화공 양론
나노소재공학부
교수 이 영 세
1. 화공양론, 조영일 외4인 역, 도서출판 한산
2. Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, 6th ed., David M. Himmelbrau, Prentice-Hall Inc. 1996.
3. Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd ed., Richard M.
Felder and Robnald W. Roussau, John Wiely & Sons, Inc., 2000.
4. Perry's Chemical Engineer's Handbook, 7th Edition, R.H.Perry and D.W.Green Eds., McGraw-Hill, New York, 1997
1. Presentation [ 10% ], Attendance [ 10% ] 2. Weekly home problems. [ 20 % ]
3. Midterm examinations [100%] and final examination [100%]
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1. 화학 공업이란
화학공업은 화학의 원리를 공업에 적용하여 자 연에 존재하는 모든 자원을 활용하여 인류에게 유용한 제품을 생산하여 보다 풍요로운 문화생 활을 하게 한 공업의 핵심분야
석유화학과 그 계열공업, 식품 및 화장품 공업,
화학비료 및 의약품공업, 유리, 도자기, 시멘트
공업, 새로운 소재의 개발공업, 무공해 에너지의
개발 등을 들 수 있다.
2. 화학 공업의 특징
⑴ 장치 공업이다.
⑵ 물질 공업이다.
⑶ 공정 공업이다.
⑷ 계열화가 쉽다.
⑸ 기술 개발 속도가 빠르다.
3. 화학 공학이란?
화학공학은 천연자원으로부터 인간의 생
활에 필요한 제반 물질을 만드는 화학, 물리
및 생물공정 의 개발, 설계, 운전 및 관리운
영을 연구하는 학문이다. 특히 최근에는 에
너지, 환경, 생물화학공학, 공정 시스템, 고
분자 및 전자재료의 프로세싱 등을 포함한
종합공학의 성격을 띈 학문으로 중요한 역할
을 하고 있다
① 물질수지(material balance)
② 에너지 수지(energy balance)
③ 평형(equilibrium)
④ 전달속도(transfer rate)
⑤ 경제수지(economic balance)
4. 화학 공학의 기초
화학공학의 분야
processes (공정) 이 포함됨 (반응물 → 생성물) - traditional area
- new fields : environmental science &
engineering bioengineering
semiconductors manufacturing genetic engineering
pollution control facilities nano engineering
energy engineering
5. 공정기초양론이란
화학공정계산, 화공양론
Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering Chemical Engineering Stoichiometry
Stoichion(원소, element) + metron(측정) -> Stoichiometry
화학반응에 있어서 원소와 화합물간의 정량적인 관계를
다루는 분야
6. 단위조작이란
1)유체 조작-유체 수송, 유량, 마찰손실 2)열전달 조작-열교환기, 증발기,응축기
3)물질전달 조작-증류, 추출, 흡수, 흡착, 건조
4)분쇄 조작-분쇄, 분체, 여과
⑴ Design
⑵ Construction
⑶ Operation
⑷ Research
⑸ Management
화공 기술자의 의무
Course description
* 화학공장의 여러 공정들을 단위 공정 별로 분석
* 주어진 공정변수들 사이의 관계를 설정하여 실험과 경험을 조화
* 여러 법칙과 원리들을 이용하여 최종적으로 요구되는 문제의 해답 을 구하는 방법을 배운다.
* 공정에 관한 물질수지와 에너지수지를 수식화하여 풀 수 있는 능력 배양
* 공정해석과 공정조업의 이상유무를 판단할 수 있는 능력 배양
또한 단위조작(유체역학, 열 및 물질전달 ),반응공학, 열역학 및 공정제어 등 화학공학 관련 전공과목들의 기본개념들과 나아가 각 과목의 연관성을 습득
COURSE TOPICS
1. Overview of elementary principles of chemical process 2. What some chemical engineers do for a living
3. Introduction to engineering calculation 4. Processes and process variables
5. Fundamentals of Materials Balances 6. Energy and Energy Balances
7. Balances on Nonreactive Processes 8. Balances on Reactive Processes
화공 기술자의 역할
What Some Chemical Engineers Do for a living
화학공학의 정의와 영역은 존재하지 않음.
