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[화공 열역학] 2성분계 기액평형의 Qualitative 한 설명 ④ : Vaporization 과 Condensation [내부링크]

다성분계 기액평형에서 Vaporization, 기화 과정을 이해하는 것이 가장 기본이다. 이번 포스팅에서는 Acetonitrile (1) / Nitromethane (2) 의 2성분계에 대해 온도가 일정한 경우의 기화, 압력이 일정한 경우의 기화 과정을 자세히 살펴본다. 기화를 이해하면 응축은 공짜다. 그냥 반대니까. 아래 서술에 사용된 실린더는 길이가 무한하고, 피스톤의 무게는 0 임을 가정한다. Case 1 : 온도가 일정한 경우. 일정 온도에서 기화는 온도를 고정시켰으니 P-x-y 그래프로 나타난다. 온도는 75 로 고정되었다. 이 온도에서 순수한 성분 1의 증기압 P1sat = 83.21kPa 이고 순수한 성분 2의 증기압 P2sat = 41.98kPa 이다. 각각 그래프의 오른쪽, 왼쪽 끝 점이다. 우리는 성분을 끓는점이 낮은, 즉 가벼운 순서대로, 혹은 증기압이 높은 순서대로 numbering 하기로 했으니 P-x-y 그래프에서는 항상 오른쪽 끝이 성분 1, 왼쪽 끝이

[화공 열역학] Raoult's Law, 라울의 법칙 [내부링크]

이번 포스팅에서는 상태 방정식의 이상 기체식보다 중요한, 기액 평형의 핵심적인 수식인 Raoult's law 를 살펴본다. 왜 이상 기체식보다 중요하냐면, 라울의 법칙은 가정 하나가 더 붙기 때문이다. 라울의 법칙을 적용하기 위한 가정은 아래와 같다. 기상이 이상 기체일 것 액상이 이상 용액일 것 즉 라울의 법칙은 이상적인 기액 평형을 기술하겠다는 것이다. 이는 이상적인 상황에서 벗어나는 모든 기액 평형에 대한 기준을 제공해준다는 점에서 매우 중요하다. 하지만 두 가정을 보면 라울의 법칙이 어느정도 잘 맞는 상황도 알 수 있다. 압력이 낮아서 기상의 거동이 이상 기체와 유사하고, 각 성분이 물리적, 화학적으로 비슷해서 Like 성분 간 인력과 Unlike 성분 간 인력이 비슷, 즉 액상의 거동이 이상 용액과 유사한 경우다. 여기서 성분의 물리적, 화학적 성질이 비슷하다는 것이 뭘까? 물리적인 관점에서는 크기가 비슷하고, 화학적인 관점에서는 분자 구조가 비슷한 것을 의미한다. 예를 들

[화공 열역학] 2성분계 기액평형의 Qualitative 한 설명 ③ : Case study 및 공비 혼합물 [내부링크]

역행 응축 현상은 임계점 근처의 특이한 현상으로써 그 의미가 중요하지만, 대부분의 정유 및 석유 화학 공장에서 임계점 근처의 운전 조건을 가진 설비는 없다. 오히려, 계속 말하지만 분리를 시행하는 압력이 낮을수록 분리가 더 잘된다. 따라서 이제 정말 실용적인 기액 평형 예시를 하나씩 살펴보자. 아래 그래프는 총 4개의 2성분계에 대해 온도를 30 에 고정시키고 조성을 변화시킨 경우의 P-x 그래프를 나타낸 것이다. 그래프 12.8 (a) 는 30 에서 테트라하이드로퓨란 (1) 과 사염화탄소 (2) 의 2성분계 P-x-y 그래프다. 온도를 고정해줘야 P-x projection 이 가능하다. 괄호 안의 숫자는 성분 1, 성분 2 를 나타내고 가벼운 순서로, 즉 끓는점이 낮은 순서로 성분의 숫자를 매긴다. 계속 언급하는 이유는 이게 헷갈리면 답도 없기 때문이다. 테트라하이드로퓨란은 이름이 긴데, 말 그대로 Furan 에 수소를 4개 첨가시킨 분자라는 뜻이다. Tetra- 는 4- 라는 뜻

[화공 열역학] 2성분계 기액평형의 Qualitative 한 설명 ② : 역행 응축, Retrograde condensation [내부링크]

이전 포스팅 내용을 이어서, 임계점 근처의 특이한 현상인 역행 응축을 살펴본다. 그림 12.4 는 그림 12.3 에서 보이는 여러 곡선 중 하나를 가져와서 임계점 부분을 확대한 것이다. 그림 12.3 을 보면 각 조성에 따라 달라지는 기액 평형 곡선이 다다르는 임계점을 이은 점선을 Critical locus 라 적어 놓았다. 'Locus' 아는 사람? 나도 처음 배울 땐 몰라서 찾아봤다. 지금 네이버에 Locus 라고 치면 옥스퍼드 사전의 '장소, 중심지' 가 가장 먼저 뜨고 다른 의미를 찾아보려면 다른 사전을 눌러야된다. 옥스퍼드 사전이면 좀 유명한 사전 아닌가,,? 뜻을 다 담아놔야 할 것 같은데. 나는 모르는 영어 단어가 나오면 항상 en.wiktionary.org 에서 먼저 찾아본다. 어근도 알 수 있고, 영어로 표현된 정확한 의미를 파악할 수 있다. Locus 를 검색하면 아래와 같이 나온다. 그림 12.3 에서 Locus 는 2번 의미로 사용된 것을 바로 알 수 있다. 번

[화공 열역학] 용액 열역학 개요 [내부링크]

우리 학교는 화공 열역학을 1, 2로 나누어서 배우는데 여기부터는 열역학 2에 해당하는 내용이다. 어렵다고 소문이 자자한 과목이었지만 듣고나서 후회는 없었다. 특히 분리 공정과 함께 들으면 시너지가 뿜뿜이다. 용액은 Solution 의 번역어인데, 자칫 액체만 의미하는 것으로 혼동될 수 있는 번역이다. 기체와 액체 혼합물을 모두 의미한다고 생각해야 한다. 책에서도 주로 액체를 다루긴 하지만, 기체 혼합물도 기체 분자로 이루어진 용액임을 인지해야한다. 교과서의 첫 문장에도 아래와 같이 쓰여있다. Our purpose in this chapter is to lay the theoretical foundation for applications of thermodynamics to gas mixtures and liquid solutions. 용액 열역학은 즉 기체와 액체 혼합물의 열역학적 물성과 상태를 계산하는 내용이다. 이번 포스팅에서는 간단한 용어 몇가지를 알아보자. Composit

[화공 열역학] Refrigeration, 냉동 과정 [내부링크]

냉동기는 5장에서 카르노 싸이클을 설명할 때 잠시 나왔었는데, 열펌프라고도 부른다. 말 그대로 저온 열원에서 열을 끌어 올려다가 고온 열원에 방출하는 것이다. 이 과정에서 외부에서 일을 받아야만 열역학 제 2법칙에 의해 열의 흐름이 가능하다. 열기관의 이상적인 경우가 카르노 싸이클인 것 처럼, 열펌프의 이상적인 경우도 카르노 냉동 싸이클이다. 열역학 제 1법칙에 의한 에너지 밸런스를 세워보면 카르노 열기관의 열 효율처럼 카르노 냉동기의 효율을 나타내는 값을 성능 계수 ω 라 한다. 시스템에 해준 일로 얼마나 많은 열을 저온 열원에서 뽑아냈는지 수치로 나타낸 것이고, 아래와 같의 정의한다. 식 a를 QC 로 나누고 정리해보면 따라서 카르노 냉동기의 성능 계수도 아래와 같이 오로지 저온과 고온 열원 온도만의 함수로 표현된다. 예를 들어서, 우리 집에 있는 냉장고가 카르노 냉동기라 가정하고, 냉장고를 5 로 유지시키며 30 의 주위로 열을 방출한다고 하면 이 냉장고의 성능 계수는 온도는

[화공 열역학] Two-Phase systems : Clapeyron equation [내부링크]

성분이 아니라, 상이 두 개인 경우를 살펴보자. 이제부터는 Phase 라는 단어의 의미를 명확히 알고 가야 한다. 영문 위키에 phase 를 검색하면 state of matter 문서가 가장 상위에 랭크되어 있다. 하지만 들어가서 요약 부분의 마지막 문장을 보면 아래와 같이 되어있다. The term phase is sometimes used as synonym for state of matter, but a system can contain several immiscible phases of the same state of matter. Phase 란 단어가 물질의 상태와 같은 뜻으로 사용되기도 하지만, 시스템은 같은 상태의 섞이지 않는 여러 상을 포함할 수도 있다는 뜻이다. 예를 들어서, 벤젠과 물로만 이루어진 액체 혼합물을 생각해보자. 벤젠과 물 둘다 액체니까 phase 는 1개인가? 절대 아니다. 벤젠과 물은 섞이지 않으므로 다른 phase 로 취급한다. 우리는 이런 의미로써

[화공 열역학] 줄/톰슨 효과 [내부링크]

줄/톰슨 효과란, 앞선 포스팅에서 설명한 조름 공정에서 발생하는 압력 변화에 의한 온도 변화를 말한다. 즉 단열이고 엔탈피가 일정하게 유지되는 유체의 흐름 과정에서 냉각이 발생하는지, 가열이 발생하는지 알아보자. 우선 조름 공정 전후로 압력은 무조건 감소한다. 압력이 감소하므로 흐르는 유체에 대해 이 과정은 단열 팽창으로 볼 수 있다. 일반적인 단열 팽창에서, 팽창에 일이 소모되었으나 주위와 열 교환이 없었으니 시스템의 온도는 감소해야 한다. 이 온도가 감소해야 한다는 건 왜일까? 열역학 제 1법칙이다. 팽창 시 W<0 이므로 U<0 이어야 한다. 내부 에너지는 시스템의 열적 운동 에너지와 열적 위치 에너지의 합이므로 내부 에너지가 감소했다는 것은 시스템의 열적 에너지가 감소했다는 뜻이다. 하지만 시스템의 온도는, 분자의 운동에 의해서만 발생하는 열적 운동 에너지의 측정값이다. 따라서 내부 에너지 자체에 변화가 있거나, 내부 에너지의 변화가 없더라도 열적 운동 에너지의 변화와 열적

[화공 열역학] 온도와 압력에 의한 엔탈피와 엔트로피 [내부링크]

