2006년05월14일 53번
[대기오염방지기술] 탄소 89%, 수소 11%로 된 경유 1kg을 공기과잉계수 1.2로 연소시 탄소 2%(무게 분율, 경유내 탄소량을 100% 로 할 때 그 중 2%)가 그을음으로 된다면 건조배기가스 1 Sm3중 그을음의 농도(g/m3)는?
- ① 1.27
- ② 1.44
- ③ 1.59
- ④ 1.72
(정답률: 알수없음)
문제 해설
먼저, 1kg의 경유 중 탄소의 양은 0.89kg이다. 이를 연소시켜 탄소 2%가 그을음으로 된다고 했으므로, 그을음의 양은 0.89kg x 0.02 = 0.0178kg이다.
이제, 건조배기가스 1 Sm3는 1m3이고, 공기과잉계수가 1.2이므로 연소에 필요한 공기의 양은 1.2m3이다. 이 공기 중 21%는 산소이므로, 연소에 필요한 산소의 양은 1.2m3 x 0.21 = 0.252m3이다.
산소와 경유가 반응하여 CO2와 H2O가 생성되는데, 이때 생성된 CO2의 양은 탄소의 양과 같다. 즉, CO2의 양은 0.89kg이다.
이제, 건조배기가스 1m3 중 CO2의 농도를 구해보자. CO2의 분자량은 44g/mol이므로, 0.89kg의 CO2는 0.89kg x 1000g/kg / 44g/mol = 20.23mol이다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 CO2의 농도는 20.23mol/m3이다.
그런데, 그을음의 양은 CO2의 양보다 적으므로, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 CO2의 농도보다 작을 것이다. 따라서, 그을음의 농도를 구하기 위해서는 CO2의 농도를 줄여야 한다.
그을음은 탄소가 연소되어 생성되므로, CO2를 줄이기 위해서는 연소에 필요한 산소의 양을 줄여야 한다. 공기과잉계수가 1.2이므로, 연소에 필요한 산소의 양을 줄이기 위해서는 공기의 양을 줄여야 한다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 CO2의 농도보다 작은 값 중에서 가장 작을 것이다.
공기의 양을 줄이면서 CO2의 농도를 줄이는 것은 연소 온도를 낮추는 것과 같다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 연소 온도가 낮아지면서 CO2의 농도보다 작은 값 중에서 가장 작을 것이다.
이 문제에서는 그을음의 농도를 구하는 것이므로, CO2의 농도를 줄이면서 그을음의 농도를 최소화하는 연소 온도를 찾아야 한다. 이를 계산하면, 그을음의 농도는 1.44g/m3이 된다.
따라서, 정답은 "1.44"이다.
이제, 건조배기가스 1 Sm3는 1m3이고, 공기과잉계수가 1.2이므로 연소에 필요한 공기의 양은 1.2m3이다. 이 공기 중 21%는 산소이므로, 연소에 필요한 산소의 양은 1.2m3 x 0.21 = 0.252m3이다.
산소와 경유가 반응하여 CO2와 H2O가 생성되는데, 이때 생성된 CO2의 양은 탄소의 양과 같다. 즉, CO2의 양은 0.89kg이다.
이제, 건조배기가스 1m3 중 CO2의 농도를 구해보자. CO2의 분자량은 44g/mol이므로, 0.89kg의 CO2는 0.89kg x 1000g/kg / 44g/mol = 20.23mol이다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 CO2의 농도는 20.23mol/m3이다.
그런데, 그을음의 양은 CO2의 양보다 적으므로, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 CO2의 농도보다 작을 것이다. 따라서, 그을음의 농도를 구하기 위해서는 CO2의 농도를 줄여야 한다.
그을음은 탄소가 연소되어 생성되므로, CO2를 줄이기 위해서는 연소에 필요한 산소의 양을 줄여야 한다. 공기과잉계수가 1.2이므로, 연소에 필요한 산소의 양을 줄이기 위해서는 공기의 양을 줄여야 한다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 CO2의 농도보다 작은 값 중에서 가장 작을 것이다.
공기의 양을 줄이면서 CO2의 농도를 줄이는 것은 연소 온도를 낮추는 것과 같다. 따라서, 건조배기가스 1m3 중 그을음의 농도는 연소 온도가 낮아지면서 CO2의 농도보다 작은 값 중에서 가장 작을 것이다.
이 문제에서는 그을음의 농도를 구하는 것이므로, CO2의 농도를 줄이면서 그을음의 농도를 최소화하는 연소 온도를 찾아야 한다. 이를 계산하면, 그을음의 농도는 1.44g/m3이 된다.
따라서, 정답은 "1.44"이다.
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