최근 졸업생들의 진로
- 졸업생의 45% : 큰 화학 물질 생산 업체, 석유 화학, 펄프와 제지, 플라스틱 및 그 밖
의 여러 가지 재료 생산 업체, 또는 섬유 제조 업체에서 일함.
- 약 35% 정부 기관 과 화학공정 설계 및 자문회사, 반도체공학 및 생물공학
- 약 10% 대학원 진학 (유체역학, 열 및 물질 전달, 열역학, 화학반응기 해석 및 설계, 화학 공정 설계 및 제어, 생물공학, 나노소재공학, 반도체 공학)
사례 연구 : 한 회사의 연구개발부에서 신물질 개발 후 제품 생산 과정.
- 어떤 형태의 반응기를 사용해야 하는가 ? 긴 관에서 ? 한 개의 큰 탱크 ? 크기와 재료는 ? 자체 반응열 때문에 온도가 너무 올라가서 폭발하지 않을까 ?
- 생성물과 미반응물을 포함하고 있는 반응기에서 생성물을 어떻게 분리해낼 것인가 ? - 어떻게 반응물을 반응기로 보내고, 생성물을 반응기로부터 뽑아내며, 또 어떻게 가열, 냉각, 분리에 필요한 장치들을 설계해야 하는가 ?
- 위의 의문에 대한 충분한 답을 할 수 있을 만큼 반응계를 충분히 알고 있는가 ? 아니면 파일럿 플랜트를 새워서 보충 연구 실험을 수행해야 하는가 ?
- 폐기물이 생긴다면 양은 얼마나 되는가 ? 미처리 상태로 버린다면 환경 문제는 ? - 공정 자동화, 경비, 공장 시운전 및 유지보수
Introduction to Engineering Calculations
• 화학공정은 원료 물질을 원하는 생성물로 전환시키기 위 해 설계된 공정을 포함. 새로운 공정의 설계나 기존 공정 의 해석에 관련된 많은 문제들은 일정한 형식을 갖고 있는 데, 즉 원료 물질의 양과 특성치가 주어진 상황에서 생성 물의 양과 특성치를 계산하거나, 또는 그 반대의 경우임.
- 단위와 차원 (Units and Dimensions) - 단위 환산 ( Conversion of Units) - 단위계(Systems of Units)
- 힘과 무게 ( Force and Weight) - 수치적 계산 및 추산
- 차원의 균일성과 무차원 양
(Dimensional Homogeneity and dimensionless Quantities) - 공정 자료의 표현 및 해석
공정과 공정 변수
Processes and Process Variables
• 물질의 양, 유속, 조성, 압력, 온도 등을 어떻 게 직접 측정하느냐 또는 측정치와 물성치를 사용하여 어떻게 계산하는가를 설명하고, 또 이들 변수를 표현하는 서로 다른 방법들 간의 전환방법을 다룸.
- 질량과 부피 (Mass and Volume) - 유속 (Flow Rate)
- 화학 조성(Chemical Composition) - 압력 (Pressure)
- 온도 (Temperature)
물질수지 기초
Fundamentals of Material Balances
• 모든 화학공정의 해석에는 공급류와 생성류에 들어 있는 모든 공정 성분종들에 대한 물질수지를 세우고 푸는 것이 포함된다. 이 물질수지에 대한 개요와 체계 적인 접근을 설명함. 그 과정은 흐름도를 작성하여 표 기하고 모든 미지의 공정 변수를 구할 수 있는 충분한 식들을 세울 수 있는지를 확인하는 과정이 필요함.
- 공정의 분류 (Process Classification) - 수지 (Balance)
- 물질수지 계산(Material Balance Calculation) - 다중장치 공정의 수지
(Balances on Multiple-Unit Processes) - 순환(Recycle)과 우회(Bypass)
- 반응계의 수지(Balances on Reactive System)
- 반응공정에 대한 수지(Balances on Reactive processes) - 연소반응(Combustion Reactions)
