과 결합하여 공비혼합물을 형성합니다.
이 경우 엔트레이너가 첨가될 때 형성되는 가장 낮은 끓는점을 가진 공비 혼합물이 먼저 증발합니다.
이것을 증류액이라고 합니다.
그렇지 않은 경우 최대 끓는점을 가진 공비혼합물이 엔트레이너와 함께 형성되면 원래 혼합물의 휘발성이 더 높은 부분이 먼저 증발합니다.
이것은 분별 증류가 원래 혼합물의 일부를 분리하는 것을 가능하게 합니다.
추출 증류
추출 증류에서 각 혼합물은 서로 다른 분리 용매를 사용해야 하며 용매는 공비 혼합물을 형성하는 경향이 없어야 합니다.
용매는 혼합물의 증기-액체 평형을 변경하여 부품을 분리할 수 있게 합니다.
추출 증류는 공비 혼합물을 형성하는 경향이 있는 혼합물을 분리하는 데 사용할 수 있으며, 이는 공비 증류에서는 불가능합니다.
일정한 끓는 혼합물
"공비" 혼합물이라고도 하는 일정한 속도로 끓는 혼합물은 이상적이지 않은 혼합물(공비혼합물)의 분별 증류에 영향을 미칩니다.
Raoult의 법칙이 양의 방식으로 깨지면 순수한 A도 아니고 순수한 B도 아닌 최대값을 갖는 증기압 곡선을 만듭니다.
이 혼합물에 증기가 많으면 끓는점이 낮아집니다.
분자는 쉽게 움직이며 분별 증류만으로는 순수한 에탄올을 얻기에 충분하지 않습니다. 물과 기타 불순물이 남아 있기 때문입니다.
복잡한 분리 기술: 공비 증류 탐색
아직도 이해하기 어렵고 이해하기 어렵습니까? 관점을 조금 바꿔보겠습니다.
특별한 기술을 추가하지 않고 혼합물을 분리하기만 하는 지루하고 지루한 증류 과정에 지쳤습니까? 분리 기술을 필요 이상으로 어렵고 혼란스럽게 만들고 싶습니까? 글쎄, 나는 당신을위한 답을 가지고 있습니다! 공비 증류는 단순한 분리를 통해 추가 물질과 용매의 미로로 만드는 과정입니다.
둘 또는 셋을 사용할 수 있는데 왜 한 가지만 사용하여 혼합물을 분리합니까? 당신이 복잡할 수 있는데 누가 단순해지고 싶습니까? 공비 증류: 경우에 따라 부품을 청소하는 가장 좋은 방법은 프로세스를 최대한 복잡하게 만드는 것입니다.
알겠습니다. TV 광고를 가장한 농담이었습니다. 이제 설명으로 돌아가 봅시다.
공비 증류 공정
공비 증류는 엔트레이너와 원하는 제품을 분리하는 것이 얼마나 쉬운지, 얼마나 사용하기 쉬운지, 얼마나 적은 에너지를 사용하는지, 그리고 얼마나 저렴한지 등 사물을 분리하는 다른 방법에 비해 많은 장점이 있습니다.
엔트레이너의 유형
공비 증류의 경우 균질, 불균일 및 추출의 세 가지 유형의 엔트레이너가 있습니다.
균질 엔트레이너는 사료의 모든 구성 요소와 혼합될 수 있지만 이종 엔트레이너는 혼합할 수 없는 두 개의 액상을 형성합니다.
추출 엔트레이너는 어떤 사료 성분과도 공비 혼합물을 만들지 않습니다.
대신 극성에 따라 극성이 더 많거나 덜 극성인 구성 요소만 제거합니다.
균질 및 이종 공비 증류
혼입물이 공급 혼합물과 상호 작용하는 방식에 따라 균질 및 불균일이라고 하는 두 가지 공비 증류 유형이 있습니다.
균질 공비 증류는 엔트레이너가 공급물의 모든 성분과 혼합될 수 있기 때문에 불균일 공비 증류보다 사용하기 쉽고 효율적입니다.
