본 저서에서는 10여 년 동안의 강의를 통해서 출제했던 시험문제들을 중심으로, 학생들이 화공양론 계열 교과목을 수강하는데 도움이 될 수 있도록 핵심적인 문제들을 풀이하는 방법을 자세하게 설명하였다. 또한 상세한 주제 별로 문제들을 분류해서 필요한 주제별로 문제풀이 해설을 쉽게 찾아서 공부할 수 있도록 구성하였다. 또한 각각의 주제마다 중요한 식들을 간단한 설명과 함께 모두 수록해서 응용능력을 키울 수 있도록 하였다. 비교적 간단한 문제는 각 소단원의 예제로 포함시켰고 보다 복잡한 문제는 각 장의 끝부분에 종합문제로 실었다. 본 문제해설은 현재 강의를 수강하고 있는 학생들뿐만 아니라 졸업 후 현업에 근무하고 있는 직장인들도 공정설계와 관련된 업무를 수행하기 위해서 필요한 기본적인 계산능력을 키우기 위해서도 도움이 될 것으로 생각한다.

저자 / 류근갑

1980 서울대학교 화학공학과 공학사

1982 한국과학원 화학공정공학과 공학석사

1991 미국 University of Iowa 화학생물공학과 공학박사

1993 ~ 현재 울산대학교 화학공학부 교수

2008 미국 Oregon State University 방문교수

2013 미국 University of California (Davis) 방문교수

목 차

제 1 장 기초 / 11

1.1 유효숫자 / 11

1) 유효숫자, 추정오차, 값의 추정 범위

2) 오차를 가지고 있는 수의 계산결과 값의 유효숫자

1.2 단위와 차원 (Unit and Dimension) / 19

1) 단위의 종류

2) 단위 변환인자

3) 차원 균일성 (Dimensional Homogeneity)

종합문제 / 27

제 2 장 공정변수 / 33

2.1 유속과 농도 / 33

1) 유속의 종류

2) 혼합물의 농도

2.2 압력 / 43

2.3 온도 / 48

1) 온도 단위 (Scale)

2) 온도 관계식

종합문제 / 52

제 3 장 단일상 계 (Single-Phase System) / 53

3.1 액체와 고체 혼합물의 평균 밀도 ( ) / 53

3.2 기체 상태방정식 / 57

1) 이상기체 (Ideal Gas) 상태방정식

2) 비이상기체 (Nonideal Gas) 상태방정식

종합문제 / 71

제 4 장 다상 계 (Multiphase System) / 77

4.1 평형계의 자유도 분석 (GibbsPhase Rule) / 77

4.2 기체-액체 평형 / 81

1) 포화증기압과 온도

2) 액체-기체 평형식

3) 기체-액체 평형 계산

4.3 기타 다상계 / 99

1) 총괄성질 (Colligative Property)

2) 액체-액체 추출 (Extraction)과 삼성분계 (Ternary System)

3) 등온흡착식 (Adsorption Isotherm)

종합문제 / 107

제 5 장 화학반응 / 115

5.1 화학반응식 (Stoichiometric Equation) / 115

1) 화학반응식 규칙

2) 복수반응

3) 재순환 반응기 (Recycle Reactor)

5.2 연소반응 (Combustion Reaction) / 125

종합문제 / 128

제 6장 물질수지 (Material Balance) / 135

6.1 일반 물질수지식 / 135

1) 정상상태 연속식공정 (Continuous Process)에 대한 물질수지

2) 회분식공정 (Batch Process)에 대한 물질수지

3) 반 회분식공정 (Semibatch Process)에 대한 물질수지

6.2 화학반응에 대한 물질수지 / 147

1) 분자종류에 대한 식

2) Reaction Extent ( ) 방법

3) 원자종류 (Atomic Species)에 대한 식

종합문제 / 157

제 7 장 에너지수지 (Energy Balance) / 173

7.1 에너지의 종류 / 173

1) 저장에너지와 전달에너지

2) 일의 종류

3) 에너지 전달속도 (Watt = Joule/sec)

7.2 에너지 수지식 / 179

1) 에너지 수지 일반식

2) 닫힌계에 대한 에너지 수지식

3) 정상상태 (Steady State)열린계에 대한 에너지 수지식

7.3 기계적 에너지수지식 (Bernoulli 식) / 191

1) Bernoulli 식

2) Bernoulli 식과 정상상태 에너지 수지식과의 비교

종합문제 / 197

제 8 장 엔탈피 계산 / 205

8.1 가상경로 (hypothetical path)와 엔탈피 변화량 계산 / 205

8.2 엔탈피에 대한 압력의 영향 / 209

1) 고체 및 액체의 엔탈피에 대한 압력의 영향

2) 기체의 엔탈피에 대한 압력의 영향

8.3 엔탈피에 대한 온도의 영향 / 212

1) 열용량 (Heat Capacity)

2) 값의 추정

8.4 상변화에 대한 엔탈피 변화 / 219

1) 상변화와 잠열 (Latent Heat)

2) 잠열의 추정방법

8.5 공기 (Air)-H2O 혼합계 / 230

1) 습도 도표 (Humidity Chart)

2) 단열냉각선 (Heating Curve)

8.6 혼합엔탈피 (Heat of Mixing and Solution) / 241

1) 혼합

2) 이성분계 혼합액체의 엔탈피-농도 도표

3) 이성분계 액체-기체의 평형상태에서 엔탈피-농도 도표

종합문제 / 261

제 9 장 반응공정에 대한 에너지 계산 / 265

9.1 반응열 (Heat of Reaction) / 265

1) 반응열 ( )의 정의

2) 표준생성열