게시판 > 질답게시판 > 질소와 건조, 상대습도의 관계

공룡 dinoboy

11-01-13 06:30

1. 이 경우, 물분자가 molecular sieve 에 의해 잡히는 것은 흡착 (adsorption) 에 의한 것인데요. 흡착후 수분제거를 위해 Hot N2 를 이용 molecular sieve 를 건조하는 것은 열재생 (hot purge regeneraton) 과정이고요. 열재생의 원리는 moleacular sieve 표면과 물분자간의 흡착결합을 약하게 함으로서 가능한 것인데, 고온 질소퍼지를 하게되면 물분자의 partial pressure 가 낮아지고 동시에 분자체 표면에서의 van der waals 라고 불리는 static energy 레벨이 낮게 됨으로서 이루어지는 것입니다. 물분자의 측면에서 본다면 "증발" 현상도 틀린것은 아니지만, 이 현상에서는 물분자가 갖는 증발에너지 보다는 분자체 표면의 흡착에너지 가 dominate 하기 때문에 "흡착/탈착" 으로 해석하는게 좀 더 정확할 겁니다.

2. 유분용기내부로 질소 튜브를 삽입해서 기포를 발생시키는 vaporizer 인 것 같은데요. 이 경우 질소버블이 상승하면서 기포표면을 통해 기-액 평형이 이루어지게 되요. 말씀대로 액체상으로 있던 유분이 해당온도에서의 증기압만큼 버블내부의 기체상으로 이동을 하게 되는겁니다. 다른 기체와 유분간에도 적용이 되는것이긴 한데, 질소와 같은 기체를 사용하는 이유는 질소는 유분으로 거의 녹아들어가지 않기 때문이고요. 만일 사용하는 기체가 질소와 같은 불활성기체가 아니라면 습도처럼 쉽게 증기압만 가지고 계산되지 않을 겁니다.

hoowoon hoowoon

11-01-13 10:44

정성어린 답변 정말 감사드립니다. 많은 도움이 되겠습니다.
아직 완전히 이해되지 않은 개념들이 있어 추가 질문을 드리고 싶습니다.

1.Molecular Sieve 건조 시, 건조질소가 그 온도에서 최대한 수분을 포함할 때까지 물분자를 흡수하는 원리는
적용되지 않을까요?

2.상대습도는 현재포함한 수증기량과 공기가 최대한 포함할 수 있는 수증기량(포화수증기량)의 관계를 나타낸 것이데,
이러한 원리가
1)공기가 아닌 기체(질소 등)와 수증기간에도 적용/활용 할 수 있는지 궁금합니다.
2)공기가 아닌 기체(질소 등)와 수증기가 아닌 Vapor(유분 등)간에도 적용/활용 할 수 있는지 궁금합니다.

감사합니다.

공룡 dinoboy

11-01-14 02:23

1. 적용가능하리라 생각합니다. 엄밀하게 따진다면 분자체 흡착점에 붙어있는 물분자와 그 위로 응축되어 있는 물분자를 떼어내는 에너지가 다르므로, 그 경계점을 기준으로 전과 후를 나누어 생각해야 할테지만, 100% 완벽 건조가 필요한게 아니라는 가정에서 대략적인 엔지니어링 관점으로 본다면 이쪽이건 저쪽이건 대단히 중요하지는 않을 것 같습니다. 만일 님께서 상용하시는 분자체과 물분자간의 특성을 자세히 알고 싶으시다면 TGA (thermalgravimetric analysis) 분석을 통해서 건조와 탈착을 위해 필요한 각각의 에너지를 정량적으로 알아낼 수 있을것 같아요.

2. 질문을 정확하게 이해하지 못하지만.. 물질수지만 잘 따져 생각한다면 뭐든지 가능할 거라 생각합니다.

hoowoon hoowoon

11-01-14 10:34

답변 정말 감사합니다~. 좋은 정보가 될 것 같습니다.

두번째 질문의 요지는, 1번 답변을 주신것 처럼 일정조건에서 질소가 최대한 포함할 수 있는 수증기량이 정해져 있다면
일정조건에서 질소가 최대한 포함할 수 있는 다른 Vapor(예 Pentane)량도 정해져 있는지에 대한 질문이었습니다.
(또는 일정조건에서 다른기체(예 산소)가 최대한 포함할 수 있는 수증기량 및 다른 vapor량이란 것이 있는지)

공룡 dinoboy

11-01-15 00:54

해당온도와 압력에서 saturation property 는 열역학적으로 정해져 있습니다. 질소+물 또는 질소+Pentane 과 같은 경우는 질소가 불활성이기 때문에 물 또는 Pentane 의 순수성분 포화증기압 자료만으로 saturation property 를 쉽게 알아낼 수 있습니다. 하지만 예들들어 CO2+물 이랄지 PentaneGas+물 이랄지.. 이런 경우는 순수성분 자료만으로는 계산이 불가능합니다. 뭐.. 대강 계산은 되겠지만 좀 잘못된 결과가 나오겠죠.. 혼합물이 무엇이건, 해당조건에서 dew point 는 unique 하므로 답은 "정해져 있습니다".

