전달공정 Transport Processes and unit operation 제 1 장 전달공정 개요

전달공정

Transport Processes and unit operation

제 1 장

전달공정 개요

화학공정 = 단위조작의 집합체

단위조작관련된 전달현상

1. 운동량전달 : 유체흐름

2. 열전달 : 건조 , 증류 , 증발

3. 물질전달관련 : 증류 , 흡수 , 건조 , 막분리 , 결정화 , 흡착 액액추출 , 액고침출 등

교재 4 쪽

운동량전달 운동량 =mv or v

단위 – SI 단위계 (MKS)

온도 : Kelvin (K)

몰단위 : 몰분율 , mol or kmol

농도 : 몰농도 (mol/l), 질량농도 (kg/l) 속도 : m/s, km/hr

열전달

열 =mC_pT or  C_pT

물질 =mol or 물질전달 C_A

교재 6-10 쪽

압력 : Force/Area = ma/A (N/m

= Pa)

1.4 기체법칙과 증기압

T b a P

equation Antoine

A

 1  log

PV=nRT

증기압의 온도에 따른 식

증기압과 끊는점 온도

부록의 구성

• A.1 기본상수와 환산계수

• A.2 물의 물성

• A.3 무리물과 유기물의 물성

• A.4 실품과 생물체의 물성

• A.5 파이프 , 튜브 및 체의 성질

1.5 질량보존과 물질수지

1.간단한 공정도를 그린다 .

2.각 흐름선마다 조성 , 온도 , 압력 , 성분을 표시 3.( 있다면 ) 관련 반응식을 쓴다 .

4.총괄물질수지식을 세운다 .

5.성분별 물질수지식을 세운다 .

교재 13-14 쪽

예제 1.5-2 결정화 공정의 물질수지

증발기 결정화

F=1000kg/h 공정 H₂O: x_f=0.8 KNO₃: y_f=0.2

W

H₂O: x_w=1

R

H₂O: x_r=0.625 KNO₃: y_r=0.375

P

H₂O: x_p=0.04 KNO₃: y_p=0.96 S

H₂O: x_s=0.5 KNO₃: y_s=0.5

교재 15 쪽

증발기 결정화 F=1000kg/h 공정

H₂O: x_f=0.8 KNO₃: y_f=0.2

W

H₂O: x_w=1

R

H₂O: x_r=0.625 KNO₃: y_r=0.375

P

H₂O: x_p=0.04 KNO₃: y_p=0.96 S

H₂O: x_s=0.5 KNO₃: y_s=0.5

교재 15 쪽

총괄물질수지

성분물질수지

F+R=W+S F=W+P

H

O: S·x

=R

x

+P

x

KNO

: S

y

=R

y

+P

y

S=R+P

H

O: F·x

=W

x

+P

x

KNO

: F

y

=W

y

+P

y

1.6 에너지와 열용량

K kg C J

capacity heat

P

 

예제 : 1.6-2 우유의 가열

4.4

C 우유 ( 열용량 =3.85kJ/kg/K) 4536kg/h 를

54.4

C 로 고온 멸균한다고 할 때 , 필요한 열량은 얼마인가 ?

 

kW s

h kJ kJ

K K kg

kJ h

kg T C

m

Q

6 . 242 /

55 . 242 873180

4 . 4 4

. 85 54

. 3 4536









 





  

교재 20 쪽

예제 1.7-3 유당의 산화반응 ( 생화학적 생체공정 )

생체공정

1 mol Lac, 37

C

12 mol O

, 37

C

11 mol H

O, 37

C 12 mol CO

, 37

C 발열량 : -H

C

-주어지는 데이터들

Lactose C_pl=1.20J/g/K

Oxygen C_po=29.38J/mol/K CO₂ C_pc=37.45 J/mol/K H₂O C_pw=4.18 J/g/K

Lactose 분자량 = 342.3 g/mol H₂₅^o_C = -5648800 J/mol

온도 , K

반응물 생성물

25^oC 37^oC

예제 1.7-3 유당의 산화반응 ( 생화학적 생체공정 )

생체공정 1 mol Lac, 37^oC

12 mol O₂, 37^oC

11 mol H₂O, 37^oC 12 mol CO₂, 37^oC 발열량 : -H₃₇^o_C

온도 , T

반응물 생성물

25^oC 37^oC

-H₂₅^o_C -H₃₇^o_C

1. AB : E₁= mC_p T₁

A

B C

D

2. BC : E₂= - H₃₇^o_C 3. CD : E₃= -mC_p T₁ 4. AD : E₄= - H₂₅^o_C

E₄= E₁ + E₂ + E₃ 생체공정

1 mol Lac, 25^oC

12 mol O₂, 25^oC

11 mol H₂O, 25^oC 12 mol CO₂, 25^oC 발열량 : -H₂₅^o_C

예제 1.7-3 유당의 산화반응 ( 생화학적 생체공정 )

온도 , T

반응물 생성물

25^oC 37^oC

-H₂₅^o_C -H₃₇^o_C

A

B C

D

1. AB : E₁= mC_p T₁ 2. BC : E₂= - H₃₇^o_C 3. CD : E₃= -mC_p T₁ 4. AD : E₄= - H₂₅^o_C

E₄= E₁ + E₂ + E₃

E₁ = m_Lac·C_pl·(37-25) + m_oxy·C_po·(37-25)

E₃ = m_CO2·C_pc·(25-37) + m_water·C_pw·(25-37) =-9943J - 5393J = -15336J

=4929J + 4230J = 9159J

-5648800 J = 9159 J + E₂ – 15336 J

E₂ = -5648800 J - 9159 J + 15336 J = -5.642610³ kJ/mol (lactose)

1.8 미분 과 적분

y

2 x 4

1 0

y

2 x 4

0 6

5

1 2

1 2

x x

y y

x y dx

dy



 



 

1 2

x x

y y

x y dx

dy



 



 

2 3





 x y

교재 28 쪽

1.8 미분과 적분

10 y

2 x 4

0

1 2

1 2

x x

y y

x y dx

dy



 



 

2 3





 x y

10 y

2 x

0 dx

y

dx y

ds





ds

) (

....

10 2

1

3 2

1























n if ds ds

ds ds

ds ds

S

n

i i

n

 

ydx

S

과제 1

• 1.4-4

• 1.5-1

• 1.5-9

• 1.8-2