스테파노 Stefano   14-06-23 11:12 (1) 기-액평형 액화 메탄에 기체수소를 주입하여 평형에 도달하였다면 (1)물질수지 (2)엔탈피 밸런스 및(3)기-액평형에 의해서 메탄의 일부가 추가로 증발하고 이로 인하여 온도가 떨어지는 효과를 계산해 보면 될 것으로 봅니다. 액화메탄이 -160도에 저장되어 있다고 하면 그 액의 표면 기상에서의 압력은 메탄의 포화증기압으로 유지될 것입니다. (이 경우는 순수한 물질의 기-액 평형이지요) (2) 수소주입 효과 여기에 기체 수소를 주입한다면 기상에 수소가 포함되면서 전체압력은 상승하겠지만 일부의 수소는 액체메탄에 녹아들어가 액화되고 일부는 기상에 남아있게 될 것입니다.  액체메탄에 용해되는 수소의 양을 무시한다면 수소는 Non-condensable Gas로 주입된 것으로 볼 수 있는데 주입즉시 기상의 전체압력은 메탄의 분압과 수소의 분압의 합으로 나타날 터인데 만일 메탄의 분압이 액상메탄의 증기압보다 낮다면 포화증기압이 될 때까지 액체 메탄의 일부가 증발하는 현상이 일어날 것입니다. 이로 인하여 액체메탄의 온도가 떨어지는 현상이 일어나는 것이지요.  (3) Closed System과 Open System 앞서 설명한 경우는 용기에 담겨있는 액상메탄의 경우를 설명한 것입니다.  용기내 기상의 부피가 아주 크고 액의 양이 작다면증발되는 메탄의 양이 냉각시켜야 할 액에 비하여 크기 때문에 온도가 많이 떨어지겠지요.  따라서 Closed System에서는 메탄의 초기온도, 주입수소의 온도와 압력 주입 후, 시스템 압력과 함께 용기내에 존재하는 초기의 액상과 기상의 양을 미리 정해두어야 계산이 가능합니다. 액상의 메탄이 흘러가고 연속으로 수소를 주이하는 경우 흘러가는 액의 양과 주입한 주소의 양, 그리고 시스템의 압력을 미리 정해두어야 계산가능합니다.  여기서..추가로 주입초기에 기상의 메탄은 존재하지 않는다고 가정할 수도 있으며 흐름계에서 수소주입 후 시스템 압력이 달라질 수 있으므로 이를 지정해 주어야 계산이 가능합니다.  (4) 앞서 설명한 물질수지-엔탈피밸런스-기액평형으로부터 직접계산하여 결과를 올려보세요. (1) 기-액평형 액화 메탄에 기체수소를 주입하여 평형에 도달하였다면 (1)물질수지 (2)엔탈피 밸런스 및(3)기-액평형에 의해서 메탄의 일부가 추가로 증발하고 이로 인하여 온도가 떨어지는 효과를 계산해 보면 될 것으로 봅니다. 액화메탄이 -160도에 저장되어 있다고 하면 그 액의 표면 기상에서의 압력은 메탄의 포화증기압으로 유지될 것입니다. (이 경우는 순수한 물질의 기-액 평형이지요) (2) 수소주입 효과 여기에 기체 수소를 주입한다면 기상에 수소가 포함되면서 전체압력은 상승하겠지만 일부의 수소는 액체메탄에 녹아들어가 액화되고 일부는 기상에 남아있게 될 것입니다. 액체메탄에 용해되는 수소의 양을 무시한다면 수소는 Non-condensable Gas로 주입된 것으로 볼 수 있는데 주입즉시 기상의 전체압력은 메탄의 분압과 수소의 분압의 합으로 나타날 터인데 만일 메탄의 분압이 액상메탄의 증기압보다 낮다면 포화증기압이 될 때까지 액체 메탄의 일부가 증발하는 현상이 일어날 것입니다. 이로 인하여 액체메탄의 온도가 떨어지는 현상이 일어나는 것이지요. (3) Closed System과 Open System 앞서 설명한 경우는 용기에 담겨있는 액상메탄의 경우를 설명한 것입니다. 용기내 기상의 부피가 아주 크고 액의 양이 작다면증발되는 메탄의 양이 냉각시켜야 할 액에 비하여 크기 때문에 온도가 많이 떨어지겠지요. 따라서 Closed System에서는 메탄의 초기온도, 주입수소의 온도와 압력 주입 후, 시스템 압력과 함께 용기내에 존재하는 초기의 액상과 기상의 양을 미리 정해두어야 계산이 가능합니다. 액상의 메탄이 흘러가고 연속으로 수소를 주이하는 경우 흘러가는 액의 양과 주입한 주소의 양, 그리고 시스템의 압력을 미리 정해두어야 계산가능합니다. 여기서..추가로 주입초기에 기상의 메탄은 존재하지 않는다고 가정할 수도 있으며 흐름계에서 수소주입 후 시스템 압력이 달라질 수 있으므로 이를 지정해 주어야 계산이 가능합니다. (4) 앞서 설명한 물질수지-엔탈피밸런스-기액평형으로부터 직접계산하여 결과를 올려보세요.

