4-1.공기와 질소

열풍 건조에 사용하는 매체로 공기와 질소의 성능을 확인합니다.

열풍 건조에 사용하는 매체로 공기와 질소의 성능을 확인합니다.

4-1-1.공기의 역할

상온 상압의 공기는 거의 이상 기체로서 행동, t [℃]에서 공기의 밀도 ρ [kg / m3]는 대기압을 P [atm] 수증기압을 e [atm]하면

공기의 역할

◎ 비용이 싸다 
◎ 배관 누출 안전 
◎ 열원으로서 재료를 데운다 
◎ 기체경계막을 얇게 한다
◎ 증발한 수증기를 외부에 반송한다 (캐리어 가스) 
○ 통상환경에서의 공기는 수증기를 몇% 포함하고, 수증기의 효과가 플러스 방향에 작용한다.
○ 산소가 가열 코일의 알루미늄 성분과 결합하여 표면에 내식성 피막을 형성하여 코일의 수명 연장에 작용한다.
× 공기는 산소를 포함하고, 고온이어지면 산화가 촉진된다.

4-1-2.질소의 역할

열풍 가열에 사용되는 질소의 장점 단점

◎ 열원으로서 재료를 따뜻하게 한다
◎ 무산소환경을 만들어 내 발화를 방지한다
◎ 무산소환경을 만들어 내 산화를 방지한다
◎ 무수증기환경을 만들어 내고, 가수분해나 수산근본결합을 방지한다
◎ 기체경계막을 얇게 한다
◎ 증발한 수증기를 외부에 반송한다 (캐리어 가스)
○ 새도 비교적 안전합니다
× 액체질소를 기화해서 사용할 경우는 상온과의 차분만 가열 효율이 낮아집니다
× 산소가 없으므로 가열 코일의 표면에 내식피막을 형성되지 않고, 공기와 비교하면 코일의 수명은 짧아집니다

질소는 무산소인 것부터, 용제를 포함하는 가연성의 물질 건조에 적합합니다.

4-1-3.공기의 밀도

공기를 질소 4 : 산소 1의 기체로 정의하면,  질소 분자량 28, 산소 분자량 32이므로 공기의 분자량은 28.8입니다.

28.8 = (28 x 4/5 + 32 x 1/5 )

공기의 밀도를 구하는 계산 (기압 1atm 실내 온도 20 ℃)

압력 p = 1atm = 101.3×10 ^ 5Pa
온도 t = 273-C
공기 V = 1m ^ 3
몰수 n = mol
기체 상수 R = 8.31J / mol · K
이상 기체 법칙 = pV = nRT
공기의 밀도 ρ =

n = pV/RT = 1.103x10^5Pa x 1m^3 / 8.31J/mol・K x (273+20)K = 41.6mol

ρ= (28.8 x 41.6)g/m^3 = 1200g/m^3 = 1.2g/ℓ

4-1-4.특성 일람표

공기의 구성 물질

성분 화학식 체적 비율 질량 비율 기체 밀도 비중
질소 N2 78.084 0.75520000 1.251 1.105
산소 O2 20.9476 0.23150000 1.429 0.967
아르곤 Ar 0.934 0.01280000 1.78 1.38
이산화탄소 CO2 0.039 0.00046000 1.977 1.54
네온 Ne 0.001818 0.00001200 0.9002 0.69
헬륨 He 0.000524 0.00000072 0.1785 0.13
메탄 CH4 0.000181
크립톤 Kr 0.000114
이산화황 SO2 0.0001
수소 H2 0.00005
아산화 질소 N2O 0.000032
제논 Xe 0.0000087
오존 O3 0.000007
이산화질소 NO2 0.000002
요오드 I2 0.000001

간략한 공기 조성

성분 화학식 체적 비율 질량 비율
질소 N2 0.79 0.768
산소 O2 0.21 0.232

공기의 구성 물질의 특성    定積 비열

성분 반데르워스Van der Waals 상수 분자량 가스 상수 정압 비열 정적 비열 비열 비
a / Pa m6 mol−2 b / m3 mol−1 g/mol R (J/g・K) Cp (J/g・K) Cv (J/g・K) γ
공기 135 × 10−3 36.6 × 10−6 28.967 0.28703 1.005 0.718 1.399
질소 N2 141 × 10−3 39.2 × 10−6 28.013 0.29680 1.039 0.743 1.399
산소 O2 138 × 10−3 31.9 × 10−6 31.999 0.25984 0.914 0.654 1.398
수증기 H2O 553 × 10−3 33.0 × 10−6 18.015 0.46152 4.186 3.147 1.33
헬륨 He 3.45 × 10−3 23.8 × 10−6 4.003 2.07727 5.240 3.16 1.66
아르곤 Ar 136 × 10−3 32.2 × 10−6 39.948 0.20813 0.523 0.32 1.68
수소 H2 24.8 × 10−3 26.7 × 10−6 2.016 4.12449 14.250 10.12 1.408
일산화탄소 CO 151 × 10−3 40.0 × 10−6 28.010 0.29684 1.041 0.74 1.4
이산화탄소 CO2 365 × 10−3 42.8 × 10−6 44.010 0.18892 0.819 0.63 1.3
암모니아 NH3 422 × 10−3 37.1 × 10−6 17.031 0.48821 2.060 1.57 1.31
메탄 CH4 238 × 10−3 42.8 × 10−6 16.042 0.51828 2.160 1.63 1.32
※0℃/1atm
비열 = 1kg의 물질을 1K 만 상승하는 데 필요한 열량

공기의 성질

온도조건 밀도 정압비열 점성율 동점성율 열전도율 열확산율 프란틀수
T ρ Cp η ν λ α Pr
K kg/m3 kJ/(kg・K) μPa・s mm2/s mW/(m・K) mm2/s
100 3.6109 1.072 7.1 1.97 9.22 2.38 0.826
200 1.7679 1.009 13.4 7.58 18.1 10.15 0.747
300 1.1763 1.007 18.62 15.83 26.14 22.07 0.717
400 0.8818 1.015 23.27 26.39 33.05 36.93 0.715
500 0.7053 1.031 27.21 28.58 39.51 54.33 0.71
600 0.5878 1.052 30.78 52.36 45.6 73.7 0.71
700 0.5038 1.076 34.1 67.7 51.3 94.6 0.715
800 0.4408 1.099 37.23 84.5 56.9 117 0.719
900 0.3918 1.122 40.22 102.7 62.5 142 0.722
1000 0.3527 1.142 43.08 122.1 67.2 167 0.732
1100 0.3206 1.16 45.84 143 71.7 193 0.742

 

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