: 확산계수 [m2/s],
․cA1 : 물질 A의 농도 [kgmol A/m3],
․xA1 : 위치 1에서 A의 mole fraction
․cav : A + B의 총 평균 농도 [kgmol/m3]
․M1 : 위치 1에서 평균 분자량 [kg mass/kgmol]
․ρ1 : 위치 1에서
확산법칙 (1)식이 성립한다.
여기서 를 분자확산계수 (molecular diffusivity, g-mol/s), 는 A성분의 몰농도 [g-mol /㎤], z는 확산거리[㎝]이다. 공기 (B)중에 포함된 (A)를 물에 흡수하는 경우와 같이 기체 중에 휘발성액체만이 한 방향으로 확산하는 일반 확산인 경우 물질이동속도는 (4)식과 같이 나타낼 수
농도 기울기 d /dz 에 비례한다는 Fick의 확산법칙 (13-1)식이 성립한다.
(13-1)
여기서 를 분자확산계수 (molecular diffusivity, g-mol/s), 는 A성분의 몰농도 [g-mol /㎤], z는 확산거리[㎝]이다.
정상상태에서 (13-1)식을 적분하면 정리하면 (13-2)식과 같다.
(13-2)
기상에서 이상기체법칙을 (13-2)식
실험이론
2성분의 혼합물이 z 방향으로 농도차가 있을 때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위시간 당 A 성분이 확산하는 속도 [g-mol/㎠s] 는 단면에서의 농도 기울기 d /dz 에 비례한다는 Fick의 확산법칙 (13-1)식이 성립한다.
(13-1)
여기서 를 분자확산계수 (molecular diffusivity, g-mol/s), 는 A성
확산의 일반적 원인이 농도구배이긴 하지만, 압력구배, 온도구배 또는 원심력과 같은 외력장에 의해서도 확산이 일어날 수 있다. 압력구배에 의한 분자확산을 압력확산(pressure diffusion)이라 하며, 온도에 의해 생긴 것은 열확산(thermal diffusion), 그리고 외력장에 의한 것은 강제 확산(forced diffusion)이라고
액체가 확산에 의하여 이동할 때 물질이동속도 NAZ는 다음과 같다.
이때 NBZ = 0 라 하면
------ ①
NAZ : Z방향으로의 A의 molal flux [gmol/㎠ sec] XA : 액체 A의 몰분율
DAB : 액체 A의 B에 대한 확산계수 [㎠/sec] C : 액체의 농도 [gmol/㎤]
Z : 액체가 이동한 방향의 거
확산 성분의 농도구배에 있다. 농도구배는 농도가 같아지는 방향으로 성분을 이동시켜 구배를 깨뜨리려고 한다. 확산 성분을 구배의 고농도 끝에 일정하게 공급하고 저농도 끝에서 일정하게 제거함으로써 구배가 유지될 때, 확산 성분의 흐름은 연속적이다. 이 이동은 물질전달 조작에서 이용된다.
물질전달 조작에서 이용된다.
2) Fick's Law
2성분의 혼합물이 z 방향으로 농도차가 있을 때 여기에 직각인 단위면적에 대해 단위시간 당 A 성분이 확산하는 속도 [g-mol/㎠s] 는 단면에서의 농도 기울기 d /dz 에 비례
→ : A성분의 몰농도 [g-mol /㎤]
z : 확산거리[cm]
3) 액체
물질이동속도 는 (13-5)식을 적분하여 정리하면 (13-6)식과 같이 된다.
(13-6)
비확산기체 B의 대수평균분압()과 대수평균분율()을 각각 (13-7)식과 (13-8)식과 같이 정의한다.
(13-7)
(13-8)
(13-7), (13-8)식을 (13-6)식에 대입하면 (13-9)식과 같이 된다.
(13-9)
여기서, 은 몰 확산계수
분자확산은 열확산이며, 외력장에 의한 것은 강제확산이다. 이 두 가지 확산은 화학공학에서는 드문 경우이다.
확산은 고체나 유체의 정제층을 통한 분자이동에 한정되지 않고 다른 조성을 갖는 유체가 섞이는 경우에도 일어난다. 혼합의 첫째 단계는 난류의 와류운동 특성에 기인한 물질전달이다.