부탄(C₄H₁₀)이 완전연소하기 위한 화학양론식과 완전연소에 필요한 최소산소농도는? (단, 상세 페이지

① 화학양론식(완전연소 반응식)
$\mathrm{C_4H_{10}} + 6.5\,\mathrm{O_2} \rightarrow 4\,\mathrm{CO_2} + 5\,\mathrm{H_2O}$
② 최소산소농도(MOC) = $\text{폭발하한계} \times \dfrac{\text{산소몰수}}{\text{연료몰수}} = 1.6 \times 6.5 = 10.4\ \text{vol\%}$

해설

두 단계로 나뉜다. 반응식을 세우고, 산소 계수를 하한계에 곱한다.

반응식 세우기 — 탄화수소 CₘHₙ의 완전연소식은 CₘHₙ + (m + n/4) O₂ → m CO₂ + (n/2) H₂O다. 부탄은 C₄H₁₀이므로 산소 계수는 4 + 10/4 = 6.5, 이산화탄소는 4, 물은 5다.

탄소는 CO₂로, 수소는 H₂O로 전부 간다고 보면 계수는 자동으로 나온다.

MOC(최소산소농도)는 연소가 일어나기 위해 필요한 최소한의 산소 농도다. 이 값 아래로 산소를 낮추면 연료 농도와 관계없이 연소가 불가능해지므로, 불활성화(inerting) 설계의 기준이 된다.

식은 MOC = 폭발하한계(LFL) × (산소 몰수 ÷ 연료 몰수)다. 하한계 상태에서 그 연료를 다 태우는 데 필요한 산소가 얼마인지를 계산하는 것이므로 산소/연료 몰비를 곱한다.

1.6 × 6.5 = 10.4 vol%다.

대표 물질의 MOC를 참고로 알아 둔다 — 메탄 약 12%, 프로판 약 11.5%, 부탄 약 10.4%, 수소 약 5%. 탄소 수가 많을수록 MOC가 낮아지는 경향이 있다.