반면에 불균일 공비 증류는 공급 혼합물의 어떤 부분과도 혼합할 수 없는 엔트레이너를 사용합니다.
이로 인해 작은 압력 변화로 컬럼이 실패하거나 약간의 누출로 디캔터가 종료될 수 있습니다.
따라서 균질 공비 증류보다 작동 방식에 더 많은 영향을 받습니다.
공비 증류의 한계
공비 증류에는 몇 가지 이점이 있지만 몇 가지 문제도 있습니다.
일부 용액은 기액 평형 상태에서 공비혼합물을 가지고 있는 경우 증류에 의해서도 분리될 수 없습니다.
또한 공비제의 선택은 공정에 큰 영향을 미칠 수 있으며 적절하게 취급하지 않으면 환경을 오염시킬 수 있습니다.
또한 공비 증류를 사용하는 것은 여전히 많은 에너지를 사용하며 대상 제품에 필요한 수준의 순도를 항상 생성하지 못할 수 있습니다.
공비 증류의 응용
에탄올의 탈수
공비 증류가 사용되는 가장 잘 알려진 방법 중 하나는 에탄올과 물의 혼합물에서 물을 제거하는 것입니다.
공비 혼합물은 공비 증류가 일어나는 마지막 컬럼으로 이동합니다.
과거에는 이를 위해 다양한 엔트레이너가 사용되었지만 암을 유발하는 것으로 밝혀지기 전까지는 벤젠이 가장 많이 사용되었습니다.
대부분의 경우 시클로헥산은 현대 과학에서 에탄올-물 공비 혼합물을 깨는 데 사용됩니다.
이 공정은 연료 에탄올 산업에서 매우 중요하며, 엔진 고장을 방지하고 연료 혼합물에서 에탄올의 양을 늘리기 위해 에탄올에서 물을 제거해야 합니다.
불균일 공비 증류
별도의 상을 만드는 엔트레이너를 추가하는 것은 산업용 공비 증류 방법의 일부입니다.
추출 증류와 유사하게 새로운 상을 만드는 엔트레이너를 추가하는 과정을 엔트레인먼트(entrainment)라고 합니다.
이 방법을 사용하는 일반적인 방법은 벤젠을 물과 에탄올과 혼합하여 일반적인 방법으로 분리할 수 있는 끓는점이 낮은 새로운 불균일 공비혼합물을 만드는 것입니다.
이 방법은 특히 유기 용매의 불순물을 제거하고 에센셜 오일을 세척하며 탄화수소를 회수하는 데 유용합니다.
기타 용도
공비 증류는 에탄올 탈수 및 불균일 공비 증류 외에도 다음과 같은 산업 분야에서 여러 용도로 사용됩니다.
- 물리적, 화학적 특성이 거의 동일한 이성질체는 공비 증류를 사용하여 분리할 수 있습니다.
- 공비 증류는 제약, 화학 및 폴리머 산업에서 폐기물 스트림에서 용매를 회수하는 데 사용됩니다.
- 산성 가스는 공비 증류라는 공정을 사용하여 천연 가스 스트림에서 추출됩니다.
- 에센셜 오일의 분리: 공비 증류는 식물성 물질에서 에센셜 오일을 분리하고 세척하는 데 사용됩니다.
- 용제에서 물 제거: 공비 증류는 화학 및 제약 산업에서 용제에서 물을 제거하는 데 사용됩니다.
공비 증류의 과제
공비 증류는 공비 혼합물을 분리하는 좋은 방법이지만 최상의 결과를 얻기 위해서는 몇 가지 문제를 해결해야 합니다.
엔트레이너 선택:
AD 프로세스의 합성 및 개념 설계에서 엔트레이너의 선택은 분리 순서를 결정하기 때문에 매우 중요합니다.
엔트레이너는 혼합물의 성분 중 하나와 강력한 공비 혼합물을 형성해야 하며 원하는 제품에서 쉽게 분리할 수 있어야 합니다.