5장의 마지막에서 보았듯이 열역학적 관점에서 시스템이 평형에 이르렀을 때 항상 중요한 것은 시스템이 가용한 최대 에너지가 얼마인지 (엔탈피), 그리고 그 중에 시스템의 비가역성으로 인해 손실되는 에너지가 얼마인지 (엔트로피) 이다. 그리고 열역학 상태 함수 중 가장 쉽게 측정 가능한 것이 온도와 압력이므로, 엔탈피와 엔트로피가 온도와 압력으로 어떻게 나타나는지 알아보려고 한다. 원래 함수의 특성을 조사할 때 가장 먼저 해봐야 하는 것은 미분이다. 원래 함수는 지금 엔탈피와 엔트로피이고, 미분을 행할 변수는 온도와 압력이다. 즉 전미분 형태로 전개해보면 우리가 여기서 해야할 것은 명확하다. 앞서 말했듯이 dT 와 dP는 쉽게 측정 가능하므로, 그 앞에 붙은 편미분 계수들을 우리가 측정 혹은 계산 가능한 항으로 표현해주는 것이다. 엔탈피의 첫 편미분 계수는 그냥 정압 열용량의 정의다. 그런데 원래 엔탈피의 완전 미분 표현인 dH=TdS+VdP 에서 위의 정의에 따라 P가 일정한 경우에

[화공 열역학] 카르노 기관 [내부링크]

지난 포스팅에서 간단하게 소개했던 카르노 기관을 자세하게 알아보자. 지금 알고있는 정보는, 카르노 기관이 주어진 조건에서 최대의 열 효율을 내는 기관이고, 그 열 효율은 고온과 저온 열원의 절대 온도에 의해서 결정된다는 것이다. 이는 아래 그림의 (a) 로 나타낼 수 있다. 그런데 그림 (b) 를 보자. 열의 흐름이 저온에서 고온 방향이다. 지난 포스팅에서 열전달'만' 존재할 땐 열의 흐름이 항상 고온에서 저온 방향이라고 언급했다. 하지만 외부에서 시스템으로의 일의 공급이 있다면 저온에서 고온으로 열이 흐르는 것이 가능하다. 이런 카르노 기관을 카르노 열 펌프라 한다. 열을 말 그대로 끌어올린다는 뜻이다. 중력 하에서 물은 자연히 높은 곳에서 아래로 흐르지만, 펌프로 압력 강하를 중력보다 크게 하면 물을 끌어올릴 수 있는 것과 비슷한 원리다. 정확하게는, 카르노 기관의 모든 과정이 가역이기 때문에, 이 과정을 거꾸로 돌려도 상관없기 때문이다. 이 경우에는 열 효율 대신 아래와 같이

[화공 열역학] 병류와 향류 열교환기 (손실된 일) 예제 [내부링크]

Example 5.9 The two basic types of steady-flow heat exchanger are characterized by their flow paterns: cocurrent and countercurrent. Temperature profiles for the two types are indicated in Fig. 5.6. In cocurrent flow, heat is transferred from a hot stream, flowing from left to right, to a cold stream flowing in the same direction, as indicated by arrows. In countercurrent flow, the cold stream, againg flowing from left to right, receives heat from the hot stream flowing in the opposite direction

[화공 열역학] 엔트로피 [내부링크]

열역학 제 2법칙에 의해 소개된 엔트로피 S는 무엇일까? 사실 7판에서는 엔트로피를 먼저 자세히 소개한 후 2법칙을 서술하는데, 8판은 순서가 바뀌어 있다. 왜 이렇게 바꾼지는 모르겠지만 아무튼 8판을 참고하고 있으니 바뀐 순서대로 포스팅 중. 일반적으로 알려진 엔트로피의 개념 중 가장 유명한 것은 아마 '무질서도' 일 것이다. 하지만 이건 통계열역학적 관점에서 바라본 엔트로피의 개념이고, 화학공학적 관점에서 엔트로피는 쓸모없는 에너지와 관련있는 물리량이라고 보면 된다. 그럼 엔트로피는 어떻게 만들어졌을까? 열역학 제 1법칙에서 내부 에너지가 만들어진 이유는, 열 Q 와 일 W 각각은 경로 함수이지만, 둘을 더한 값은 시스템의 상태에 의존한다는 것을 발견하여 이 Q+W 라는 상태 함수를 내부 에너지 U로 정의한 것이다. 엔트로피도 마찬가지다. 열역학 제 2법칙에서 물리량들의 관계를 조사하다 보니 시스템의 상태에만 의존하는 값을 하나 발견한 것이고, 이를 엔트로피 S라 정의한 것이다.

Accumulation : Semi-Infinite System [내부링크]

6장의 마지막 내용으로 semi-infinite system, 반 무한 시스템을 다루고자 한다. 미분 방정식의 형태는 똑같다. 하지만 달라지는 BC를 잘 살펴보자. '반 무한'이라는 용어는 한 경계에서 일어나는 전달 현상의 구동력이 다른 경계에 영향을 미치지 않을 때 사용한다. 즉 매우 큰 시스템이나, 전달이 막 시작 된 상태에 해당한다. 윗 부분에 적혀 있듯이, bulk convection이 dominating해지기 전에 시스템의 transient analysis에 잘 들어맞는다. 운동량 전달의 예시를 보자. 배가 움직이는데, 배 근처 물의 속도 profile을 생각하면 된다. 물이라는 시스템은 매우 크므로, 배의 속도가 일으키는 물로의 운동량 전달이 물의 끝 지점에 영향을 미치지 않는다. generation은 없으므로 이전까지 했던 미분 방정식과 형태는 같지만 BC를 잘 보자. IC가 0이다. 즉 처음에 배는 정지해있다가 시간이 흐르는 순간 v0의 속도로 움직인다. 변수 변환을

1-dimension, Steady state Diffusive Transport [내부링크]

2장 마지막 내용이 조금 남아있다. N과 J를 구분하는 내용. xa로 묶어진 항이 대류 속도를 표현한다. 먼저 가장 간단한 1차원에서 정상상태이고 확산에 의한 전달 현상만을 살펴보자. '확산에 의한'이란 말은 뉴턴의 점성 법칙, 푸리에 법칙, 그리고 픽의 법칙에 의해 표현되는 플럭스만을 고려하겠다는 뜻으로 해석하면 된다. 즉 generation과 accumulation항이 0이 되어 사라진다. Boundary condtition, 경계 조건에 대한 내용을 먼저 적어 놓았다. 우리가 앞으로 풀게 될 식은 전부 미분 방정식이기 때문에 여러가지 조건이 필요하다. 주로 시간에 대한 미분 방정식은 초기 조건, 위치에 대한 미분 방정식은 경계 조건이 주어진다. 그리고 각 차원에 대한 최고 미분항의 합과 조건의 갯수가 같아야 문제를 풀 수 있다. 가장 먼저 고려되는 조건은 Convective BC, 대류 경계 조건이다. 대류 현상을 아직 다루지 않았으므로 대류 항은 전달되는 성질의 값 차이와 계

[공정제어] 1차 공정의 물리적 예시 [내부링크]

4장에서 다룬 1차 공정의 예시를 몇 가지 살펴보자. 밸브와 같은 resistance를 통해 출구 유량과 액위를 제어하는 시스템을 생각해보자. 이때 출구 유량이 액위에 선형적으로 비례하면, 이 저항 R을 linear resistance라고 한다. 즉 qo=h/R. 과도 상태와 정상 상태에 대해 질량 수지식을 세우고, deviation variable을 도입하여 식을 표현한 후 라플라스 변환한다. 이 과정은 이제 생략하여도 자연스럽게 이해되어야 하는 부분. 시간 상수를 AR로 하면, 정상 상태 이득이 R인 1차 공정의 전달 함수로 표현된다. 참고로 이 저항 R의 단위는 길이/부피유속 으로, 시간/면적 이 된다. 시간 상수의 단위가 항상 시간이어야 한다는 것을 생각하면 된다. 입력으로 단위 계단 함수를 넣었을 때 이 입력에 대해 최종적으로 변화하는 액위는 R이고, 이는 최종값 정리를 통해 쉽게 구할 수 있다. 그런데 액위와 R의 단위가 같은가? 이는 라플라스 변환한 후 단위 계산이 생략

[공정제어] 라플라스 변환 [내부링크]

2장에서 모델링한 식의 풀이는 라플라스 변환이라는 방법으로도 풀 수 있다. 실제로 입력이나 외란이 복잡하게 주어지는 경우 integrating factor나 exactness를 만족시키는 함수를 구하는 일이 미분 방정식을 푸는 것보다 어려워진다. 따라서 이후에 적용하는 모든 ODE의 풀이는 라플라스 변환을 활용한다. 사실상 선형 ODE 풀이의 끝판왕. 그리고 학부과정 공정제어의 시작과 끝이다. 라플라스 변환에 의한 풀이는 전형적으로 시간 영역의 미분 방정식을 s 영역의 대수 방정식으로 변환하여 풀고, 다시 시간 영역의 해로 역변환하는 과정을 거친다. 대수 방정식의 풀이는 부분분수, 인수분해 등 쉬운 방법이 사용되기 때문에 훨씬 편리한 경우가 많다. 그리고 s 영역의 해를 통해 원래 함수의 거동을 예측하는데도 유용하게 사용된다. 라플라스 변환은 piecewise continuous하고 bounded인 시간 영역 함수 f에 대해 정의되는 적분 변환이다. 함수가 piecewise cont

[화공 열역학] 열역학 제 1 법칙 [내부링크]

우선 앞으로 자주 사용할 system, 계라는 용어를 정의하고 가자. 계는 우리가 열역학적 분석을 행할 임의의 공간이다. 계가 아닌 공간을 surrounding, 주변이라 하고 계와 경계로 구분된다. 이 계의 특성에 따라 다음과 같이 분류된다. Closed system, 닫힌계 : 물질(질량)의 출입이 불가능한 계 Open system, 열린계 : 물질과 에너지의 출입이 가능한 계 Isolated system, 고립계 : 물질과 에너지의 출입이 불가능한 계 Adiabatic system, 단열계 : 열로써의 에너지의 출입이 불가능한 계 문제나 상황을 정의할 때 항상 시스템이 어떻게 표현되는지 잘 해석하는 것이 첫 번째로 할 일이다. 이 시스템을 기준으로 모든 열역학 이론이 기술된다. Thermodynamics, 열역학이란 말 그대로 열과 일에 의한 에너지 현상을 기술하는 학문이다. 각 과마다 중점을 두는 부분이 다른데, 화학공학과는 주로 반응이 일어나는 경우를 중심으로 내용을 풀어나

[화공 열역학] 차원과 단위 [내부링크]

