산소/질소의 선택도가 4인 공기 분리용 막을 이용한 1단 막 분리 장치… | [7급 국가직 전달현상] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전달현상] 22년 1회차

산소/질소의 선택도가 4인 공기 분리용 막을 이용한 1단 막 분리 장치로 공기를 분리할 때, 얻을 수 있는 산소의 최대 농도[mol%]는? (단, 공기의 구성 성분은 질소 79.0 mol%, 산소 21.0 mol%로 가정하고, 산소/질소의 선택도는  $\dfrac{\text{산소의 투과도(permeability)}}{\text{질소의 투과도(permeability)}}$ 로 정의한다)

41.0

45.7

51.5

93.8

해설

투과측 압력을 무시할 수 있는 이상 조건에서 투과측 조성은 선택도 × 공급측 몰비로 정해지며, 최대 산소 농도는 약 51.5 mol%이다.
최대 분리 조건:  $\dfrac{y}{1-y}=\alpha\dfrac{x}{1-x}$ 
대입:  $\dfrac{y}{1-y}=4\times\dfrac{21}{79}=\dfrac{84}{79}\;\Rightarrow\;y=\dfrac{84}{163}\approx0.515$ 
질소도 함께 투과하므로 산소 농도에 선택도를 단순히 곱하지 않고 몰비 관계로 풀어야 한다.

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