2021년05월15일 13번
[연소공학] 연소 배기가스의 분석결과 CO2의 함량이 13.4%이다. 벙커C유(55L/h)의 연소에 필요한 공기량은 약 몇 Nm3/min 인가? (단, 벙커 C유의 이론공기량은 12.5 Nm3/kg 이고, 밀도는 0.93 g/cm3 이며 [CO2]max는 15.5% 이다.)
- ① 12.33
- ② 49.03
- ③ 63.12
- ④ 73.99
(정답률: 26%)
문제 해설
연소 배기가스의 분석결과 CO2의 함량이 13.4%이므로, 나머지 공기의 함량은 86.6%이다. 이론공기량은 벙커 C유 1kg당 12.5 Nm3이므로, 55L/h의 벙커 C유는 0.055/0.93=0.05914 kg/s 이다. 따라서, 이 연료를 연소시키기 위해 필요한 공기량은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (12.5 Nm3/kg) = 0.73925 Nm3/s
CO2의 함량이 15.5%일 때, 연소시 생성되는 CO2의 양은 최대치이다. 따라서, 생성된 CO2의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (15.5/100) x (44.01 g/mol) = 0.0389 kg/s
이제, CO2의 함량이 13.4%일 때, 생성된 CO2의 양을 구해보자. 이를 통해 나머지 배기가스의 양을 구할 수 있다.
CO2의 함량이 13.4%이므로, 나머지 배기가스의 함량은 86.6%이다. 따라서, 생성된 나머지 배기가스의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (86.6/100) x (28.96 g/mol) = 0.1425 kg/s
이제, 생성된 CO2와 나머지 배기가스의 양을 합쳐서 총 배기가스의 양을 구할 수 있다.
0.0389 kg/s + 0.1425 kg/s = 0.1814 kg/s
따라서, 1분당 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
0.1814 kg/s x 60 s/min = 10.884 kg/min
이제, CO2의 함량이 15.5%일 때와 13.4%일 때의 총 배기가스의 양을 비교하여, CO2의 함량이 13.4%일 때의 공기량을 구할 수 있다.
CO2의 함량이 15.5%일 때의 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (15.5/100 + 84.5/100) x (28.96 g/mol + 44.01 g/mol) = 0.2235 kg/s
1분당 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
0.2235 kg/s x 60 s/min = 13.41 kg/min
따라서, CO2의 함량이 13.4%일 때 필요한 공기량은 다음과 같다.
(10.884 kg/min) x (0.73925 Nm3/s) / (13.41 kg/min) = 0.599 Nm3/s
따라서, 약 0.599 Nm3/min의 공기량이 필요하므로, 정답은 "12.33"이다.
(0.05914 kg/s) x (12.5 Nm3/kg) = 0.73925 Nm3/s
CO2의 함량이 15.5%일 때, 연소시 생성되는 CO2의 양은 최대치이다. 따라서, 생성된 CO2의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (15.5/100) x (44.01 g/mol) = 0.0389 kg/s
이제, CO2의 함량이 13.4%일 때, 생성된 CO2의 양을 구해보자. 이를 통해 나머지 배기가스의 양을 구할 수 있다.
CO2의 함량이 13.4%이므로, 나머지 배기가스의 함량은 86.6%이다. 따라서, 생성된 나머지 배기가스의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (86.6/100) x (28.96 g/mol) = 0.1425 kg/s
이제, 생성된 CO2와 나머지 배기가스의 양을 합쳐서 총 배기가스의 양을 구할 수 있다.
0.0389 kg/s + 0.1425 kg/s = 0.1814 kg/s
따라서, 1분당 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
0.1814 kg/s x 60 s/min = 10.884 kg/min
이제, CO2의 함량이 15.5%일 때와 13.4%일 때의 총 배기가스의 양을 비교하여, CO2의 함량이 13.4%일 때의 공기량을 구할 수 있다.
CO2의 함량이 15.5%일 때의 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
(0.05914 kg/s) x (15.5/100 + 84.5/100) x (28.96 g/mol + 44.01 g/mol) = 0.2235 kg/s
1분당 총 배기가스의 양은 다음과 같다.
0.2235 kg/s x 60 s/min = 13.41 kg/min
따라서, CO2의 함량이 13.4%일 때 필요한 공기량은 다음과 같다.
(10.884 kg/min) x (0.73925 Nm3/s) / (13.41 kg/min) = 0.599 Nm3/s
따라서, 약 0.599 Nm3/min의 공기량이 필요하므로, 정답은 "12.33"이다.
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