코딩하는 복학생

[고분자공학 2편] 고분자의 분자량과 분자량 분포 (Mn, Mw, PDI): 플라스틱의 운명을 결정하는 숫자들

고분자 공학 시리즈 [고분자공학 2편] 고분자의 분자량과 분자량 분포 (Mn, Mw, PDI): 플라스틱의 운명을 결정하는 숫자들 왜 고분자는 '평균' 분자량을 쓸 수밖에 없는가? 그리고 현장 엔지니어가 Mw에 집착하는 이유 시리즈 2편 / 15편 약 11분 읽기 화학공학 · 고분자물성 1편에서 우리는 에틸렌(단량체) 수만 개가 이어져 거대한 폴리에틸렌(고분자) 사슬이 된다고 배웠습니다. 물(H₂O)의 분자량은 언제 어디서 떠오든 무조건 18 g/mol입니다. 하지만 공장에서 찍어낸 폴리에틸렌의 분자량은 얼마일까요? 정답은 "정확히 알 수 없다"입니다. 거대한 반응기 안에서 수억 개의 사슬이 동시에 자라나기 때문에, 어떤 사슬은 단량체 10,000개가 붙어서 성장을 멈..

[고분자공학 1편] 고분자(Polymer)란 무엇인가: 석유화학 플랜트의 꽃, 그 거대한 사슬의 세계

고분자 공학 시리즈 [고분자공학 1편] 고분자(Polymer)란 무엇인가: 석유화학 플랜트의 꽃, 그 거대한 사슬의 세계 우리가 화공과에서 고분자를 배우는 이유와 얽힘(Entanglement)의 마법 시리즈 1편 / 15편 약 10분 읽기 화학공학 · 고분자공학 화학공학의 커리큘럼은 크게 두 축으로 나뉩니다. 하나는 공장을 설계하고 돌리는 '공정(Process)'의 영역(열역학, 유체역학, 분리공정)이고, 다른 하나는 그 공장에서 실제로 만들어내는 '제품(Product)'의 영역입니다. 우리나라의 거대한 석유화학 플랜트(여수, 울산, 대산)를 밤낮없이 돌려서 최종적으로 쏟아내는 제품의 70% 이상이 바로 오늘부터 배울 '플라스틱', 즉 고분자(Polymer)입니다. 화공 엔..

[열역학 12편] 열역학과 이동현상의 연결고리

이동현상 · 열역학 시리즈 최종회[열역학 12편] 열역학과 이동현상의 연결고리: 수식에 숨겨진 진짜 구동력모든 전달 법칙의 마이너스(-) 부호와 비례상수가 열역학에서 온다는 사실을 깨닫는 순간시리즈 12편 / 12편 · 최종편 약 12분 읽기 화학공학 · 기계공학대망의 1편을 시작할 때 서두에서 했던 약속을 기억하시나요? "지금 배우는 열역학 개념이 3학년 때 배울 이동현상(Transport Phenomena)의 어느 부분에서 쓰일지를 의식하면서 읽으면, 나중에 그 악명 높은 편미분 방정식들이 훨씬 자연스럽게 다가올 것이다."드디어 그 약속을 완성할 시간입니다. 열역학이 이동현상의 든든한 바탕이 된다고 했을 때, 그 연결이 구체적으로 수식의 어느 알파벳에서 어떻게 나타나는지를 이 편에서 모두 폭로합니다...