공학 관련 전공을 통틀어서 가장 기본적이고 중요하다고 생각하는 것이 바로 dimension, 차원과 unit, 단위이다. 차원은 단위를 포함하는 집합이라고 보면 된다. 우리가 자주 마주하는 것은 질량(M), 길이(L), 시간(T) 등이다. 단위는 이 차원을 표현해주는 도구이다. 즉 기술할 시스템의 scale에 맞게 사용하면 된다. 예를 들면, 질량 차원에 대한 단위는 g, kg, ton 등이 있다. 다양한 물리량들이 이 차원의 조합으로 만들어지고 단위로 표현된다. 따라서 어떤 물리양의 단위를 알 수 있다면, 그것이 의미하는 물리적인 의미를 대략적으로 이해할 수 있다. specific heat capacity, 비열용량의 단위를 한 번 살펴보자. 있는 그대로 풀어쓰면, 어떤 물질 1g, 1K당 가지는 에너지(J)이다. 이걸 좀 더 알아듣기 쉽게 표현하니 우리가 자주 들었던 어떤 물질 단위 질량의 온도를 1K만큼 올리는데 필요한 에너지가 된 것이다. 참고로, 이 블로그에 올리는 글은 왠

[열 및 물질 전달] 열교환기에서 왜 로그(대수) 평균 온도차를 쓰지? [내부링크]

열/물질 전달이나 열교환기에 대해 공부해본 사람은 전달의 구동력에 로그 평균을 쓰는 것을 자주 보았을 것이다. 실린더나 구형이 아니라면, dT/dz 를 적분하여 그냥 온도 차이를 사용하면 될 듯 한데 왜 로그 평균에 의한 차이를 사용하는지 의문이 들 수 있다. 이 의문을 해결하기 전에 로그 평균이 무엇인지 알아보고 가자. 여담으로, 로그를 대수라고 부르기도 하는데, 대수 (對數) 란 우리가 흔히 로그라 부르는 Logarithm 의 한자 표현이다. '대답할 대' 를 쓰는데, 수학적 의미가 있는 것은 아니고 로그가 지수 (指數) 의 역인 것에 착안해 '가리킬 지' 의 반댓말을 쓴 것 뿐이다. 그냥 로그라고 부르는게 algebra 와 헷갈리지도 않고 좋다. 우선 로그 평균이란 아래와 같이 정의되는 두 양수에 대한 평균의 한 종류이다. x=y 인 경우 0으로 나누는 형태가 되므로 따로 정의를 해준다. 즉 두 수의 차를 두 수의 로그의 차로 나눈 것이다. 줄 세우기를 해보면, 로그 평균은 기

[석유화학] 1,3 Butadiene (부타디엔) 제조 공정 by 추출 증류 [내부링크]

NCC 공정의 제품으로 에틸렌, 프로필렌 다음으로 가벼운 것은 Mixed C4, 즉 탄소 수 4개인 유분이다. 그런데 C4 제품 중 중합을 위한 모노머로 가장 많이 쓰이는 것은 1,3-Butadiene 이다. 합성 고무인 ABS, SBR, NBR 등의 가운데 B 가 모두 1,3-Butadiene 을 의미한다. 따라서 NCC 에서 생산된 Mixed C4 는 다시 1,3-Butadiene (이하 1,3BD) 을 분리하기 위한 공정을 거친다. 우선 명명법을 보면 구조를 예측할 수 있다. 우선 diene 이므로 이중 결합은 두개다. Di 는 둘을 뜻하는 접두어임을 상기하자. 그리고 1,3- 이 붙어있으므로 두 이중 결합의 위치는 1번, 3번 탄소다. 따라서 아래와 같은 구조를 가진다. 끓는점은 -4.9 이고 액상 비중은 약 0.64 이다. 문제는 이 녀석만 C4 혼합물 중에서 분리해내야 한다는 것이다. 이제 C4 혼합물을 MC4 (Mixed-C4) 라고 하겠다. 에틸렌의 경우 이성질체가 에

[유체역학] 기본 개념 : 압력과 응력 [내부링크]

우리말 번역에 힘 역, 力 이 붙어서 자칫 힘에 대한 의미만 강조되는, 즉 직관적인 이해를 방해할 수 있다. 하지만 압력과 응력 둘 다 힘에서 파생된 물리량으로, 차원은 힘/면적 을 공유한다. 즉 단위 면적당 얼마나 많은 힘이 작용했는지에 대한 값이다. 따라서 압력과 응력은 작용하는 힘의 크기뿐만 아니라, 그 힘이 작용하는 면적의 크기도 고려해야 한다. 손바닥으로 풍선을 아무리 때려도 안 터지는데 바늘을 살짝 가져다 대기만 해도 터지는 이유는 힘이 작용하는 면적이 다르기 때문이다. 하지만 압력과 응력이 공유하는 것은 단위뿐이다. 차이점을 하나씩 알아보자. Pressure, 압력 (P) 우선 압력은 말 그대로 어떤 물체를 누르는 상황에서 발생한다. 기호로 주로 알파벳 P 를 사용한다. 엄밀하게는 힘이 작용하는 어떤 면에 대해 수직인 성분만을 고려한 값이다. 실린더에 물을 채워넣고 피스톤을 옆으로 밀어봤자 물은 아무 압력도 받지 않는다. 즉 압력이 존재하려면 어떤 면에 수직하는 성분을

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 7 : 정제 공정 (Mixed C4) [내부링크]

주제품인 에틸렌과 프로필렌은 끝났고 이제 정제 공정의 마지막이다! Depropanizer 하부로 나온 흐름은 C4 ~ C6 성분이 섞여있다. C4 부터는 이성질체 수가 급격히 많아지기 때문에, 끓는점 분포가 워낙 촘촘해서 원하는 성분만 콕 집어서 분리하기 매우 곤란해진다. 그래서 C4류 와 같이 탄소수가 같으면 묶어서 생산하고, 이를 더 세부적으로 처리하는 공장을 따로 둔다. 이번 포스팅에서는 이 C4류, 즉 Mixed C4 의 생산 과정을 알아본다. Debutanizer Depropanizer 의 하부 흐름을 Feed 로 받아 C4 성분만 상부로 분리하고, C5 이상은 하부로 분리하는 Column 이다. C4 성분 중 가장 조성이 높은 것은 1,3 Butadiene 인데 (이하 1,3 BD), 이 1,3 BD 는 이중 결합이 두개 존재하므로 다른 올레핀류에 비해 중합 반응에 훨씬 취약하고 Fouling 과 Popcorn polimerization 문제를 자주 일으킨다. 이를 위해

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 8 : 냉동 Cycle [내부링크]

이번 포스팅부터 제품의 생산과 직접적으로 관련된 부분은 아니다. 하지만 공장이 제대로 돌아가려면 꼭 필요한 공정이기 때문에 소개하지 않고 넘어갈 수 없다. 냉동 Cycle 은 에틸렌과 프로필렌을 순환시켜 NCC 공정 내 다양한 열교환기의 냉열, 즉 냉매나 열원으로 사용하는 것이다. 이를 알기 위해서는 일반적인 냉동 Cycle 이 어떻게 구성되는지 필수적으로 이해하고 있어야 한다. 냉동 Cycle 은 반드시 압축기 → 응축기 → 감압밸브 → 증발기 의 4 공정을 포함해야한다. 아래 포스팅도 참조하고 오면 좋다. [화공 열역학] Refrigeration, 냉동 과정 냉동기는 5장에서 카르노 싸이클을 설명할 때 잠시 나왔었는데, 열펌프라고도 부른다. 말 그대로 저온 열원... blog.naver.com 엔지니어는 전공 지식이 직무 역량이다..! 전공 많이 알고 있으면 정말 공정의 이해도가 달라진다. 압축이 왜 필요한지, 압축 하고나서 왜 또 감압을 하는지? 전부 열을 전달하기 위한 매체로

[화공 열역학] Phase rule, 상률과 Duhem 의 정리 (자유도의 개념을 확실히) [내부링크]

3장 즈음에서 증명 없이 사용했던 자유도에 관한 법칙을 자세히 다루어본다. 자유도의 개념이나 값을 묻는 문제에 확답을 할 수 없다면, 읽어보면 확실히 도움이 될 것이다. 자유도를 다시 간단히 설명하면, 어떤 시스템에서 '자유롭게' 바꿀 수 있는 변수의 수다. 만약 어떤 변수가 변함에 따라 다른 변수도 같이 변해야한다면, 그 두 변수는 어떤 식으로 표현된다는 것이고, 결국 자유도를 하나 깎아먹게된다. 즉 자유도란 어떤 시스템을 표현하는 Intensive 한 변수의 수와, 그 변수 간의 독립적인 관계식에 의해 유도되는 값이다. 자유도 = Intensive 변수의 수 - 서로 독립인 관계식의 수 위 개념을 확실히 머리에 새겨두자. Phase rule, 상률부터 알아본다. 어떤 시스템이 N 개의 성분과 π 개의 상 (Phase) 을 가진 채 평형을 유지하고 있다. 반응은 존재하지 않는다. 이 때 이 시스템의 평형 상태를 결정짓는 Intensive 변수는 PVT 중 2개, 각 Phase 내의

[화공 열역학] 2성분계 기액 평형의 Qualitative 한 설명 ① [내부링크]

Vapor/Liquid Equilibrium (이하 VLE), 기액평형은 화공 엔지니어로 일하면서 가장 자주 접하게 되는 상황이고, 그만큼 확실히 알고 있어야 하는 개념이다. 단어 설명 잠시 Qualitative / Quantitative 이 두개는 공대 서적에서 정말 자주 사용되고, 그래서 잘 의미를 잘 파악해둬야 한다. 각각 '정성적, 정량적인' 으로 번역되는데, 이건 진짜 한 20년 전 영어 단어 책에 나올법한 번역이고 그냥 '질적인, 양적인' 으로 해석하면 된다. 단어를 보면 Quality 와 Quantity 에서 파생된 것임을 유추할 수 있다. 그럼 Quality 와 Quatity 에 형용사적인 의미가 추가된 것이다. 우리에게 자주 보이는 맥락에서 설명하면, Qualitative 한 설명은 어떤 개념에 대해 그냥 말로 술술 풀어놓겠다는 것, Quantitative 한 설명은 문자나 수식으로 정확한 결과를 유도하겠다는 것이다. 예를 들어서 사과의 색에 대해 설명한다고 하면,

[석유화학] 배운 용어들 (22.06.04 수정) [내부링크]

