제 8 장 물리적 공정의 물질수지
물질수지 풀이 기본 개념
- 질량은 결코 만들어지지도 소멸되지도 않는다 .
- 물질수지를 다루는 데 있어서 중요한 원칙은 총질량이 보존된다는 것이다 .( 핵반응 제 외 ) ☛ 질량 보존의 법칙
예제 풀이
화학반응이 없는 3 성분 프로세스
EtOH ? W? {H2O ? MeOH ? ↑
F=100kg → □ → P=60kg 50% EtOH 80% EtOH 40% H2O 5% H2O 10% MeOH 15% MeOH
○ 총괄물질수지 : 입량 = 출량
F = P + W 100 = 60 + W ⇒ ∴ W = 40kg
○ 각 성분 물질수지 : 입량 = 출량 wi,F(F) = wi,P(P) + wi,W(W)
EtOH : (0.5)(100) = (0.8)(60) + wEtOH,W(W) H2O : (0.4)(100) = (0.05)(60) + wH2O,W(W) MeOH : (0.1)(100) = (0.15)(60) + wMeOH,W(W) W = 40kg 을 대입
∴ wEtOH,W = 0.05, wH2O,W = 0.925, wMeOH,W = 0.025 ( 질량분율의 합 : wEtOH = wH2O = wMeOH = 1)
sol) Steady State
흐름양 F, P, W 에서의 각 성분의 질량분율 : wF, wP, wW
성분수지 : wi,F(F) = wi,P(P) + wi,W(W)
단일계의 물질수지 해석 및 풀이
예제 8.1 – 8.7
제 9 장 화학반응과 양론관계
9.1 양론
) 0
(
dt V d dt
dm
* 화학 양론식이 input 과 output 의 반응물과 생성물의 상대적 양을 제한
* 생성(generation) 과 소멸 (consumption or disappearance) 항이 존재
3 2
2 2
2SO O SO
3 2
2
3 2
2
3 2
2
2 2
) (
2 ) 1
( ) (
SO O
SO O
SO O
SO O
SO O
SO X
* 화학 양론 (Stoichiometry)
화학종이 다른 화학종과 결합할 때 그 비례에 관한 이론
* 화학양론 방정식
반응에 참여하는 반응물과 생성물의 상대적인 분자수 (mol 수 ) 1. 반응 물질과 생성물질을 알려준다 .
2 양론계수는 반응물과 생성물의 물질량비를 알려준다 .
* 화학양론 계수
화학양론 방정식에서 각 화학종 앞의 계수
* 반응물과 생성물간의 수지가 맞추어져야 한다 .
3 2
2 2
2SO O SO
h kg /
1600
SO
3h O kmol porduced
SO kmol SO
kg h
reacted O
kmol SO
kmol produced
SO
kg 2
3 3
2 3
3 10
2 80
1 1
1600
* 화학양론비
① 수지가 맞추어진 양론식에서 양론계수의 비
② 반응에 참여하는 반응물과 생성물간의 환산인자 ex)
의 를 생성하려면 필요한 산소의 양은?
예제 9.1, 9.2, 9.3
9.2 양론관련 용어
9.2-1 반응진행도 ( )(Extent of reaction)
특정 양론식에 기초하여 반응이 진행된 정도 ‘반응한 물질량’
반응에 관여하는 ( 반응물 , 생성물 ) 화학종의 물질량의 변화랼을 해당 양론계수 로 나눈 값 < 생성물의 양론계수 + 값 , 반응물의 양론계수 – 값 >
예 ) 20mol 이 10mol 과 반응하여 15mol 이 생성된 경우 반응진행도 는 ?
sol) 반응진행도는 생성량으로부터 구할 수 있다 . 변화량 : 15-0=15mol
양론계수 : 2mol/mol 반응량
= 반응후 계에 존재하는 화학종 i 의 물질량
= 반응시작 전에 계에 존재하는 화학종 i 의 물질량
= 특정반응식에서 화학종 i 의 양론계수
는 반응에 의한 i 성분의 생성량 또는 소비량
예제 9.4
9.2-2 한정반응물과 과잉반응물
* 한정반응물 (limiting reactant)
반응이 진행될 때 먼저 없어지는 반응물 ( 화학 양론비 이하인 반응물 )
* 과잉 반응물 (excess reactant)
반응이 진행될 때 남는 반응물 ( 화학 양론비 이상인 반응물 )
• 과잉반응물의 과잉율 (%) :
과잉반응물의 공급량 (n)- 한정반응물과 반응하는데 필요한 과잉반응물의 양 (ni) ---×100
한정반응물과 반응하는데 필요한 과잉반응물의 양 (ni)
100
s s
n n n
예 )
헵탄 1 몰과 산소 12 몰을 공급하면 헵탄 ; 한정반응물 , 산소 ; 과잉반응물
# 한정반응물 알아내는 방법
최대 반응진행도 ( ) 가 가장 작은 반응물이 한정반응물
예제 9.5
9.2-3 전화율 (Conversion) 과 반응완결도 (degree of completion)
전화율 : 공급물이나 핵심성분이 생성물로 전화되는 분율 반응완결도 : 한정반응물이 생성물로 전화되는 분율
예 )
헵탄 10kg 으로부터 이산화탄소 14.4kg 이 생성되었을 때 전화율 ?
9.2-4 선택도 (Selectivity)
예 )
Page 253 그림 9-1 참조
9.2-5 수율 (yield)
1) 수율 ( 공급량 기준 ) = 목적생성물의 생성량 / 한정반응물의 공급량 2) 수율 ( 소비된 반응물기준 )
= 목적생성물의 생성량 / 한정반응물의 소비량 3) 수율 ( 한전반응물의 이론적 소비량기준 )
= 실제 얻은 생성량 / 이론 생성량
실제수율이 이론수율과 다른 이유? 1) 반응물 중 불순물
2) 환경으로부터의 누출 3) 부반응
4) 가역반응
예제 9.6
