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ASTM D-86 Distillation

D-86 is not a true distillation because there is only one stage. Consequently, the D-86 tends to have a much higher IBP temperature than the actual on due to entrainment as molecular interactions hold lighter molecules in the mixture. At the tail end of the D-86 distillation, due to entrainment, the heavier molecules can flash off readily, resulting in a lower EP (end-point) than the actual distillation. Therefore, D-86 has a higher IBP and a lower EP than the actual atmospheric distillation in a refinery. However, the deviations in the front and tail ends in D-86 distillation can be overcome by TBP distillation. It is important to know that the D-86 distillation can be correlated with TBP distillation.

Commercial Yields Versus Theoretical Yields

It is common that commercial yields from a refiner cannot match the theoretic yields obtained form TBP distillation in a crude assay because commercial distillation is not perfect with lighter materials slumping into heavier cuts. Typically, there are 6-10 fractionation theoretical stages between two adjacent cuts in a commercial crude distillation column in comparison with very large number of fractionation stages assumed in the TBP distillation. Not only are the product yields different but also the product properties can vary. A useful tool to verify the information in a crude assay is called crude oil breakup.

A crude breakup is performed to predict the potential gap or overlaps in product yields between crude assay and operation based on actual process conditions including flash zone temperature and pressure. The predicted product yields and properties can be used to compare with that claimed in crude assay and more importantly as guidelines for refinery operations, for example, determining distillation cuts and predicting their properties.

농도 환산 어떻게 계산해야 할까요?

농도 환산에 대해서 간략하게 정리를 해볼려고 합니다. 

분석할때 환산도 꼭 필요하겠죠?? 

1. %농도 → 몰농도(M) 

2. %농도 → 노르말농도(N) 

3. M농도 → N농도 

4. 용해도 → %농도 

소금물이 있어요. 

물에 소금을 넣어서 소금물을 만들죠. 

그러면 농도는 어떻게 될까요? 

김치를 만들때 적정한 농도의 소금물로 배추를 절이면 더 맛있겠죠? 

농도를 숫자로 표기할려면 어떻게 해야 할까요?? 

1. 백분율 농도

 백분율 농도에는 두가지 형태가 있어요.

 1) v/v %농도 : 용질부피 / 용액부피 * 100 [ℓ/ℓ]  → vol % 표시
 2) w/w %농도 : 용질무게 / 용액무게 * 100 [g/g]  → wt % 표시

  통상 %농도라 하면 주로 w/w%를 의미해요.

   밀도가 1g/ℓ경우 동일한 계산결과가 나와요.
   일반적인 물의 밀도 = 1 mg/cm3 = 1 g/mℓ = 1 kg/ℓ
  
   w/w %농도는 무게백분율이라 부르며, v/v %농도는 부피백분율이라고 칭하죠.

 * 참고 
 

   - 무게 (weight) : 물체에 작용하는 중력의 크기, 중량이라고도 한다.
   - 질량 (mass)   : 물체의 역학적 성질을 결정하는 물체 고유의 기본적인 양

2. ppm 농도 [parts per million]

 ppm 농도는 어떠한 용질 1mg이 용액 1,000,000 mg (즉 1 kg)중에 들어있는 농도를 말한다.
 (단, 비중이 1인 경우)
 
 X ppm 농도의 용액을 만들 경우  용질무게 X mg에다, 용질무게를 포함한 용액전체의 무게가 1 kg
 (=1,000,000 mg)이 되도록 용매를 넣어주어야 해요. (실험할때 헷갈리지 않게 조심해야줘;)
     
 미량분석의 정량범위, 검출한계 등을 수적으로 표현하는 단위로 ppm 농도와 %농도간의 환산문제을
 자주 실시하며, %는 백분율이므로 1/100이 1%가 되요. ppm은 백만분율이므로 1/1,000,000의 값이

 1 ppm 이 되죠.

 따라서 1 = 100% = 1,000,000 ppm 이며, 1% = 10,000 ppm 이에요.
 그러므로 % 농도를 ppm 단위로 고치려면 10,000 ppm/%를 곱해주어야 해요.
    