처음 사무실에 들어와서 선배들과 얘기를 나누다 보면, 무슨 얘기를 하는지 알아듣기가 힘들다. 사용하는 용어를 모르기 때문에. 말이 통하려면 우선 사용하는 용어는 알고 있어야 하고, 계속 알아가야 한다. 각 공장마다도 그 용어들이 조금씩 다르다. 어떤 용어를 보면 저런 것 까지 알파벳으로 줄여 말해야하나 싶을 정도로 비효율적인 용어도 있는데, 이런 것들은 약간 관습이라 바꾸기가 힘들다. 산업이 워낙 고여서 어쩔 수 없이 이해해야 하는 부분. 그래서 조금 공용적으로 사용되는 용어를 위주로 다루어본다. Ctrl + F 로 찾아보세요! 생각 날 때마다 추가 및 수정 할 예정입니다. Work 와 Power Power (일률) 은 Work (일) 을 얼마나 빨리 하는지, 즉 Work/시간 이다. 일은 당연히 물리학적 일로, 힘이 작용하는 방향으로 이동한 거리와 힘의 곱이다. 동력을 발생시키는 장치의 성능이 보통 Power 로 표현된다. 아 발전기의 성능도 Power 로 나타낸다! Calor

[블챌 1주차] 제 2회 석유화학 올림피아드 [내부링크]

블챌 1주차 일기입니다! 저희 회사에서 올해에도 아래와 같이 석유화학올림피아드를 진행하네요! 우선 설명부터 읽어봐요! LG화학 홈페이지 내 본문을 따왔습니다. LG화학이 한국화학공학회와 함께 석유화학 산업의 미래를 이끌 인재 발굴에 나선다. LG화학은 6일 국내외 화학공학 분야 대학생을 대상으로 ‘제2회 LG화학-한국화학공학회 석유화학 올림피아드’를 개최한다고 밝혔다. 석유화학 올림피아드는 대학생들이 경쟁과 교류를 통해 화학공학 분야에 대한 지식을 넓히고 혁신 인재로 성장할 수 있도록 지원하는 자리다. 이번 올림피아드의 대회 분야는 생산성 향상 공정 안전 환경/에너지 등 총 3개 부문으로 참가자는 이 중 1개 부문을 선택해 지원할 수 있다. 대한민국 국적의 국내외 화학공학 관련 학부 3, 4학년 대학생이라면 누구나 참여 가능하며, 1팀당 2~3명으로 구성해 지원할 수 있다. 접수기간은 6월 7일부터 7월 6일까지로 LG화학 공식 홈페이지 (http://www.lgchem.com)를

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 3 : 압축 공정 [내부링크]

급냉 공정 다음은 압축 공정이다. 압축 공정의 목적은, 40 까지 냉각을 마친 C5 이하의 분해 가스를 40KG 까지 압축시켜서 각 성분들의 끓는점을 높이고, 뒷 공정까지 분해 가스가 이동할 수 있는 물리적 Driving force 를 제공하는 것이다. 끓는점을 높이면 정제 공정의 냉매 선택 폭이 넓어진다. 이 과정에서 분리되는 소량의 Heavy 성분들 또한 압축의 부가적인 효과이라고 볼 수 있겠다. 압축 공정은 크게 세 부분으로 이루어져 있다. 1) 분해 가스를 압축시키는 다단 컴프레서, 2) 분해 가스 내의 산성 성분을 제거하는 Caustic Tower, 3) 분해 가스 내의 수분을 제거하는 Dryer. 컴프레서, 특히 Centrifugal compressor 에 대한 배경 지식이 있으면 좋은데, 찾아보니 내가 아직 포스팅을 안한 것 같다. 다음에 기회가 되면 제일 먼저 해야할 듯,,? 잠시나마 핵심을 말하자면, Centrifugal compressor 는 기체에 속도를 공급한

[이것저것] 인바디 측정 [내부링크]

회사에서 건강 증진 프로젝트를 하길래 신청하고 인바디 측정을 하고 왔습니다! 인바디 마지막으로 잰 것이 언제인지도 기억이 안나네요,, 뭐 나름 운동은 꾸준히 하고 있는데 PT 받고 그런게 아니라 잴 기회가 잘 없었던 것 같아요. 그래프가 저렇게 일자로 이어지는 경우는 드물다고 하네요 (?) 따로 다이어트를 하고 있지는 않고, 홈트로는 풀업과 푸쉬업 스쿼트 세개만 거의 하는데, 체지방 관리가 어느정도 되고 있는 듯 해서 기분이 잠시 좋아졌어요. 아마 아침을 거르는 날이 많아서 그런 것 같기도 하네요. 아무튼 프로젝트 목표는 3개월간 골격근량 1kg 증량입니다! 아마 지금 하는 홈트 정도로는 불가능 할 것 같고 사내 gym 을 주기적으로 이용해야 달성할 수 있을 것 같아요. 체지방도 조금 줄이면 좋겠다고 하셨는데,, 계산해보니 골격근을 1kg 늘리면 몸무게가 64.2kg 이 될텐데 메모해주신 체지방률 13.5% 까지 줄이면 체지방을 지금 8.7kg 까지 줄여야해요! ㅋㅋㅋ 이렇게 하려면

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 4 : 저온 공정 [내부링크]

위 사진에는 안나와있는데, 뭐 어떻게 보면 저온 공정도 수소와 메탄을 분해 가스로부터 분리한다는 점에서 정제라고 볼 수 있지만 Cold Box 라 부르는 특이한 설비를 지나기 때문에 저온 공정이라 따로 불러준다. 참 온도 분포가 넓다 공정 전체를 보면. 분해로에서 850 까지 갔다가 이제 영하까지 내려오니까. 에틸렌을 뽑기 위한 공정이 열적으로 이렇게 Dynamic 합니다! Cold Box 는 진짜 말 그대로 Box 다.. (?) Cold Box 내부의 설비들은 극저온 조건에서 운전되기 때문에 외부 환경으로부터 철저하게 보호받아야 하고, 이를 위해 저런 Box 내부에 설치하는 것이다. 즉 Cold Box 는 저온 공정에서 사용되는 열교환기나 드럼, 타워들을 외부와 Isolation 시켜주는 역할을 한다. 물론 흐름은 배관을 통해 오고간다. 아래는 Fives 社 의 Cold Box 소개 페이지. 가볍게 읽어보면 이해하는데 도움이 된다. Cold-Boxes Cold Boxes Premi

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 5 : 정제 공정 (에틸렌) [내부링크]

드디어 Main Process 로는 마지막인 정제 공정까지 왔다! 즉 여러 증류탑을 사용해서 원하는 제품으로 분리해내는 일만 남았다. 정말로 증류탑으로만 이루어져 있고, 수첨을 위한 반응기 두 종류만 존재하기 때문에 정제 공정은 다양한 증류탑이 왜 그렇게 설계되어야만 했는지, 왜 그렇게 운전해야만 하는지 공부하기 좋은 공정이다. 지금 Main 흐름에서 남은 것은 C2 ~ C6 성분이다. 당연히 끓는점 순서대로 분리를 시행, 즉 에틸렌 → 프로필렌 → Mixed C4 → RPG 순서로 분리할 것이다. 언급했었지만, 정제 공정은 전부 Distillation 에 의한 분리가 이루어진다. 그래서 원리에 대해서는 딱히 설명할게 없다. 끓는점 차이를 이용하는 것이 전부다. 이번 포스팅에서는 C2, 그리고 에틸렌 분리에 대해 다루어본다. Deethanizer 저온 공정에서 수소 생산을 위한 흐름을 빼고는 전부 Demethanizer 를 거치고, 여기서 메탄이 분리된 흐름은 C2 ~ C6 정도의

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 6 : 정제공정 (프로필렌) [내부링크]

정제 공정 Keep going! 이번엔 프로필렌을 얻어내는 과정을 알아본다. 에틸렌 포스팅에서 Deethanizer 상부로 C2 성분을 분리하고, 나머지 C3 이상의 성분은 하부로 나온다고 했다. 이제 이 C3 이상의 성분 중 C3 를 분리하고, C3 중에서 다시 프로필렌만 뽑아내는 과정을 알아 볼 것인데, 대부분이 에틸렌의 그것과 비슷하다. 차이점이 있다면 C3 성분의 끓는점 분포가 좀 더 촘촘한 것과 C3 의 아세틸렌류는 두 가지가 있다는 것! 에틸렌 분리와 큰 흐름은 같되 디테일이 다르다고 보면 되겠다. 에틸렌은 Deethanizer 에서 시작했으니 프로필렌은? Depropanizer Deethanizer 의 하부 흐름에서 C3 성분을 상부로 분리하고, C4 이상은 하부로 분리해내는 Column 이다. 더 이상 Column 의 역할은 설명할 게 없다.. 바로 Detail 로 Depropanizer 의 상부는 약 8KG 로 운전된다. 왜? 왜?? 에틸렌 포스팅에서 Column

[영어 문장 일기] 책 소개 및 명사구가 주어인 경우 [내부링크]

저는 고등학생 때 아래 책 하나로 영어 독해는 거의 마스터하고 기출만 풀었던거 같은데요, 지금은 절판되어서 구할 수가 없네요 ㅠㅠ. 제가 고등학교 1학년때면 2011년이니 벌써 11년전이네요. 저는 이과생이지만 영어를 더 재밌게 공부했고, 수능도 영어를 제일 잘봤다는 사실..! 강남구청 인터넷수능 강의용 교재로 쓰이기도 했답니다. 정말 좋은 문장들이 많아서 공부하기 좋은 책이었는데. 아쉬워요! https://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=6190770 A+ 정말 기막힌 구문과 독해 『정말기막힌 구문과독해 (2010)』. 문장을 이루고 있는 요소를 명확히 구분하고 해석할 수 있는 방법을 27강으로 나누어 마련하였다. book.naver.com 그래서 보고 읽었던 문장들을 추억팔이도 할 겸 카테고리별로 조금씩 기록해두려고 합니다! 퇴근후 시간만 활용하려니 전공 내용은 원기옥을 모아서 써야할 것 같네요 ㅠㅠ. 어려운 문법 용어는 최대한 배제하도

[영어 문장 일기] 명사절이 주어인 경우 [내부링크]

명사절이 주어로 사용되면, 문장의 실제 주어와 명사절 내의 주어가 헷갈릴 수 있어요. 이럴 때는 명사절을 자주 이끄는 단어에 익숙해져서 어느 부분이 주어인지 파악하는게 좋은데 문장을 살펴봐요. That I should read your article about how the farmers plan to handle the wild pig overpopulation on the Channel Islands was very disturbing. That 이 이끄는 아주 긴 절이 주어 역할을 하고 있습니다. 어느정도 구체적인 내용이 포함된 절은 길어질 수 밖에 없기 때문에 위 문장처럼 주어가 무지막지하게 긴 경우도 있습니다. 위 문장의 구체적인 내용은 바로 article 이 어떤 내용인지 설명해주는 것이에요. 즉 (about how the farmers plan to handle the wild pig overpopulation on the Channel Islands) 을 빼고 읽어도

[석유화학] 납사 가격, MOPJ 가 뭐에요? [내부링크]

