이번 시간에는 끓는점의 차이를 이용해 혼합물을 분리하는 방법,
그리고 자주 나오는 세 유형인 물과 에탄올의 증류, 소줏고리로 소주를 만드는 방법, 원유의 분별증류에 대해 정리해보겠습니다.
공부하시면서 궁금하신 점은 질문하기를 이용해주세요.
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우선, 혼합물의 분리를 복습하자면 이렇게 정리할 수 있겠죠?
혼합물의 분리 ▶ 물질의 특성을 이용하여 분리하는 것
여기서 물질의 특성에는 이러한 것들이 있습니다.
* 물질의 특성: 밀도, 용해도, 끓는점, 녹는점, 어는점 (고유 성질) ▶ 분리
물질의 특성은 물질마다 가지고 있는 고유한 성질이기에
여러 물질이 섞인 혼합물을 분리할 수 있는 것이죠.
그렇다면 이제 본격적으로 끓는점을 이용해 혼합물을 분리하는 대표 유형들을 정리해보겠습니다.
① 물+에탄올 ▶ 증류 (끓이기)
플라스크에 물+에탄올이 섞인 것을 넣는다.
물 끓는 점: 100도
에탄올 끓는 점: 78도
78도가 되면 에탄올이 먼저 끓어오른다.
온도를 80도 정도 유지해주면 에탄올이 먼저 끓어오른다.
남아있는 물질은 물이다.
이를 반복하면 순도가 높아진다.
② 소줏고리 (소주를 얻는 방법)
곡주로 술을 만들 때 발효시켜서 탁한 술을 얻는다.
이 탁한 술을 가열하면 끓는점이 낮은 알코올(맑은 에탄올 성분)이 먼저 증발해서 천장에 붙고 이를 얻어 맑은 소주를 얻는다.
소줏고리도 증류의 원리.
즉, 물과 에탄올을 증류하는 것과 같은 원리인 것이죠.
* 참고로 에탄올은 식용이 가능한 반면, 메탄올은 피부에 닿아서도 안 됩니다. 공업용이기 때문이죠.
③ 원유의 분별증류 ★★
끓는 점을 이용해 혼합물을 분리하는 단원의 핵심.
원유의 분별증류입니다.
우선, 증류와 분별증류의 차이를 정리하자면 이렇습니다.
* 증류 vs 분별증류 차이
증류는 두 가지를 분리,
분별증류는 여러 가지를 분리.
그렇다면 이제 원유의 분별증류탑 모형을 바탕으로 분별증류 원리를 이해해보겠습니다.
중동에서 수입한 원유를 원유탑에 넣고
원유의 여러 기름 성분들을 가열하여 분별한다.
각 층마다 기체가 올라갈 수 있는 작은 길이 있고 식으면 내려앉는다.
위쪽으로 갈수록 끓는 점이 낮다.
제일 꼭대기는 LPG(가정용, 액화석유가스) 끓는 점 -42~-도
그다음은 휘발유 (30~120도)
그다음은 등유
그다음은 경유
그다음은 중유 (300도 이상)
남은 찌꺼기는 아스팔트가 된다.
LPG, 휘발유, 등유, 경유, 중유 순으로 나온다.
* 끓는 점에 따라 원유를 추출할 때 효과적인 분별 증류를 위한 설계 방법
(1) 증류탑의 층마다 존재하는 기체 통로에서 기체가 액화되었을 때 변한 액체가 아래로 새지 않게 설계한다.
(2) 가장 끓는점이 높은 물질의 온도에 변형되지 않는 소재로 증류탑을 설계한다.
(3) 증류탑을 설계할 때 열전도도를 계산하여 효과적으로 에너지 절약을 할 수 있게 한다.
*
Q. 선생님, 휘발유와 가솔린의 차이가 뭔가요?
A. 휘발유를 뜻하는 영어 단어가 가솔린입니다. 따라서 둘은 같습니다.
* 휘발유 경유 차이 / 가솔린 디젤 차이
휘발유: 자동차 가솔린 엔진에 사용.
경유: 자동차 디젤 엔진에 사용. 경유는 열효율이 높으면서 휘발유보다 저렴하다.
벤츠 E클래스 세단의 경우, 휘발유 쓰는 가솔린 모델보다 경유 쓰는 디젤 모델이 연비가 좋다.
디젤(경유)엔진의 경우, 같은 양의 연료일 때 더 많은 에너지를 생산하기 때문이다. → 기름인 경유는 싸지만, 더 많은 에너지 생산을 감당하려면 내구성이 좋아야 해서 엔진은 가솔린 엔진보다 비싸다.
단, 가솔린(휘발유)는 더 적은 에너지를 생산하는 만큼, 소음이 적다.
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