 * ppm 농도 = w/w %농도 * 10,000 [ppm/%]


3. ppb 농도 [parts per billion]

 수질오염도나 대기오염도를 나타내는 단위로 ppm 농도와 ppb 농도간의 환산문제을 자주 실시하며,
 일반적으로 ppb 농도를 1,000으로 나누면 ppm 단위의 농도가 된다.

 단순히 ppb은 1/10^9 을 표현해요.

 ppm 농도 = ppb 농도 * [1 ppm/1000ppb]


4. 몰농도 (Molarity : M)

 용액 1ℓ에 들어 있는 용질의 몰수를 말하며, M 또는 g-mol/ℓ로 나타냅니다.
 
 M = (w / Mw) * (1,000 / V)      
 w : 용질의 무게(g), Mw : 용질의 분자량(g/g-mol), V : 용액의 부피(mℓ)

 M = (10 * w/w %농도 * ρ) / Mw  
 Mw : 용질의 분자량(g/g-mol), ρ : 용액의 밀도(g/mℓ)

              
5. 몰랄농도 (Molality : m)

 용매 1 kg 중에 용해되어 있는 용질의 몰수(g-mol수), m으로 표시해요.
 단위는 [g-mol/kg], 주로 라울의 법칙이나 삼투압 측정 등에 이용됩니다.

 몰랄농도(Molality) = 용질의 g-mol수 / 용매 1 kg
 몰랄농도(Molality) = (w / Mw) / (S / 1000)
  w : 용질의 무게(g), Mw : 용질의 분자량(g/g-mol), S : 용매의 무게(g)


6. 노르말농도 (Normal : N)

 용액 1ℓ속에 녹아 있는 용질의 g-당량수로 나타내며, N으로 표시합니다.

 노르말농도 (N) = 용질 g-당량수 / 용액의 부피(ℓ)
 노르말농도 (N) = (w / E) * (1000 / V)
  w : 용질의 무게(g), E : 용질 1g 당량수(g/g-당량), V : 용액의 부피(mℓ)
 
   g 당량수 = 분자량 / (1분자중의 H+ 또는 OH- 수)

                   

7. 몰분율 (molar fraction)

 어떤 성분의 몰수와 전체 성분의 몰수와의 비를 말합니다.
 1,2,3,...i 성분이 각각  n1, n2, n3,...ni 몰씩 섞여진 혼합물로 구성되어 있다고 하면 혼합물의 총 몰수는
 
   N = n1 + n2 + n3 + ......ni
 
  i 성분의 몰분율은   Xi = ni/N
 
 각 성분의 몰분율을 모두 합하면 1이 됩니다.
 X1 + X2 + X3 + ....Xi =  n1/N + n2/N + n3/N+ .....ni/N 
 = (1/N)( n1 + n2 + n3+ ... + ni) = N/N = 1
  위와 같이 계산이 됩니다.


8. 몰백분율

 몰분율을 백분율로 나타낸 값.


9. 중량비   

 용질의 g수를 용매의 g수로 나눈 값.


10. 몰비

  용질의 몰수를 용매의 몰수로 나눈 값 .

먼저 노르말 조건에 대한 정의부터 설명드리면

Normal Condition(N으로 표기) : 한국가스공사 및 국내 가스 산업에서 폭 넓게 사용하고 있는 기준조건으로 0 ℃, 101.325 kPa 의 조건을 의미함.    예) 100 Nm3

노르말조건의 접두어 N은 SI 규정에는 위배되지만 유럽에서는 통상적으로 광범위하게 사용하는 접두어임.

자! 그러면 노르말 체적은 어떻게 구하는 걸까요?

노르말 조건의 체적과 실제 조건의 체적 사이의 관계는 간단하게 보일-샤를의 법칙에 근거한 이상기체 상태 방정식 또는 압축계수를 고려한 실제 상태방정식으로부터 유도하여 사용하시면 됩니다.

즉, 이상기체의 경우

여기서

P : 절대 압력 (N/m2 = Pa)

T : 절대 온도 (K)

V : 체적 (m3)

b : 노르말 조건(0 oC, 1기압)

a : 실제조건

즉, 실제기체의 경우 압축계수 고려하여

여기서 

 b = 노르말 조건 (0 oC, 1기압)

 a = 실제조건

V = 체적(m3)

P = 절대 압력 (kPa)

Z = 압축계수

T = 절대온도 (K)