게시판 > 질답게시판 > equilibrium과 pipe에서 이송시 관련 질문

스테파노 Stefano

13-11-06 21:43

(1) 진공이 걸리기 전 80도의 물이 담겨있는 대기압상태의 용기
그 용기가 기-액 평형에 도달해 있다면 공기아 물이 각각 약 0.5mole이 채워져 있는 상태로 존재합니다.

(2) 이 용기에 진공을 걸면..
용기의 배출관을 통하여 평형상태에 있던 기체혼합물을 빼내게 되면 압력이 떨어지면서 절대압력이 0.467 기압에 도달하면서 공기는 모두 배출됩니다. 공기의 압력이 조금이라도 남는다면 그 압력만큼 더 덜리기 때문에 진공펌프는 그 마지막 공기를 모두 배출할 때까지 배출할 것입니다.

물론 공기만 쏙 배출할 수는 없지만 공기를 배출하는 과정에서 물이 증발하면서 공기를 모두 몰아내게 됩니다. 모든 공기가 배출되고 나면 물의 증기압만 남게 됩니다.

(3)압력을 더 낮추면
만일 진공펌프를 계속돌려줘서 압펵을 더 낮추게 되면 물이 증발하면서 온도가 떨어지고 배출관을 잠그더라도 그 온도에서의 물의 증기압에 해당하는 압력을 나타낼 것이니다. 용기내부에는 수증기 뿐입니다.

(4)Piped에서 1기압 80도로 물을 이송한다면..
굳이 공기를 불어넣지 않는다면 관속에 물만 흘러갈 것입니다.

(5) Pump의 흡입관에서..
만일 증기압과 흡입관에서의 압력손실의 합이 흡입액의 압력보다 놀은 경우라면 그 액은 부분적으로 증발하여 기-액 혼홉물이 되어 펌프에 흘러들어갈 것입니다. 이 상황이 바로 유효 NPSH값이 부족한 경우에 해당합니다. 펌프가 필요로 하는 NPSHr보다 큰값의 NPSHa를 유지해야 하는 이유가 바로 이것입니다.

intheron intheron

13-11-07 09:32

답변 감사합니다.

1. system P=1atm에서 VLE(Vapor-Liquid Equilibrium)를 이루고 있는 vessel.
80도씨의 H2O(L)와 0.5atm의 H2O(v)+0.5atm의 air(v)가 평형을 이루고 있습니다.

2. 80도씨의 H2O(L)가 진공용기에 있는 경우 : vapor pressure인 0.5atm의 H2O(v) 존재

위와 같이 System P가 몇이 되었든 VLE를 이룰 경우 0.5atm만큼의 partial P를 가지는 steam 존재.

추가질문)
* 그렇다면 pipe의 경우에도 VLE를 이룰 경우 0.5atm만큼의 partial pressure를 갖는 steam이 생성되는건가요?
* Liquid만 흐르는 pipe에서는 VLE를 고려하지 않는건가요?

gojpw gojpw

13-11-08 13:18

질문에 모순이 있네요...

파이프상에 압력이 1 atm 이라는 말과....
80도에서의 증기압이 0.5 atm 이라는 말....
그리고 질문이 서로 모순입니다...

무슨 말이냐 하면....파이프 내의 압력이 0.5 atm 이고 물의 온도가 80 도라면 vapor 가 생겨야 하는게 맞지만
파이프 내의 압력이 1 atm 이면....vapor가 생길까요???

intheron intheron

13-11-08 17:43

답변 감사합니다.

제가 의미한 0.5atm은 partial P입니다.

파이프 내의 압력이 1 atm 이면....vapor가 생길까요???
->vessel의 압력이 1atm(N2든 air든 무엇이든 vapor로 들어있을때)이고 80도씨의 물과 VLE를 이루고 있을때
0.5 atm의 partial pressure를 갖는 vapor가 생성이 됩니다.
그런데 왜 pipe에선 그렇지 않는가? 가 저의 질문입니다...

vessel이 1atm이든 vaccum이든 500atm이든 P에 상관없이 VLE일 경우 물의 그온도에 따른 partial P 만큼 vapor, 즉 steam으로 존재를 하는데....왜 pipe에선 그렇지 않은가? 이게 제 질문이예요

제 생각엔 VLE를 고려하지 않아서 인것 같은데...그 이유를 모르겠네요..

