제 18장 기액 2상계 : 부분포화와 습도
18.1 부분포화
○ 부분포화(partial saturation)
기체가 증기로 완전히 포화되지 않는 경우(증기가 액상과 평형 이 아님) -->
증기분압 < 액체의 증기압(동온)
○ 습도(humidity)
증기를 포함하지 않는 건조공기의 단위질량당 동반되는 수증기 의 질량 (kg수증기/kg건조공기 )
○ 포화도(saturation degree)
수증기, 공기 이외의 기체, 증기에 대해서는 포화도(kg증기/kg건조기체 )
(relative saturation, relative humidity )
18.1-1 상대포화도(상대습도)
*
100
v v
r
p
h p
주어진 온도에서 포화증기압에 대한 증기분압의 비 p증기 증기분압(pa)
RS = --- ×100 = --- ×100 p포화 포화증기압(ps)
p증기 : 기체혼합물중 증기의 분압
p포화 : 임이이 온도에서 증기의 포화증기압
p1 p1/pt V1/Vt n1 mass1 RS = --- = --- = --- = --- = --- p*1 p*1/pt Vsatd/Vt n1. satd mass1. satd
※ 일기예보 25℃, 습도 60%
p수증기(pH2O)
상대습도(60%) = --- ×100 (25℃에서 측정) p포화수증기(p*H2O)
(이때 기체를 냉각하면 상대습도 증가 --> 왜냐하면 수증기 분압은 일정하지만 물의 증기압이 온도에 따라 감소하기 때문 이다. )
상대포화도 0% : 가스 중에 증기가 존재하지 않을 때 상대포화도 100% : 증기가 완전히 포화된 상태
(증기분압=포화증기압)
○ 이슬점(노점, dew point)
전압, 조성 = constant, 공기를 냉각했을 때 공기중의 수증기가 최초로 응축하 기 시작하는 온도
상대습도 100% : 수증기 분압(p수증기) = 포화수증기압(p포화수증기) ---> 수증기 응축
18.1 -2 물질량포화도
(증기를 제외한) 건조기체의 몰수에 대한 증기의 몰수 비
n증기 증기의 분압(p증기)
Hm (몰포화도) = --- = --- n건.기(증기 제거한 기체) 건조기체의 분압(pt-p증기)
(molar saturation)
gas dry of moles
vapor of
moles gas
free vapor
of moles
vapor of
moles p
P h p
v v m
○ 이성분계(binary system)
pt = p1 + p2 nt = n1 + n2
n1 p1 V1 n1 p1 V1 ---- = ---- = ---- = --- = --- = --- n2 p2 V2 nt- n1 pt-p1 Vt -V1
( 1 : 증기 2 : 건조기체)
RT V P ˆ
18.1 -3 질량습도
(n증기)(M증기) mass증기
H= --- = --- (분자량 곱하면 질량비) (n건조기체)(M건조기체) mass건조기체
수증기와 완전 건조공기의 질량비
비교포화도(Percentage Saturation Degree)
혼합기체가 실재 온도, 전압에서 포화상태의 몰포화도에 대한 실제의 몰포화도의 비 mol증기
[---]실재 mol건조기체
Hp(비교포화도) = -- --- mol증기
[---]포화 mol건조기체
log p*
※ 증기 :1, 건조기체 : 2 n1
[----]실제 n2
Hp(비교포화도) = --- ×100 n1
[----]포화 n2
p1
[----]실제 p2
= --- ×100 p1
[----]포화 p2
p1
[---]실제 p2t -p1
= --- ×100 p1
[---]포화 pt - p1
p1 pt - p*1
= --- [---] ×100 p*1 pt - p1
pt - p*1
= (상대포화도) [---] ×100 pt - p1
(상대포화도 항상 비교포화도 보다 크다.)
(상대포화도 100%, 0% : 비교포화도 = 상대포화도)
제 19장 상률과 기액평형
19.1 Gibbs의 상률(phase rule)
상률은 평형계에 적용 상률(Phase rule)
평형인 계의 상태 결정에 꼭 필요한 변수의 수(자유도)를 결정하는 방법 (온도, 압력, 조성)
○ 자유도수(number of degree of freedom) : F
평형을 변화시킬 수 있는 상태변수 중 독립적으로 변할 수 있는 시강변수의 수 (세기인자, 시강인자)
시강인자(Intensive variable)(세기성질) : 계를 구성하는 물질의 양에 무관한 특성 값 (온도, 압력, 밀도, 비용, 질량분율, 몰 분율, 비내부에너지, 비엔탈피)
시량인자(Extensive variable)(크기설질) : 계의 양이나 크기에 상관되는 특성 값 (부피, 질량, 전내부에너지, 전엔탈피)
○ 불변계(invariant system)
조건을 변화시키면 한 상이 사라지는 계 즉, 자유도가 0인 계 (하나의 상이 소멸되지 않는 한 조건을 바꿀 수 없는 계) 예) 물-얼음-수증기 공존
F = C -P + 2 = 1 - 3 + 2 = 0 (0.01℃, 0.00602atm)
○ Gibbs의 상률(평형계에만 성립) F = C -P + 2
F : 자유도, C : 성분 수(물질의 종류),
P : 상의 수(형태 : 기,액,고상 등에서 물리적으로 균일한 영역)
19.2 2성분 기액평형
압력, 온도, 조성에 해당하는 3차원 도표 필요 --> 변수 하나를 고정시켜 2개의 변수 만으로 계의 상태를 나타낸다.
○ 2성분 혼합물에서 자유도가 1인 경우 F= C - P + 2 = 2 - P + 2 = 4 -P ( P = 3이면 F = 1)
공비혼합물 : 혼합물을 일정압력하에서 증류할 때 일정온도, 일 정조성에서 용액의 조 성과 증기의 조성이 일치하여 비등점이 그곳에서 극대 및 극소를 가지는 혼합물 (최고 비점이나 최소 비점을 가지는 혼합물)
