분자 내 회합성을 갖는 알콕시레이티드 알코올 혼합물의 상 거동

Abstract

본 연구에서는 분자 내, 분자 간 수소결합이 동시에 존재하여 회합성이 강하게 나타나고, 이로 인해 상 거동 예측에 어려움을 나타내는 알콕시에탄올에 대한 상 거동 측정을 진행하였다. 알콕시 에탄올은 여러 가지 알케인 또는 알코올과 혼합하여 각각의 상 거동을 비교하였다. 실험 조건은 두 가지로 나누었다. 하나는 100kPa, 80kPa, 60kPa에서 측정 된 등압 상 평형 실험이고, 다른 하나는 303.15K, 318.15K, 333.15K에서 측정 된 등온 상 평형 실험이다. 각각의 측정된 시스템은, 등압 시스템에 대하여, 기체상은 Second-Virial 상태방정식 그리고 액체상은 활동도 계수 모델(NRTL, UNIQUAC, Wilson)을 이용하여 계산하였고, 등온 시스템에 대하여, 기체상은 Peng-Robinson 상태방정식 그리고 액체상은 Peng-Robinson EoS에 Wong-Sandler 혼합 규칙을 결합한 후, 각각의 활동도 계수 모델(NRTL, UNIQUAC, Wilson)을 적용하여 계산하였다. 상 평형 계산 결과, 알콕시에탄올+알케인 시스템에서는 대부분의 모델들이 비교적 좋은 상 거동 예측 결과를 제공해 주었다. 하지만, 알콕시에탄올+알코올 시스템 에서는 강한 회합성으로 인하여 상 거동 예측 성능이 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 따라서, 회합성이 고려되어 있는 QLF 모델과 QiALF 모델을 추가 적용하여 계산하였다. QLF 모델은 알콕시에탄올+알코올 시스템에 대하여 상당히 개선된 상 평형 예측 결과를 제공해 주었고, QiALF는 QLF보다 더 뛰어난 결과를 제공함을 알 수 있었다. 그런데, 수소결합에 대한 분배함수 중 분자 내 결합을 나타내는 기존의 물리적 항이 ideal gas limit 상태에서 이론적 오류가 존재함을 발견하였다. 본 연구에서는 밀도 항을 추가 적용 함으로써 이론적 오류를 해결할 수 있었다. 게다가 상 평형 예측 성능 또한 변함없이 훌륭하였으므로, 수정된 사항을 적용하여 기존의 QiALF 모델을 대체할 수 있게 되었다.