相対変動率

相対揮発度は、液体化学物質混合物中の成分の蒸気圧を比較する尺度です。この量は、大規模な工業用蒸留プロセスの設計に広く用いられています。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}実際には、混合物中の揮発性の高い成分と低い成分を蒸留によって分離する際の容易さまたは難しさを示します。慣例として、相対揮発度は通常次のように表されます。${\displaystyle \alpha }$。

相対揮発度は、あらゆる種類の蒸留プロセスだけでなく、一連の平衡段階で気相と液相を接触させるその他の分離または吸収プロセスの設計にも使用されます。

相対揮発度は、成分同士が反応する分離または吸収プロセス（例えば、水酸化ナトリウム水溶液への気体二酸化炭素の吸収）では使用されません。

特定の温度と圧力における2つの成分からなる液体混合物（二成分混合物と呼ばれる）の相対揮発度は、次のように定義される。

${\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}}$

液体の濃度が同じ場合、揮発性の高い成分は揮発性の低い成分よりも蒸気圧が高くなります。したがって、 ${\displaystyle K}$値（＝${\displaystyle y/x}$）より揮発性の高い成分の場合、${\displaystyle K}$変動性の低い成分の値。つまり、${\displaystyle \alpha }$≥ 1 より大きい${\displaystyle K}$より変動性の高い成分の値は分子にあり、より小さい成分の値は分子にある。${\displaystyle K}$揮発性の低い成分の割合は分母にある。

${\displaystyle \alpha }$は無次元量です。両方の主要成分の揮発性が等しい場合、${\displaystyle \alpha }$= 1 であり、与えられた条件下では、液体相と気相の組成が同じであるため（共沸混合物）、蒸留による 2 つの分離は不可能である。${\displaystyle \alpha }$1を超えると、蒸留による分離は次第に容易になる。

2つの成分を含む液体混合物を二成分混合物と呼びます。二成分混合物を蒸留する場合、2つの成分を完全に分離することは稀です。一般的に、蒸留塔の塔頂留分は揮発性の高い成分が主体で、揮発性の低い成分が少量含まれ、塔底留分は揮発性の低い成分が主体で、揮発性の高い成分が少量含まれます。

複数の成分を含む液体混合物を多成分混合物と呼びます。多成分混合物を蒸留すると、塔頂留分と塔底留分には通常、1つまたは2つ以上の成分が含まれます。例えば、石油精製所のいくつかの中間製品は、アルカン、アルケン、アルキン炭化水素（炭素原子1個のメタンから炭素原子10個のデカンまで）を含む多成分液体混合物です。このような混合物を蒸留する場合、蒸留塔は（例えば）以下のような生成物を生成するように設計できます。

• メタン（炭素原子1個）からプロパン（炭素原子3個）までの揮発性の高い成分を主成分とする、オーバーヘッド留分。
• 底部留分には、イソブタン（炭素原子4個）からデカン（炭素原子10個）までの揮発性の低い成分が主に含まれている。

このような蒸留塔は、一般的に脱プロパン塔と呼ばれる。

設計者は、分離設計を左右する主要成分として、プロパンをいわゆる軽質成分（LK）、イソブタンをいわゆる重質成分（HK）と指定する。ここでいう軽質成分とは沸点が低い（または蒸気圧が高い）成分を意味し、重質成分とは沸点が高い（または蒸気圧が低い）成分を意味する。

したがって、多成分混合物の蒸留においては、相対揮発度はしばしば次のように定義される。

${\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK}}$

相対揮発度が1.05未満の場合、大規模な工業蒸留はほとんど行われない。^{[ 2 ]}

値${\displaystyle K}$温度、圧力、相組成に関して、経験的または理論的に相関付けられており、よく知られているデプリースターチャートなどの方程式、表、グラフの形で示されている。^{[ 4 ]}

${\displaystyle K}$これらの値は、石油精製所、石油化学プラント、化学プラント、天然ガス処理プラント、その他の産業における多成分混合物の蒸留のための大規模蒸留塔の設計に広く使用されています。

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