화공기사 실기 필답형 - 포화증기의 응축과 비등

 1. 포화증기의 응축

1) 막상응축 (Film Condensation)

 - 응축한 액이 피막상으로 벽에 붙어 중력에 의해 흘러내리는 현상

 

 - 응축할 때 방출하는 열량이 흘러내리는 응축액의 막을 통과하여 고체면에 전달되므로 액의 점도가 높은 경우에는 막이 두꺼워 저항이 커지므로 열전달속도가 낮아진다. (적상응축의 1/10 정도)

 

2) 적상응축 (Dropwise Condensation)

 - 열전달면에 먼지가 있거나 증기 중에 유분이 포함되어 있을 때 이것이 핵이 되어 적상으로 되는 현상

 

 - 직접 증기와 접촉하는 고체면이 넓어서 열전달속도는 막상응축의 2배 이상이 된다.

 

 - 일반적으로 유기물은 적상응축이 되기 힘들며, 벽면이 부식이나 오염되어 있을 때도 발생하기 힘들다.

 

 

 

2. 적상응축을 촉진하는 방법

1) 동관에 크롬도금을 한다.

 

2) 벽면에 기름을 바른다.

 

3) 증기중에 소량의 유분을 가한다.

 

4) 증기중에 소량의 올레인산과 메르캅탄을 가한다.

 

 

 

 

3. 포화액체의 풀비등(Pool boiling)

 - 포화온도의 물속에 수평가열관을 담가 가열할 경우의 비등특성곡선

 

 

비등곡선

1) A-B 구간 (자연대류 영역)

 - 비등을 수반하지 않고 가열관의 온도가 액체의 비점과 거의 같은 온도에 도달하며 기포가 발생한다.

 

 - 기포가 발생하면 교란효과가 있어 열전달계수 h가 매우 증가해 q/A가 직선적으로급격히 증가한다.

 

2) B-C 구간 (핵비등 영역) 

 - A-B 구간보다 기울기가 더 큰 직선으로 표시된다.

 

 - 기포의 발생이 더욱 활발해져 열전달계수와 q/A는 증가해 최대점 C에 도달한다.

 

 - 이 C점을 번아웃점(Burnout Point)라 하며, C점에서의 온도차를 임계온도차, q/A를 최대열부하, 정점열플럭스 라 한다.

 

3) C-D 구간 (전이비등 영역)

 - 열전달면에 불안정한 증기막이 형성되어 q/A는 감소해 최소점이 된다.

 

 - 이때 최소점 D를 라이덴프로스트(Leidenfrost) 점이라 한다.

 

4) D-E 구간 (막비등)

 - 표면온도가 다시 증가하여 가열표면은 증기막으로 덮이며 이층을 통과하는 열은 전도와 복사에 의해 전달된다.

 

 - 열부하는 계속 상승하여 최대열부하를 갖게 된다.

 (열부하가 C점 이상으로 증가해 E점에 도달할때 대부분의 경우는 금속의 융점이상이므로 C점 이상으로 열부하를 증가하면 열전달면은 타버린다.)

 

 - 복사 열전달이 전도 열전달보다 중요하게 취급되는 구간이다.