게시판 > 질답게시판 > 가스량을 알고 싶습니다..

스테파노 Stefano

09-06-05 15:38

(1) 가스분석치의 기준
Dry Base or Wet Base
가스 분석 데이터를 나타내응 방법에는 수분을 포함한 분석치(Wet Air Base 분석치)와 수분을 제외한 분석치(Dry Air Base 분석치)로 두가지 방법이 있으므로 먼저 분석치의 기준이 무엇인지 확인해 봐야 합니다. 물론 이들 분석치들은 수분함량을 알면 서로 환산할 수 있습니다.

Mole(Volume) Base or Mass Base
기체성분의 분석치는 주로 Mole 기준으로 나타내지만 Mass 기준 성분농도로도 나타낼 수도 있습니다.

(2) Dry Air Base시 전체 공기의 성분 구성
공기(질소, 산소, CO2, 등), 수분, 및 악취가스(질문에서 인용한 NH3, H2S, 등)를 포함한 전체 분석치는 다음과 같이 알 수 있습니다. (악취가스의 농도들은 모두 Dry Air Base로 나타낸 몰농도라고 가정하는 경우입니다.) 공기의 경우 CO2, Ar, H2, 등을 포함한 표준 공기농도가 있기 때문에 이를 참조해야 하겠지만 건조공기의 구성은 산소21 m%, 질소 79m%로 되어 있다고 가정합니다.

또 질문에서 산소농도는 나타나 있는데 질소는 나타나 있지 않습니다. 따라서 이로부터 질소의 양을 추정해야 합니다.
질소와 산소의 비율은 일정하다고 보면 산소 몰농도의 79/21은 질소몰농도가 될것입니다.

NH3 340 mppm dry basis
H2S 380 mppm dry basis
CO 14 mppm dry basis
SO2 154 mppm dry basis
-----------------------------------
Sub-total 888 mppm dry basis (= (888/1,000,000)*100m% = 0.088 8 m%)

Gas: 0.088 8 m% dry basis
O2: 20.800 0 m% dry basis
N2: 78.247 6 m% dry basis (=20.8 m% *79/21)
----------------------------------------
Total 99.136 4 m% dry basis

전체 농도가 100 m%가 되어야 하는데 맞지 않습니다. (아마 수분이 누락되었다고 잠정결론을 얻지만 확인해 보기 위해 습공기 기준 농도라고 보고 계산해 봅니다.)

(3) Wet Air Base 가정 전체 공기의 성분 구성
상대습도 99%, 건구온도 21℃로부터 수분의 농도를 구할 수 있습니다.
상대습도 99%RH 라는 의미는 물의온도 21℃에서의 증기압의 99%가 공기중의 분압이라는 의미가 됩니다.

(99 %RH) * (21도에서의 물의 증기압, 18.6 mmHg) = (공기중 수분분압, 18.41 mmHg) ...(1) 따라서,
(습공기중의 수분 농도, m%) = (18.41/760)*100 m% = 2.423 m%

Gas 농도와 O2농도가 모두 습공기를 기준으로한 농도라고 하면

Gas: 0.088 8 m% wet basis (세부 항목별 농도수치는 (2)항 참조)
O2: 20.800 0 m% wet basis
N2: 78.247 6 m% wet basis
H2O: 2.423 0 m% wet basis
----------------------------------------------------------
Total 101.559 4 m% wet basis

합계가 100m%가 되어야 하므로 이 값도 맞지 않습니다.
(따라서 질문에서 인용한 분석치는 Dry Basis도 아니고 Wet Basis도 아닌, 말하자면"문제가 있는"분석치입니다.)

(4) 가스분석에서 산소농도를 무시하고 전체농도 계산

Gas: 0.088 8 m% dry basis
Air: 99.911 2 m% dry basis
---------------------------------------------------
Total 100. 000 0 m% dry basis

위 분석치들은 건조가스 기준 성분함량이라고 가정하면 수분을 빼고 100%가 됩니다.
산소농도는 맞지 않다고 보고 위의 표를 기준으로 각 성분들의 dry bas 농도를 계산할 수 있지요. --> 답글요망

여기에 수분이 추가로 들어 있다고 가정하고 혼합건조가스당 수분량을 구해서 더해주면 됩니다
건조가스 100 mole (기준) 각 성분의 양을 나타내면

Gas: 0.088 8 mole
Air: 99.911 2 mole
+ H2O: 5.870 9 mole <== 100 mole* 2.423 mole%/(100-2.423) mole%=(수분 몰수/건조공기 몰수), (3)항 참조
----------------------------------------
Total: 105.870 9 mole

위의 몰 함량을 기준으로 각 성분의 wet basis mole 농도를 나타내서 답글로 올려주세요---->답글요망

(5) 각 가스의 성분유량

질문에서 가스유량 980 m3/h 이라고 나타냈는데 이 부피를 나타낼 때의 온도, 압력을 반드시 표시해 주던가, 아니면 표준상태의 부피 즉 Nm3/h의 단위로 나타내야 합니다. (온도, 압력 명시하지 않고 가스유량을 m3/h라고 나타낸 데이터는 전혀 쓸모가 없습니다.)

