) 0
(
dt V d dt
dm
제 16 장 단일성분 2 상계 : 증
기압
16.1 상 선 도
증기 : 상변화가 주목적인 공정에서 임계온도 이하의 기체 ( 응축 ) 기체 : 임계점 이상에 있는 기체 ( 비응축성 기체 )
○ 증기압
T, P = constant, 증발 ( 기화 ) 과 응축이 평형이 될 때의 압력 ( 일정온도에서 순물질의 액상과 증기상이 평형으로 존재하는 압력은 하나이다 )
표준비점 : 1atm 에서 비등이 일어나는 온도
P
T S
L
V
일정한 V 에서 p-T 관계 나타낸 상선도
1. 증기압 (Vapor Pressure): L-V 평형곡선 또는 S-V 평형곡선에서 , 어떤 온도 T 에서의 P 2. 끓는점 (Boiling Point): L-V 평형곡선 또는 S-V 평형곡선에서 , 어떤 압력 P 에서의 T 3.Normal Boiling Point: P=1 기압에서 끓는점 (B.P. 중 특별한경우 )
4. 승화점 (Sublimation Point): S-V 평형곡선에서 어떤 압력 P 에서의 온도 T 5. 용융점 (Melting Point): S-L 평형곡선에서 어떤 압력 P 에서의 T
6. 어는점 (Freezing Point): S-L 평형곡선에서 어떤 압력 P 에서의 T 7. 삼중점 (Triple Point): S,L,V 모두 공존하는 점 (T,P)
○ 포화 (saturated) : 증기와 액체가 평형에 있다 포화기체 : 기체가 응축하기 시작할 때의 기체
포화액체 : 액체가 증발 ( 기화 ) 하기 시작할 때의 액체
○ 과열도 (degree of superheat)
과열증기의 실제온도 - 동일압력에서 포화온도
○ 품질 (quality) : 건조도 , 포화증기의 중량분율
습한증기 = 포화증기 + 포화증기와 평형에 있는 포화액체
○
16.2 증기압 추
* 산Clapeyron
식순수한 물질의 증기압 와 절대온도 T 와의 이론적 관
p
*계
g l
v
V V
T
H dT
dp
ˆ ˆ
ˆ
*
T
where
: 절 대 온 도
p* : 순수한 물질의 증기 압
l
g V
V ˆˆ , : vapor 와 liquid 의 molar volume
Hˆv
: Latent heat of vaporization
(1 mole의 액체가 증발하는데 필요한 에너지 )
RT V P ˆ
* Clausius-Clapeyron 식의 유도와 사 용
가정 : 1. 압력이 높지 않다 .
g l
g l
g
V V V V
V ˆ ˆ , ˆ ˆ ˆ
2. 증기는 이상기체다 .
ˆ
*p V
g RT
Clapeyron 식에 적용
RT B p H ˆ
v ln
*ln p
*T
와 를 plot 하면 와 B 를 구할 수 있다 . 1
R
H ˆ
v
좁은 온도 범위에서 거의 직선 , 낮은 압력에서만 근사하게 맞음
예제 ) 16.1, 2, 3
* Antoine equation
C T A B
p*
log10 T= 절 대 온
도
A, B, C = 상수 ( 물질에 따라 다르 다 )
* Cox chart( 기 준 물 질 선 도 )
온도 vs.
log p*
log p* : 각 물 질 에 대 한 직 선 (p.
501)
제 17 장 포화 , 응축 , 기화
17.1 포 화
비응축성 기체와 혼합된 순수한 증기의 특성 ( 예 : 공기중의 수증기 )
* 포화 (Saturation)
system 의 T 와 P 에서 함유할 수 있는 증기 (vapor) 전부를 포함한 상태
• 비응축성기체 ( 기체혼합물 ) 가 액체와 접촉 기체는 액체로부터 증기 를 얻는다 .
-> 접촉유지하면 -> 평형 ( 가스는 주어진 온도에서 증기로 포화 ) 즉 , 기화속도 = 응축속도 ( 액체와 증기의 양이 일정하게 유지 ) 평형에 도달한 뒤의 액체는 더 이상 기상중으로 기화하지 않는다 .
* 이슬점 (dew point) : 증기가 응축하기 시작하는 온도 ( 증기분압 = 증기 압 )
물 - 공기계 : 불포화상태 :
평형에서 수증기분압은 이슬점에서의 증기압보다 클 수 없다 -> 더 이상 압력증가시키면 수증기 응축
17.1 포 화
이상적인 거동시
:
p
H2O y
H2OP
공기 , 수증기 --> 이상기체법칙 적용 , Dalton 의 분압 법칙
17.2 응 축
온도를 내리거나 압력 증가시키면 증기의 일부가 액화하는 현상 ( 증기의 분압은 안정한 상태에서는 액체의 증기압보다 커질 수 없어 응축이 일어난다 .)
∵ 이면 상대포화도가 100% 가 넘는다 .
* 증기 응축시키는 방법
1) 정압에서 냉각 ( 부피 작게 변한다 ) 2) 정용에서 냉각 ( 압력 작게 변한다 ) 3) 등온에서 압축 ( 부피 작게 변한다 )
예 ) p.522, 523 설명
17.3 기 화 (vaporization), 증 발 (evaporation)
비응축성 가스 중에서 액체가 증기로 변하는 현상 1) 액체를 기체로 변화시키는 조작
2) 휘발성물질을 날려보내 용액을 농축시키는 조작 3) 열과 물질의 이동
* 증발조작에서 일어나는 현상 1) 비점상승
2) 비말동반 : 증기속에 존재하는 작은 액체방울
- 생성원인 ; 액면 증기의 발생속도 , 액의 점도 , 밀도 , 표면장 력 ,
장치구조
- 생성방지 ; 침강법 ( 증기상승속도낮춤 ), 원심력 ( 방해판 , 증기 회전운동 )
3) 거품 : 끓는 액체표면에 안정된 기체 담요 형성
- 발생원인 ; 액체표면의 표면장력 , 표면층 안정하게하는 미세 분된 고체나 콜로이드 물질 )
- 제거 ; 거품기포와 뜨거운 액체 접촉 , 면실유 , 황화피마자유 , 식물류첨가