스테파노 Stefano

13-11-09 21:49

(1) 기본적인 인식오류를 먼저 지적해야 할 것 같습니다.
< 어떤 용기에 80도씨인 물이 공기와 equilibrium을 이루고 있다고 가정하겠습니다...>
기-액 평형은 증기와 액의 평형을 말하는데 원래의 질문에서 마치 물과 공기가 평형을 이루고 있는 것처럼 언급하고 있었습니다. 이는 잘못 인식하고 있는 것입니다. 물과 공기가 평형을 이루고 있는 것이 아니라 물과 공기중의 수증기가 평형을이루고 있는 것이지요..

"공기가 존재하는 상태에서 80도에서 물이 기-액 평형을 이루고 있다"는 말은 "액상의 증기압과 공기중의 분압이 똑같이 절대압력 0.467 atm을 나타내고 있다"는 것을 말합니다. 나머지 압력은 공기가 차지하여 전체의 압력을 유지하는 것이지요.

물과 수증기 평형혼합물의 전체 압력이 1기압이라는 것은 절대압력으로 각각 수증기 0.467, 공기 0.533 기압을 나타낸다는 것이고 이 때의 상대습도는 100% RH값이 됩니다

(2) 파이프 내에서의 기액-조성
원래의 질문에서 <..(snip)..pipe에서 1atm, 80도씨의 물이 이송시 분명 액체임에도 불구하고 equilibrium에 의해서 0.5atm의 steam, 즉 기체가 존재한다는 뜻인가요?? 아니면 piping에서는 equilibrium을 고려하지 않는 것인가요? >라는 적은 바 있습니다. 이는 마치 파이프 내에 반드시 물과 공기가 함께 존재해야 하는 것으로 간주하는 것으로 보입니다. 그러나 Pipe내에 80도 돠는 물만 흘러갈 수도 있고 공기가 포함되어 있다면 물과 수증기+공기의 혼합물로 흘러갈수 있습니다.

액상의 물만 흘러간다면 공기는 포함되지 않지만 뭉방울과 공기+수증기 혼합물이 흘러간다면 Two-Phase Flow로 흘러가게 됩니다. 이때 80도의 물방울과 공기+수증기 간의 평형은 (물과 공기의 평형이 아니라)액적상태의 물과 공기중의 수증기가 평형을 이루게 됩니다. 뭄만 채워저 흐를 경우라면 액상의 물만 존재하기 때문에 기-액 평형을 논할 상태는 아닙니다.

(3) 추가질문에서..
<..vessel의 압력이 1atm(N2든 air든 무엇이든 vapor로 들어있을때)이고 80도씨의 물과 VLE를 이루고 있을때 0.5 atm의 partial pressure를 갖는 vapor가 생성이 됩니다. 그런데 왜 pipe에선 그렇지 않는가? 가 저의 질문입니다... >
Vessel내애서의 조건과 Pipe 내에서의 조건이 전혀 다르지 않습니다 완전 동일 조건입니다. Pipe 내에 공기가 없는 조건은 Vessel 내의 물증에 해당하는 조건입니다. 반면 Vessel의 기상층은 Pipe내에 공기가 혼입되었을 때의 공기+수증기 혼합물 조성과 완전동일합니다. Vessel이건 Pipe내이건 관계없이 공기가 포함되어 있다고 하면 그 공기중에는 반드시 수증기는 존재하게 되지요.

(4) 추가질문에서..
<vessel이 1atm이든 vaccum이든 500atm이든 P에 상관없이 VLE일 경우 물의 그온도에 따른 partial P 만큼 vapor, 즉 steam으로 존재를 하는데....왜 pipe에선 그렇지 않은가? 이게 제 질문이예요..>

1) Vessel내에 공기가 전연들어있지 않는 경우
물이채우져 있는 부분은 80도의 물, 액상이 아닌 기상의 공간은 0.467기압(절대압력)의 수증기로 채워집니다.

