때때로, 수식이 필요로하는 기준이 몰이냐 질량이냐에 따라
질량 분율을 몰 분율로, 몰 분율을 질량 분율로 변환해야 할 필요가 있다.
계산은 간단하나, 가끔 햇갈릴 경우가 있다.
계산 엑셀시트를 첨부하였으니 글 읽기 귀찮을 경우 첨부파일을 보면 된다.
먼저 질량 분율(Mass fraction)에서 몰 분율(Mole fraction)로의 변환하는 법을 알아보자.
질량 분율에서 몰 분율로 변환하기 위해서는,
몰 질량(Molar mass), 질량 분율(Mass fraction), 전체 질량 유량(Total mass flow) 을 알아야 한다.
변환은 다음과 같은 절차를 거친다.
(화학종 별) 질량 분율 → 질량 유량 → 몰 유량 → 몰 분율
- 질량 유량 = 질량 분율 x 전체 유량
- 몰 유량 = 질량 유량 / 몰 질량
- 몰 분율 = 몰 유량 / 전체 몰 유량
예를 들어, 질량을 기준으로 한 가스가 < O2 6%, N2 70%, CO2 18%, H2O 6%>로 구성되어 있으며,
전체 유량은 30kg/s라고 가정하자.
아래의 표와 같이 간단하게 계산할 수 있으며, 엑셀파일로 또한 첨부하였다.
|
Molar mass (kg/kmol) |
Mass fraction
|
Mass flow (kg/s) |
Mole flow (kmol/s) |
Mole fraction
|
|
| O2 | 32 | 0.06 | 1.8 | 0.0563 | 0.0547 |
| N2 | 28 | 0.7 | 21 | 0.75 | 0.7289 |
| CO2 | 44 | 0.18 | 5.4 | 0.1227 | 0.1193 |
| H2O | 18 | 0.06 | 1.8 | 0.1 | 0.0972 |
| Total | 1 | 30 | 1.0290 | 1 |
몰 분율에서 질량 분율로 변환하기 위해서는 위의 과정을 반대로 하면 된다.
몰 질량(Molar mass), 몰 분율(Mole fraction), 전체 몰 유량(Total mole flow) 을 알아야 한다.
변환 순서는
(화학종 별) 몰 분율 → 몰 유량 → 질량 유량 → 질량 분율
- 몰 유량 = 몰 분율 x 전체 유량
- 질량 유량 = 몰 유량 x 몰 질량
- 질량 분율 = 질량 유량 / 전체 질량 유량
몇 가지 성분들의 몰 질량을 아래에 나타내었다. (kg/kmol)
사실, 몰 질량은 소수점 몇 자리까지 있으나
일반적인 계산에서는 크게 차지하지 않으므로
정수로 취급해도 된다.
| C | 12 |
| H | 1 |
| O | 16 |
| N | 14 |
| O2 | 32 |
| CO2 | 44 |
| H2O | 18 |
| CH4 | 16 |