2007년05월13일 46번
[대기오염방지기술] 불화수소 900㎖/Nm3를 포함하는 배출가스 1000Nm3/hr를 수산화칼슘용액을 순환시켜 흡수하는 세정탑을 설치하여 불화수소를 제거하고자 한다. 이 세정탑을 10시간 운전하는데 필요한 Ca(OH)2의 이론량은? (단, 세정탑의 반응효율은 100%이다.)
- ① 약 12kg
- ② 약 15kg
- ③ 약 17kg
- ④ 약 20kg
(정답률: 알수없음)
문제 해설
먼저, 불화수소(HF)와 수산화칼슘(Ca(OH)2)의 반응식은 다음과 같다.
2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
이 반응식에서 1몰의 HF가 1몰의 Ca(OH)2와 반응하여 1몰의 CaF2를 생성하므로, 이론적으로 Ca(OH)2의 몰수는 HF의 몰수와 같다.
불화수소의 농도는 900㎖/Nm3이고, 배출가스의 유량은 1000 Nm3/hr이므로, 1시간 동안 배출되는 불화수소의 양은 다음과 같다.
900㎖/Nm3 × 1000 Nm3/hr = 900,000㎖/hr
이를 몰수로 환산하면 다음과 같다.
900,000㎖/hr ÷ 22.4㎗/mol = 40,179mol/hr
따라서, 10시간 동안 배출되는 불화수소의 총 몰수는 다음과 같다.
40,179mol/hr × 10hr = 401,790mol
이론적으로 Ca(OH)2의 몰수는 이와 같으므로, Ca(OH)2의 질량을 구하기 위해서는 몰수를 질량으로 환산해야 한다. Ca(OH)2의 분자량은 74.1 g/mol이므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.
401,790mol × 74.1 g/mol = 29,767,919g
이를 kg으로 환산하면 다음과 같다.
29,767,919g ÷ 1000 = 29,767.9kg
따라서, 이론적으로는 약 29,768kg의 Ca(OH)2가 필요하다. 그러나, 이 문제에서는 세정탑의 반응효율이 100%라고 가정하고 있으므로, 실제로는 이보다 적은 양의 Ca(OH)2만 필요하다. 따라서, 보기 중에서 약 15kg이 가장 근접한 값이다.
2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
이 반응식에서 1몰의 HF가 1몰의 Ca(OH)2와 반응하여 1몰의 CaF2를 생성하므로, 이론적으로 Ca(OH)2의 몰수는 HF의 몰수와 같다.
불화수소의 농도는 900㎖/Nm3이고, 배출가스의 유량은 1000 Nm3/hr이므로, 1시간 동안 배출되는 불화수소의 양은 다음과 같다.
900㎖/Nm3 × 1000 Nm3/hr = 900,000㎖/hr
이를 몰수로 환산하면 다음과 같다.
900,000㎖/hr ÷ 22.4㎗/mol = 40,179mol/hr
따라서, 10시간 동안 배출되는 불화수소의 총 몰수는 다음과 같다.
40,179mol/hr × 10hr = 401,790mol
이론적으로 Ca(OH)2의 몰수는 이와 같으므로, Ca(OH)2의 질량을 구하기 위해서는 몰수를 질량으로 환산해야 한다. Ca(OH)2의 분자량은 74.1 g/mol이므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.
401,790mol × 74.1 g/mol = 29,767,919g
이를 kg으로 환산하면 다음과 같다.
29,767,919g ÷ 1000 = 29,767.9kg
따라서, 이론적으로는 약 29,768kg의 Ca(OH)2가 필요하다. 그러나, 이 문제에서는 세정탑의 반응효율이 100%라고 가정하고 있으므로, 실제로는 이보다 적은 양의 Ca(OH)2만 필요하다. 따라서, 보기 중에서 약 15kg이 가장 근접한 값이다.
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