우리가 가장 쉽게 가격을 접할 수 있는 정유/석유화학 제품은 아마 휘발유 혹은 경유일것이다. 보통 주유소에 가면 하루 단위로 이런 기름값이 바뀌는 것을 볼 수 있다. 일반적인 소비재처럼 가격을 정해놓고 파는 것이 아니라, 그 날의 국제 유가와 거의 비슷한 트렌드로 가격이 변동한다. 이렇게 국제 유가에서 시작되는 다양한 석유화학 기초제품의 가격은 실시간으로 변동하는데, 주식이나 환율과 같다고 보면 된다. 독과점 상태인 제품이 아닌 경우 사려는 사람이 더 많으면 비싸지고, 파려는 사람이 더 많으면 싸진다. 가장 기본적인 수급 법칙이다. 하지만 우리에게 익숙하지는 않은게, 기초제품은 대부분 기업간 거래 (B to B Sales) 가 진행되고 최종 소비자가 이를 직접 구매하는 일은 없기 때문이다. 석유화학 공장의 시작 원료인 납사는 MOPJ 라는 가격을 기준으로 거래가 진행된다. MOPJ : Mean Of Platts Japan 굳이 해석을 해보면 Platts 일본의 평균,,? 인데 Pla

[석유화학] 납사의 대표적인 물성 및 조성 [내부링크]

NCC 공장의 대표적인 원료인 Naphtha, 납사는 Origin (원산지) 과 납사를 생산하는 각 정유사마다 상이하지만, 대부분의 물성과 조성이 일정 범위 내에 분포한다. 납사의 대표적인 물성은 비중과 Distillation 온도가 있다. 비중의 경우 대부분 0.67 ~ 0.71 근처에 존재한다. Distillation 온도는 IBP (Initial Boiling Point) : 30 ~ 40 FBP (Final Boiling Point) : 140 ~ 170 이는 상압에서의 값이므로, 첫 끓는점 (IBP) 으로 보아 납사의 가장 라이트한 성분은 파라핀 기준 C4 ~ C5 류, 가장 헤비한 성분은 C10 ~ C11 류 정도임을 알 수 있다. 고리 모양 탄화수소는 같은 탄소수를 가지는 파라핀에 비해 끓는점이 높으므로 보통 C9 정도가 가장 무거운 고리 모양 탄화수소다. 참고로 석유화학의 맥락에서 '가볍다 : 탄소 수가 적다' 이고 '무겁다 : 탄소 수가 많다' 이다. 조성을 알기 위

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 1 : 분해 공정 [내부링크]

석유화학의 가장 상위 공정인 NCC 공정을 조금 디테일하게 알아보자! 우선 NCC 공정의 전체적인 흐름은 아래 그림과 같다. 사진 출처 : 여천NCC 홈페이지 내 에틸렌 1공장 소개 가장 첫 공정인 분해 공정부터 시작해보자. 우선 NCC 공정의 원료로는 납사 (나프타), C2 (에탄) C3LPG (프로판) , C4LPG (부탄) 등을 사용할 수 있다. 당연히 각 원료마다 제품들의 Yield 가 다르고, 가격도 다르기 때문에 NCC 공장의 엔지니어는 주기적인 원료 경제성 평가를 수행해서 어느 원료가 가장 경제적 이득이 되는지 판단하고 운전 가이드를 제시한다. 이 중에서 가장 비중이 높은 원료는 납사다. 납사에 대한 정보는 아래 포스팅을 참조! [석유화학] 납사의 대표적인 물성 및 조성 이렇게 해상에서 선박으로부터 입고받은 납사를 여러기의 탱크에 나누어 담은 후 (주로 Dead Stock 에 근... blog.naver.com 분해 공정의 핵심 설비는 원료의 분해가 일어나는 Furnac

[석유화학] NCC 공정 파헤치기 2 : 급냉 공정 [내부링크]

분해 공정 다음은 급냉 공정이다. 급냉 공정의 목적은 분해 공정의 SQE 를 빠져나온 약 300 의 분해 가스를 추가적인 부반응 및 중합 방지를 위해 40 까지 냉각하는 것이다. 말은 냉각인데, 거대한 Column 두개가 핵심인 공정이다. 이 과정에서 분해 가스가 가진 폐열이 마저 회수된다. 급냉 공정을 이해하는데 꼭 알아야 할 단어가 있다. 바로 'Quench'. Quench 는 '담금질하다' 라는 뜻이다. 즉 '매우 뜨거운 금속을 차가운 액체에 급냉시키다' 라는 뜻이다. 해석 그대로 급하게 식히는 의미로 받아들이면 된다. 급냉 공정의 Column 두개는 각각 Gasoline Fractionator, Quench Tower 라고 부른다. 이 둘은 직경이 진짜 큰데, 아직 분리되기 전인 분해 가스와 DS 시간당 수백 톤 및 수천톤의 Quench Oil, Quench Water 를 처리해야 하기 때문이다. 또한 납사와 함께 투입된 Dilution Steam, DS 는 아직 같이 흐르고

[화공 열역학] 혼합 과정의 열효과 [내부링크]

혼합열, 즉 과잉 엔탈피는 혼합 과정에서 발생하는 "열" 이라는 의미에서 다른 물성보다 조금 더 자세한 분석, 즉 열효과라는 현상을 알아볼 가치가 있다. 혼합열을 다시 써보면 2성분 혼합물, 즉 i = 1, 2 에 대해 전개하면 이 식에서 혼합열과 순수한 성분의 엔탈피는 쉽게 구할 수 있는 값이다. 따라서 H= 형태로 만들어보자. 혼합 과정에서 발생하는 열을 측정하기만 해도 용액의 엔탈피는 구해진다는 것이다. 하지만 이는 표준 혼합 과정, 즉 기준 온도와 압력하에 일어나는 혼합열이므로 기준값이 아닌 다른 온도에서의 혼합열은 반응열 계산과 비슷하게 열용량의 적분값을 추가해서 나타내야 한다. 즉 혼합이 일어나는 온도에서 기준 온도까지의 현열 + 표준 혼합열 + 기준 온도에서 혼합이 일어나는 온도까지의 현열 로 계산한다. 실제로 화학 반응과 혼합 과정은 이렇게 에너지적 측면에서 많이 닮아있다. 화학 반응은 분자 구조의 변화에 의한 분자 내의 상호 작용 (결합력) 차이, 혼합 과정은 분자

[화공 열역학] Heat of solution, 용해열 [내부링크]

Heat of solution, 용해열이란 고체나 기체가 액체에 녹아드는 경우에 발생하는 열이다. 따라서 용해열은 고체나 기체(용질) 단위 질량, 혹은 몰당 값으로 표현되고, 아래와 같은 성질이 성립한다. 여기서 x1 은 용액 단위 몰 당 용질 몰 수다. 용해 과정은 용질이 용매에 둘러싸이는 현상이다. 이는 용질 분자 하나 당 몇 개의 용매 분자가 둘러싸는지에 대한 반응식으로 쉽게 나타낼 수 있기 때문에 혼합열과 달리 단위 몰 당 값을 사용하는 것이다. 예를 들어 1 몰의 염화 리튬이 12 몰의 물에 용해되는 과정은 아래와 같은 반응식으로 나타낼 수 있다. 화학 반응은 아닌 것에 주의. 둘러싸이는 것은 물리적 현상이다. 이 용해 과정의 용해열은 -33614J/mol 로 측정되었다고 한다. 즉 용해되면서 열을 방출한다. Reference 1. Smith, J.M. "Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 8th Edition". M

[화공 열역학] 상평형 개요 [내부링크]

용액 열역학의 거의 전부라고 봐도 무방할 상평형에 대한 내용이 이제 시작된다. 나머지 전부는 반응 평형에 해당하고 다음 챕터에 나온다. 평형에 대한 Qualitative 한 이해를 먼저 한 후에, 수식을 사용해 분석하는 식으로 전개된다. 이번 챕터는 전자에 해당하고 뒷 챕터에서 기액평형, 액액평형 같은 것을 수식으로 풀어나간다. 상평형은 모든 분리 공정의 이론적 토대가 된다. 그래서 이 부분을 배우지 않고 분리 공정만 듣는 것은 개인적으로 수박 겉핥기라고 생각한다. 왜 증류탑에서 탑 상부로 저비점, 하부로 고비점 물질을 분리할 수 있는지, 흡수탑에서 원하는 성분만 제거할 수 있는지, 추출에서 선택도 차이가 발생하는지, 이 내용을 배움으로써 이론적으로 이해할 수 있게 된다. 우선 Equilibrium, 평형이란 것에 대해 개념을 다시 잡고 간다. Equilibrium 이란 단어는 "같은, 동등한" 의미의 "equal-" 과 "균형" 을 뜻하는 라틴어 어근 "libra" 의 단수형을 결

[석유화학] TA 후기 [내부링크]

업무에 치여 사느라 긴 블태기를 보냈다..! 21년 7월에 멈춰버린 내 블로그.. 다시 조금씩 시작! 장치 산업 (정유, 석유화학 등) 공장은 대부분 연속식으로 운전하는 특성으로 인해 약 2~4 년의 주기로 공장을 Shut Down 한 후 정비하는 Turn Around (이하 TA) 라는 것을 한다. 청소를 몰아뒀다가 한 번에 하는거로 생각하면 된다. TA 를 통해 정상 운전 시 불가능한 작업과 클리닝, 공정 개선, 노후화 설비 교체 및 정비 등을 하게 된다. 연속식 공정은 항상 유체가 운전 압력과 온도로 흐르고 있는 상태이기 때문에, Spare 설비가 없는 경우 정비하려면 유체의 흐름을 잠시 멈춘 후 비워내야 한다. 따라서 TA 의 첫 단계는 공장을 Shut Down 하는 것이다. 공장마다 S/D 절차가 다를테지만 일반적으로 Load Down → Feed Cut → Utility Cut → Drain & Purge 순서로 진행된다. 이렇게 공장을 끄는 과정은 이후에 이어질 TA 기

[석유화학] 신입 엔지니어 공부 일기장 - PUMP [내부링크]

이제 신입이 맞나,,? 펌프는 액체의 수송을 위한 장치다. 중력장 하에서 액체는 항상 자기 질량에 중력 가속도를 곱한 만큼의 힘 (무게) 을 땅 쪽으로 받고 있다. 이 중력만 사용해서 액체를 수송할 수 있다면 정말 고맙겠지만 그러러면 공장을 수직으로 세워야 한다. 따라서 중력을 거스르는 방향으로 액체를 수송해야 하는 경우 액체에다가 어떤 역학적 Driving force 를 줘야할 필요가 있고, 펌프가 이 역할을 한다. 베르누이 정리는 아래와 같은 식으로 표현된다. 유체에 대한 에너지 보존 법칙이다. 하지만 베르누이 식을 적용하기 위한 가정은 아래와 같이 매우 Strict 하다. 1. 유동이 정상 상태일 것 : 나비에-스토크스 방정식의 Material differential 항이 사라짐 2. 유체가 비압축성일 것 : 연속 방정식을 적용할 수 있음 (속도장의 Divergence 가 0) 3. 유체가 비점성일 것 : 비선형인 점도가 붙은 항이 사라짐 식이 저렇게 간단하게 표현되는 이

