(1) 석유류 제품을 흡착처리 하는 목적은 주로 다음과 같습니다.
① 색상 개선
② 왁스, 아스팔트 성분 등 고비점 물질 제거
③ 냄새나는 물질 제거
④ 불포화(이중결합) 물질 제거
(2) 제거원리는 다공성 고체표면에 물리적으로 "흡착"시켜 제거하는 방법입니다.
대체로 불포화 성분은 산소와 결합하기 쉽고 일단 산소와 결합되면 미생물에 의해서도 변질되기 쉬우며, 유기산물질이 생성됩니다. 이를 酸敗라고 하며 일단 유기산이 생기고 나면 촉매작용에 의해 산패가 가속되어 보관도중 냄새나는 물질로 변질되기 쉽습니다.
이들은 다른성분 즉 paraffin, naphthene, aromatics 성분에 비해 Clay에 흡착이 더 잘 되기 때문에 이 성질을 이용해서 처리하는 것이지요.
또한 분자량이 큰 물질은 점성이 크고 구조가 복잡하여 광선을 흡수하는 성질을 가지고 있어서 투명하지 않고 색상을 띄는 경향이 있습니다. 점성이 큰 물질은 고체표면에 잘 달라붙는 성질을 가지고 있어서 흡착제 표면에 달라붙어 제거될 수 있습니다.
(3) 정유공정 뿐 만 아니라 식품(주로 식용유)공정, 정밀화학공정, 등에 있어서도 색상이나 냄새를 띄는 고비점 물질의 제거에서 흡착공정이 사용되고 여기에 사용되는 흡착제도 아주 다양합니다.
대표적인 것이 Activated(Calcined) Clay, Iron Ore, Bentonite, Diatomaceous Earth, Porous
Alumina or Silica, Activated Carbon, 등이 있는데 대체로 뒤로 갈수록 가격이 올라갈 것입니다. 정유공장에서
사용하는 것은 그중 가장 값싼 Clay가 사용됩니다.
(0) 기체, 고체 등의 화공계산에서 기준물질의 양을 "Dry Basis"를 많이 사용하는데 이는 중간에 수분의 함량이 달라짐에 따라 농도가 달라지고 계산이 복잡해 지기 때문에 사용하는 방법입니다.
여기서도 SHS의 양을 취급할 때, 수화물과 적셔있는 모액의 양을 제외한 양을 사용하면 덜 혼동스럽습니다. 단, 전체의 양을 알아보려면 기준물질에 대한 상대적인 양을 감안해서 더해주면 혼동을 크게 피할 수 있습니다. 문제가 영~영 잘 풀리지 않는다면 모든 양을 SHS무수물의 양으로 계산해 보도록 하세요.
(10℃에서 결정화가 일어난 후 용해되어있는 SHS의 농도는
"수화물로 기준해서" 물 1g당 1.4 g SHS5H2O가 녹아있는 상태입니다.)
따라서 모액중에 용해된 채 남아있는 SHS무수물은 (60-X)이지만 이를 SHS5수화물로 환산해서 (60-X)*(232/142)이 되고,
한편 모액중에 들어있던 일부분의 물은 SHS5수화물에 들어있는 양을 제외시켜두어야 합니다.
그러므로 분모는 (39)에 추가로 넣어준 (W)를 더하고, 생성된 SHS5H2O결정수를 빼 주고 나서, 추가로 (이부분을 특히 유념하세요) "용해도 계산시" 수화물로 계산한 양을 빼 주어야 합니다. 물론 수화물에 들어있던 물도 용해되면 물이 되는 것은 뻔한 일이지만 (문제에서)용해도 계산을 그렇게 주어진 것이기 때문에 그리한 것입니다.
만일 문제에서 {SHS무수물/물}로 값을 주어 주었다면 골머리가 덜 쓰이는데 SHS5H2O/H2O = 1.4 lb/lb로 해서 더욱 복잡해 진 것입니다.
동일 용해도를 {SHS무수물/물}단위로 환산해보면
(60-X)/(100+W-232/142X)의 값이 되는 데 이 식은 (2)식으로 나타낸 SHS무수물 기준 모액의 농도가 됩니다. 무수물로 계산하면 이렇게 편한 것을 수화물로 계산해서 학생들을 괴롭힌 것입니다.