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 11편] 펌프, 터빈, 팽창 밸브: 1~10편의 이론이 실제 플랜트(PFD)에서 돌아가는 법등엔트로피 효율부터 등엔탈피(Joule-Thomson) 팽창까지, 단위 조작의 열역학적 뼈대시리즈 11편 / 12편 약 12분 읽기 화학공학 · 기계공학1편부터 10편까지 상태량, 엔트로피, 상평형, 활동도 계수 등 눈에 보이지 않는 분자들의 룰을 배웠습니다. 그렇다면 화학 공장(Plant)을 설계하는 엔지니어는 이 이론들을 어디에 써먹을까요? 바로 공장의 심장과 혈관인 펌프, 압축기, 터빈, 열교환기의 용량과 전기세를 계산하는 데 사용합니다.이번 편에서는 공정 흐름도(PFD, Process Flow Diagram)에 등장하는 핵심 장치 4대장이 열역학 제1법칙과 2법칙을 만나 어..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 10편] 혼합물 열역학: 부분 몰 성질과 활동도 계수(γ) 완벽 정리에탄올과 물을 섞으면 부피가 줄어드는 이유부터 Aspen Plus 물성 모델(NRTL, UNIQUAC) 선택 기준까지시리즈 10편 / 12편 약 14분 읽기 화학공학 · 기계공학9편까지는 주로 순수물질이나 분자들끼리 얌전하게 섞이는 '이상 혼합물(라울의 법칙)'을 다루었습니다. 하지만 실제 화학 플랜트, 특히 석유화학이나 정밀화학 공정에서 다루는 유체들은 성질이 전혀 다른 분자들이 끈적하게 얽혀 있는 '비이상 혼합물'입니다.이번 편에서는 에탄올 50mL와 물 50mL를 섞었는데 왜 100mL가 되지 않는지, 그 직관적인 질문에서 출발해 플랜트 엔지니어들이 시뮬레이터를 돌릴 때 가장 신중하게 선택해야 하는..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 9편] 기액 상평형(VLE)과 라울의 법칙: 증류탑 계산의 첫걸음T-x-y 선도, 기포점과 이슬점, 그리고 혼합물을 분리하는 열역학적 원리시리즈 9편 / 12편 약 13분 읽기 화학공학 · 기계공학8편에서 다룬 순수물질의 상태도는 워밍업에 불과합니다. 실제 화학 플랜트 현장이나 화공기사 시험에서 마주하는 유체는 십중팔구 혼합물입니다. 원유를 끓여서 휘발유와 경유를 분리해 내는 거대한 증류탑(Distillation column)은 도대체 어떤 원리로 작동하는 걸까요?그 해답은 혼합물이 끓거나 응축할 때 액체와 기체가 어떻게 공존하는지를 다루는 기-액 상평형(Vapor-Liquid Equilibrium, VLE)에 있습니다. 상평형을 모르면 증류탑 이론 단수 계산(McCab..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 8편] 순수물질의 상태도와 스팀 테이블(Steam Table) 읽는 법P-v 선도, 건도(x), 그리고 이동현상 계산을 위한 물성값 찾기시리즈 8편 / 12편 약 13분 읽기 화학공학 · 기계공학이동현상 문제를 풀 때 제일 먼저 멘붕에 빠지는 구간이 어딜까요? 복잡한 미분방정식이 아닙니다. 바로 "그래서 지금 물의 밀도랑 엔탈피를 얼마로 넣어야 해?" 하는 '물성값'을 찾는 단계입니다.1편부터 7편까지 배운 웅장한 열역학 법칙들을 드디어 현실의 물질에 적용할 차례입니다. 물이 액체인지 수증기인지 대충 찍어서 계산하면 값이 1,000배 이상 틀어집니다. 이 편에서는 현재 물질의 상태를 정확히 진단해 주는 '상태도(Phase Diagram)'와, 교재 맨 뒤 부록에서 우리를..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 7편] 절대영도와 열역학 3법칙: 엔트로피의 절대적 기준점과 평형 상수엔트로피의 기준점 0 K가 있어야만 반응기의 평형 상수를 계산할 수 있다시리즈 7편 / 12편 약 10분 읽기 화학공학 · 기계공학지금까지 엔트로피 변화(ΔS)를 다뤘습니다. 반응이 일어날 때 무질서도가 얼마나 변하는지 계산했죠. 그런데 플랜트 설계 실무나 화공기사 시험을 풀다 보면 ΔS가 아니라 어떤 물질이 특정 온도에서 갖는 '절대 엔트로피(S°)' 값 자체가 필요할 때가 있습니다.생각해 봅시다. 한라산의 높이가 1,947m라고 할 때, 그건 어디를 기준으로 한 걸까요? 바로 '해수면(0m)'입니다. 기준점이 없으면 높이를 측정할 수 없듯, 엔트로피의 절댓값을 구하려면 자연이 정해준 '엔트로피 0'..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 6편] 깁스 자유에너지(ΔG)와 잃어버린 일, 플랜트의 진짜 '돈' 계산법우주 엔트로피 대신 계(System)만 보고 자발성을 판단하는 공대생의 무기시리즈 6편 / 12편 약 12분 읽기 화학공학 · 기계공학5편에서 어떤 과정이 자발적으로 일어나려면 "우주 전체의 엔트로피가 증가해야 한다(ΔSuniv ≥ 0)"고 배웠습니다. 그런데 아주 치명적인 실무적 문제가 있습니다. 삼성 E&A에서 증류탑이나 반응기 하나 설계하자고 '우주 전체의 엔트로피'를 계산하고 있을 수는 없겠죠?현업 엔지니어에겐 오직 우리가 다루는 '계(System, 반응기나 배관)'의 정보만으로 공정이 굴러갈지 말지 판단할 무기가 필요합니다. 이 편에서는 화공기사 시험의 단골 손님이자 화학공학의 꽃, 깁스 ..

이동현상 · 열역학 시리즈[열역학 5편] 공대생의 영원한 트라우마, '엔트로피와 제2법칙' 완벽 파훼에너지는 보존되는데 왜 폐열은 쓸모가 없을까? 플랜트 효율을 결정짓는 자연의 룰시리즈 5편 / 12편 약 13분 읽기 화학공학 · 기계공학4편에서 제1법칙을 배웠습니다. 에너지는 완벽하게 보존되죠. 그런데 여기서 화공공학도라면 반드시 짚고 넘어가야 할 치명적인 모순이 생깁니다. 100°C의 뜨거운 커피가 25°C 공기 중에서 식는 것은 자연스럽습니다. 하지만 25°C의 공기에서 에너지가 저절로 커피로 모여들어 다시 100°C로 끓어오르지는 않죠. 두 과정 모두 '에너지 보존 법칙(1법칙)'은 완벽하게 만족하는데 말입니다.왜 세상은 한 방향으로만 굴러갈까요? 제1법칙은 "에너지의 양"만 계산할 뿐, "방향"..