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은주 성
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1 Ch1 Introduction to Engineering Principles and Units 이광남 공학원리의개요와단위 1

2 교재 : Transport Processes and Separation Process Principles Christie Geankoplis 4 th edition Prentice Hall 성적산출 시험 (4차) 70% 출석 20 Term Proj 10 공학원리의개요와단위 2

3 1.1 Classification of Transport Processes and Separation Processes (Unit Operation) 전달공정운동량전달열전달 : 전도, 대류, 복사물질전달 : 확산, 대류 단위조작이란? 공학원리의개요와단위 3

4 배수및약수에관한접두어 Factor Prefix Abbreviation Factor Prefix Abbreviation tera T 10-1 deci d 10 9 giga G 10-2 centi c 10 6 mega M 10-3 milli m 10 3 kilo k 10-6 micro µ 10 2 hecto h 10-9 nano n 10 1 deka da pico p 공학원리의개요와단위 4

5 1.2 SI System of Basic Units Used in this Text and Other System mks(si) cgs fps 길이 m cm 1ft=12in 1in=2.54cm 무게 kg g 1lb=454g 온도 K R F = C = = 공학원리의개요와단위 5

6 유도단위 mks(si) cgs fps 힘 F=ma 압력 P=F/A 1N= 1kg 1m/s 2 =10 5 dyne 1kg f =1kg 9.8m/ s 2 =9.8N Pa=N/m 2 bar=10 5 Pa 1dyne= 1g 1cm/s 2 1lb f =1lb ft/s 2 = Poundal (g c =32.174lb ft /s 2 lb f ) psi=lb f /in 2 1atm= kPa= bar=14.7psi =1.033kg f /cm 2 =760mmHg=10.33mH 2 O 공학원리의개요와단위 6

7 유도단위 mks(si) cgs fps 일 W=Fl 동력 Power= W/s 부피 1J=1N m 1erg= =1kg m 2 /s 2 1g cm 2 / s 2 =10 7 erg 1cal=4.2J 1W=1J/s 1hp=745.7W=550lb f ft/s 1gal=3.785l, 1ft 3 =7.48gal 1bbl=42gal=159l 1BTU=252cal =778lb f ft =1055J 공학원리의개요와단위 7

8 1.3 Methods of Expressing Temperatures and Compositions x A A의몰수 =, wa = 총몰수 A의질량총질량 (Ex 1.3-1) 성분무게무게분율분자량몰수몰분율 H 2 O NaOH /100= /100= /18= /40= /4.03= /4.03= 0.31 계 공학원리의개요와단위 8

9 1.4 Gas Laws and Vapor Presure 압력 absolute pressure=gage pressure + 1atm 이상기체법칙 PV=nRT 공학원리의개요와단위 9

10 기체상수 R 힘 ( )( 면적 )( 길이 ) PV ( ( = = 면적힘 ) 길이 ) 일 ( 열, 에너지 ) = = nt ( 몰 )( 도 ) ( 몰 )( 도 ) ( 몰 )( 도 ) o R값은표준상태 (0 C,1 atm) 에서임의의기체 1mol이차지하는부피는 l라는사실로부터수치적으로산출 1atm l / mol R = = 0.082[ atmil / molik] K R = Pa l / mol 1 = 8.314[ J / molik] = 1.987[ cal / molik] K m 3 /1000l 공학원리의개요와단위 10

11 이상기체혼합물 Dalton의분압법칙 pa pa ya = = P p + p + p +... T A B C 증기압과끓는점 공학원리의개요와단위 11

12 1.5 Conservation of Mass and Material Balances 비정상상태 { 축적속도 }={in 속도 }-{out 속도 }+{ 반응에의한생성혹은소멸속도 } 물질수지를세우는방법 1. 공정도작성 2. ( 만약있다면 ) 관련된화학반응식기입 3. 기준설정 4. 물질수지세우기 공학원리의개요와단위 12

13 공학원리의개요와단위 13

14 Basis : feed 1000kg/hr 총괄수지 1000=W+C 성분수지 (1000)(0.0708)=W(0)+C(0.58) 위두식을연립하여풀면 W=877.9kg/h, C=122.1kg/h 공학원리의개요와단위 14

