2005년09월04일 27번

[연소공학]
탄소 86%, 수고14%인 조성의 액체 연료를 매시 200kg연소한 경우의 연소배기가스를 분석하였더니 CO₂ 12.5%, O₂ 3.5%, N₂ 84%의 결과를 얻었다. 이 경우 1 시간당 연소에 실제 소요된 공기량(Nm³)은?

① 약 2100Nm3
② 약 2400Nm3
③ 약 2700Nm3
④ 약 2900Nm3

(정답률: 알수없음)

문제 해설

CO₂와 O₂의 비율을 이용하여 연소에 사용된 공기량을 구할 수 있다. 우선, 연소 전의 공기 중에서 질소의 비율을 구해보자. 조성의 수고는 14%이므로, 공기 중의 질소 비율은 0.84 × 0.86 = 0.7224이다. 따라서, 연소 전의 공기 중에서 질소의 양은 0.7224 × 200 = 144.48kg이다.

연소 후의 배기가스에서 질소의 비율은 84%이므로, 배기가스의 총량 중에서 질소의 양은 0.84 × 200 = 168kg이다. 이제 CO₂와 O₂의 비율을 이용하여 연소에 사용된 공기량을 구해보자.

CO₂의 비율은 12.5%이므로, 배기가스의 총량 중에서 CO₂의 양은 0.125 × 200 = 25kg이다. O₂의 비율은 3.5%이므로, 배기가스의 총량 중에서 O₂의 양은 0.035 × 200 = 7kg이다. 이제 CO₂와 O₂를 생성하기 위해 사용된 산소의 양을 구할 수 있다. CO₂ 1분자당 O₂ 2분자가 필요하므로, CO₂의 양에 2를 곱한 후 O₂의 양과 합하면 된다. 따라서, CO₂를 생성하기 위해 사용된 O₂의 양은 2 × 25 = 50kg이고, O₂의 양은 7kg이므로, 총 사용된 산소의 양은 50 + 7 = 57kg이다.

이제 연소에 사용된 공기량을 구할 수 있다. 공기는 약 79%가 질소이므로, 산소의 양에 1/0.21을 곱한 후 질소의 양을 더하면 된다. 따라서, 연소에 사용된 공기량은 57 × (1/0.21) + 144.48 = 약 2700Nm³이다. 따라서, 정답은 "약 2700Nm³"이다.

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