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1[9급 지방직 화학공학일반] 09년 1회차

수소연료전지 자동차에서 순도 100%의 수소를 1 kg/hr의 속도로 음극으로 공급한다. 이때 양극으로는 공기가 공급되어 양극에서 물이 발생하면서 전력을 발생시킬 때 수소를 100% 활용하기 위해서 필요한 공기의 최소유량[kg/hr]은? (단, 공기 중 질소와 산소의 체적비를 80 : 20으로 하며 공기의 평균분자량은 28.8 kg/kmol로 계산하시오)

해설

필요한 최소 공기량은 36 kg/hr이다. 반응식  $\mathrm{H_2+\tfrac{1}{2}O_2\rightarrow H_2O}$ 에 따라 산소는 수소 몰수의 절반이 필요하다.
수소:  $\dfrac{1\ \mathrm{kg\,h^{-1}}}{2\ \mathrm{kg\,kmol^{-1}}}=0.5\ \mathrm{kmol\,h^{-1}}$ 
산소:  $0.5\times\dfrac{1}{2}=0.25\ \mathrm{kmol\,h^{-1}}$ 
공기:  $\dfrac{0.25}{0.20}=1.25\ \mathrm{kmol\,h^{-1}}$ 
질량:  $1.25\times 28.8=36\ \mathrm{kg\,h^{-1}}$ 
산소만의 질량( $0.25\times 32=8\ \mathrm{kg\,h^{-1}}$ )이 아니라 산소를 20% 포함한 공기 전체의 질량을 구해야 한다.

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