화공 양론
제 2 장 물질량, 밀도, 농도
나노소재공학부
교 수 이 영 세
2.1 물질량 (Amount of Substance)
• 1mole : 에 들어있는 탄소 원자 만큼의 어떤 한 물질의 양
• 다른 형태의 몰(예, kg-mole or kmol이며, lb-moles, ton-moles등)도 같은 방법으로 정의된다.
• 어떤 물질의 분자량을 M이라고 한다면,그 물질 1kg-mole은 M kg의 질량을 가지며, 마찬가지로 1g-mole은 Mg, 1lb-mole은 M lbm의 질량을 갖음. 분자량은 질량과 몰 수와의 환산계수임.(예, 산소)
• 물질 1mole 몰은 6.02*1023(Avogadro수)개의 그 물질의 분자를 갖음.
물질량 (Amount of Substance) – 특정형태의 입자 일정량(분자, 원자, 전자) 단위 ; mol
원자량 (Atomic Weight) – 의 질량을 12로 정하고 이 척도로 정한 원자의 질량
분자량 (Molecular Weight)- 화합물을 구성하고 있는 원자들의 원자량을 합한 것 분자량(MW)=질량/물질량[kg/kgmol] 물질량(몰수)=질량/분자량 질량=?
평균분자량(Mav)=혼합기체의 전체질량/혼합기체의 전체 물질량
100g 1mol
= 5.56mol (dimensional eq.)
18.0g
6.0lbmol 32lb
= 192 lb (dimensional eq.) 1lbmol
공정 단위
공정 : 대상물질 또는 energy에 물리화학적 또는 생물학적 변화를 일어나게 하는 일련의 조작
input output
(feed) (product)
공정변수 : 공정단위를 출입하는 물질의 양과 조성 및 상태를 나타내는 변수 ex) 질량, 부피, 밀도, 유속, 몰 분율, 농도, 압력, 온도 등
공정과 공정변수
2.2 밀도(Density)
• 밀도 (density) : 어떤 물질의 단위 부피당의 질량
] / ,
/ , /
[kg m3 g cm3 lb ft3 V
m
m
(겉보기 밀도)= 고체의 총질량/빈 충전층의 부피
비용(Specific Volume) : 단위질량당 부피
부피단위 환산인자들 barrel, gallon 등
] / , / ,
/
1 [ 3 3 3
lbm
ft g cm kg m m
V
2.3 비중(Specific Gravity)
• 비중(Specific Gravity) : 표준물질의 밀도에 대한 어떤 물질의 밀도의 비
ref
SG
여기서 는 그물질의 밀도 는 기준물질의 밀도
고체와 액체에 대한 기준물질 : 의 물 기체에 대한 기준물질 : 공기, 수소
ref
C 4
비중표기법
4 6 20 . 0
SG 4C 물을 기준으로 어떤 물질의 에서의 비중이 0.6
• API도(American Petroleum Institude) : 미국석유협회
석유제품의 비중(석유공업에서 부피나 API도 기준온도 ? )
• API도=(141.5/sp.gr) – 131.5
• Baume 비중도(Be도)
1) 물보다 가벼운 액 : Be도 = (140/sp.gr) - 130 2) 물보다 무거운 액 : Be도 = 145 – (145/sp. gr)
• Twaddle 비중도(Tw도) 물보다 무거운 액에 사용 : Tw도 = 200 (sp. gr – 1.0)
특수 비중
질량유량 : 보통 부피유량을 측정한 후 밀도와의 관계식으로부터 계산 fluid
pipe
흐름방향에 수직인 단면 질량보존의 법칙에 의해
If than 1 2
질량유량(mass flow rate) : 질량/시간 m (kg fluid / s)
부피유량(volumetric flow rate) : 부피/시간 V (m3 fluid /s) 질량속도(mass velocity) : 질량/(단면적)(시간)
2.4 유량(Flow Rate)
2.5 물질량분율, 질량분율(Mole Fractions and Mass Fractions)
• 공정 흐름 : 단일물질
보통은 액체나 기체 혼합물인 경우
액상 용매에 한 개 이상의 용질이 녹아 있는 용액인 경우
A성분의 물질량( ) = 전체물질량( ) =
• 몰분율(mole fraction) : 전체물질량(몰수)에 대한 특정성분(A)의 물질량의 비
A 성분을 포함하고 있는 혼합물의 조성을 다음과 같이 정의 A성분 질량분율 : = = mass of A/total mass A성분 물질량분율 : = = moles of A / total moles
# A성분의 mole % = A 성분의 물질량분율 100 ☓
2.6 다성분 용액 및 혼합물의 분석
• 액체, 고체 분석치 : 질량기준(질량분율, 질량%)
• 기체(공기, 연소생성물) 분석치 : 물질량기준(물질량분율, 물질량%)
• 공기의 평균분자량
일정 조성 혼합물에서 그 조성을 알면 평균분자량 구할 수 있다.
공기평균분자량 = 공기의 전체 질량/ 공기의 전체 물질량
예) 공기 평균분자량
2.7 농도(Concentration)
• 단위 부피 중 특정 성분의 양
• 질량농도(mass concentration) : 단위 부피의 혼합물 or 용액 중 그 성분의 질량
(g용질/cm3 용매, lbm/ft3, kg/m3)
• 몰랄농도(molal concentration, molality) :
용매 1000g에 녹은 용질의 물질량 (mol용질/kg용매) m = 1000*용질의 질량/용질의 분자량*용매의 질량
• Molarity(몰농도) : 용액 1L 속에 들어 있는 용질의 물질량 (mol용질/L) M = 용질의 질량/용질의 분자량*용액의 부피(L)
• 노르말농도(Normality, 규정농도) : 용액 1L에 녹은 용질의 당량수 N = 용질의 질량/용질의 당량*용액의 부피(L)
2.7 농도(Concentration)
• (ppm; parts per million), (ppb; parts per billion)
• ppm & ppb : 기체나 액체 혼합물 중의 미량 성분의 농도를 나타내기 위해 사 용
고체, 액체 ppm ; 질량분율 기체 ppm ; 물질량분율 기체농도 ; 질량/부피 단위
ppmi (1/백만) === 10ppm = 10mol/ 100만mol
ppbi (1/십억) === 10ppb= 10mol/10억mol
제 3 장 계산 기준
나노소재공학부
교 수 이 영 세
계산의 기준
계산의 기준
1) 주어진 자료 읽고 무엇을 요구하는가 이해 2) 필요한 data 결정
3) diagram(약도) 작성, data 기입, 조건기입 4) 계산의 기준 정한다.
질량 기준, 물질량 기준 대응성분(tie component) 5) 양론방정식 작성
6) 계산
