[화공기사] 비점선도(Boiling point diagram, Txy diagram) 읽는 법

자 17년 2회 8번 문제와 함께 비점선도(Boiling point diagram, Txy diagram) 읽는 법에 대해 알아보자.

8. 다음 그림은 1기압하에서의 A, B 2성분계 용액에 대한 비점선도(Boiling point diagram)이다. = 0.40 인 용액을 1기압 하에서 서서히 가열할 때 일어나는 현상을 설명한 내용으로 틀린 것은? (단, 처음 온도는 40℃이고, 마지막 온도는 70℃이다.)

 ① 용액은 50℃에서 끓기 시작하여 60℃가 되는 순간 완전히 기화한다.

 ② 용액이 끓기 시작하자마자 생긴 최초의 증기조성은 = 0.70 이다.

 ③ 용액이 계속 증발함에 따라 남아있는 용액의 조성은 곡선 DE를 따라 변한다.

 ④ 마지막 남은 한방울의 조성은 = 0.15 이다.

위 그림은 2성분계에서 조성을 x축, 온도를 y축으로 plot한 비점선도이다.

내용 그대로 Txy 선도 라고도 한다.

맨 왼쪽 축은 순수성분 A를 나타내며 그림상 순수성분 A의 끓는점은 대략 75℃ 로 보인다.

맨 오른쪽 축은 순수성분 B를 나타내며 그림상 순수성분 B의 끓는점은 대략 35℃ 로 보인다.

자 문제 그대로 0.40 에서 천천히 가열하는 경우를 생각해보자.

x=0.4 인 지점의 수직인 점선을 따라 2성분계의 액체가 가열된다.

그러다가 C점에 도달하면 끓기 시작한다. (Bubble point curve)

(Bubble T, Dew T 에 대해서는 https://for-freeedom.tistory.com/12 에 설명하였다.)

즉, 50℃ 에서 끓기 시작하고,

이 때 끓어나온 기체의 조성은 수평으로 이동하여 Dew point curve 와 만나는 점D(0.70)이다.

액체의 조성은 A가 60%,  B가 40% 였는데 50℃ 에서 끓어나온 기체의 조성은

A가 30%, B가 70%이다. 끓는점이 낮은 B가 기체에 더 많이 포함된다.

(여기서 액체와 기체를 분리하면 서로 조성이 다르게 된다.

이를 반복하여 A와 B를 분리하는 게 분별증류의 원리이다.)

(x축의 숫자는 B의 조성을 나타내는 게 맞다. 문제가 A를 오른쪽으로, B를 왼쪽으로 바꾸던지 했어야 한다..

특별히 문제 의도를 알면  못 풀 건 없으나 국가기관 시험인데 이러면 안되지.. )

그러면 50℃ 도달 이후 계속 온도를 높이면?

끓는점이 낮은 B가 더 많이 끓어 나오기 때문에 상대적으로 액체의 조성은 A가 더 많아진다.

그래서 CF 곡선을 따라 액체의 조성이 변하게 된다.

F점에 도달하면 전부 끓어 액체는 남지 않고 모두 기체가 된다.

그래서 마지막 남은 액체 한방울의 조성은 점F인 0.15 가 된다.

(점F는 A가 85%, B가 15% 이다.)