공정의 종류와 물질수지식 (Process Classification & The General Balance Equation)

공정의 분류(Process Classification)

화학공학에서 공정은 크게 세가지 형태로 분류된다.

1. 회분식 (Batch process)

회분 공정이란 공정초기에만 반응물을 유입시키고, 반응기를 차단하여 유입이나 배출이 없는 상태로 일정시간 반응시킨 후 생성물을 빼내는 공정을 말한다. 즉, 반응이 끝날때까지 외부와의 물질교환은 일어나지 않는다.

비교적 소량생산에 주로 사용된다.

2. 연속공정 (Continuous process)

연속 공정이란 유입물과 배출물이 공정반응중에 연속적으로 흐르는 공정을 말한다. 비교적 대량생산시에 사용되며 가능한 정상상태(steady state)에 가깝게 유지된다.

3. 반회분식공정 (Semibatch process)

유입물만을 연속적으로 주입시키거나, 반응물만을 연속적으로 배출하는 공정이다.

또한 이 공정은 정상상태인가 아닌가로도 분류할 수 있다.

공정 내부의 온도, 압력, 유속, 부피 등과 같은 변수값이 시간에 따라서 변하지 않는 경우 

이를 정상상태(steay state)라고한다. 반면 시간에 따라서 공정변수의 값이 변하는 경우 

이를 비정상상태 또는 과도상태(transient satate)라고 한다.

물질수지식(The General Balance Equation)

일반적인 물질수지식은 어떠한 계에서 나가거나 들어가는 임의의 물질에 대한 균형식이다.

(Input) - (output) + (generation) - (consumption) = (accumulation)

Input과 output은 각각 계의 경계를 통해서 들어가거나 빠져나가는 것을 의미하며, generation과 consumption은 계 내부에서 반응을 통해 생성되고 소비되는 것을 의미한다. 이들의 관계가 계 내부에서 축적되는 양인 accumulation으로 계산된다.

1. 회분공정에서의 물질수지 식

회분공정에서는 Input과 output 값이 0이므로 다음식이 성립한다.

(generation) - (consumption)= (accumulation)

2. 연속공정에서의 물질수지 식

연속공정에서는 accumulation이 0이다.

(input) + (generation) = (output) + (consumption)

3. 반회분공정에서의 물질수지 식

반회분 공정에서는

(input)=0 또는 (output)=0이다.

각 공정의 상태와 그에 맞는 물질수지식을 선택하고, 질량 보존의 법칙과 함께 계산한다면 공정에 필요한 미지변수들을 효과적으로 계산할 수 있다.