[분리공정] 2. Introduction2 - Equilibrium의 개념

저번 글에서 6가지의 분리 기술들을 나열했는데, 

이 분리 기술들은 2개의 상(phase)이 평형(equilibrium)인 상태에서 이루어집니다!

그림을 통해서 간단히 보면, 

(책 참고해서 제가 그린 그림입니다!!!)

여기서 가운데 선을 기준으로 위는 기체, 아래는 액체입니다.

(P는 압력, T는 온도. 

, 는 각각 액체 상태에서 물질 A, B의 몰분율(mole fraction). 

,  는 각각 기체 상태에서의 물질 A, B의 몰분율 입니다.)

(아 수식입력기로 입력하니까 왜캐 x y가 같은 줄 안에서 붕 떠있을까요 ㅜㅜㅋㅋ)

아무튼!!

이때 기체와 액체가 평형 상태를 이룬다는 것은 3 가지의 평형으로 설명할 수 있습니다!

1. Thermal Equilibrium (열평형)

2. Mechanical Equilibrium (역학적 평형)

3. Phase Equilibrium (상평형)

그럼 각각에 대해 살펴볼까요?

맨 처음 Thermal equilibrium은 두 개의 상 사이에서 열이 이동하지 않고, 두 상의 온도가 같다는 것 입니다.

식으로 표현하면 다음과 같습니다.

(at equilibrium)

그다음으로 Mechanical equilibrium은 기체와 액체 사이의 힘이 균형을 이루고 있다는 것이고, 이것은 압력이 같다고 할 수 있습니다.

(at equilibrium)

마지막으로 Phase equilibrium은 각각의 물질에 대해, 액화가 되는 속도와 기화가 되는 속도가 같다고 하는 것 입니다. 이 때문에 각 상에서의 몰분율이 변하지 않게 되는 것이죠.

주의해야 할 점!!! 

각 상에서의 몰분율이 변하지 않는다고 해서 각 물질이 액체 상태에서 몰분율과 기체 상태에서 몰분율이 같다는 것을 의미하는 것은 아닙니다!!

즉,   라는 것 입니다.

 

Q) 만약  가 되 버리면 어떻게 될까요??

A) 물질 A와 B는 분리할 수 없게 됩니다. (왜냐하면 액체상태에서의 물질 조성과 기체상태에서의 물질 구성이 같으면 기체만 따로 뽑아내도 조성은 그대로 이기 때문입니다.)

Phase equilibrium은 식으로 표현하면 온도와 압력이 일정할 때 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

(Chemical potential(화학 퍼텐셜) 에 대해서는 나중에 열역학에 대해서 글을 쓸 때 설명하겠습니다.)

여기까지가 분리공정의 소개부분이고, 다음 포스팅부터는 방법을 알아 보도록하겠습니다!