[이것저것] 엔진오일 교체! [내부링크]

오늘 차 구매하고 두번째 엔진오일 교체를 하고왔다! 엔진오일이란? 엔진 내 피스톤의 움직임이 원활하도록 해주는 윤활유의 한 종류다. 연소가 이루어지는 극한의 환경에서 윤활 작용을 하기 때문에 물성이 좋아야하고 Base Oil (기유) 에 Additive (첨가제) 를 추가하여 만들어진다. 차량의 대표적인 소모품. 기유와 첨가제의 성상 및 배합식에 따라 수많은 엔진 오일이 시장에 출시되어 있다. 일반적인 소비자가 엔진오일에서 중요하게 봐야할 것은 점도다. 엔진 오일의 점도는 대부분 SAE 점도 수치를 통해 나타내는데, 0W20, 5W30, 10W40 등 숫자 + W + 숫자 로 나타낸다. W 앞의 첫 숫자는 저온 점도를 나타낸다. 차량이 냉간 시동을 걸 때 오일이 가지는 점도이다. W 뒤의 두 숫자는 고온 점도를 나타낸다. 엔진이 시동 후 충분히 가열되었을 때 오일이 가지는 점도이다. 액체는 대부분 온도가 올라갈수록 점도가 감소하기 때문에 두 값 모두 점도의 절대적인 수치를 나타내는

[석유화학] 내가 맡은 업무 : Planning & Scheduling [내부링크]

작년까지는 현장 교대근무를 하면서 Training 및 T/A 를 수행하느라 따로 맡아서 하는 업무는 없다시피 했다. 정유/석화 기업의 저년차 엔지니어는 이렇게 대부분의 근무 시간을 앞으로의 업무에 필요한 지식을 쌓는 데 사용한다. 공장이 지어진지 워낙 오래되다 보니 히스토리를 다 아는데도 오래 걸리고, 히스토리를 공부하다 보면 이 때 Revamping 은 왜 했는지, 그 Revamping 에서 추가되거나 교체된 설비는 왜 그래야만 했는지를 자세히 알게 된다. Revamping 은 '다시' 라는 의미의 Re- 와 '덧대서 고치다' 라는 의미의 vamp 가 결합된 단어의 명사형이고 보통 이렇게 Plant 와 관련된 맥락에서 쓰이면 '증설' 의 의미로 받아들이면 된다. 즉 기존 공장에서 어떤 부분을 개선하거나 Capa up 을 하는 것. 우리 NCC 공장은 현재 19년도에 3차 증설을 마친 상태고 가동률 100% 기준으로 시간당 약 149톤의 에틸렌 생산 능력 (=연간 149*0.876만

[화공 열역학] Ideal solution, 이상 용액 [내부링크]

이상 용액은 이상 기체 상태를 액상 혼합물에 적용한 개념이다. 이상 기체 혼합물의 화학 포텐셜은 아래와 같이 유도되었고, 깁스 에너지의 부분 성질로 정의된다. 이 식을 설명해보면, 이상 기체 혼합물 내 어떤 성분의 부분 깁스 에너지는 그 성분이 순수한 경우의 값과 RTlnyi 만큼 차이가 난다는 것이다. yi 는 항상 1보다 작으므로 이 RTlnyi 는 항상 음수다. 따라서 물질을 혼합시킴에 따라 몰 수에 따른 깁스 에너지의 변화는 이상 기체 상태일때보다 항상 작아진다. 이 차이는 모두 혼합 과정의 엔트로피 증가에서 오는데, 통계 열역학적 관점에서 혼합 과정의 엔트로피 증가는 몇 개의 분자가 혼합되었느냐, 즉 조성에만 관련있지 어떤 성분인지는 중요하지 않다. 따라서 이 항이 조성만으로 쉽게 표현되는 것이다. 그런데 이 몇 개의 분자가 혼합되었느냐에는 그 분자가 기체 상태인지, 액체 상태인지도 중요하지 않다. 갯수만 관련있기 때문이다. 따라서 우리는 위 식을 이상적인 액체 혼합물에도

[화공 열역학] Lewis/Randall Rule, 루이스/랜달 규칙 [내부링크]

이 내용은 개념적으로, 수식적으로 아주 중요한 내용이다. 개인적으로 7판에서 8판으로 바뀔 때 내용의 순서가 바뀐 것 중 가장 이해가 안되는 부분이다. 원래는 Raoult's law 를 먼저 소개하고 Lewis/Randall rule 을 공부해야 하는데, 8판은 이게 바뀌어있다. 다른 내용은 전부 기체에서 액체로 넘어가는 순인데 이것만 반대다. 여기서라도 짧게 설명하면, Raoult's law 는 아래와 같다. 이상 기체 혼합물 내 어떤 성분 i 의 분압은, 그 이상 기체가 기액 평형을 이루었다고 가정 했을 때 순수한 성분 i 의 증기압에 액상 분율을 곱한 값이라는 것이다. 이상 기체는 절대 액화 할 수 없음에도 이론적 설명을 위해 기액 평형을 이루었다고 가정한다. 이상 기체가 모든 실제 기체 거동의 기준이 되듯이, Raoult's law 는 모든 실제 기액 평형의 기초가 된다. 이상 기체를 보정하기 위해 압축 인자와 퓨개시티 등을 도입했듯이 Raoult's law 를 보정하기 위해

[석유화학] 신입 엔지니어 공부 일기장 - Mechanical Vapor Recompression [내부링크]

Mechanical Vapor Recompression, MVR 이란 에너지 Recovery 를 위한 Technique 중 하나로, 그 이름에 모든 뜻이 담겨있다. 역학적으로 증기를 재 압축하여 사용하는 것이다. 일반적으로 열원은 공정에 맞는 Grade 의 Steam 을 사용한다. 왜? 공교롭게도 물은 가장 쉽게 구할 수 있고 잠열이 크기 때문이다. Boiler 에서 생산된 Steam 은 대부분 Superheated 상태로 수송되어 열교환을 위해 Desuperheating (Saturating) 된 후 잠열을 방출하여 열이 필요한 흐름에 열을 공급하게 된다. 하지만 MVR 은 이 Steam 을 구매하여 사용하는 대신, 공정에서 나오는 Vapor 중 일부가 가진 에너지를 어떻게 하면 재활용 할 수 있지 않을까? 라는 생각에서 나온 기술이다. 일반적인 증류탑을 생각하자. 증류탑 상부로 나오는 Vapor 는 하부의 Liquid 보다 Light 한 성분이 풍부하므로 끓는점이 낮다. 이

[화공 열역학] Excess property, 과잉 성질 [내부링크]

용액의 과잉 성질이란 기체의 잔류 성질에 정확히 대응하는 개념이다. 원서에서 이런 경우에 analogy, 혹은 be analogous to라는 표현을 많이 쓴다. 각각 유사, ~와 유사한으로 번역되고, 우리 맥락에서는 어떤 개념이나 이론의 전개 방식이 이전에 소개했던 것과 유사할 때 사용하는 표현이다. 특히 분리 공정과 전달 현상에서도 자주 등장하는데, 각각 Theoretical stage (이상단) 개념이 증류, 기체 흡수, 액체 탈거, 추출 등에 그대로 사용되고 전달의 Driving force 로 표현되는 식이 운동량, 에너지, 질량 전달에 똑같은 형태로 표현되기 때문이다. 자주 사용되는 표현을 익혀두면 글이 쉽게 읽힌다. Excess 를 "과도한" 이 아니라 익숙하지 않은 단어인 "과잉" 으로 번역하는 이유는 이미 Transient 라는 단어를 대부분 과도로 번역해서 사용하기 때문에 헷갈릴 수 있어서이다. 다시 돌아와서, 과잉 성질은 아래와 같이 쓰여있다. The mathmat

[화공 열역학] 과잉 성질의 특성 [내부링크]

앞선 포스팅에서 설명한 과잉 성질은 실제 용액의 거동을 파악하는데 매우 중요한 물성이다. 가장 자주 쓰이는 과잉 성질은 과잉 깁스 에너지와 엔탈피다. 과잉 깁스 에너지는 실제 용액의 기액 평형 실험 값으로부터 구해진다. 뒷 장에서 이 내용을 실제로 해보게 된다. 과잉 엔탈피는 실제 용액을 섞을 때 발생하는 열, 즉 온도 변화를 측정함으로써 구해진다. 두 값이 정해지면, 과잉 엔트로피는 G=H-TS 의 관계로부터 구할 수 있다. 특히 과잉 성질은 "액상" 에 적용된다는 점에서 Subcooled 상태에서는 압력보다는 온도에 더 많은 영향을 받는다. 물론 기액 평형이 앞으로 다룰 내용의 대부분을 차지하고, 이 때는 용액 내 성분들의 증기압(퓨개시티) 발휘에 의한 과잉 성질의 압력 의존도가 커지게 된다. 여러가지 2 성분 용액의 과잉 성질을 조성에 대해 나타낸 그래프를 조금 살펴보자. 지금은 각 그래프의 경우에 대해 자세한 분석을 할 수 없다. 위에서 말했듯이 누군가의 실험으로 얻어진 값일

[화공 열역학] 혼합에 의한 물성 변화 [내부링크]

화학 공장에서는 대부분 선분류 - 반응 - 분리 - 정제 를 거쳐 제품을 생산하게 된다. 아무리 복잡한 공정도 다 끼워 맞춰지는 순서이다. 여기서 반응을 위해서는 성분들의 Mixing 이 필요하고 분리와 정제를 위해서는 다시 Unmixing 이 필요하다. 이 과정에서 발생하는 물성 변화를 계산하여 Simulation tool 이 수행한 결과를 실제 공장이 돌아가는 경우에 최대한 맞출 수 있게 해야 할 것이다. 특히 Hydraulic 및 Heat balance 계산에 오차를 줄이기 위해서는 필수적이다. 이번 장에서는 Mixing 과 Unmixing 에 의해 용액의 물성이 어떻게 변화하는지 알아본다. 우선 반응열을 공부하기 전에 표준 상태를 정의하고, 이 때의 반응열인 표준 반응열을 기준으로 삼아 계산했던 것 처럼 이번에도 Standart mixing, 표준 혼합 과정이란 것을 먼저 소개한다. 위와 같이 성분 1, 2 가 Partition 으로 나누어진 상황을 생각한다. 이때 온도와 압

[이것저것] 오랫만에 책 구매! [내부링크]

전공 (?) 책 하나를 구매했다. 이유는 제목이 너무 흥미로워 보여서,, 화학 공정의 최적화! 학부때 접해본 적이 없는 내용인데 한 번 공부해보면 좋을 것이라고 생각했다. 분량은 제법 된다. 340 페이지. 어차피 연말 까지의 교대 근무 중에는 시간도 많이 남으니 매일 조금씩 보면 완독은 할 듯 하다. 내용은 이렇게 구성되어 있다. 마지막에 실제 상황에 적용하는 내용과 플래닝/스케쥴링은 현업 이해에도 도움이 될 듯함! 아쉬운 점은 2001년도 책이라는 것과 (2판이 Latest 버전) 글씨가 너무 빼곡한 것!? 아무튼 다 읽고 내 지식으로 만들어서 포스팅하고 싶다!