엔트레이너의 선택은 제품의 품질과 순도에 영향을 미치며 적절하게 사용하지 않으면 환경을 오염시킬 수도 있습니다.
잉여 엔트레이너의 효과:
엔트레이너를 과량 추가하면 추가 엔트레이너를 원하는 제품과 분리해야 하므로 에너지 사용량이 증가할 수 있습니다.
이로 인해 제품 제조 비용이 상승하고 품질도 저하될 수 있습니다.
경우에 따라 엔트레이너가 너무 많으면 세 번째 공비혼합물이 형성되어 분리 공정이 복잡해질 수 있습니다.
불충분한 엔트레이너:
엔트레이너를 너무 적게 사용하면 제품이 완전히 분리되지 않거나 순도가 떨어질 수 있습니다.
따라서 공비 증류에서 최소한의 에너지와 비용으로 원하는 수준의 분리 및 순도에 도달할 수 있도록 엔트레이너의 양을 최적화해야 합니다.
공비혼합물이 만들어지는 방법:
엔트레이너가 공비 혼합물의 상대 휘발성을 변경하면 최대 비등 또는 최소 비등 공비 혼합물을 형성합니다.
엔트레이너를 추가하면 공비 성분의 순도를 더욱 높일 수 있습니다.
그러나 엔트레이너를 너무 많이 선택하거나 너무 적게 선택하면 분리 프로세스가 얼마나 잘 작동하는지가 바뀔 수 있습니다.
공비점 이후:
공비점 이상으로 공비 혼합물을 증류하는 것이 가능하지만 이 공정은 압력 스윙 증류와 같은 비용 집약적인 분리 기술을 사용합니다.
공비점을 지나서 증류하려고 시도하는 대신 좋은 분리를 얻기 위해 적절한 양의 엔트레이너를 찾는 것이 중요합니다.
실제 공비 증류
공비 증류의 주입기
벤젠은 물과 함께 끓는점이 낮은 공비혼합물을 형성할 수 있기 때문에 종종 공비혼합물 증류에서 엔트레이너로 사용되었습니다.
그러나 벤젠은 암을 유발할 수 있기 때문에 톨루엔이 벤젠보다 낫습니다.
엔트레이너는 새로운 공비 혼합물을 만들기 위해 공급 혼합물의 구성 요소 중 하나와 결합할 수 있다면 잘 작동합니다.
이렇게 하면 구성 요소의 상대적 변동성이 변경되고 구성 요소를 분리할 수 있습니다.
엔트레이너는 원하는 제품과 쉽게 분리할 수 있어야 하며, 증류, 디캔팅 또는 기타 방법으로 다시 가져올 수 있습니다.
공비 증류에서 너무 많은 엔트레이너의 영향은 사용 중인 시스템에 따라 다릅니다.
엔트레이너를 너무 많이 넣으면 원하는 제품에서 여분의 엔트레이너를 분리해야 하므로 에너지 사용량이 높아진다.
이로 인해 제품 제조 비용이 상승하고 품질도 저하될 수 있습니다.
때로는 너무 많은 엔트레이너로 인해 세 번째 공비 혼합물이 형성되어 분리 프로세스가 더 어려워질 수 있습니다.
반면 엔트레이너를 너무 적게 사용하면 제품이 완전히 분리되지 않거나 순수하지 않을 수 있습니다.
따라서 최소한의 에너지와 비용으로 필요한 수준의 분리와 순도를 얻으려면 적절한 양의 엔트레이너를 사용해야 합니다.
심공융 용매(DES)는 기존 용매보다 환경에 더 좋기 때문에 공비 증류에서 혼입물로서 더욱 인기를 얻고 있습니다.
벤젠-시클로헥산 및 아세토니트릴-물과 같은 공비 혼합물은 DES로 쉽게 분리할 수 있습니다.
DES는 "추출 증류"라는 기술에도 사용할 수 있습니다. 이 기술은 증류와 유사하며 공급 혼합물의 일부를 추출하기 위해 용매를 추가하는 작업을 포함합니다.
