스테판관

Stefan tube
스테판 튜브의 개략도.맨 위에 가로 방향의 수평 튜브가 있을 필요는 없다는 점에 유의하십시오.오른쪽에는 수학적으로 동등한 단순한 모델이 있다.

화학공학에서 스테판 튜브는 1874년 요제프 스테판이 고안한 장치다.[1]확산 계수 측정에 자주 사용된다.[1][2]그것은 수직 튜브로 구성되어 있으며, 그 위로는 기체가 흐르고 그 아래로는 일정한 온도 욕조에서 유지되는 휘발성 액체 웅덩이가 있다.[1][3][4]수영장 안의 액체는 증발하여 튜브 안의 그 위에 있는 가스를 통해 확산되며, 꼭대기에 있는 튜브 입구를 통해 가스가 흐르면 운반된다.[1][3]그 다음 하나는 튜브 안의 액체의 수치의 하락을 측정한다.[4]

관은 일반적으로 대류를 억제하기 위해 좁은 지름을 가지고 있다.[4]

스테판 튜브를 수학적으로 모델링하는 방법은 피부나 옷에 한 방울의 향수에서 나오는 향수 냄새 분자의 확산을 어떻게 모델링할 수 있는지, 공기를 통해 사람의 코로 증발하는 방법과 매우 유사하다.그 모델들 사이에는 몇 가지 차이점이 있다.그러나 그것들은 매우 희석된 증기 농도의 결과에는 거의 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다.[5]

분석

시스템 분석에서는 다양한 가정을 한다.통상적으로 A로 표기된 액체는 관내의 기체에 용해되지 않고, 관례적으로 B로 표기되기도 하며, 그것과 반응하기도 한다.[3]액체 A의 부피 감소와 시간에 따른 기체 B의 부피 증가는 행동을 기술하는 방정식을 풀 목적으로 무시할 수 있으며, 언제라도 순간 유속이 정상 상태 값이라고 가정할 수 있다.[4][2]농도 구배에는 방사상 또는 원주성분이 없으며, 관상구입에서 지나치게 왕성한 흐름으로 인해 발생하는 대류나 난류로 인해 발생하며, 따라서 확산은 수직방향으로 단순한 1차원 흐름으로 취급할 수 있다.[1][6]가스 흐름의 결과로 관 상구의 A 몰 분율은 0이다.[2]A와 B의 인터페이스에서 B의 플럭스는 0이고(A에서 불용성이기 때문에) 몰 분율은 평형값이다.[6][4]

따라서B N으로 표시된 B의 유량은 관 전체에 걸쳐 0이며,[4] A에 의해 발생하는 위쪽으로의 대류 유량에 의해 아래쪽으로 확산 유속이 균형을 이룬다.[3][6]

이러한 가정을 적용하면, 시스템은 Fick의 확산[1] 법칙 또는 Maxwell-Stefan 확산으로 모델링될 수 있다.[6]

참조

교차 인덱스

  1. ^ a b c d e f Lienhard, 2019 & 섹션 11.7. (
  2. ^ a b c 테일러 & 크리슈나 1993, 페이지 21.
  3. ^ a b c d 1998년, 343페이지.
  4. ^ a b c d e f Kirwan 1987, 페이지 88.
  5. ^ Teixeira 외 2012, 페이지 75-77.
  6. ^ a b c d 테일러 & 크리슈나 1993, 페이지 22.

원천

  • Lienhard, John H. IV; Lienhard, John H. V (2019). A Heat Transfer Textbook (5th ed.). Mineola, NY: Dover Pub.
  • Duong, Do D (1998). "Fundamentals of Diffusion and Adsorption in Porus Media". Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics. Series on Chemical Engineering. Vol. 2. World Scientific. ISBN 9781783262243.
  • Kirwan, Donald J. (1987). "Mass transfer principles". In Rousseau, Ronald W. (ed.). Handbook of Separation Process Technology. John Wiley & Sons. ISBN 9780471895589.
  • Taylor, Ross; Krishna, R. (1993). Multicomponent Mass Transfer. Wiley Series in Chemical Engineering. Vol. 2. John Wiley & Sons. ISBN 9780471574170.
  • Teixeira, Miguel A.; Rodriguez, Oscar; Gomes, Paula; Mata, Vera; Rodrigues, Alirio (2012). "Performance of perfumes". Perfume Engineering: Design, Performance & Classification. Butterworth-Heinemann. ISBN 9780080994079.

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