15 공학원리의개요와단위 15

16 basis : feed 1000 kg / h 총괄수지 : 1000 = W + P 성분수지 : (1000)(0.2) = W (0) + P(0.96) P = kg / h crystallizer에서총괄수지 : S = P + R = R 성분수지 : S(0.5) = (208.3)(0.96) + R(0.375) S = kg / h, R = kg / h 공학원리의개요와단위 16

17 (20% 과잉 ) (98% 연소 ) 공학원리의개요와단위 17

18 연소반응 CO(g)+½O 2 (g) CO 2 (g) (98% 만연소 ) H 2 (g)+½o 2 (g) H 2 O(l) Basis : 100kg mol of fuel gas 성분계산근거양 [kgmol] H 2 O H 2 +½O 2 H 2 O 3.1 CO CO 2 CO+½O 2 CO 공학원리의개요와단위 18

19 성분 계산근거 양 [kgmol] O 2 이론적필요량 H 2 +½O 2 H 2 O : =1.55 CO+½O 2 CO 2 : =13.6 이론양 :( )-0.5 ( 초기존재 )=14.65 과잉량 : =17.58 O 2 in: =37.28 O 2 out: free O 2 = free O 2 free O 2 = N (79/21)= 공학원리의개요와단위 19

20 1.6 Energy and Heat Units J, cal, BTU 열용량 1cal/g = 1BTU/lb m 1cal/gmol = 1BTU/lbmol 평균열용량 table between 25~T at 1atm Table & 공학원리의개요와단위 20

21 공학원리의개요와단위 21

(a)298~673k q=mc pm T =(3gmol)(29.68J/gmol K)(673-298)K =33390J (b)298~1123k q=(3)(31.

22 (a)298~673k q=mc pm T =(3gmol)(29.68J/gmol K)( )K =33390J (b)298~1123k q=(3)(31.0)( )=76725j (1073,30.85) (1123,C pm ) (1173,31.16) 선형내삽 (c)673~1123k q=q (b) -q (a) = =43335J 공학원리의개요와단위 22

23 <solution> q=mc pm T 에서우유의평균열용량은 from A4-1 에서 C pm =3.85kJ/kg K q=(4536kg/h)(3.85kj/kg K)( )K(h/3600s) =242.5kW 공학원리의개요와단위 23

24 잠열과수증기표 공학원리의개요와단위 24

25 공학원리의개요와단위 25

26 잠열과수증기표 공학원리의개요와단위 26

27 (a) 물 1kg 가열 (1atm, ) (1atm, 60 ) H 1 =88.60 H 2 =251.13kJ/kg H=H 2 -H 1 = =162.53kJ (b) 물 1kg 가열및증발 (172.2kPa, ) (172.2kPa, ) H 1 =88.60 H 2 =2699.9kJ/kg H=H 2 -H 1 = =2611.3kJ (c) (172.2kPa, ) 에서 1kg 물의증발 λ= =2215.0kj/kg 공학원리의개요와단위 27

28 반응열 표준반응열 ( H ) kPa, 25 에서 1kgmol 의물질이반응할때의엔탈피변화 표준생성열 ( H o f), 표준연소열 ( H o c) o o o H = ( H ) ( H ) f product f reactant 공학원리의개요와단위 28

<solution> C+O 2 CO 2 H o c=-393.513 10 3 kj/kgmol C+½O 2 CO H o c=-110.

