증발잠열은 증발엔탈피 혹은 증발열이라고 하며 화학공학에서 매우 중요하며 특히 열교환기 design에 crtical한 영향을 준다. 이에 따라 열교환기 sizing에 큰 차이를 줄 수 있어서 정확한 estimation이 필요하여 이를 위해 simulation을 이용하여 예측해볼 수 있다.
증발잠열은 액체가 상변화를 하여 기상으로 변할 때 요구되는 열량으로서 순수 물질일 경우 온도변화없이 liquid에서 two phase를 지나 vapor phase로 변하게 되며 mixture일 경우 boiling range범위내에서 온도가 형성이 된다.
증발잠열은 또한 상변화 없이 온도변화가 나타나는 현열의 변화가 아닌 온도변화없이 즉 동일한 온도에서 상변화가 진행됨에 따라 이 과정에서 숨겨진 열량이라는 의미로 잠열이라고 한다.
잠열은 온도변화가 아닌 상변화와 관련이 되며 일정한 온도와 압력에서 증기상으로 상변화를 하기 위해 필요한 열이 증발잠열이다. 즉 액상일 때의 액체 입자 분자간의 작용하는 힘을 극복하기 위해 많은 양의 열량을 공급하여 비로서 분자간의 거리가 충분히 유지되는 기상으로 변화하게 된다.
증발잠열은 아래와 같은 식으로 표현이 된다.
Where,
Hv = Heat of Vaporization
m = Mass of Substance
q = Heat
아래와 같이 간단히 heater block을 이용하여 잠열계산을 하였다. component는 아래와 같이 define한다.
fluid package는 UNIQUE를 선택하고 vapor model은 RK를 선택한다.
먼저 물을 증기로 상변화하는 heater에 대한 결과는 아래와 같다.
3-methyl hexane의 액상에서 기상으로 상변화 결과는 아래와 같다.
1,1,2-trichloroethane의 액상에서 기상으로 상변화 결과는 아래와 같다.
결론적으로 상변화를 위해 요구되는 heat duty는 아래와 같다.
Water = 39900 KJ/h
3-methyl hexane = 30520 KJ/h
1,1,2-trichloroethane = 33490 KJ/h
비록 물의 분자량이 가장 작지만 증발잠열은 가장 크다. 따라서 동일한 1kgmol/h의 유체를 증발시키기 위해서는 물이 가장 높은 열량을 요구함에 따라 상변화를 위해 위 3개 유체중 에너지 소모가 가장 높은 것을 알 수 있다.
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