온도(Temperature)와 압력(Pressure)

화학공정에서 온도와 압력은 공정의 상태를 나타내는 중요한 공정 변수이다. 

공정 내에서 조업 중인 물질의 온도와 압력을 알면 물질의 상태(기체, 액체, 고체)를 알 수 있으며 공정 조작이 필요한 시기를 예측할 수 있다.

 

 

 

온도(Temperature)와 압력(Pressure)

온도(Temperature)는 물질의 덥고 찬 정도를 나타낸 척도로서 ℃, ℉, K, °R 등 다양한 단위가 있다. 우리에게 친숙한 섭씨온도(℃)는 물의 어는점을 0℃로 놓고 물의 어는점과 끓는점 사이를 100칸으로 나누어 나타낸 온도이다.

화렌하이트(Fahrenheit)가 제안한 화씨온도(℉)에서 물의 어는점은 32℉이며 섭씨온도가 1℃씩 오를 때 화씨온도는 1.8℉ 씩 올라간다.

또한, 0°R는 0K와 같으며, 1°R의 간격은 1℉와 같습니다. 절대온도(K)는 항상 섭씨온도(℃)보다 273만큼 크고, 랭킨온도(°R)도 화씨온도(℉)보다 항상 460만큼 크다.

 

따라서 서로의 환산식은 다음과 같다.

 

℃ → ℉ : (℉) = 1.8 × (℃) + 32

℉ → ℃ : (℃) = {(℉) - 32｝/ 1.8

℃ → K : K = (℃) + 273

℃ → oR : (°R) = (K) × 1.8 또는 (℉) + 460

 

 

압력(Pressure)은 질량을 가진 물질이 접촉하고 있는 부분에 대해 단위면적당 미치는 힘이며 단위는 기압(atm), kgf/cm^2, lbf/ft^2, mmHg, mH2O, Pa(N/m^2) 등이 있다. 표준 대기압인 1기압은 토리첼리가 실험을 통하여 0℃, 해수면에서 수은(Hg) 기둥 760mm가 바닥을 내리누르는 압력과 같음을 증명하여 760mmHg 또는 토리첼리의 이름을 딴 760torr(토르)로 나타내기도 한다.

 

다음은 압력의 식을 나타낸 것이다.

여기서, P는 압력, F는 힘 그리고 A는 압력을 받고 있는 면적을 나타낸다.

 

 

화학공장에서는 공정 장치의 상태 및 제품의 품질을 지속적으로 관리하기 위해 각 장치 및 관에 온도계 및 압력계를 설치하여 각 부분의 온도와 압력을 측정하고 있다.

이때 압력계를 통하여 읽어 들이는 압력은 일반적으로 대기압(1기압)을 기준으로 측정한 상대압(즉, gauge pressure)이다. 즉, 압력계 눈금이 2.2 기압을 나타낸다면 이는 공정 내의 압력이 대기압보다 2.2 기압만큼 높다는 의미이다. 이를 완전 진공(0기압) 상태를 기준으로 한 압력인 절대압(absolute pressure)으로 나타내려면 2.2 기압에 대기압을 더해준 3.2 기압이 된다.

 

압력 단위계 환산 Table은 다음과 같다.

 

 

기체의 거동을 예측하는 이상기체상태방정식에서는 절대온도와 절대압을 사용한다. 따라서 정확한 계산을 위해 상대 압인 압력계 압력을 절대압으로 바꾸어 사용할 수 있어야 한다

 

Reference : https://ko.wikipedia.org/wiki