생각하는 공대생

정용회분 반응기에서의 1차반응 정용회분 반응기(constant-volume batch reactor)에서는 반응 혼합물의 부피가 변하지 않는 경우를 다룬다. 즉 정밀도 반응계이기도 하다. 비가역 단분자형 1차반응 (irreversible unimolecular-type first-order reaction)은 다음과 같다. 이 반응이 1차 반응 속도식을 따른다고 가정하면 이 때 위 식을 변수 분리하고 적분하여준다. 따라서 다음과 같은 식을 얻을 수 있다. 이를 전환율에 관한 식으로도 바꿀 수 있다. 이므로 양변을 t에 대하여 미분해주면 따라서 마찬가지로 변수 분리하고 적분해주면 최종적으로 다음식이 얻어진다. -ln(CA/CA0)나 -ln(1-XA)를 t에 대해서 plot하면 이런 형태를 만족하는 반응은 ..

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 연..

연습문제 1 원통형 모양의 반응기 내부에서 액화산소와 액화수소의 반응이 진행되고 있다. 반응기는 직경이 50 cm이고 길이는 100 cm이다. 이때 반응기는 연소공정에 의해 생성되는 배기가스를 180 kg/s의 속도로 배출하고 있다. 연소가 완료된 경우 수소와 산소의 반응속도를 구하시오. 풀이 반응유체의 부피기준으로 구하면 된다. 즉 다음 값을 구하자. 우선 반응기의 부피 V는 이다. 수소와 산소의 화학반응식은 이므로 생성물의 몰수는 다음과 같다. 화학반응식에서 반응 몰수비가 2 : 1 : 2 이므로사용된 수소와 산소의 몰수를 알 수 있다. 이를 반응속도 정의에 따라 대입하면 중간에 - 부호가 사라진것은 반응물은 소비되는것이 기준이기 때문이다. 연습문제 2 몸무게가 80kg인 성인 남성은 매일 8000 ..

반응 속도(Reaction Rate)의 정의 반응 속도란 말 그대로 화학반응에서 반응이 일어나는 속도를 의미한다.어떤 반응은 매우 빠르게 일어나는 반면 다른 반응들은 느리거나 매우 천천히 일어난다.예를 들어 polyethylene의 생산이나 연소반응 또는 원유로 부터 가솔린을 추출하는 반응은 수초내로 반응이 일어나는 반면 폐수처리 정화 반응은 수일에 걸쳐 일어난다. 따라서 반응을 이해하고 이에따라 반응기를 설계하는 것이 매우 중요하다. 반응 속도의 기호는 보통 r로 나타낸다.반응물 A에 대하여 일반적으로 많이 사용하는 정의는 단위 부피 기준으로 단위 시간당 반응하는 A의 몰수이며식으로 나타내면 다음과 같다. 이 경우 단위는 여기서 rA는 A가 생성되는 속도인데A가 반응물이므로 실제로는 A가 소모되고 있다..

반응 전환율(Fractional Conversion) 반응 전환율(Fractional Conversion)이란어떤 반응물(A)가 어떠한 반응을 통해서 다른 물질로 전환되는 분율 또는 A가 반응한 분율을 의미한다. 이를 간단하게 전환율(conversion)이라고도 하며 기호 XA로 나타낸다. 부피가 V인 반응기 내부에서 반응이 진행된다고 생각하자.만약 NA0가 시간 t =0에서 반응기 내부에 있는 A의 초기 몰수이고 NA가 특정 시간 t에서 존재하는 A의 몰수라면 A의 전환율은 다음과 같이 계산된다. XA = (반응한 A의 몰수)/(초기에 공급된 A의 총 몰수) 이 수치는 위와 같은 범위값을 가진다. 반응이 전혀 일어나지 않은 경우 0 모든 반응물이 완전히 반응하였다면 1 이때 부피당 A의 농도를 CA라고..