스테파노 Stefano

11-01-15 17:10

(1) 질문1의 핵심은 건조제의 재생시 Hot N2의 역할이 물을 증발시키기 위한 열량공급 목적인가? N2가스에 물이 포화되어 나가도록 하기 위한 목적인가? 인데 건조제에 흡착된 수분은 열량을 공급하지 않으면 탈착될 수가 없기 때문에 열량공급목적이 맞습니다. 그러나 N2 Gas에 물이 포화되는 과정도 일단 물의 증발과정을 동반하는 것이기 때문에 열량은 반드시 공급되어야 물이 탈착 및 증발됩니다. 따라서 두가지 목적은 동일합니다.

다만 N2 Gas가 가열용으로 쓰인만큼의 전달된 엔탈피는 건조제와 물을 가열시키고 증발하지만 질소의 현열은 물의 탈착열이나 증발열에 비하여 현저하게 작고 또 충분한 시간동안 시스템내에 질소가 머무를 수 없기 때문에 사용된 질소는 완전히 물에 포화된 상태로 배출될 수 없습니다.

(2) 질문2의 방법은 수분을 함유한 유분을 질소를 이용하여 Stripping 시키는 방법을 말하는데 이 경우에도 유분에 포함되어 있는 물은 반드시 가열되고 증발잠열이 공급되어야 질소가스에 이동될 수가 있습니다. 따라서 이 경우에도 질소는 완전히 포화된 상태에 도달할 수 없습니다.

(평형도달정도는 추정하거나 실측해서 구해야 하겠지만 데워진 질소가 사용되고 난 후 방출될 때까지의 질소의 현열엔탈피 차이와 동일한 엔탈피증가량을 습질소가 가지고 배출된다고 가정하여 추정할 수는 있습니다. 정확한 자료가 필요하다면 실측할 필요가 있습니다. 이 물질전달 계는 전달면적, 농도차, 전달계수, 등이 아주 민감하게 달라질 수 있기 때문입니다.)

(3) 추가질문 2-1) 및 2-2)에 대한 공룡림의 답변처럼 답변으로.. 물과 반응하지 않는 Gas의 경우, 포화습도는 종류에 거의 관계없이 모두 동일하기때문에 Dew Point도 동일 하겠지만 Gas 종류에 따라 평형습도에 도달 정도는 약간씩 다를 것입니다.

그러나 Stripping Gas를 사용하더라도 증발되는 물의 잠열을 공급하여주지 않으면 물의 Stripping이 거의 일어나지 않습니다.

다만 N2 Gas가 가열용으로 쓰인만큼의 전달된 엔탈피는 건조제와 물을 가열시키고 증발하지만 질소의 현열은 물의 탈착열이나 증발열에 비하여 현저하게 작고 또 충분한 시간동안 시스템내에 질소가 머무를 수 없기 때문에 사용된 질소는 완전히 물에 포화된 상태로 배출될 수 없습니다.

(2) 질문2의 방법은 수분을 함유한 유분을 질소를 이용하여 Stripping 시키는 방법을 말하는데 이 경우에도 유분에 포함되어 있는 물은 반드시 가열되고 증발잠열이 공급되어야 질소가스에 이동될 수가 있습니다.  따라서 이 경우에도 질소는 완전히 포화된 상태에 도달할 수 없습니다.

(평형도달정도는 추정하거나 실측해서 구해야 하겠지만 데워진 질소가 사용되고 난 후 방출될 때까지의 질소의 현열엔탈피 차이와 동일한 엔탈피증가량을 습질소가 가지고 배출된다고 가정하여 추정할 수는 있습니다.   정확한 자료가 필요하다면 실측할 필요가 있습니다. 이 물질전달 계는 전달면적, 농도차, 전달계수, 등이 아주 민감하게 달라질 수 있기 때문입니다.)  
    
(3) 추가질문 2-1) 및 2-2)에 대한 공룡림의 답변처럼 답변으로.. 물과 반응하지 않는 Gas의 경우, 포화습도는 종류에 거의 관계없이 모두 동일하기때문에 Dew Point도 동일 하겠지만  Gas 종류에 따라 평형습도에 도달 정도는 약간씩 다를 것입니다.

그러나 Stripping Gas를 사용하더라도 증발되는 물의 잠열을 공급하여주지 않으면 물의 Stripping이 거의 일어나지 않습니다.