[이것저것] 부산 여행! [내부링크]

블로그 챌린지 1일차 일기는 부산 여행! 이번에 금토일 일정으로 여행중이에요! 해운대 암소갈비 냠냠! 광안리 해변에서 본 광안대교! 신라스테이 해운대! #블챌 #오늘일기

[이것저것] 블챌 2일차 [내부링크]

어제 깜박하고 못써서 10000원은 저멀리.. 오늘 저번주부터 조립하던 람보르기니 시안 레고 완성! 브릭이 3900개나 되어서 며칠 걸려 완성했다.. 여러 각도의 사진 #블챌 #오늘일기

[이것저것] 르 샤틀리에의 원리 [내부링크]

르 샤틀리에의 원리는 반응 평형, 상 평형과 같은 평형 상태에 있는 시스템의 평형점이 시스템의 조건 변화에 따라 어떻게 변하는지 정성적으로 기술한 원리다. 본론부터 말하면 평형 상태에 대한 관성을 표현한 것이다. 이 원리를 이해하기 위해서는 우선 평형에 대해 먼저 이해해야한다. 여기서 말하는 평형이란 열역학적 평형, 즉 Dynamic equilibrium 이다. 줄다리기에서 양 쪽이 당기는 힘이 같은 상태라고 보면 된다. 이 평형 상태에서 어느 한 쪽의 힘이 약하거나 강해지는 경우 평형이 깨지게 된다. 이 때 르 샤틀리에의 원리는 평형을 이루던 시스템 자체가 이렇게 평형이 깨지게 되는 것을 스스로 상쇄한다는 것이다. 그러니까 줄다리기를 동일한 사람 넷이 둘, 둘 나누어 하고 있었으나 어떤 사람 한 명이 왼 쪽에 붙어서 평형이 왼쪽으로 밀리려고 하면 르 샤틀리에의 원리라는 보이지 않는 힘이 새로운 사람이 줄을 잡아당기지 못하게 방해해서 평형이 최대한 유지되도록 한다는 것이다. 이와 비

[석유화학] 신입 엔지니어 공부 일기장 - 제어 [내부링크]

Column 온도 제어에서 제어에 사용하는 온도는 반드시 온도가 민감하게 바뀌는 단의 온도여야 한다. 예를 들어서 Bottom 의 순도가 높아 Reboiler 의 열량을 높여도 온도 변화가 없는 경우에는 (전부 기화 잠열로 사용되기 때문) Bottom 온도를 제어에 사용할 수 없다. 이 경우 Bottom 온도와 Reboiler 열원 유량을 Cascade 로 돌릴 경우 Bottom 온도는 그저 일정한 열원 유량만을 Setpoint 로 주므로 그냥 열원 유량만으로 Feedback 제어 하는 것과 다를 게 없다. 따라서 몇 단 위에서 측정한 온도로 Cascade 를 물려야 한다. 하지만 BD 공장의 EDC 는 Bottom 온도가 Cascade 의 Master loop 였다. 이는 EDC Bottom 의 조성이 순수하지 않고, 다량의 용매에 C4 류가 섞여있기 때문이라고 결론냈다. 즉 Reboiler 에서 열을 얼마나 주느냐에 따라 Bottom 흐름의 현열이 어느정도 변하기 때문에 Bo

[화공 열역학] 비리얼 식을 이용한 퓨개시티 계수 [내부링크]

퓨개시티 계수의 정의로부터 여기서 잔류 깁스 에너지는 6장에서 언급했듯이 다음과 같이 표현될 수 있다. 이를 식 a 에 대입하면 줄이 바뀔 때 잔류 성질의 정의가 압축 인자 Z 에 대해 적용되었다. 압축 인자 Z 는 여러 상태 방정식들 혹은 Pitzer correlation 으로부터 구할 수 있다. 이번에는 가장 간단한 상태 방정식인 비리얼 식으로 전개해보자. 초반부에 압축 인자를 압력 explicit 비리얼 식 1차 항까지 표현하면 아래와 같이 나왔다. 비리얼 계수 B 는 순물질에 대해 온도만의 함수지만, 혼합물인 경우 조성에도 영향을 받는다. 비리얼 계수가 분자간의 상호 작용을 표현한 것임을 기억하자. 따라서 혼합물의 비리얼 계수를 구하는 방법을 먼저 알아야 한다. 유도는 잘 모르겠지만 통계역학적으로 표현하면 다음과 같다고 한다. 2성분 혼합물, 즉 성분이 2개 뿐인 경우를 생각해보자. 그럼 각 시그마를 2까지만 풀어주면 된다. 여기서 B12 와 B21 은 같다. 왜? 두 분자의

[화공 열역학] 기체의 일반적인 상관 관계를 이용한 퓨개시티 계수 [내부링크]

3장에서 일반적인 상관 관계를 사용할 때 가장 먼저 한 것은 압력과 온도를 각각 환산 압력과 환산 온도로 바꿔준 것이었다. 우선 순수한 물질부터 해보자. 순수한 성분의 퓨개시티 계수의 정의를 다시 들고오면 용액 내 성분의 퓨개시티 계수가 아니라 잔류 압축 인자가 아니라 그냥 압축 인자 Z 가 사용되었다. 압력을 전부 환산 압력으로 바꾸어주면 임계 압력은 전부 상쇄되어 사라진다. Pitzer correlation 식을 압축 인자에 적용하면 순수한 성분은 3장에서와 똑같은 방법을 통해 퓨개시티 계수를 구할 수 있다. 여기서 적분 항을 조금 퓨개시티 계수의 Pitzer correlation 으로 나타내보면 이 값들도 Z 와 같이 Lee&Kesler correlation 으로 구한 표로 Appendix 에 다 주어져 있다. 일반적인 상관 관계식의 장점은 예전에도 말했듯이 온도와 압력을 알면 모든 기체에 대해 동일하게 적용할 수 있다는 것이다. 예제를 하나 풀어보고 끝내자 Example 10

[석유화학] 신입 엔지니어 공부 일기장 - Column [내부링크]

Column 의 핵심은 각 성분의 기액 평형이다. 수많은 열역학 상태 방정식과 활동도 모델이 연구된 것은 이 기액 평형의 정확도를 높이기 위해서다. 상태 방정식은 기체의 비이상성, 활동도 모델은 액체의 비이상성을 표현하기 위한 것이다. Column 전체의 Mass Balance 는 Feed 와 상부, 하부의 제품 (Distillate 와 Bottom) 및 각 성분의 조성으로 계산된다. Reflux 와 Boilup 흐름은 Mass Balance 에 포함하지 않는다. Out 의 일부가 다시 In 으로 들어오는 것과 마찬가지라서 상쇄된다. 따라서 Condeser 와 Reboiler 를 보는 경우엔 포함해줘야 하는 것을 직관적으로 이해할 수 있다. Column 상부의 압력은 상부 Vapor 가 지나는 Condenser 에서 냉각되는 온도에서 이루는 기액 평형 압력이다. Cooling Source (Heat sink) 로 일반적인 냉각수를 사용하는 경우 Condenser outlet 에

[석유화학] 신입 엔지니어 공부 일기장 - MTBE 공정 [내부링크]

MTBE 는 Methyl Tertiary Butyl Ether 의 Abbreviation 이다. 이름에서 알 수 있듯이 Methyl 기와 Butyl 기의 Tertiary 위치가 Oxygen 으로 연결된 Ether 이다. 주 사용처는 가솔린 연료의 옥탄가 향상제이다. MTBE 는 Iso butylene 과 Methanol 의 반응으로 생성된다. 반응식 상 양론비는 1:1이다. 반응의 특징을 몇 개 나열해보면 아래와 같다. 1) 발열 반응이다. 298K 에서 표준 반응열은 약 -9450kJ/mol 이다. 따라서 르 샤틀리에의 원리에 의해 저온일수록 평형이 생성물 쪽으로 이동한다. 2) 298K 에서 평형점은 전환율 약 96% 에서 형성된다. 즉 298K 의 Isothermal 반응기에서 충분한 체류시간을 가질 때 얻을 수 있는 최대 전환율이 96% 다. 이를 더 높일 수 있는 방법은 반응기 출구 근처에서 MTBE 를 선택적으로 제거하여 르 샤틀리에의 원리에 의해 정반응을 진행시키는

[화공 열역학] 순수한 물질의 기액 평형 퓨개시티 [내부링크]

이전 장에서 설명했던 퓨개시티를 평형 상태에 있는 순수한 i 성분의 기상과 액상에 적용해보자. 첨자로 각각 g 와 l 을 사용한다. 대문자 감마는 설명했듯이 깁스 에너지의 온도에 대한 적분 상수이고, 깁스 에너지의 절댓값은 정의 할 필요가 없기 때문에 신경쓰지 않아도 된다고 했다. 두 식을 빼면 평형에 있는 두 상의 깁스 에너지는 같다. 정확히 말하면, 어떤 성분의 상이 바뀌더라도 깁스 에너지는 연속적으로 변한다. 따라서 좌변이 0 이므로, 우변도 0 이 되려면 로그가 0, 즉 로그 내부가 1이 되어야 한다. 이는 평형 상태에 있는 기상과 액상의 퓨개시티는 같을 수 밖에 없다는 것이다. 실제 증기압과 같다고 생각하면 된다. 퓨개시티는 이전 포스팅에서 '달아나려는 정도' 의 뜻을 가진다고 했는데, 어떤 성분 i 가 액상에서 기상으로 달아나려는 정도와, 기상에서 액상으로 달아나려는 정도가 같으면 당연히 Dynamic equilibrium 을 이루게 된다. 그리고 기액 평형 상태에서 퓨개

