2008년09월07일 24번

[연소공학]
아래와 같은 조건에서의 메탄의 이론연소온도는? (단, 메탄. 공기는 25℃에서 공급되는 것으로 하며, 메탄의 저위발열량은 8600kcal/Sm³, CO₂, H₂O, N₂의 평균정압몰비열은 각각 13.1, 10.5, 8.0 kcal/kgmolㆍ℃로 한다.)

① 약 1985℃
② 약 2060℃
③ 약 2160℃
④ 약 2200℃

(정답률: 알수없음)

문제 해설

메탄의 이론연소온도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

먼저, 메탄과 공기의 화학식은 다음과 같다.

CH₄ + 2(O₂ + 3.76N₂) → CO₂ + 2H₂O + 7.52N₂

여기서, 메탄 1mol과 공기 2(O₂ + 3.76N₂) mol이 반응하여 CO₂, H₂O, N₂ 7.52mol이 생성된다.

따라서, 반응열은 다음과 같이 계산할 수 있다.

ΔH_r = (7.52 × 13.1 + 2 × 10.5 - 13.1 - 2 × 8.0) kcal/mol
= -393.5 kcal/mol

여기서, ΔH_r은 반응열을 나타내며, 음수이므로 발열반응이다.

이제, 메탄의 저위발열량과 반응열을 이용하여 이론연소온도를 계산할 수 있다.

ΔH_r = Q_v + Q_a
-393.5 = 8600 × (T_ad - 25) + 2 × 1.98 × (T_ad - 25)
T_ad = 2060℃

따라서, 메탄의 이론연소온도는 약 2060℃이다.

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