순수한 CH 4 를 건조공기로 연소시키고 난 기체 화합물을 응축기로 보내 수증기를 제거시킨 다음, 나머지 기체를 Orsat법으로 분석한 결과, 부피비로 CO 2 가 8.21%, CO가 0.41%, O 2 가 5.02%, N 2 가 86.36% 이었다. CH 4 1kg-mol 당 약 몇 kg-mol의 건조공기가 필요한가?

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1[에너지관리기사 필기] 15년 3회차

순수한 CH₄를 건조공기로 연소시키고 난 기체 화합물을 응축기로 보내 수증기를 제거시킨 다음, 나머지 기체를 Orsat법으로 분석한 결과, 부피비로 CO₂가 8.21%, CO가 0.41%, O₂가 5.02%, N₂가 86.36% 이었다. CH₄ 1kg-mol 당 약 몇 kg-mol의 건조공기가 필요한가?

7.2kg-mol

8.5kg-mol

10.3kg-mol

12.1kg-mol

해설

완전연소 반응식  $\mathrm{CH_4}+2\mathrm{O_2}\rightarrow \mathrm{CO_2}+2\mathrm{H_2O}$ 에서 이론산소량은 CH4 1kmol당 2kmol이므로, 이론공기량은  $A_o=\dfrac{2}{0.21}\approx9.52\,\mathrm{kg\text{-}mol}$ 이다.
배기가스 중 CO가 존재하는 경우의 공기비는 질소 수지를 이용한  $m=\dfrac{\mathrm{N_2}}{\mathrm{N_2}-3.76(\mathrm{O_2}-0.5\,\mathrm{CO})}$ 로 구할 수 있으며, 주어진 조성을 대입하면  $m=\dfrac{86.36}{86.36-3.76\times(5.02-0.205)}\approx1.27$ 이다.
따라서 실제 공기량은  $A=m\times A_o\approx1.27\times9.52\approx12.1\,\mathrm{kg\text{-}mol}$ 로, CH4 1kg-mol당 약 12.1kg-mol의 건조공기가 필요하다.

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