2) Vessel 내에 80도 물을 채우고 500기압으로 압력을 높이면...압력은 올라가지 않고 기상의 압력은 여전히 0.467기압(절대)압력만 나타냅니다. 500기압으로 올리려면 물만 가득채우고 압력을 올릴 수 있으나 이때 나타내는 압력 수압(hydraulic pressure)이지 증기압은 아닙나다.

3) 물과 함께 공기+수증기가 들어있는 대기압상태의 물은 계기압력은 0, 절대압력은 1기압을 나타냅니다. 여기에 진공을 걸면 압력은 떨어지면서 공기+수증기가 진공배관을 통해 빠져나가면서 압력이 떨어집니다. 압력이 떨어지면서 80도의 물은 증발하게 되고 증발된 수증기는 공기를 모두 몰아내게 됩니다. 물이 증발되면서 온도가 떨어지겠지만 80도로 일정하게 유지한다면 진공도가 0.467 기압(절대)이 될 때까지 물은 계속증발할 것입니다. 이 상태에서 배출관을 잠그면 용기내에는 80도의 주증기만 남고 압력은 0.467기압(절대)을 나타내지요.

4) 공기만 500기압 (절대)을 나타내는 용기에 물을 주입하면 물의 부피만큼의 부피가 줄면서 공기의 압력이 올라갑니다.

또한 물이 증발하면서 추가로 0.467 기압이 더 올라갑니다. 투입한 물의 부피가 크지 않다면 공기와 증발된 수증기가 물과 평형을 이루게 되면 기상의 전체 압력은 500.467 기압으로 일정하게 유지됩니다. 공기가 들어있던지 질소가 들어있던지 그 용기내에 물이 들어가 있으면 필연적으로 수증기 압력과 기체의 압력이 더해져서 전체의 압력을 나타내게 됩니다

5) Pipe내에 물만 넣고 공기를 넣지 않으면..
당연히 공기는 파이프 내에 존재하지 않습니다. 물만 들어있게 됩니다. 80도가 되어도 끓지 않습니다. 파이프 내의 압력이 대기압인 상태에서 물의 온도가 더 올라가 100도가 되면 물방울이 보이기 시작합니다.

아직 이해되지 않는 부분이 있다면 다시 질문해 주세요.

"공기가 존재하는 상태에서 80도에서 물이 기-액 평형을 이루고 있다"는 말은 "액상의 증기압과 공기중의 분압이 똑같이 절대압력 0.467 atm을 나타내고 있다"는 것을 말합니다.   나머지 압력은 공기가 차지하여 전체의 압력을 유지하는 것이지요.

물과 수증기 평형혼합물의 전체 압력이 1기압이라는 것은 절대압력으로 각각 수증기 0.467, 공기 0.533 기압을 나타낸다는 것이고 이 때의 상대습도는 100% RH값이 됩니다

(2) 파이프 내에서의 기액-조성
원래의 질문에서 <..(snip)..pipe에서 1atm, 80도씨의 물이 이송시 분명 액체임에도 불구하고 equilibrium에 의해서 0.5atm의 steam, 즉 기체가 존재한다는 뜻인가요??  아니면 piping에서는 equilibrium을 고려하지 않는 것인가요? >라는 적은 바 있습니다.  이는 마치 파이프 내에 반드시 물과 공기가 함께 존재해야 하는 것으로 간주하는 것으로 보입니다.  그러나  Pipe내에 80도 돠는 물만 흘러갈 수도 있고 공기가 포함되어 있다면 물과 수증기+공기의 혼합물로 흘러갈수 있습니다.

액상의 물만 흘러간다면 공기는 포함되지 않지만  뭉방울과 공기+수증기 혼합물이 흘러간다면 Two-Phase Flow로 흘러가게 됩니다.    이때 80도의 물방울과  공기+수증기 간의 평형은 (물과 공기의 평형이 아니라)액적상태의 물과 공기중의 수증기가 평형을 이루게 됩니다.   뭄만 채워저 흐를 경우라면 액상의 물만 존재하기 때문에 기-액 평형을 논할 상태는 아닙니다.

