증발
증발은 액체가 끓는점 이하에서 기상으로 천천히 전이하는 현상을 말한다. 이 과정은 오로지 액체의 자유 표면에서만 일어난다. 개별 분자는 결합력을 극복하기에 충분한 운동에너지를 가질 때 액체를 떠난다.
증발은 연속적인 물질 전달 과정이다. 이는 온도, 공기 흐름, 압력 및 상대습도의 영향을 받는다. 높은 온도와 낮은 상대습도는 증발을 가속한다. 또한 주변 압력이 낮아지면 증발 속도가 증가한다.
증발에서 결정적인 것은 액체 표면의 온도이다. 이는 국소 포화증기압을 결정한다. 따라서 증발은 결합된 열 및 물질 전달 과정이다. 주변 압력이 낮아지거나 온도가 상승하면 증발 속도가 크게 증가한다.
끓음과 달리 증발은 액체 내부에서의 기포 형성 없이 일어난다. 이는 표면 현상이다. 기술적 건조 공정에서 증발은 종종 기계적 탈수 다음의 두 번째 단계이다.
증발 속도는 다음과 같이 표현될 수 있다:
m˙ = k · A · [exp ( −ΔH_vap / (R · T_L ) + C )−p]
- m˙는 증발 질량유량(kg/s)이다
- k는 물질전달계수이다
- A는 증발 면적(m²)이다
- ΔH_vap는 증발 엔탈피(J/mol)이다
- R은 보편 기체상수(J/(mol·K))이다
- T_L는 액체 표면의 온도(K)이다
- C는 물질 상수이다
- p는 공정 환경의 증기압(Pa)이다
증발은 건조, 냉각, 히트펌프, 코팅 및 용매 분리에 중요한 역할을 한다.