(H)input + (Q)heat of reaction + (Q)heat input to ther reactor = (H)output...................(1a)
여기서 투입물질의 총엔탈피,(H)input는 각 물질의 몰수에다 각 몰엔탈피(molar specific enthalpy)를 곱해서 모두 더하는 값이 됩니다. (만일 각 물질이 양을 무게단위로 나타냈다면 각 물질의 질량에다 질량단위 비엔탈비를 곱해서 구해도 됩니다. 아랫 수식의 h'는 단위질량당 엔탈피, kcal/kg 단위, w는 kg/h 단위입니다.)
반응열( Heat of Reaction)은 앞선 답글에서 기준으로 하는 물질의 몰수와 전환율을 기준으로 발열량을 계산합니다
(기준물질이 A인 경우라면 1몰당 반응열, kcal/kg-mole A )*(투입기준물질 몰유량, kg-mole/h)*(기준물질의 전환율, X)
(Q)heat of reaction = (h)A * (m)A * X ..............(Subscript A는 기준물질을 의미함)........(3)
위의 (3)식을 말로 풀어이야기 하면 기준물질 A 1몰당 반응열(kcal/kg-mole A)을 알고 여기에다 투입되는 A의 몰유량 (kg-mole-A/h)을 곱하면 투입한 물질이 모두 전환되었을 때 생성되는 반응열인데 여기에다 전환율 X를 곱하여 변화된 기준물질만 열이 발생함을 계산하는 것이지요.
100% 반응하면 투입한 A의 전체몰수 즉 mA 가 전환되는 것이지만 이중 분율 X 만 반응에 참여하여 열을 발행하기 때문에 (mA*X)를 곱하는 것이며 여기에다 A 1 kg-mole당 발열량을 구합니다.
mA의 단위가 kg-mole/h이고 X의 단위는 없으며 이 둘을 곱한 값에 A의 몰당 발열량 kcal/kg-mole A를 곱해서
kcal/h 단위가 구해진 것입니다. (X값은 모두 전환되면 1, 반응이 전연 진행되지 않으면 0이므로 X=0~1 사이의 소수입니다.)
(Q)heat input to the reactor는 단위시간당 반응기 외벽 혹은 코일을 통해 가열되거나 반응물질을 추가로 가열하여 전해지는 열량입니다. 반응기벽을 통해 열이 전달된다면 Q = U A (Δt) 와 같은 열전달식으로 계산되는 전열량 이며 단위는 kcal/h가 됩니다. 반응기를 가열을 하는 경우라면 +값, 냉각하는 경우라면 -값 그리고 단열반응기라고 하면 이 값은 0이 됩니다.
위의 세개의 열량이 모두 합해져서 반응기 출구를 떠날 때는 (1a) 수식의 우변, 즉 반응혼합물의 총엔탈피로 나타납니다.
반응혼합물의 각 성분과 각 성분의 비엔탈피(Specific Enthalpy 단위 몰당 혹은 질량당의 엔탈피)를 곱하여 구할 수 있습니다. 반응기 온도가 올라간 경우라면 각 성분의 비엔탈피 값이 크고 반대의 경우 낮은 값을 가지는데 대체로 반응속도를 높이기 위해 반응기를 가열하는 경우가 많기 때문에 온도가 높은 것이 일반적입니다. 구하는 방법은 (2)식의 형태와 같습니다. 반응혼합물에는 원료물질이 남아 있는 경우도 있고 중간물질이 들어있는 경우도 있으므로 모두 감안하여 계산합니다 .
(3) 반응기를 해석하다보면 반응기 급랭을 위해 Quench Gas가 직적 공급 된다거나 반응기 내부에서 Feed와 Effluent간 열교환이 일어나는 경우, 그리고 Fludized Bed Reactor와 같이 순환 가스를 가열 혹은 냉각하는 경우, 등이 동반되는데 복잡한 계를 단순하게 생각해서
-반응열은 별도로 입출구의 기준물질의 전환율로부터 계산하고
-가열 혹은 냉각되는 열과 열손실을 계산하여