수증기 증류와 비교한 공비 증류
증기 증류를 사용하면 천연 방향족 화합물과 같은 열에 민감한 물질이 유기 물질에서 분리됩니다.
반면에 공비 증류는 공비 혼합물의 일부를 분리하는 데 사용됩니다.
공비 혼합물은 끓는점이 동일하게 유지되고 증기가 액체 혼합물과 동일하기 때문에 전통적인 증류로는 분리하기 어렵습니다.
열에 민감한 물질을 분리하기 위해 수증기 증류법을 사용하기 때문에 물과 톨루엔의 공비 온도가 얼마인지 말하기 어렵다.
반면에 톨루엔과 물은 84.1°C에서 22.85%의 물과 77.15wt%의 톨루엔으로 구성된 공비 혼합물을 형성합니다.
단일 화합물처럼 작용하기 때문에 이 구성을 가진 톨루엔과 물의 혼합물은 단순 증류로 더 이상 분리할 수 없습니다.
엔트레이너를 사용한 공비 증류 또는 용매를 사용한 추출 증류를 사용하여 이 혼합물을 분리할 수 있습니다.
비디오: 공비 혼합물 변위 및 분리
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사용 사례
| 사용: | 설명: |
|---|---|
| 깨끗한 물 | 공비 증류는 특히 초순수가 필요한 반도체 및 전자 산업에서 물을 정화하는 데 자주 사용됩니다. 엔트레이너의 도움으로 공비 증류는 민감한 상황에서 사용할 수 있는 불순물이 거의 없는 물을 만들 수 있습니다. |
| 용제 회수 | 공비 증류는 반응 혼합물에서 용매를 분리하는 데 사용됩니다. 이를 통해 값비싸거나 찾기 힘든 용매를 회수하여 다시 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 공비 증류는 물에서 에탄올을 분리하는 데 사용할 수 있으며, 그런 다음 바이오 연료를 만들거나 다른 산업적 목적으로 사용할 수 있습니다. |
| 에센셜 오일 추출 | 식물에서 에센셜 오일을 얻는 일반적인 방법은 공비 증류를 사용하는 것입니다. 엔트레이너를 사용하는 공비 증류는 전통적인 증기 증류보다 식물에서 더 많은 에센셜 오일을 얻을 수 있습니다. 이것은 오일이 더 높은 품질과 더 많은 생산량을 의미합니다. |
| 고분자 정제 | 공비 증류는 특성이나 작동 방식을 변경할 수 있는 폴리머에서 불순물을 제거하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 공비 증류는 폴리머가 작동하는 방식을 바꿀 수 있는 남은 모노머 및 기타 불순물을 제거하여 폴리스티렌을 청소하는 데 사용할 수 있습니다. |
| 의약품 생산 | 공비 증류는 종종 의약품 생산 중 반응 혼합물을 분리하고 세척하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 공비 증류는 항생제 제조 시 반응 혼합물을 분리 및 세척하여 고순도 제품을 만드는 데 사용할 수 있습니다. |
결론
결론적으로 공비 증류는 복잡한 혼합물을 순수한 부분으로 분리하는 유용한 방법입니다.
순수 구성 요소를 신속하게 만들 수 있는 고유한 기능으로 인해 엔지니어와 과학자에게 강력한 도구입니다.
그러나 모든 분리 방법과 마찬가지로 한계가 있으며 잘 작동하려면 혼합물의 구성, 엔트레이너 선택 및 공정 조건에 대해 신중하게 고려해야 합니다.
공비 증류의 가능성을 계속 살펴보면서 이 과정이 기술적 도전일 뿐만 아니라 창의적인 문제 해결과 새로운 아이디어를 위한 기회라는 점을 명심하십시오.
공비 증류에 대해 올바른 방식으로 생각하면 새로운 공학적 발견과 아이디어로 이어질 수 있습니다.
그러니 마음을 열고 새로운 것을 시도해 보세요. 많은 옵션이 있습니다.
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