화공짱 supmarine1   14-06-23 15:59 역시나 저의 짧은 지식에 놀라울 뿐입니다. 우선 액화 메탄이 증발이 일어나기 위해서는 메탄의 분압이 감소해야 하는데, 아직도 왜 메탄의 분압이 감소가 되는지 모르겠습니다.  설마 라울의 법칙에 의해 높은 증기압을 가지고 있는 수소를 주입합으로 메탄의 증기압이 증가하게 되어 쉽게 증발이 일어나서 그런가요? 그리고  메탄이 증발되어 온도가 하락이 된다면 PV=nRT에서 압력역시 감소해야 지만 일반적으로 기화가 일어나면 압력이 증가가 됨으로 이 식은 적용이 안되는 것인가요? 화공 역시 공부하면 모르는게 더 많아 지는것 같네요. ㅜㅜ 역시나 저의 짧은 지식에 놀라울 뿐입니다. 우선 액화 메탄이 증발이 일어나기 위해서는 메탄의 분압이 감소해야 하는데, 아직도 왜 메탄의 분압이 감소가 되는지 모르겠습니다. 설마 라울의 법칙에 의해 높은 증기압을 가지고 있는 수소를 주입합으로 메탄의 증기압이 증가하게 되어 쉽게 증발이 일어나서 그런가요? 그리고 메탄이 증발되어 온도가 하락이 된다면 PV=nRT에서 압력역시 감소해야 지만 일반적으로 기화가 일어나면 압력이 증가가 됨으로 이 식은 적용이 안되는 것인가요? 화공 역시 공부하면 모르는게 더 많아 지는것 같네요. ㅜㅜ

스테파노 Stefano   14-06-23 19:21 (1) 순수한 메탄이 액상에서 기-액이 평형을 이로고 있다면 액상과 기상의 온도는 같고 압력은 증기압을 나타낼 것입니다.  이 상태에서는 아무것도 일어나지 않습니다. 그러나 여기에 온도와 압력이 알려진 (즉, 엔탈피를 알고있는) 수소를 주입하고 전체의 압력을 P로 맞추어 주었을 때 기상에서의 메탄분압은 P1, 수소 분압은 P2가 되어 P=P1+P2를 유지할 것입니다.  만일 P1이 메탄의 증기압보다 높으면 메탄의 증발이 일어나지 않을 터이지만 P1이 메탄의 증기압보다 높다면 액상의 메탄의 일부가 증발하여 기상으로 증발하게 될 것입니다.  두번째 현상이 일어나면 액상메탄의 일부가 증발하면서 액상의 온도가 떨어지게되고 기상의 온도도 같은 평형 온도를 유지하게 되지요. 평형상태에서 액상의 몰분율:  x1, x2,    x1+x2 = 1  ...................(1) 메탄=1, 수소=2;  x1,x2=액상의 메탄, 수소몰분율,  (수소가 액상에 용해되지 않는다고 가정하면 x2=0) 평형상태에서 기상의 모분율: y1, y2,    y1+y2=1  ......................(2) 평형상태에서 기상의 압력 P  = P1 + P2  = y1*P+y2*P = x1*p1'+x2p2'.............(3) 라울의 법칙,  p1, p2 = 메탄, 수소의 순성분 증기압 만일 기-액 평형에 아직 도달하지 않은 상태에서 액상의 메탄몰분율이 x', 기상의 몰분율이 y'라고 할때 기상에서  메탄의 분압  P1= y1'*P 이 값이 메탄 증기압 x1'*p1 보다 작으면 메탄액의 일부는 기화하면서 액상의 몰분율 x1'-->x1으로 되면서 메탄의 몰분율은 줄어들게 되고 (즉 일부의 메탄이 증발하게 되고)  기상의 몰분율은 y1'-->y1으로 되면서 평형에 도달하게 됩니다.  (2) 다음 상황을 연상해 보면 이해할 수 있을 것으로 봅니다. 15도의 물을 컵에 담아두고 15도의 포화공기를 불어넣어 주더라도 아무런 일이 일어나지 않지만 만일 건조공기 혹은 불포화 공기를 불어넣어주면 물의 일부가 증발하여 배출되는 공기는 포화공기에 근접하여 배출됩니다.  