29 <solution> C+O 2 CO 2 H o c= kj/kgmol C+½O 2 CO H o c= kj/kgmol H=(9)( )+(1)( )=-3652kJ =-872.9kcal 공학원리의개요와단위 29

30 <solution> o o o H = ( H ) ( H ) f product f reactant 공학원리의개요와단위 30

31 1.7 Conservation of energy and Heat Balances q 생성물 T 2 반응물 T 1 ΣH P ΣH R 298K H o 298 o H R + H + q = 298 H P 공학원리의개요와단위 31

32 C pm =4.06kJ/kg K C pm =4.21kJ/kg K 공학원리의개요와단위 32

33 발효배지가얻은열량 = 온수가잃은열량 (2000kg/h)(4.06kJ/kg K)(70-30)K =(W kg/h)(4.21kj/kg)(95-85)k W=7720kg/h 공학원리의개요와단위 33

90% excess air CO 2 O 2 N 2 CO( g) + 1 2 o O2 ( g)

34 90% excess air CO 2 O 2 N 2 CO( g) o O2 ( g) CO2( g) H 298 = kj / kgmol 공학원리의개요와단위 34 3

35 CO 473K Air 373K ΣH R 298K q H o 298 Flue gas(co 2, O 2, N 2 ) 1273K ΣH P o H R + H + q = 298 H P 공학원리의개요와단위 35

36 Basis : 1 kgmol/h (1000gmol/h) CO Air 양 O 2 required=0.5 O 2 excess= =0.95 N 2 =0.95 (79/21)=3.57 Air= =4.52[kgmol/h] Flue gas O 2 : =0.45kgmol/h N 2 : 3.57kgmol/h CO 2 : 1kgmol/h 공학원리의개요와단위 36

37 ΣH R 의계산 H(CO)=(1kgmol/h)(29.38kJ/kgmol K)( )K =-5142[kJ/h] H(Air)=(4.52)(29.29)( )=-9929[kJ/h] ΣH P 의계산 H(CO 2 )=(1)(49.91)( )=48660 H(O 2 )=(0.45)(33.25)( )=14590 H(N 2 )=(3.67)(31.43)( )= q= x = [kJ/h] 공학원리의개요와단위 37

38 공학원리의개요와단위 38

39 Basis: 유당 1gmol ΔH o 310 ΣH R ΣH P ΔH o 298= X10 3 J/mol 공학원리의개요와단위 39

40 1.8 Numerical Methods for Integration f 0 f 1 f 5 f 2 f 3 f 4 공학원리의개요와단위 40

41 b a f ( x) dx b a uniform spacing ; x = h, m = h (1) Trapezoidal Rule b a f x dx h b a f f f f f h f 2 12 ξ a ξ b 2 ( ) = ( m 1 + m) "( ) 1 (2) Simpson ' s Rule 3 b h f ( x) dx = [ f0 + 4( f1 + f3 + f5 + + fm 1) a 3 b a m : even number a ξ b 4 V 2( f2 f4 f6 fm 2) fm] h f ( ) 공학원리의개요와단위 41 ξ

42 b a f ( x) dx b a uniform spacing ; x = h, m = h 3 (3) Simpson ' s Rule 8 b 3h b a f x dx f f f f f f f f h f a 8 80 m:3 의배수 a ξ b 4 iv ( ) = [ m 2 + m] ( ξ ) 공학원리의개요와단위 42

43 43

44 (1) Trapezoidal Rule b h f ( x) dx = ( f0 + 2 f1 + 2 f f a m 1 + fm) = ( ( ) ) = (2) Simpson ' s Rule 3 b h f ( x) dx = [ f0 + 4( f1 + f3 + f5 + + fm 1) a 3 + 2( f + f + f + + f ) + f ] m 2 3 (3) Simpson ' s Rule 8 b 3 h f ( x) dx = [ f a f f f f f f m 2 + f m ] 8 m 44

45 Assignment # 공학원리의개요와단위 45

46 공학원리의개요와단위 46

Á¦¸ñ¾øÀ½

Á¦¸ñ¾øÀ½ 2003년도 기사 일반검정 제 3 회 국가기술자격검정 필기시험문제 자격종목 및 등급(선택분야) 종목코드 시험시간 문제지형별 공조냉동기계기사 1730 2시간30분 A 시험문제지는 답안카드와 같이 반드시 제출하여야 합니다. 제 1과목: 기계열역학 수검번호 성명 한 액체 연료의 원소분석 결과 질량비로 C 6%, H 2 14% 였 다. 이 연료 1 kg을 완전연소할