개념 한 쪽
여과와 막분리, 충전물 선택, 장치 성능 지표는 단위공정의 분리 효율을 결정한다 역삼투는 압력 구동의 막 분리법이며, 다공질 매체 흐름은 다르시 법칙으로 설명한다 충전물과 HETP의 개념은 흡수탑 등에서 분리 성능과 직결되므로 핵심적으로 다룬다
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출제기준 단원 「여과원리 및 장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 충전물 선정 판단 | 1 | 충전물의 접촉률·압력강하·공곡률 중 부적절 항목 고르기 |
| 이상용액·공비 성질 판별 | 1 | 공비 또는 최고공비 혼합물의 물성 변화 방향 판단 |
| 충전탑 효율 지표 이해 | 1 | HETP 값과 분리 효율의 상관관계 판단 |
역삼투법(RO)은 반투막을 통해 용매를 선택적으로 통과시키기 위해 공급측에 압력을 가하는 막 분리 공정이다
물의 수송 구동력은 막 양쪽의 활동도 차이로 설명되며, 실제 운전에서는 공급압력에서 삼투압을 뺀 순압력이 플럭스의 주된 원인이 된다 따라서 순압력이 증가하면 물의 투과율(플럭스)은 일반적으로 증가한다고 본다
다공질 매체를 통한 유체 흐름은 다르시 법칙으로 설명한다 이 법칙에 따르면 유량은 매체 양단의 압력 강하에 비례하고 유체의 점도에는 반비례한다 즉, 구동력인 압력차가 커지면 유량이 늘어나고, 점성이 높아지면 흐름이 억제된다고 이해한다
흡수탑의 충전물은 기액 접촉면적을 증가시키면서도 압력강하를 적게 하고 내구성이 충분해야 한다 공곡률(void fraction)은 적절히 커서 유체가 원활히 통과하도록 해야 하며, 공곡률을 인위적으로 작게 만드는 것은 압력강하 증가와 막힘을 유발하므로 바람직하지 않다
HETP(Height Equivalent to a Theoretical Plate)는 이론단 한 개에 해당하는 실제 충전탑 높이를 의미한다 HETP 값이 작을수록 단위 높이당 더 많은 이론단을 확보하므로 분리 효율이 좋다고 판단한다
물리적 흡착과 화학적 흡착의 구분은 흡착의 가역성 및 층 형성에서 드러난다 물리적 흡착은 반데르발스 힘에 의한 약한 결합으로 가역성이 높고 다분자층 형성이 가능한 반면, 화학적 흡착은 결합이 강해 가역성이 낮다는 점을 기준으로 구분한다
역삼투 관련 문제는 주로 구동력과 플럭스의 관계를 물어온다 예를 들어 "압력 증가가 물의 투과율에 미치는 영향"을 묻는다면 순압력(공급압력-삼투압)이 클수록 플럭스가 증가한다는 원리를 적용해 정답을 고른다 다르시 법칙 관련 문제는 압력강하와 점도 간의 비례·반비례 관계를 확인해 오답을 제거한다
충전물 선택 문제는 접촉률·압력강하·내구성·공곡률 중 어느 항목이 부적절한지를 판단하게 된다 공곡률은 충분히 커야 압력강하를 낮추므로 '공곡률을 가능한 한 작게 한다'는 서술은 오답으로 처리한다
HETP 관련 문제는 값의 크기와 효율의 관계를 묻는다 HETP 값이 작을수록 효율이 높다는 점을 기준으로 반대 설명이 제시되면 정답으로 선택한다
흡수탑의 충전물 선정 시 고려해야 할 조건으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 문항은 흡수탑의 충전물 선정 시 고려사항 중 부적절한 것을 묻고 있다. 충전물은 기상과 액상의 접촉면적을 키워 질량전달을 향상시키고 동시에 압력강하를 낮추어 유체의 유통을 원활히 하는 성질이 요구된다.
충전물은 기액 접촉률 높이고 압력강하 낮추며 내구성이 좋아야 하므로 공곡률 최소화는 오히려 역효과다.
최고공비혼합물에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ① · 최고공비혼합물(Maximum boiling azeotrope)은 동종 분자 간의 인력보다 이종 분자 간의 인력이 더 강하여 형성됩니다. 이로 인해 증기압이 라울트의 법칙(이상용액)보다 낮게 나타나며(음의 편차), 활동도 계수가 1보다 작게 됩니다.
최고공비혼합물은 이종분자간 인력이 강해 증기압이 낮고 휘발도가 떨어지므로, '높다'는 서술이 오답이다.
HETP에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 문항은 HETP의 정의와 관련된 설명 중 틀린 것을 고르라고 요구하고 있다. HETP는 이론단 하나에 해당하는 충전탑 높이를 의미하므로 값이 작을수록 단위 높이당 분리 효율이 좋다.
HETP 값이 작을수록 단위 높이당 분리 효율이 좋으므로, 값이 클수록 효율이 나쁘다.
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