이 때 증발되는 물에 의해 컵의 온도가 떨어지는데 앞서 설명한 내용은 바로 이런 현상을 언급한 것이었습니다 (1) 순수한 메탄이 액상에서 기-액이 평형을 이로고 있다면 액상과 기상의 온도는 같고 압력은 증기압을 나타낼 것입니다. 이 상태에서는 아무것도 일어나지 않습니다. 그러나 여기에 온도와 압력이 알려진 (즉, 엔탈피를 알고있는) 수소를 주입하고 전체의 압력을 P로 맞추어 주었을 때 기상에서의 메탄분압은 P1, 수소 분압은 P2가 되어 P=P1+P2를 유지할 것입니다. 만일 P1이 메탄의 증기압보다 높으면 메탄의 증발이 일어나지 않을 터이지만 P1이 메탄의 증기압보다 높다면 액상의 메탄의 일부가 증발하여 기상으로 증발하게 될 것입니다. 두번째 현상이 일어나면 액상메탄의 일부가 증발하면서 액상의 온도가 떨어지게되고 기상의 온도도 같은 평형 온도를 유지하게 되지요. 평형상태에서 액상의 몰분율: x1, x2, x1+x2 = 1 ...................(1) 메탄=1, 수소=2; x1,x2=액상의 메탄, 수소몰분율, (수소가 액상에 용해되지 않는다고 가정하면 x2=0) 평형상태에서 기상의 모분율: y1, y2, y1+y2=1 ......................(2) 평형상태에서 기상의 압력 P = P1 + P2 = y1*P+y2*P = x1*p1'+x2p2'.............(3) 라울의 법칙, p1, p2 = 메탄, 수소의 순성분 증기압 만일 기-액 평형에 아직 도달하지 않은 상태에서 액상의 메탄몰분율이 x', 기상의 몰분율이 y'라고 할때 기상에서 메탄의 분압 P1= y1'*P 이 값이 메탄 증기압 x1'*p1 보다 작으면 메탄액의 일부는 기화하면서 액상의 몰분율 x1'-->x1으로 되면서 메탄의 몰분율은 줄어들게 되고 (즉 일부의 메탄이 증발하게 되고) 기상의 몰분율은 y1'-->y1으로 되면서 평형에 도달하게 됩니다. (2) 다음 상황을 연상해 보면 이해할 수 있을 것으로 봅니다. 15도의 물을 컵에 담아두고 15도의 포화공기를 불어넣어 주더라도 아무런 일이 일어나지 않지만 만일 건조공기 혹은 불포화 공기를 불어넣어주면 물의 일부가 증발하여 배출되는 공기는 포화공기에 근접하여 배출됩니다. 이 때 증발되는 물에 의해 컵의 온도가 떨어지는데 앞서 설명한 내용은 바로 이런 현상을 언급한 것이었습니다

화공짱 supmarine1   14-06-24 15:48 답변 감사합니다. 결국 액화되지 않는 수소를 집어 넣으므로 메탄의 분압이 감소하게 되는군요. 답변 감사합니다. 결국 액화되지 않는 수소를 집어 넣으므로 메탄의 분압이 감소하게 되는군요.

스테파노 Stefano   14-06-25 13:09 (1) 일부 수소가 메탄에 용해되어도 상관없으나  수소주입으로 메탄의 분압이 낮아진 것이며 수소 주입후 시스템의 압력은 순수액체메탄의 보관압력(순수물 증기압)보다 낮아야 메탄이 추가로 증발됩니다.  (2) 원래의 액체보관 압력에 추가로 수소가 주입되어 전체 압력이 높아진다면 메탄의 분압은 원래 메탄의 증기압과 동일하여 추가로 액이 증발할 여지가 없습니다.  이점을 간과(착각)하는 것으로 봅니다. (1) 일부 수소가 메탄에 용해되어도 상관없으나 수소주입으로 메탄의 분압이 낮아진 것이며 수소 주입후 시스템의 압력은 순수액체메탄의 보관압력(순수물 증기압)보다 낮아야 메탄이 추가로 증발됩니다. (2) 원래의 액체보관 압력에 추가로 수소가 주입되어 전체 압력이 높아진다면 메탄의 분압은 원래 메탄의 증기압과 동일하여 추가로 액이 증발할 여지가 없습니다. 이점을 간과(착각)하는 것으로 봅니다.