안녕하세요 ~ 생각하는 공대생입니다. 오늘은 반물질에대하여 알아보겠습니다. 지구상에서 가장 비싼물질은 무엇일까요? 루비? 다이아몬드? 아닙니다 바로 반물질! (Antimatter)입니다. 반물질의 가격은 대략 1g당 7경 1180조원 !!!(반물질 1g을 제조하기 위해 필요한 모든 시설에 대한 건설비용, 가동비용 인력비 등을 포함한 액수) ? 지구상에서 가장비싼 보석인 다이아몬드조차1g에 약 6100만원으로 비교도 안되는 압도적인 가격입니다. 그럼 반물질 (Antimatter) 이란 무엇일까요? 일반적인 물질이 입자가 모여 만들어지듯이반물질은 반입자가 모여 만들어집니다. 모든 물질은 원자로 이루어져 있고원자는 입자(양성자·중성자·전자·쿼크 등)로 구성된다는 것은 다들 알고 계실겁니다. 마찬가지로 반물질은..

이상기체(Ideal gas) 이상기체(Ideal gas, perfect gas)란 이론적으로만 존재하는 가상의 기체이며, 다음과 같은 조건을 만족한다. 1. 기체 분자 자체의 부피는 무시한다. 즉, 점입자로 취급한다. 2. 완전탄성충돌(운동량이 보존된다)을 제외한 분자간의 상호작용은 없다. 3. 분자의 움직임은 뉴턴의 운동법칙을 따르지만, 무작위적이고 불규칙적이다. 당연히 실제 기체는 분자의 부피도 있고, 완전탄성충돌도 아니며, 분자간의 인력이나 반발력 같은 상호작용을하므로 맞지 않지만, 높은 온도와 낮은 압력일수록, 무극성이면서 분자량이 낮을수록 더 정확하게 이상기체에 가까워진다. (헬륨은 실제기체중에서 이상기체에 가장 가깝다고 알려져 있다.) 이상기체 상태방정식(Ideal gas law) (P : 압..

기체반응의 법칙(Law of combining volumes) 기체반응의 법칙(Law of combining volumes)이란 동일한 온도와 압력하에서 반응하는 두 기체의 부피는 간단한 정수비로 되어 있다는 법칙이다. 또한 각 생성물의 부피와 반응 기체 중 어느 하나의 부피와의 비율도 간단한 정수비이다. 화학 반응식의 계수의 비 = 분자 수의 비= 기체의 부피의 비 19세기에는 분자의 개념이 아직 확립되지 않았기 때문에 기체 반응의 법칙을 원자 모형만으로 설명할 수 없었다. 예를 들어, 수소와 산소가 반응하면 수증기가 만들어지는데, 이때의 반응비는 2 : 1 : 2이다. 이것을 만족시키기 위해 원자 모형으로 설명하면 반응식이 2H+ O → 2HO½ 가 되어 산소 원자가 쪼개져야만 한다! 당연히 이것은 ..

아보가드로 법칙(Avogadro's law) 아보가드로 법칙(Avogadro's law)이란, 모든 기체는 같은 온도, 같은 압력에서 같은 부피속에 같은 개수의 입자를 갖는다는 법칙이다. 기체의 종류가 다르더라도 온도와 압력이 같다면 일정 부피 안에 들어 있는 입자 수는 같다는 말. 실제로는 이상 기체에 한해서 성립한다. 즉, 부피비는 몰수비에 비례한다는 법칙이다. (k는 비례상수) 여기서 6.02214179×1023는 아보가드로 수(Avogadro number)이라고도 하며 1 mol이라는 단위로 나타낸다.

샤를의 법칙(Charles's law) 샤를의 법칙(Charles's law)이란 기체의 온도-부피 간의 상관관계를 제시한 법칙이다. 기체에 열을 가하면 기체 분자의 운동이 활발해지면서 벽면에 충돌하는 기체분자의 수가 많아지고 이에 따라 부피가 팽창하게 된다. 고체나 액체가 종류에 따라 열팽창하는 정도가 달라지는 것에 비해 기체는 종류에 상관없이 열팽창을 하는 정도가 같다. 즉, 일정압력(P)에서 절대온도(K)와 부피(V)가 정비례한다는 법칙이다. 여기서 T는 일반적인 섭씨 온도(℃)가 아닌 절대온도(K)임에 유의하자. 절대온도 (K) = 섭씨온도 (℃) + 273.15 위 식을 섭씨온도에 관한식으로 바꿔주면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다. 일정한 압력에서 일정량의 기체의 부피는 온도가1 ℃ 상승할 때..