게시판 > 질답게시판 > 두 물질의 분리(정류)정제에 대해 질문드립니다.

스테파노 Stefano

23-07-11 00:50

(1) 일반적으로 공비점이 나타나지 않고 또 그 운전범위 구간에서 상대휘발도(Relative Volatily) 1보다 크다면 증류방법을 이용해서 분리는 가능 하지만 상대휘발도가 1보다 훨씬 크지 않으면 에너지가 많이 소요되기 때문에 경제성 면에서 문제가 될 수 있습니다.

어떤 온도, 압력에서 액상과 기상이 평형을 이루고 있는 상태에서 제1성분에 대해 제2성분의 상대휘발도라면 (y2/x2)/(y1/x1)의 비율을 말하는데 이상용액이라고 하면 그 온도에서 순성분의 증기압의 비(P2/P1)가 됩니다. (∵ y2=P2*x2, y1=P1*x1)

HC에 대한 HF의 상대휘발도가 크지 않아서 단순 증류방법을 사용해오고 있지 않습니다. 따라서 HF가 오염된 HCl용액과 같은 경우, HF를 SiF4와 같은 물질로 전환하고 나서 SF4와 HCl을 증류하는 방법으로 분리함으로써 HF 회수는 포기하기도 합니다.

(2) 질문에서 올려놓은 T-x Diagram은 순수 HF와 순수HCL의 이성분계에 해당하는 T-x Diagram입니다. 이를 간단히 살펴보면 온도만 정확히 조절하면서 증류하면 기가막히게 쉬운 방법으로 HF의 농도를 높일 수 있는 것처럼 보이는데 이는 HF만을 고려한 착각입니다. HCl의 경우에도 해당 농도구간에서 증기압은 꽤 높아서 HF-HCl 혼합물로부터 HF를 분리하기는 아주 아주 어렵습니다.

(3) 순수 HF와 HCl만의 혼합물이 아닌 HF-HCl-H2O의 3성분계인 경우에는 특히 HCl-H2O가 공비점을 이루는 농도가 존재하기 때문에 공비점을 피하는 운전조건을 찾아 운전해야 하는 문제가 포함됩니다.

(4) 참고로.. 또 다른 중요한 문제로... HF를 포함하는 경우 Glass나 Glass-Lined 장치를 사용할 수 없고, HCl용액의 경우에도 Azeotrope를 피하는 운전범위에서의 증류온도가 높기 때문에 이들 물질을 취급하는 장치는 Graphite 정도밖에 적용할 수 없기 때문에 HF함량이 높지 않으면 경제성 면에서 HF회수를 포기해야 하는 상황이 나타날 가능성이 높습니다.

(1) 일반적으로 공비점이 나타나지 않고 또 그 운전범위 구간에서 상대휘발도(Relative Volatily) 1보다 크다면 증류방법을 이용해서 분리는 가능 하지만 상대휘발도가 1보다 훨씬 크지 않으면 에너지가 많이 소요되기 때문에 경제성 면에서 문제가 될 수 있습니다.

어떤 온도, 압력에서 액상과 기상이 평형을 이루고 있는 상태에서 제1성분에 대해 제2성분의 상대휘발도라면    (y2/x2)/(y1/x1)의 비율을 말하는데 이상용액이라고 하면 그 온도에서 순성분의 증기압의 비(P2/P1)가 됩니다.   (∵  y2=P2*x2,  y1=P1*x1)

HC에 대한 HF의 상대휘발도가 크지 않아서 단순 증류방법을 사용해오고 있지 않습니다.    따라서 HF가 오염된 HCl용액과 같은 경우, HF를 SiF4와 같은 물질로 전환하고 나서 SF4와 HCl을 증류하는 방법으로 분리함으로써 HF 회수는  포기하기도 합니다.

(2) 질문에서 올려놓은 T-x Diagram은 순수 HF와 순수HCL의 이성분계에 해당하는 T-x Diagram입니다.  이를 간단히 살펴보면  온도만 정확히 조절하면서 증류하면 기가막히게 쉬운 방법으로 HF의 농도를 높일 수 있는 것처럼 보이는데  이는 HF만을 고려한 착각입니다.   HCl의 경우에도 해당 농도구간에서 증기압은 꽤 높아서 HF-HCl 혼합물로부터  HF를 분리하기는 아주 아주 어렵습니다.

(3) 순수 HF와 HCl만의 혼합물이 아닌 HF-HCl-H2O의 3성분계인 경우에는 특히 HCl-H2O가 공비점을 이루는 농도가 존재하기 때문에 공비점을 피하는 운전조건을 찾아 운전해야 하는 문제가 포함됩니다.

(4) 참고로.. 또 다른 중요한 문제로... HF를 포함하는 경우 Glass나 Glass-Lined 장치를 사용할 수 없고,  HCl용액의 경우에도 Azeotrope를 피하는 운전범위에서의 증류온도가 높기 때문에  이들 물질을 취급하는 장치는 Graphite 정도밖에 적용할 수 없기 때문에  HF함량이 높지 않으면 경제성 면에서 HF회수를 포기해야 하는 상황이 나타날 가능성이 높습니다.

chonpd1

23-07-11 11:15

스테파노님 명확하고 구체적인 답변 감사합니다 HF는 매우 소량이긴 하지만, 위에 TXY선도만 믿기엔 무리가 있었네요,
궁금한것은 순수 물질에 대한 TXY 플롯이라고 하셨는데
그말씀은 이론과 실제가 다르다고 이해하면 될까요?
왜 툴에서는 마치 분리가 잘될것 같이 저렇게 나오는 걸지 추후 도출 데이터 활용에도 그런부분을 감안 하려는데 조언주실수 있으실까요?

Stefano

23-07-12 01:07

(1) 물과같은 제삼의 물질을 포함하지 않는 HF-HCl의 혼합물을 언급했던 것이고, HF의 상대휘발도를 높여주기 위해 HF를 Silica와 반응시켜 얻어지는 SiF4는 HCl에 비해 상대휘발도가 높아 HF에 비해 분리가 쉬울 것이라는 것을 염두에 두고 언급한 것인데 생성물질중에 H2O가 포함되는 경우 HCl수용액의 농도가 낮은 경우에는 그마저도 상태휘발도가 낮아 고농도의 HCl을 혼합하여 분리해야 하는 상황도 발생할 수가 있으므로 단순히 HF-HCl만의 분리 문제는 아닙니다.

(2) HCl을 오염시키고 있는 HF의 처리는 오래전부터 폐기물 소각공정, 반도체 공정 폐산처리공정등의 분야에서 연구해온 바가 있어서 관련된 특허기술을 먼저 조사해 보고 적용방안을 탐색하는 것이 도움이 될 것입니다 .