(3) 추가질문에서..
<..vessel의 압력이 1atm(N2든 air든 무엇이든 vapor로 들어있을때)이고 80도씨의 물과 VLE를 이루고 있을때 0.5 atm의 partial pressure를 갖는 vapor가 생성이 됩니다.     그런데 왜 pipe에선 그렇지 않는가? 가 저의 질문입니다... >
Vessel내애서의 조건과 Pipe 내에서의 조건이 전혀 다르지 않습니다  완전 동일 조건입니다.  Pipe 내에 공기가 없는 조건은 Vessel 내의 물증에 해당하는 조건입니다.   반면  Vessel의 기상층은  Pipe내에 공기가 혼입되었을 때의 공기+수증기 혼합물 조성과 완전동일합니다.   Vessel이건 Pipe내이건 관계없이 공기가 포함되어 있다고 하면 그 공기중에는 반드시 수증기는 존재하게 되지요.

(4) 추가질문에서..
<vessel이 1atm이든 vaccum이든 500atm이든 P에 상관없이 VLE일 경우 물의 그온도에 따른 partial P 만큼 vapor, 즉 steam으로 존재를 하는데....왜 pipe에선 그렇지 않은가? 이게 제 질문이예요..>

1) Vessel내에 공기가 전연들어있지 않는 경우
물이채우져 있는 부분은 80도의 물,  액상이 아닌 기상의 공간은 0.467기압(절대압력)의 수증기로 채워집니다.

2) Vessel 내에 80도 물을 채우고 500기압으로 압력을 높이면...압력은 올라가지 않고 기상의 압력은 여전히 0.467기압(절대)압력만 나타냅니다.   500기압으로 올리려면 물만 가득채우고 압력을 올릴 수 있으나 이때 나타내는 압력 수압(hydraulic pressure)이지 증기압은 아닙나다.

3) 물과 함께 공기+수증기가 들어있는 대기압상태의 물은 계기압력은 0, 절대압력은 1기압을 나타냅니다.  여기에 진공을 걸면 압력은 떨어지면서 공기+수증기가 진공배관을 통해 빠져나가면서 압력이 떨어집니다.  압력이 떨어지면서 80도의 물은 증발하게 되고 증발된 수증기는 공기를 모두 몰아내게 됩니다.  물이 증발되면서 온도가 떨어지겠지만 80도로 일정하게 유지한다면 진공도가 0.467 기압(절대)이 될 때까지 물은 계속증발할 것입니다.   이 상태에서 배출관을 잠그면 용기내에는 80도의 주증기만 남고 압력은 0.467기압(절대)을 나타내지요.

4) 공기만 500기압 (절대)을 나타내는 용기에 물을 주입하면 물의 부피만큼의 부피가 줄면서 공기의 압력이 올라갑니다.

또한 물이 증발하면서 추가로 0.467 기압이 더 올라갑니다.  투입한 물의 부피가 크지 않다면 공기와 증발된 수증기가 물과 평형을 이루게 되면 기상의 전체 압력은 500.467 기압으로 일정하게 유지됩니다.   공기가 들어있던지 질소가 들어있던지 그 용기내에 물이 들어가 있으면 필연적으로 수증기 압력과 기체의 압력이 더해져서 전체의 압력을 나타내게 됩니다

5) Pipe내에 물만 넣고 공기를 넣지 않으면..
당연히 공기는 파이프 내에 존재하지 않습니다.  물만 들어있게 됩니다.  80도가 되어도 끓지 않습니다.  파이프 내의 압력이 대기압인 상태에서 물의 온도가 더 올라가 100도가 되면 물방울이 보이기 시작합니다.

아직 이해되지 않는 부분이 있다면 다시 질문해 주세요.

intheron intheron

13-11-12 17:44

(Pipe 내에 공기가 없는 조건은 Vessel 내의 물증에 해당하는 조건입니다.)
→ '물증'이라는 말은 물층이라는 말인가요? liquid phase죠?
그러니까 pipe에 물만 들어있는 경우 VLE 고려대상이 아니라는 말이시죠?

만약 공기가 있다면 VLE에 의해서 약간의 steam이 존재하는것이고요.

네 답변 감사합니다.