단원 3 가스, 증기, 액체, 고체

) 0

( 

 dt V d dt

dm 

단원 3 가스, 증기, 액체, 고체

제 13장 이상기체

 

 



실험 자료측정

추정 기본물성데이터로부터

자료추정

자료원 개의

출처 믿을만한

물성데이터의 자료조사

- -

) 4

( -

• 순성분과 혼합물의 물성 추정

물성(property) : 압력, 부피, 온도 등 물질의 측정 가능한 특성 내부에너지처럼 계산하거나 추산할 수 있는 특성

• 상(phase) : 완전히 균일하고 균질인 물질의 상태

• 상태(State) : 계가 어떤 시점에서 가지는 성질의 고유집합

• 평형(Equilibrium) : 자발적 변화가 일어나지 않으려는 상태

실험자료, 표, 그래프, 수식

이상기체 (ideal gas)

기체인 경우 액체와는 달리 P-V-T 관계식 필요

기체분자는 완전 탄성체

① 분자(원자)간 거리가 멀다.

② 분자간 인력 무시 ③ 분자 자신의 체적 무시

□ Boyle's law : 기체의 압력과 부피 관계

일정 온도에서 일정량의 기체의 부피(V)는 그 압력(P)에 반비례

p ∝ 1/V p = k/V pV = k(constant)

□ Charle's law : 기체의 부피와 온도 관계

일정 압력에서 기체의 부피는 절대 온도에 비례 V ∝ T V = kT V/T = k(constant)

※ Gay-Lussac, Dalton, Amagat 법칙 13.1 이상기체 법칙

이상기체 상태방정식 : 5기압 이하, 실온 이상조건에서 실제 기체에 적용

W W

pV = --- RT, pM = ----RT = ^ρRT M V

p : 기체의 절대압력 V : 기체가 차지하는 전체부피

n : 기체의 몰수(물질량) R : 기체상수 T : 기체의 절대온도

○ 기체상수(gas constant, R)의 값

R = 0.08205

l-

-

= 1.987 cal/gmol-K = 1.987 Btu/lbmol-^oR = 8.314 J/gmol-K = 10.73 psi-ft³/lbmol-^oR

nRT

PV  ^{P V ˆ  RT}

□ Boyle-Charle 법칙 p₁V1 p₂V₂

--- = --- 1 : 초기상태, 2 : 최종상태 T1 T₂

p₁ T₂ V₂ = V₁ (---)(---) p₂ T₁

□ p, V, T 관계(초기상태에서 최종상태로 변하는 과정에서) p₁ V1 n₁ T₂

(---) (---) = (---) (---) p₂ V2 n₂ T₁

□ 기체의 부피특성(표준조건)

○ 표준상태(Standard State STP, Standard Condition SC) 0℃, 1atm : 과학일반

60℉, 14.7psi_a : 석유화학(천연가스공업)

○ 이상기체의 몰부피(Molal Volume) : 표준상태에서 기체 1 mol이 차지하는 부피

1 gmol = 22.4 ℓ 1 kgmol = 22.4 ㎥ 1 lbmol = 359 ft³

※ 표준상태 아닌 경우의 몰부피

= = =

mol atm

C , 1 1

0

22 . 414 l

RT V P ˆ 

질량(W) 분자량(g/gmol)

□ 기체의 밀도 = --- = --- [g/ℓ]

부피(V) 몰부피(ℓ/gmol)

기체의 부피는 온도, 압력에 따라 변하므로 밀도의 값도 변한다.

---> 온도, 압력 명기

□ 혼합기체의 밀도(STP)

( P_s = 1atm, T_s = 273K = 460。R ) 기체의 밀도

13.2 이상기체 혼합물과 분압, 분용

□ Dalton의 분압법칙

이상기체의 혼합물의 전압은 각 성분기체의 분압의 합과 같다.

partial pressure(분압) : 기체의 한성분이 혼합물과 동온, 동 부피에 단독으로 존재할 때의 압력

( 동온, 동부피)

=

+ 󰅈󰅈󰅈 +

...

◯□△

△◯□

□◯△

이상기체에서

(혼합기체의 몰분율 전압을 알면 이 성분의 분압을 알 수 있다)

⇒ Raoult's law(이상용액 : 몰분율이 1에 가깝거나

곧은 탄화수소처럼 화학적 성질이 유사한 성분으로 된 용액) (각 성분의 압력분율은 각 성분의 몰분율과 같다)

□ Amagat의 분용의 법칙

혼합 기체가 갖는 부피는 각 성분의 부분부피, 즉 순성분 부피의 합과 같다.(동온, 동압)

partial volume(분용, 부분부피) : 혼합물과 동온, 동압에서 한성분 기체가 차지하는 부피

(각 성분의 부피분율은 각 성분의 몰분율과 같다)

(혼합기체의 몰분율, 전부피을 알면 이 성분의 분압을 알 수 있다)

13.3 이상기체의 물질수지

이상기체 가정

물질수지 : 물질의 양(질량, 물질량) 이상기체 물질수지 : 물질의 양, p, V, T

기체의 질량 뿐 아니라 임의의 온도, 압력, 부피 구할 수 있다.

↓

) ( 3

,

360

 C atm abs

 C

H



1100 kg / h

표준조건을 이용한 환산법을 써서 이 흐름의 부피유량을 계산하라.

의 속도로 반응기에 들어간다.

압력과 온도 : 절대압과 절대온도를 사용

그리고 이상기체 상태방정식을 유속의 식으로 쓰면 문제

풀이)

RT n V

P   

h kmol kmol

kg

h kg M

n m 19 . 0 /

/ 1 . 58

/

1100 



 



) ( 633 273

360 K

T    P  3 atm

T n

T n V

P V P

s s

s

 



  

h m l

kmol atm

K mol

m mol

l atm

K h

V kmol P

P T n

T n

s s s s

3 3

1000 329 1

3 273

1

1 1000

414 . 22 1

633 /

0 .

19



 