만일 Nm3/h로 나타낸 가스유량이라고 하면 이를 22.414 Nm3/kg-mole 로 나누면 kg-mol/h 단위의 몰유량을 얻을 수가 있습니다. 각 성분의 농도가 정확히 구해지면 여기에 전체의 몰유량을 곱하면 각 성분의 몰유량을 구할 수 있습니다.
-->답글요망

(6) 마지막 질문 <O2가 20.8% 이면 질소는 거의 79% 이고 나머지가 가스라는 건지요?>
산소가 20.8 m%이면 질소와 냄새나는 가스를 합한 것이 79.2 m%가 되어 전체가 100 m%가 되어야 하는데 앞서 계산해본 (2), (3)을 모두 점검해 봐도 각 성분 분석치의 합이 100%이 되지 않습니다.
따라서 < >의 명제는 맞지 않는 이야기입니다.

**환경분야에서 사용하는 농도단위는 더욱 더 엄밀하게 표현해 주어야 하는데도 (1) m%인지 w%인지 구분도 안하고 (2) vol ppm 인지 wt. ppm인지 구분하지도 않으며 (3) 농도 mg/L 혹은 g/m3 단위를 ppm과 혼용하여 사용하고 있고, 또한 Dry-base인지 Wet-base인지 명시하지도 않고도 전혀 서로간에 문제가 없다는 것이 신기하기만 합니다.
===>환경분야를 전공하고 있는 분이 계시면 이에 대해 설명해 주세요.

Mole(Volume) Base or Mass Base
기체성분의 분석치는 주로 Mole 기준으로 나타내지만 Mass 기준 성분농도로도 나타낼 수도 있습니다.

(2) Dry Air Base시 전체 공기의 성분 구성 
공기(질소, 산소, CO2, 등), 수분, 및 악취가스(질문에서 인용한 NH3, H2S, 등)를 포함한 전체 분석치는 다음과 같이 알 수 있습니다.   (악취가스의 농도들은 모두  Dry Air Base로 나타낸 몰농도라고 가정하는 경우입니다.)  공기의 경우 CO2, Ar, H2, 등을 포함한 표준 공기농도가 있기 때문에 이를 참조해야 하겠지만 건조공기의 구성은 산소21 m%, 질소 79m%로 되어 있다고 가정합니다.

또 질문에서 산소농도는 나타나 있는데 질소는 나타나 있지 않습니다.  따라서 이로부터 질소의 양을 추정해야 합니다. 
질소와 산소의 비율은 일정하다고 보면  산소 몰농도의 79/21은 질소몰농도가 될것입니다.

NH3 340 mppm dry basis
H2S 380 mppm dry basis
CO    14 mppm dry basis
SO2 154 mppm dry basis
-----------------------------------
Sub-total 888 mppm dry basis (= (888/1,000,000)*100m% = 0.088 8 m%)

Gas:  0.088 8 m% dry basis  
O2: 20.800 0 m% dry basis
N2: 78.247 6 m% dry basis    (=20.8 m% *79/21)
----------------------------------------
Total 99.136 4 m% dry basis

전체 농도가 100 m%가 되어야 하는데 맞지 않습니다.  (아마 수분이 누락되었다고 잠정결론을 얻지만 확인해 보기 위해 습공기 기준 농도라고 보고 계산해 봅니다.)

(3) Wet Air Base 가정 전체 공기의 성분 구성 
상대습도 99%, 건구온도 21℃로부터 수분의 농도를 구할 수 있습니다.
상대습도 99%RH 라는 의미는 물의온도 21℃에서의 증기압의 99%가 공기중의 분압이라는 의미가 됩니다.

(99 %RH) * (21도에서의 물의 증기압, 18.6 mmHg)  = (공기중 수분분압,  18.41 mmHg) ...(1)  따라서, 
(습공기중의 수분 농도, m%) =  (18.41/760)*100 m% = 2.423 m%

Gas 농도와 O2농도가 모두 습공기를 기준으로한 농도라고 하면

Gas:    0.088 8 m% wet basis  (세부 항목별 농도수치는 (2)항 참조)  
O2:   20.800 0 m% wet basis 
N2:   78.247 6 m% wet basis
H2O:  2.423 0 m% wet basis
----------------------------------------------------------
Total 101.559 4 m% wet basis

합계가 100m%가 되어야 하므로 이 값도 맞지 않습니다. 
(따라서 질문에서 인용한 분석치는 Dry Basis도 아니고 Wet Basis도 아닌, 말하자면"문제가 있는"분석치입니다.)

