게시판 > 질답게시판 > 열플라즈마 관련 watt당 가스분해에 관한 질문입니다.

스테파노 Stefano

07-08-27 16:04

(1)질소를 분해하면 고온의 원자상태의 질소가 생성된다는 의미일터인데 다음사항을 고려하면 될 것입니다.

Plasma의 온도 T, ℃
공급질소온도 t, ℃
질소의 평균 몰 비열 (온도구간 t~T) C, J/g-mol/℃
질소 g-mol당 분해열, H, J/g-mol
질소의 분자량, M=28 g/g-mol
공급 질소의 몰유량 N, g-mol

질소 가열부하 q1, J/s = (질소유량, N g-mol/s)*(질소비열, C J/g-mol/℃)*(온도차,(T-t)℃...(1)
질소의 분해열 q2, J/s = (질소 유량, N g-mol/s)*(질소 몰당 분해열, H J/g-mol)..................(2)

(2) 위의 식(1),(2)로 나타낸 공율(에너지/시간)이 전체 소요되는 공율일 것이므로

(q1+q2) = N*C*(T-t)+N*H = N*(C*(T-t)+H)..............................................................(3)

(3)위의 수식(3) 전체의 전력이 1W라고 했을 때 분해될 수 있는 질소의 양은

N = (q1+q2)/(C(T-t)+H )=1 / (C(T-t)+H) g-mol/s........................(4)

이 양을 질소의 무게유량(W)로 고치려면 분자량을 곱하면 됩니다.

W, g/s = N*M............................................................................(5)

(4)질소의 평균 비열은 핸드북에서 찾아 볼 수 있습니다. 문제는 질소의 분해열인데 질소의 분해열을 모를 경우 질소의 결합에저지를 구하면 될 것입니다.

질소의 결합에너지: H = ??

출처마다 조금씩 다르지만 N2의 Bond Energy는 약 941~947 kJ/g-mol인 것 같습니다.

http://www.google.co.kr/search?sourceid=navclient&hl=ko&ie=UTF-8&rls=GGLD,GGLD:2004-50,GGLD:ko&q=%22Bond+energy+of+N2%22

(5) 정확한 계산은 식 (4)를 이용하면 되지만 분해열이 아주 크기 때문에 가열부하 q1을 무시하고 계산해도 될 것 같습니다. 예열부하를 무시하고 1W 당 분해되는 질소의 양은 (전력 효율 100%를 가정하여)..

N = 1 /(H) g-mol-N2/s = 1/(947*(10^3)) g-mol-N2l/s =1.056*10^-6 g-mol-N2/s
=0.0038015 g-mol-N2l/h = 0.10644 g-N2/h .........................................(4a)

위 계산은 전력 효율 100%를 기준으로 한 것입니다. 공급전력 효율이 있다면 이 값에다 효율을 곱하세요.

(6) 역 질문입니다.
이런 경우 (플라스마 발생기에서) 전력 효율은 얼마나 됩니까?

(1)질소를 분해하면 고온의 원자상태의 질소가 생성된다는 의미일터인데 다음사항을 고려하면 될 것입니다.

Plasma의 온도 T, ℃
공급질소온도  t, ℃
질소의 평균 몰 비열 (온도구간 t~T) C, J/g-mol/℃
질소 g-mol당 분해열, H, J/g-mol
질소의 분자량, M=28 g/g-mol
공급 질소의 몰유량 N, g-mol

질소 가열부하 q1, J/s = (질소유량, N g-mol/s)*(질소비열, C J/g-mol/℃)*(온도차,(T-t)℃...(1)
질소의 분해열 q2, J/s = (질소 유량, N g-mol/s)*(질소 몰당 분해열, H J/g-mol)..................(2)

(2) 위의 식(1),(2)로 나타낸 공율(에너지/시간)이 전체 소요되는 공율일 것이므로

(q1+q2) = N*C*(T-t)+N*H = N*(C*(T-t)+H)..............................................................(3)

(3)위의 수식(3) 전체의 전력이 1W라고 했을 때 분해될 수 있는 질소의 양은

N = (q1+q2)/(C(T-t)+H )=1 / (C(T-t)+H)  g-mol/s........................(4)

이 양을 질소의 무게유량(W)로 고치려면 분자량을 곱하면 됩니다.

W, g/s = N*M............................................................................(5)

(4)질소의 평균 비열은 핸드북에서 찾아 볼 수 있습니다.  문제는 질소의 분해열인데 질소의 분해열을 모를 경우 질소의 결합에저지를 구하면 될 것입니다.

질소의 결합에너지: H = ??

출처마다 조금씩 다르지만 N2의 Bond Energy는 약 941~947 kJ/g-mol인 것 같습니다.

http://www.google.co.kr/search?sourceid=navclient&hl=ko&ie=UTF-8&rls=GGLD,GGLD:2004-50,GGLD:ko&q=%22Bond+energy+of+N2%22

(5) 정확한 계산은 식 (4)를 이용하면 되지만  분해열이 아주 크기 때문에 가열부하 q1을 무시하고 계산해도 될 것 같습니다.   예열부하를 무시하고 1W 당 분해되는 질소의 양은 (전력 효율 100%를 가정하여)..

N = 1 /(H)  g-mol-N2/s = 1/(947*(10^3)) g-mol-N2l/s =1.056*10^-6 g-mol-N2/s
=0.0038015 g-mol-N2l/h = 0.10644 g-N2/h .........................................(4a)

위 계산은 전력 효율 100%를 기준으로 한 것입니다.  공급전력 효율이 있다면 이 값에다 효율을 곱하세요.

(6) 역 질문입니다. 
이런 경우 (플라스마 발생기에서) 전력 효율은 얼마나 됩니까?