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티베트 화장실의 비밀

습윤 공기(wet air) : 실제 공기는 적든 많든 반드시 수증기를 포함한다.
건조 공기(dry air) : 수증기를 전혀 포함하지 않는 공기
증습(humidification) : 공기 또는 기타 기체 중의 수증기의 양을 올리는 조작
감습(dehumidification) : 공기 또는 기타 기체 중의 수증기의 양을 감소시키는 조작
조습(air conditioning) : 증습과 감습

(1) 습도(humidity)

습한 공기 중의 수증기의 양을 나타내는 것

1) 상대 습도(ralative humidity)

공기중의 수증기의 분압 와 그 온도에서의 포화 수증기압 의 비를 백분율로 표시한 것

상대 습도는 물리학, 기상학, 기타 일반적으로 널리 쓰이지만 화학 공학에서는 절대 습도를 것이 편리
비교 습도와 관계 습도 사이의 관계

여기서 이므로 이다.

2) 절대 습도(absolute humidity)

건조 공기 1kg 속에 공존하는 수증기의 양()

여기서 : 습한 공기의 질량(kg)

: 건조 공기의 질량(kg)

: 습한 공기 속에 들어 있는 수증기의 질량(kg)

습윤 기체는 근사적으로 이상기체라고 볼 수 있으므로 수증기와 공기의 분압의 비는 그 몰수의 비와 같다.(돌턴의 법칙)

여기서 18 및 29는 수증기와 공기의 분자량

여기서 : 습윤 공기의 전압

: 일정 온도에서 공기 중의 수증기의 분압(mmHg)

: 일정 온도에서 공기 만의 분압(mmHg)

화학 공학에서 단지 습도라고 하면 보통 일 때의 절대습도를 말한다.

3) 포화 습도(saturated humidity)

일정 온도에서 포화 공기의 절대 습도

: 그 온도에서의 포화 수증기압

는 온도만의 함수이므로 전압 가 주어지면 는 온도만으로 정해진다. (값은 부록6의 물의 상태표에서 구한다.)

온도가 25℃, 전압 1atm에서 수증기의 분압이 18.5mmHg였다. 절대 습도, 포화 습도는 얼마인가?(단, 이 온도에서 물의 포화 증기압은 23.8mmHg이다.)

절대 습도 :

포화 습도 :

4) 비교 습도(percentage humidity)

어느 공기의 절대 습도 와 그 온도에 대한 포화 습도 , 즉 같은 온도에서 포화상태에 있는 최대 습도의 비를 백분율로 표시한 것, 포화도(degree of saturation)이라고도 한다.

온도 25℃, 전압 1atm에서 수증기의 분압이 18.5mmHg였다. 상대 습도는 얼마인가?(단 이 온도에서 물의 포화 증기압은 23.8mmHg이다.)

상대 습도

30℃, 1atm에서 수증기의 분압이 23.87mmHg였다. 절대 습도, 포화 습도, 비교 습도 및 상대 습도는 얼마인가?(단 이 온도에서 물의 포화 증기압은 31.82mmHg이다.)

절대 습도

포화 습도

비교 습도

관계 습도

온도 49℃, 압력 1atm의 습한 공기 205kg이 있다. 이 중에 5kg의 수증기를 함유한다.

1. 수증기의 분압은 얼마인가?

2. 이 공기의 절대 습도는 얼마인가?(단 49℃에서 물의 증기압은 88mmHg)

3. 상대 습도는 얼마인가?

4. 비교 습도은 얼마인가?

1. 몰 분율 = 압력 분율

2. 절대 습도

3. 상대 습도

4. 비교 습도

5) 이슬점(deq point)

공기를 냉각하면 어느 온도에서 공기 중의 수증기가 응축하여 물로 변한다. 이 때의 온도

이슬이 맺기 시작하는 온도
대기 중의 수증기의 분압이 그 온도에서 포화 증기압과 같아지는 온도
상대 습도가 100%되는 온도
습도가 그 온도에서의 포화 습도가 되는 점

이슬점에서는 공기의 습도가 포화 상태가 되어 비교 습도가 100%

6) 습도 도표(humidity chart)

습윤 공기의 여러 특성의 관계를 그래프로 나타낸 것

그림 16 습도 도표

습도 도표의 기록 사항

온도 대 절대 습도(t-H)
습도 대 습윤 비열(H-CH)
온도 대 습윤 비용(t-VH)
단열 포화 곡선
등습구 온도선
그 외 습도 도표에 따라서는 온도 대 증발잠열(t-λ), 습도 대 수증기 분압(H-p)

(2) 습도 조절 조작(Air-conditioning operation)

1) 증습 조작 장치(operation of humidification)

공기의 습도를 증가시키는 가장 간단한 방법은 수증기를 불어넣는 것이지만 온도 조절이 어려우므로 그다지 쓰이지 않는다.
실용적으로는 분무탑 또는 충진탑을 이용하고 이 중에서 공기와 물을 충분히 접촉시켜서 증습
증습 방법은 단열 증습법(adiabatic humidification)과 온수 증습법(hot-water humidification)이 있다.
단열 증습법

오래 전부터 알려진 방법으로 접촉 장치에 공급하는 물을 특히 가열함이 없이 그 물을 순환시켜서 이용하므로 곧 수온은 일정해진다.
이 경우 공기의 상태변화는 대략 단열포화곡선에 따라서 진행해도 된다. 따라서 수온은 공기의 단열포화온도와 같다.

그림 17 횡형 분무실식 증습 장치

온수 증습법법

물을 처음부터 적당한 온도까지 가열하고 나서 탑에 공급한다는 비교적 새로운 방식
단열 증습에 비하여 열 경제적으로는 약간 불리하지만 탑의 높이가 낮아도 된다. 또 공기의 온도를 자유로이 조절할 수 있는 이점이 있다.

2) 감습 조작(operation of dehumidification)

건조에서 사용한 공기를 재차 이용하거나 또는 냉방을 위해 공기의 습도를 감소시키는데는 여러 가지 감습 조작 방법이 있다.
냉각 감습법(cooling dehumidification)

가장 많이 쓰이는 방법

압축 감습법(compression dehumidification)

공기를 압축냉각하면 여분의 수증기가 응축되므로 습도를 극도로 저하시킬 수가 있다.
액체 공기를 만들 때 이 방법이 쓰인다.

흡수 감습법(absorption dehumidification)

적당한 건조제로 오산화인(P2O5), 염화칼슘(CaCl2), 진한황산(H2SO4) 등을 써서 탈습하는 방법
건조제(흡수제)의 재생이 문제이고 대규모로는 적당하지 않다.

흡착 갑습법(adsorption dehumidification)

제올라이트(zeolite), 실리카켈(silica gel), 활성탄(active carbon), 활성알루미나(active alumina) 등으로 흡착시키는 방법
흡착제(adsorbent)는 100℃ 이상으로 고온 가열하던지 또는 화학적으로 처리하면 상당한 재생효과가 있으므로 최근 널리 사용

아름다운 청춘에게