(그러나 이런 문제가 현장에서 나타난 문제라고 한다면 누가 괴롭히고 누가 괴롭힘을 당한 상황이 아닙니다. 시스템을 해석하는 사람이 얼마나 문제를 쉽게 접근하느냐의 차이일 뿐입니다.)
(2) 아직 잔류 불순물에 대해 정리가 안된상태입니다. 분위기를 바꾸어 SHS5H2O 수화물 결정을 여과하고 말리는 상황만 생각하고 정리해 봅니다.
(이부분은 앞선 글에서 힌트를 준대로 풀어보면 틀리지 않습니다. 즉)
①처음 생성된 SHS(무수물)결정의 양 = X, 수화물 환산시 232/142X
결정에 묻어있는 모액의 양 = (수화물 양 기준 0.06배)
= (232/142X) *0.06 = 0.098 X
이 묻어있는 모액에 들어 있는 SHS(무수물)의 양 =
(모액의 양)*(SHS무수물의 농도) = (0.098 X)*{ (60-X)/(100+W-232/142X)} <== { }안의 농도는 (2)식에서
②이 SHS무수물은 말려도 생성되지 않고 SHS수화물로 생성되기 때문에 수화물의 양으로 환산해야 합니다. 즉
추가 생성된 SHS5H2O 의 양= [ SHS 무수물 ]*(232/142)
=[ {(0.098 X)*{(60-X)/(100+W-232/142X)} ] * (232/142)
**이는 SHS 142g마다 5수화물90g이 결합한다는 것을 이용해서 구해지지요.
③ 묻어있던 모액에 들어있는 불순물의 양
=(묻어있던 모액의 양)*(불순물 농도)
=(0.098 X) * 1/(100+W-232/142X) <==농도는(3)식에서
결정을 말리고 나면 ①,②,③은 고체로 남고 수분은 모두 날라갑니다.
건조후 건조수화물의 전체질량= ①+②+③ ...............(6)
건조후 잔류불순물의 양 = ③
따라서 건조후 수화물에 포함되어 남게되는 불순물의 농도
=③/(①+②+③)=0.001..................................(7)
(3) 이제 위의 수식중(5)와 (7)을 연립으로 풀면 W와 X가 구해집니다. 참고로 실제로 얻어진 결정의 양은 (6)식으로 구해집니다. 모액이 묻어있다가 추가로 결정이 생성됨으로써 약간 양이 늘어나기 때문이지요 (X가 질문의 답이 아니라는 이야기 입니다.)
W...결정화 전 추가 투입량
X...1차 결정에서 얻어진양
①+②+③ = 실제로 생성된 SHS5H2O
(3) 자!! 또 힌트입니다. 모액중의 SHS농도는 SHS의 용해도에 의해 결정됩니다. 주어진 문제에서 SHS의 용해도를 어떻게 계산되었는지 확인하고 모액의 농도와 용해도와의 관계를 여기서 구해보도록 하지요. 또하나의 수식이라는 것이 바로 이것...귀하의 판단.. 정확히 맞습니다.
모액의 농도는 무수물 SHS가 녹아있는 것으로 계산되어 있습니다. 이를 수화물의 용해도(즉 단위 질량당 수화물의 질량)로 고치면 어떻게 되겠습니까?
(60-X)*( A ?? )/((39+W)-(90X/142)- B?? ).........(4)
**힌트겸 역질문입니다. 위(4)식에서 A와 B는 같은 값일까요?
또 이들은 각각 얼마가 됩니까?
또 이 값은 질문에서 어떤 값으로 주어진 것입니까?
(4) 이제 문제는 거의 다 풀렸습니다. 수식이 이미 하나 나왔고 나머지 하나의 수식만 구하면 됩니다.
잘 생각해보고 풀어보세요.
처음 결정화에서 생성된 결정의 양 = ?
여기에 적셔있던 모액의 양은= ?
이 적시고 있는 모액에 들어있는 불순물의 양은?
또 아주 아주 중요한 사항으로..
적신 모액이 마르고 나면 (추가로)생성되는 SHS 무수물의 양은?
또 이를 5수화물의 양으로 환산하면 그 양은?
최종 건조(수화물)제품 중
SHS*5H2O의 양은 ?
최종 건조제품중 불순물의 농도는 ?
(5) 위의 마지막 질문은 또하나의 X와 W와의 관계식입니다.
이제 더 이상의 힌트는 없습니다.
