해설 보기
정답0.16 mol/m^2·s입니다.
핵심 개념
Fick의 제1법칙과 평막을 통한 정상상태 확산 플럭스
Fick의 제1법칙은 확산 몰플럭스가 농도 기울기에 비례한다는 법칙으로 J_A = -D_AB(dC_A/dx)로 표현됩니다. 두께 L인 평막의 양쪽 벽면 농도가 각각 C_A1, C_A2로 일정하게 유지되는 정상상태에서는 막 내부의 농도가 두께 방향으로 직선 분포를 이루므로 미분식이 J_A = D_AB(C_A1 - C_A2)/L로 단순화됩니다. 즉 플럭스는 확산계수와 농도차에 비례하고 막 두께에 반비례하며 단위는 mol/m^2·s가 됩니다. 계산에서는 두께를 mm에서 m로 환산하는 부분이 실수가 가장 잦은 지점입니다.
선지별 해설
①J = D·ΔC/L에 대입하면 2×10^-6 × 80 ÷ 10^-3 = 0.16이므로 0.016은 정답의 1/10입니다. 막 두께를 1 mm가 아닌 1 cm(0.01 m)로 잘못 넣었을 때 나오는 값입니다.
②농도차는 100 - 20 = 80 mol/m^3, 두께는 1 mm = 1×10^-3 m이므로 J = 2×10^-6 × 80 ÷ 10^-3 = 0.16 mol/m^2·s로 계산되어 정확히 일치합니다.
③1.6은 정답의 10배 값으로, 두께를 0.1 mm(10^-4 m)로 잘못 적용했을 때 얻어집니다. 주어진 두께 1 mm는 반드시 10^-3 m로 환산해야 합니다.
④16은 정답의 100배로, 두께 환산과 확산계수의 지수를 함께 잘못 처리한 경우입니다. D = 2×10^-6, L = 10^-3을 그대로 대입하면 0.16만 나옵니다.
해설 보기
정답편류(channeling)입니다.
핵심 개념
충전탑의 편류(channeling) 현상
충전탑은 충전물 표면에 액체가 얇은 막으로 고르게 퍼져 기체와 접촉하면서 물질전달이 일어나는 장치입니다. 그런데 충전물이 불규칙하게 쌓이거나 탑 벽면 부근의 공극률이 커지면 액체가 저항이 작은 특정 경로로만 몰려 흐르게 되는데 이를 편류(channeling)라고 합니다. 편류가 생기면 유효 기액 접촉면적이 줄어 물질전달 효율이 떨어지고 HETP가 커집니다. 이를 방지하기 위해 탑 지름 대 충전물 지름의 비를 8:1 이상으로 하고, 일정 높이마다 액 재분배기를 설치합니다.