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67.27 m³/min

[해설]

액체 유기용제의 전체환기량은 “액체가 증발해 만들어지는 증기의 부피”를 구한 다음, 그 증기를 노출기준 아래로 희석하는 데 필요한 공기량을 계산하는 순서로 푼다.

① 시간당 사용량(질량) — 비중이 0.805이므로 1 L의 무게는 0.805 kg이다.

$G=0.5\ \mathrm{L/hr}\times 0.805\ \mathrm{kg/L}=0.4025\ \mathrm{kg/hr}=402.5\ \mathrm{g/hr}$

② 21 ℃, 1기압에서 기체 1몰의 부피 — 0 ℃에서 22.4 L이므로 절대온도 비로 환산한다.

$V_m=22.4\times\dfrac{273+21}{273}=24.1\ \mathrm{L/mol}$

③ 발생하는 증기의 부피

$\dfrac{402.5\ \mathrm{g/hr}}{72.1\ \mathrm{g/mol}}\times 24.1\ \mathrm{L/mol}=134.54\ \mathrm{L/hr}=134{,}538\ \mathrm{mL/hr}$

④ 필요환기량 — ppm은 mL/m³와 같으므로 증기 발생량(mL/hr)을 노출기준(ppm)으로 나누면 곧바로 m³/hr가 나온다. 여기에 안전계수를 곱한다.

$Q=\dfrac{134{,}538}{200}\times 6=4{,}036.17\ \mathrm{m^3/hr}$

⑤ 분 단위로 환산

$Q=\dfrac{4{,}036.17}{60}=\mathbf{67.27\ \mathrm{m^3/min}}$

메틸에틸케톤은 $\mathrm{C_4H_8O}$ 이므로 분자량은 $12.011\times 4+1.008\times 8+15.999=72.11$ 로, 문제의 조건 72.1과 맞는다. 일부 지면에 72.06으로 실려 있으나 이는 오기다. 다만 분자량이 조금 달라도 답의 소수 둘째 자리만 바뀔 뿐이며, 몰부피를 24.1 L로 반올림해 쓰느냐 24.13 L로 쓰느냐에 따라서도 67.3 m³/min 안팎에서 값이 미세하게 달라진다. 필답형에서는 계산 과정이 맞으면 이 정도의 차이는 정답으로 인정된다.

안전계수 6은 그냥 붙는 숫자가 아니다. 전체환기는 발생한 증기가 작업장 전체에 고르게 섞인다고 가정하고 계산하지만 실제로는 발생원 근처의 농도가 훨씬 높고, 발생량도 시간에 따라 일정하지 않다. 이런 불완전성을 메우기 위해 유해성의 정도, 환기의 혼합 효율, 발생량의 변동을 고려해 정하는 값이 안전계수이며, 유해성이 클수록 크게 잡는다.