공기비 1.3에서 메탄을 연소시킨 경우 단열연소온도

공기비 1.3에서 메탄을 연소시킨 경우 단열연소온도

 

 

공기비 1.3에서 메탄을 연소시킨 경우

단열연소온도는 약 몇 K인가?

(단, 메탄의 저발열량은 49 MJ/kg,

배기가스의 평균비열은 1.29 kJ/kg•K이고

고온에서의 열분해는 무시하고,

연소 전 온도는 25℃이다.)

 

 

11. 공기비 1.3에서 메탄을 연소시킨 경우 단열연소온도는 약 몇 K인가? (단, 메탄의 저발열량은 49 MJ/kg, 배기가스의 평균비열은 1.29 kJ/kgㆍK이고 고온에서의 열분해는 무시하고, 연소 전 온도는 25℃이다.)

① 1663

② 1932

③ 1965

④ 2230

 

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메탄 연소 반응식

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

 

 

 

CH4 1 kmol당 2 kmol O2가 필요하고,

공기 중 산소의 몰분율 = 21% 이므로,

( 기체의 경우, 부피 비 = 몰수 비 )

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3707 )

 

이론 공기량(A_o)

= 2 / 0.21

= 9.52 kmol

 

 

 

실제 공기량(A) = 공기비(m) × 이론 공기량(A_o)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/21989 )

 

= 1.3 × 9.52

= 12.38 kmol

 

 

 

과잉(초과) 공기량

= 12.38 – 9.52

= 2.86 kmol

 

 

 

반응형

 

 

 

[CH4 1 kmol당 배기가스 조성 및 질량]

> CO2: 1 kmol × (44 kg/kmol) = 44 kg

> H2O: 2 kmol × (18 kg/kmol) = 36 kg

> N2: 12.38 kmol × 0.79 × (28 kg/kmol) = 273.8 kg

> O2(미연소): 2.86 kmol × 0.21 × (32 kg/kmol) = 19.2 kg

 

 

 

44 + 36 + 273.8 + 19.2

= 373 kg

---> CH4 1 kmol 연소 시,

전체 배기가스의 질량(G)

 

 

 

49 MJ/kg = 49000 kJ/kg 이고,

CH4의 몰질량 = 16 kg/kmol 이므로,

CH4 1 kmol당 연소열을 계산하면,

(49000 kJ/kg) × (16 kg/kmol)

= 784000 kJ/kmol

---> CH4 1 kmol당 연소열(Q)

= 784000 kJ

 

 

 

단열연소 조건이므로,

CH4가 연소될 때 발생한 열량(LHV)이

배기가스의 온도를 높이는데 모두 사용된다고 가정한다.

q = C m Δt

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2897 )

 

Q = C × G × (T2 – T1)

> Q = 784000 kJ

> C = 1.29 kJ/kg•K

> G = 373 kg

> T1 = 25℃ + 273 = 298 K

 

 

 

T2에 대해 정리하면,

T2 = T1 + Q / (C × G)

= 298 + 784000 / (1.29 × 373)

= 1927 K

 

 

 

가장 가까운 값을 고르면,

답: ② 1932

 

 

 

 

[키워드] 에너지관리기사 기준, 단열연소온도 기준