[화공 열역학] 순수한 물질의 액상 퓨개시티 [내부링크]

이제 기액 평형에 있지 않은 순수한 성분의 액상 퓨개시티를 알아보자. 액상 퓨개시티를 표현하기 위해 아래와 같이 식을 조금 조작한다. 우변에 항이 많지만 전부 상쇄되어 좌변과 같게 된다. 저렇게 세 항으로 나누어 표현하는 이유는, 액상 퓨개시티를 직접 계산하지 못해서 위와 같이 구하기 쉬운 세 항을 통해 간접적으로 구해야하기 때문이다. 우선 P 는 액체가 받는 압력이고, Psati 는 그 압력 (온도) 에서 액체가 발휘하는 증기압이다. 그리고 이를 변수로 하는 퓨개시티는 그 조건에서의 액상, 혹은 기상의 퓨개시티를 의미한다. 즉 변수로 증기압이 들어간 퓨개시티는 기액 평형 상태에서의 퓨개시티다. 빨간색인 첫 항은 기액 평형 상태에서 증기압에 대한 기상 퓨개시티의 비다. 이는 퓨개시티 계수의 정의에 의해 아래와 같다. 이는 퓨개시티 포스팅에서 설명한 아래 식으로 계산된다. 초록색인 두번째 항은 1이다. 기액 평형 상태에서 액상과 기상의 퓨개시티는 같다고 했다. 파란색인 세번째 항은 압

[화공 열역학] 용액 내 성분의 퓨개시티 [내부링크]

이번 포스팅에서는 용액 내에서 퓨개시티와 퓨개시티 계수를 어떻게 표현하는지 간단하게 알아보고 넘어간다. 이상 기체 혼합물에서 각 성분의 화학 포텐셜은 깁스 에너지의 부분 성질로 아래와 같이 유도되었다. 이와 비슷하게, 이상 용액 내에서 화학 포텐셜을 용액내 성분의 퓨개시티로 표현할 수 있다. 이상 기체의 분압에 해당하는 개념이 이상 용액의 퓨개시티임을 떠올리면 쉽게 이해하는 식이다. 퓨개시티 위에 붙은 모자 모양의 기호는 Circumflex 라고 하며, 이 퓨개시티가 성분 i 의 용액 내에서의 값이라는 뜻이다. 부분 성질과 설명이 거의 비슷하지만, 부분 성질이 아니다. 압력은 부분 성질이 없음을 기억하자. 이를 활용해 용액 내 각 상의 평형 상태 조건을 구할 수 있다. 이제 상이란 개념을 기체, 액체, 고체에서 서로 섞이지 않는 성분까지 확장해야 한다. 기체, 액체, 고체 는 "물질의 상태" 이다. 하지만 열역학에서 사용하는 Phase, "상" 이란 용어는 물성이 uniform 한

[화공 열역학] 잔류 성질을 이용한 퓨개시티 계수의 표현 [내부링크]

생성 함수로써의 깁스 에너지를 설명할 때 아래와 같이 깁스 에너지를 그냥 온도, 압력과 조성에 대해서 전미분 하여 사용했다. 이번에는 양 변에 RT 를 나누어 무차원 깁스 에너지로 나타내보자. 양변에 같이 나누어 줬기 때문에 식 a 와 b 는 수학적으로 동일한 식이다. 단지 이번에는 깁스 에너지를 압력과 조성항을 퉁쳐서 nG 의 미분으로 나타냈기 때문에 조금 달라 보이는 것. 식 a 를 b 에 대입하고 nG=nH-TnS 를 활용하면 위 식은 1몰의 시스템이 아니라 일반적인 시스템에 대한 생성 함수로써의 깁스 에너지를 정의한다. 즉 좌변인 nG/RT 에 대한 정보를 알면 우변의 각 항을 알 수 있고, 열역학 함수들 간의 관계식을 통해 그 시스템의 모든 열역학 정보를 알 수 있다는 뜻이다. 불행히도 우리가 어떤 시스템의 G/RT 를 실험적으로 측정할 수 있는 방법은 없다. 하지만 부피와 열에 대한 실험적 측정은 비교적 수월하므로 이전에 6장에서 잔류 성질을 유도할 때 사용했던 논리를 그

[유체역학] 기본 개념 : Fluid, 유체 [내부링크]

Fluid Mechanics, 유체역학은 말 그대로 유체에 작용하는 힘과 그 힘에 대해 유체가 어떻게 반작용하는지를 다루는 학문이다. 기계공학의 전공 기초가 정역학과 동역학인 것으로 알고있다. 강체가 정지한 경우와 움직이는 경우에 대해 각각 내용을 풀어쓴 것이다. 이와 비슷하게, 유체역학에서도 유체가 정지한 경우와 움직이는 경우에 대해 내용을 나누어 서술하고, 각각 유체 정역학(Fluid statics), 유체 동역학(Fluid dynamics)이라 한다. 그럼 유체가 뭔지 알고 시작해야겠다. 유체라고 번역된 "Fluid" 는 보기에 (그리고 우리가 아는 뜻과도 매치되는) 뭔가 "흐르다" 는 뜻의 "Flow" 에서 유래한 것 같다. 하지만 이는 사실이 아니고, "흐르는" 이라는 뜻의 라틴어 "Fluidus" 에 어근이 있다고 한다. 아무튼 뭔가 흐르는 것과 의미가 통하는 단어다. 즉 일상적인 의미의 유체는 그냥 "흐르는 것" 이다. 물질의 상으로 표현하면 액체나 기체, 플라즈마 등이

[화공 열역학] 이상 기체 혼합물의 부분 성질 [내부링크]

용액 열역학인데 왜 갑자기 이상 기체 혼합물이 나오는지 의문이 들 수 있다. 실제로 이상 기체 혼합물의 부분 성질은 실제 혼합물의 부분 성질을 표현하기에 제약이 너무 많지만, 이상 기체를 처음 도입할 때 그랬던것 처럼 혼합물에 대해서도 기초적인 개념을 수립하는데 유용하게 사용할 수 있기 때문에 소개하고 넘어간다. 이상 기체 상태에서 기체가 가지는 부피는 이상 기체의 상태 방정식에 의해 아래와 같이 표현된다. 그럼 이상 기체 혼합물에서 어떤 기체 성분의 부분 부피는 부분 성질의 정의에 의해서 즉 이상 기체 혼합물에서, 어떤 성분의 몰 당 부피와 어떤 성분의 순수한 상태에서 몰 당 부피, 혼합물의 몰 당 부피는 RT/P 로 모두 같다. 따라서 이상 기체 혼합물은 부분 부피를 따로 사용하지 않는다. 다음으로, 이상 기체 혼합물의 partial pressure, 분압은 아래와 같이 정의한다. 여기서 중요한 것은 분압이 부분 성질이 아니라는 것이다. 압력은 intensive property

[화공 열역학] Fugacity, 퓨개시티 [내부링크]

열역학 초반 부분에서, 이상 기체 상태와 실제 기체의 차이를 나타내는 값으로 압축 인자 Z 를 사용했다. 그런데 우리가 지금 다루고 있는 것은 용액이다. 따라서 이후의 내용 전개는 비슷하게 이상적인 용액과 실제 용액의 차이를 비교하게 될 것이다. 따라서 이를 나타내기 위한 변수를 새로 도입하고, 이를 Fugacity, 퓨개시티라 한다. 기호로 필기체 f 를 사용한다. 단어를 잠시 살펴보고 시작하자. centrifugal 이라는 단어를 들어봤을 것이다. "원심의" 라는 뜻이다. 우리말 번역이 아주 잘 된 예인데, 원어도 centri (중심) + fugal (달아나는) 로 구성되어있고 번역도 원 (멀어지는) + 심 (중심) 으로 되어있기 때문이다. fugacity 의 어원도 여기에 쓰인 fugal 과 같다. 영어에서 "~ity" 가 붙으면 "~하려는 정도" 의 의미를 지닌다. intense, 강렬한 에 적용하면 intensity, 강렬한 정도, 즉 강도가 된다. severe, 극심한 에

[화공 열역학] 지수와 로그의 단위 [내부링크]

이번 포스팅은 교과서의 흐름에서 잠시 벗어나, 알아두면 유용한 개념 하나를 소개한다. 공학에서 사용하는 대부분의 물리량들은 단위를 가지고 있다. 단순히 숫자가 아니라는 뜻이다. 단위가 달라지면 그 의미도 완전히 달라지게 된다. 그런데 공학에서 사용하는 대부분의 식들은 수학의 도움을 받아 표현된다. 수학적 식들은 숫자의 계산과 표현을 위한 것이다. 위에서 말한 단위를 가진 물리량들은, 단위가 같은 경우 숫자처럼 사칙 연산할 수 있다. 따라서 수학적 식에 물리량을 사용하는 경우 항상 단위를 주의해야 하고, 단위 변환을 통해 계산을 가능하게 하는 것이 중요하다. 사칙 연산이 아닌 경우 상황이 조금 복잡해진다. 바로 초월 함수인 삼각 함수, 지수 함수, 로그 함수에 물리량을 적용하는 경우인데, 우선 삼각 함수는 화공에서 거의 사용하지 않으니 생략한다. 개인적으로 로그의 경우가 좀 더 이해가 쉬운 것 같으므로, 로그 먼저 살펴보자. 로그와 로그 내부의 단위 결론부터 말하면, 둘 다 무차원,

LG화학 석유화학 사업본부 합격 후기 [내부링크]

안녕하세요~! 오늘은 취뽀 소식입니다,,! 올해 6월에 시작한 LG화학 신입사원 채용에 최종 합격했네요 >< 너무 기뻐요,, 원래 합격하고 바로 쓰려고 했는데 입사 준비와 인턴쉽으로 바빠서 이제서야 씁니다. 우선 제가 지원한 직무는 석유화학 사업본부의 생산기술 입니다. 1. 서류 LG화학 이력서와 자기소개서 작성은 타 회사에 비해 짧습니다. 이력서에는 정말 기본적인 인적 사항과 학력, 어학 성적을 입력했습니다. 대내/외 활동이나 경력을 기재하지 않아도 되어서, 서류 전형에서 평가하는 것은 학력, 학점, 자기소개서 정도인 듯 합니다. 자기소개서는 세 문항인데 My competency, My story, My vision 을 각 700, 500, 500 자 씩 작성하면 됩니다. 자기소개서에 정답은 없는 것 같아요. 다만 면접까지 생각해서 작성해야 면접장에서 이야기를 잘 풀어나갈 수 있습니다. 저는 1번 항목에서 전공 지식과 직무의 연관성을 위주로 내용을 채웠습니다. 아시다시피 화공과에