개념 한 쪽
막 분리 공정은 선택적으로 용매 또는 용질을 투과시키는 막을 이용해 분리를 수행하는 기술로, 운전 인자에 따라 투과율과 선택도가 결정한다 역삼투는 가압을 통해 물을 선택적으로 통과시키는 방식이고, 다공질 매체를 통한 흐름과 흡수탑 설계 문제는 각각 다르시 법칙과 조작선-평형선 관계로 설명한다
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출제기준 단원 「막 분리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| q값 판단 | 1 | 공급 상태에 따른 q값의 올바른 값 결정(증기→q=0 등) |
| 진공 증발 목적 판단 | 1 | 진공 증발의 주된 목적과 비점 강하, 열분해 방지 여부 판단 |
| 흡수 조작선 해석 | 1 | L/V와 조작선-평형선 관계로 탑 높이 및 한계 기액비 영향 판별 |
역삼투법(RO)은 막을 사이에 두고 높은 압력을 가해 용매인 물을 선택적으로 통과시키는 기술이다 이때 물의 수송 구동력은 막 양쪽의 활동도 차이로 설명할 수 있으며, 실무적으로는 공급 압력에서 삼투압을 뺀 유효 압력(순압력)이 플럭스를 결정한다 따라서 순압력이 증가하면 물의 투과율은 비례하여 증가한다는 점을 핵심으로 기억한다
역삼투에서 염류의 거동은 물과 별도로 고려되며, 압력 변화가 염류의 투과 특성에 영향을 줄 수 있으나 물의 플럭스가 압력에 무관하다는 주장은 역삼투의 기본 원리와 배치한다 압력 조절은 물 투과를 증가시키고 적절한 선택도를 유지하거나 향상시키는 운전 변수로 작용한다
다공질 매체를 통한 유체 흐름은 다르시 법칙으로 모델링되며, 이 법칙에 따르면 매체 양단의 압력 강하에 비례하여 유량이 증가하고 유체의 점도에 반비례하여 유량이 감소한다 즉, 구동력인 압력차가 클수록 흐름이 잘 일어나고, 점도가 크면 흐름이 제한된다는 직관적 관계를 제공한다
기체 흡수 공정에서는 조작선(L/V)과 평형선의 기하학적 관계가 탑 높이와 흡수 효율을 결정한다 L/V가 작아 조작선이 평형선에 가까워지면 구동력이 줄어들어 탑 높이가 길어지고, 한계 기액비(minimum L/V ratio)는 탑 높이를 무한대로 만드는 조건이므로 설계에서는 이 값을 기준으로 여유 계수를 두어 운전한다 조작선과 평형선의 상대적 위치를 통해 흡수탑의 경제성과 설계치를 판단한다
역삼투 운전 관련 문제에서는 먼저 구동력이 압력-삼투압 차이라는 사실을 체크한다 설문에서 압력 증가와 물의 투과율 관계를 묻는다면 '순압력 증가 → 물 플럭스 증가'를 근거로 정답을 선택한다는 논리를 적용한다
다공질 매체 흐름 문제에서는 다르시 법칙의 비례·반비례 관계를 이용해 선택지를 검토한다 예를 들어 압력강하와 유량의 관계, 점도와 유량의 반비례 관계가 보기에 뒤바뀌어 제시되면 그 보기는 오답으로 배제한다는 절차를 유지한다
흡수탑 관련 문제는 조작선과 평형선의 기하학적 거리를 생각하여 판단한다 조작선이 평형선에 더 가까워질수록 구동력이 줄어들어 필요한 탑 높이가 증가한다는 원리를 바탕으로 선택지를 검토한다
증류에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은? (단, q는 공급원료 1몰을 원료 공급단에 넣었을 때 그 중 탈거부로 내려가는 액체의 몰수이다.)
정답 ③ · 증류, 추출, 건조 등은 물질 이동(확산) 현상을 이용하여 혼합물을 분리하는 조작들입니다. 이들은 농도 차이에 의한 분자 확산 또는 대류 물질전달을 기본 원리로 진행됩니다.
진공 증발을 사용하는 이유로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ① · 문제는 진공 증발을 사용하는 이유 중 관련성이 가장 낮은 항목을 찾는 것이다. 진공 증발의 주된 목적은 압력을 낮춰 비점을 낮춤으로써 저온에서 증발시켜 열민감성 물질의 변질을 방지하고 증기 재활용으로 열 효율을 높이는 것이다.
진공 증발은 저온·저압 운전으로 비점 강하, 열분해 방지, 증기 회수 경제성을 높이는 기술이다.
기체 흡수에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 기체 흡수에서 주어진 설명들 중 틀린 것을 찾는 것이다. 항류 흡수탑에서는 한계 기액비(limiting L/V ratio)가 설계와 경제성에 결정적 영향을 주며 이 값 근처에서는 타워 길이가 급격히 증가하므로 한계 기액비가 영향이 적다는 주장은 잘못이다.
항류 흡수탑에서 기액비는 흡수 효율과탑 높이에 직접적인 영향을 미치며, 한계 기액비는 설계의 핵심 변수이다.
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