-단열 냉각: 고온 저습 공기와 저온 물 접촉⇒공기 온도 강하, 물 일부 증발.
-외부와 열 교환 없이 진행 : 공기로부터 액체로 열 전달.
-산업 응용 분야:
-Spray cooling , Spray humidification : 물을 공기 중 분사.
-Spray dehumidification : 찬 물을 습한 공기에 분사. 공기 온도를 노점 이하로 강하, 수분 응축 유도.
-Drying : 습한 고체와 고온 공기 접촉, 제약 산업, 식품 산업.
-Spray drying : 물에 분산된 작은 입자를 고온 공기 상에 분사.
물 증발. 예: 분말 분유 생산.
-물과 접촉한 공기의 단열 냉각 포함 공정수지 계산:
1) 일정 습구 온도선을 따라 초기 상태점부터 포화선 까지 이동.
2) 필요한 물질, 에너지 수지 수행.
예제 8.4-7 단열조습
문) 30°C, 상대습도 10%의 공기가 1 기압하의 단열 분무탑(spray tower)에 서 가습(humidified)되고 있다. 상대습도 40%의 공기가 배출된다고 할 때,
– (가) 유입 공기의 절대습도와 단열 포화온도를 구하시오.
– (나) 습도도를 사용하여, 유입 공기 1000 kg/hr을 가습하는 데 필요 한 물의 증발 속도를 구하고, 또 배출 공기의 온도를 구하시오.
h DA kg air
kg DA
kg h
air kg
mDA = (1000 / )(1 /1.0026 ) =997.4 /
- 증발되어야 할 물의 량 : 공기 흐름에 포함된 수증기의 유출 속도와 유입 속도 차로서 계산.
h O H DA kg
kg
O H h kg
DA kg
mH O (997.4 / )(0.0063 0.0026) 2 3.7 2 /
2 = − =
그림 8.4-1에서 배출 온도 = 21.2 °C . 풀이)
분무탑 내의 액체 현열 변화가 물의 기화열에 비해 무시, 공기는 습도도 상 단열 포화선 (일정 습구 온도선)을 따름.
(가) 30 °C, 상대습도 10% 공기 ⇒ ha= 0.0026 kg H2O/kg DA Twb = Tas = 13.2°C
(나) 배출 공기 상태는 같은 습도선 상에 놓여야 함. hr = 40%의 곡선과 이 선 의 교차점⇒ 배출가스의 절대습도는 0.0063 H2O/kg DA로 결정됨.
- 건조공기의 유입속도, mDA :
5. 혼합(mixing)과 용해(solution)
-액체에 고체나 기체가 용해될 경우, 또는 두 가지 액체가 혼합될 경우:
- 유입 물질의 이웃 분자 사이의 결합이 파괴되고, 생성 용액 내 이웃 분자나 이온 사이에 새로운 결합 형성.
-용액 내 결합 시 방출되는 에너지가 공급 물질 내 결합을 파괴하는데 필요한 에너지보다 크면 전체적으로 에너지 방출. ⇒ 용액 온도 상승 효과.
-예 : 1몰 순수한 용액 황산을 물에 용해. 일정 압력에서 냉각, 초기 온도 유지.
-일정 압력 상태의 에너지 수지 :
-엔탈피 차이=일정 온도와 압력하의 황산용액 엔탈피 – 동일온도와 압력상태 의 순수한 용질(황산)과 용매(물)의 총엔탈피.
- ∆H : 용해열 (Heat of solution), 이 경우의 ∆H < 0
)
( ( ) ( )
)
(aq H SO l H O l
SO
H2 4 H 2 4 H 2
H H
Q = ∆ = − +
-혼합 : 둘 이상의 액체 혼합, 둘 이상의 기체 혼합.
-용해 : 고체, 액체, 기체가 용매에 녹는 경우.
-이상혼합물(ideal mixture) : 혼합열이나 용해열이 거의 없는 혼합물.
-
- 잘 적용되는 경우 :
-대부분의 기체 혼합물.
-유사한 종류로 혼합된 액체 혼합물: 파라핀-파라핀, 방향족-방향족 -적용 어려운 경우: 에너지 수지식에 용해열 고려 필요.
-강산, 강염기의 수용액.
-일부 기체(염산)의 물에 용해된 수용액.
-고체(NaOH) 용해된 수용액.
∑
≈ i i
mixture n H
H ˆ