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  기액분리기의 평형 조성 계산 방법 문의 드립니다.
  글쓴이 : 씩씩이   고유ID : gigono     날짜 : 19-01-30 18:30     조회 : 188    
안녕하세요
냉동 사이클 관련하여 회사에서 Study를 하고 있습니다.
논문을 보다보니 이해가 어려운 부분이 있어 문의를 드립니다.

CO2-R134a 혼합냉매
시작 지점에서
Mole ratio (CO2-R134a = 0.7767:0.2233)
50bar, 40℃, x=0.5946

기액분리기에 유입되어 액체와 기체가 분리됩니다.
액체
Mole ratio (CO2-R134a = 0.65807:0.34193)
50bar, 40℃
기체
Mole ratio (CO2-R134a = 0.84391:0.15609)
50bar, 40℃

mole ratio가 어떻게 계산되어지는요?
라울의 법칙과 헨리의 법칙을 보고 있는데 아무리 보아도 아닌것 같아서 답답하여 글을 적습니다.
감사합니다.

Stefano    19-01-31 12:58
(1) System 내에 기상과 액상이 온도 t, 절대압력 P 상태로 함께 존재할 때에는
액상 몰조성이 x1, x2,..이고 액중 각 성분의 온도 t에서의 증기압이 P'1, P'2,..라면,

기상의 각 성분의 분압이 P1=x1*P'1, P2=x2*,..일 것이므로(이것이 라울의 법칙입니다.)
기상의 전체압력은 P=P1+P2,..가 되고 몰조성은  y1= P1/P, y2=P2/P,..가 될 것이지요.

시스템이  x1+x2+.. =1,  y1+y2+..=1, P1+P2+.. =P가 만족되는 이들 조건을 확인하면서 기상과 액상의 성분을 직접 계산해 보면됩니다.

(2) 냉동사이클에서는 포화냉매 혹은 과냉냉매 혼합액이 팽창밸브를 통과하면서 1)압력과 온도가 낮아지면서 부분증발하여 기상-액상으로 Flashing 되고나서 2) 액상이 추가로 증발하면서 잠열을 빼앗아 가는 과정이 일어납니다. 

따라서 1)의 과정과 2)의 과정이 일어난다고 보고 계산해야 하지요.  1)의 과정은 Flashing, 2)의 과정은 Vaporizing 현상인데 전자인 Flashing 계산시에는 열전달없이 즉 등엔탈피변화로 일어나지만,  후자인 증발과정에서는 열전달이 일어나는 과정이기 때문에 엔탈피의 변화가 동반되는 변화입니다.   

(3) 질문에서 "시작지점"이라는 것이 냉동시스템상의 구체적으로 어느 부분이고 시작지점에서의 x=0.5946이 무엇을 의미하는 것인지 보충설명 바랍니다
     
gigono    19-01-31 13:36
답변 감사합니다. 라울의 법칙을 다시 한번 보고 계산해 보도록 하겠습니다.

시작 지점은 압축기에서 나온 냉매가 응축과정을 겪은 바로 직후 입니다. 응축 과정 후 기액 분리기로 유입됩니다.
다효 냉동사이클 혹은 오토캐스케이드 냉동 사이클입니다.
x=0.5946은 건도입니다.
스테파노 Stefano   19-01-31 16:04
(0) 건도라면  기액 혼합물 중 기상성분의 분율을 언급하는 것이고 Condenser 출구에서 액상만 배출된다면 건도는 0일터인데요.
액면조절밸브 후단에서의 기-액 혼합물에서의 건도를 나타내는 것으로 추정합니다만...

(1) 순성분 물질이라면 Flashing 계산만 하면되지만 기상 및 액상에서 모두 2가지 성분의 혼합물이라 각상의 성분을 계산해야 하는데 인용된 자료에서 기상 및 액상에서 몰 비가 나와 있으므로 손쉽게 각 상의 몰 수를 구할 수 있을 것 같습니다.  계산후 확인해 보세요.  편의상 a=CO2, b=R-134a라고 나타내보면

T=a,b total number of moles fed = Ta + Tb = V + L =100 (assumed)....(1a, 1b,1c)  T,V,L 모두 몰단위, 전체량 100 mole가정
V=a,b total number of moles in vapor = Va + Vb ...............................(2)  Va, Vb=기상중 a,b 성분량,
L=a,b total number of moles in liquid =  La + Lb ................................(3)  La,Lb =액상중 a,b 성분량,

기상에서 각 성분분율:  ya = Va/V =0.84391  ;  yb = Vb/V = 1-0.84391 = 0.15609...........(4a,4b)
액상에서 각 성분분율:  xa = La/L = 0.65807  ;  xb = Lb/L =  1-0.65807 = 0.34193...........(5a,5b)

건도(전체량 중 기상분율),  V/T = 0.5946 ..................................................................(6)

위의 관계식들로부터 기상과 액상의 전체량 (V, L) 및 각 성분의 양 (Va, Vb, La, Lb)을 계산할 수 있을 것으로 봅니다. 
단, T= 100을 가정해야 답이나오겠지요.
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