(4) 가스분석에서 산소농도를 무시하고 전체농도 계산

Gas:   0.088 8 m% dry basis
Air:   99.911 2 m% dry basis
---------------------------------------------------
Total 100. 000 0 m% dry basis

위 분석치들은 건조가스 기준 성분함량이라고 가정하면 수분을 빼고 100%가 됩니다.   
산소농도는 맞지 않다고 보고 위의 표를 기준으로 각 성분들의 dry bas 농도를 계산할 수 있지요.  --> 답글요망

여기에 수분이 추가로 들어 있다고 가정하고 혼합건조가스당 수분량을 구해서 더해주면 됩니다 
건조가스 100 mole (기준) 각 성분의 양을 나타내면

Gas:   0.088 8 mole  
   Air:   99.911 2 mole
+ H2O:  5.870 9 mole   <==  100 mole* 2.423 mole%/(100-2.423) mole%=(수분 몰수/건조공기 몰수), (3)항 참조   
----------------------------------------      
Total:  105.870 9 mole

위의 몰 함량을 기준으로  각 성분의 wet basis mole 농도를 나타내서 답글로 올려주세요---->답글요망

(5) 각 가스의 성분유량

질문에서 가스유량 980 m3/h 이라고 나타냈는데 이 부피를 나타낼 때의 온도, 압력을 반드시 표시해 주던가, 아니면 표준상태의 부피 즉   Nm3/h의 단위로 나타내야 합니다.  (온도, 압력 명시하지 않고 가스유량을 m3/h라고 나타낸 데이터는 전혀 쓸모가 없습니다.)

만일 Nm3/h로 나타낸 가스유량이라고 하면 이를 22.414 Nm3/kg-mole 로 나누면  kg-mol/h 단위의 몰유량을 얻을 수가 있습니다.   각 성분의 농도가 정확히 구해지면 여기에 전체의 몰유량을 곱하면 각 성분의 몰유량을 구할 수 있습니다.  
-->답글요망

(6) 마지막 질문  <O2가 20.8% 이면 질소는 거의 79% 이고 나머지가 가스라는 건지요?>
산소가 20.8 m%이면 질소와 냄새나는 가스를 합한 것이 79.2 m%가 되어 전체가 100 m%가 되어야 하는데 앞서 계산해본 (2), (3)을 모두 점검해 봐도 각 성분 분석치의 합이 100%이 되지 않습니다.  
따라서 < >의 명제는 맞지 않는 이야기입니다.

**환경분야에서 사용하는 농도단위는 더욱 더 엄밀하게 표현해 주어야 하는데도 (1) m%인지 w%인지 구분도 안하고 (2) vol ppm  인지 wt. ppm인지 구분하지도 않으며 (3) 농도 mg/L 혹은 g/m3 단위를 ppm과 혼용하여 사용하고 있고, 또한 Dry-base인지 Wet-base인지 명시하지도 않고도 전혀 서로간에 문제가 없다는 것이 신기하기만 합니다.  
===>환경분야를 전공하고 있는 분이 계시면 이에 대해 설명해 주세요.

green bsb1009

09-06-05 16:02

명쾌한 답변이신데...
질문자인 제자신의 부족함을 확인하게 됩니다.
질문에 대해서도 정확한 질문의 데이타가 필요하다는 것을 알았습니다..
지금이라도 공부를 하여서 정확한 질문을 하도록 하겠습니다.
감사합니다..
꼭 공부해서 다시 질문드리겠습니다.
수고스럽더라도 그때 다시 한번 부탁드리겠습니다...

green bsb1009

09-06-09 19:21

스테파노님 답변 정말 감사합니다.
댓가없이 온라인상에서 궁금하고 부족한 부분에 대해서 자기 시간을 할애하여 답변을 주신다는건 애정과 큰 관심이 없으면 어려운것으로 경험상 알고 있습니다.
감사드립니다.
사회에 나와 전혀 다른일을 하고 있다가 20년이 훨씬 지나서 다시 공부하려니 이해가 잘 가지 않아서 못하겠군요
수고스럽겠지만 답글을 완성해주시면 안되겠는지요..
염치 없지만 부탁드립니다...

Stefano

09-06-11 10:54

분석치의 기준이 뭔지 알 수 없으면 아무도 풀수 없습니다.
따라서 혼자 고민하지 마시고 분석치의 기준이 무엇인지 먼저 주위에 계신 분들과 상의한 다음, 이전 답글에서 설명한 바와 같이 함께 풀어보세요.