탄소 75%, 수소 20%, 황 2%, 산소 3% 연료 100 kg

탄소 75%, 수소 20%, 황 2%, 산소 3% 연료 100 kg

 

 

탄소가 75%, 수소가 20%, 황이 2%, 산소가 3%로 구성되어 있는 연료 100 kg을 완전연소한다고 할 때, 필요한 이론공기량(m3)은?

 

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연료의 질량이 100 kg 이므로,

각 원자의 퍼센트 값 = 각 원자의 질량

 

 

각 원자의 몰질량으로부터 질량을 몰수로 환산하면,

( 설명 http://ywpop.tistory.com/7738 )

C의 몰수 = 75 kg / (12 kg/kmol) = 6.25 kmol C

H의 몰수 = 20 kg / (1 kg/kmol) = 20 kmol H

S의 몰수 = 2 kg / (32 kg/kmol) = 0.0625 kmol S

O의 몰수 = 3 kg / (16 kg/kmol) = 0.1875 kmol O

0.1875 kmol O * (1 kmol O2 / 2 kmol O) = 0.09375 kmol O2

 

 

각 원소의 연소반응식으로부터 완전연소에 필요한 산소의 몰수를 계산하면,

C + O2 → CO2

---> C : O2 = 1 : 1 반응하므로, 6.25 kmol O2 필요

 

2H2 + O2 → 2H2O

---> H : O2 = 4 : 1 반응하므로, 5 kmol O2 필요

 

S + O2 → SO2

---> S : O2 = 1 : 1 반응하므로, 0.0625 kmol O2 필요

 

 

필요한 산소의 전체 몰수에서 연료에 포함된 산소의 몰수를 빼면,

(6.25 + 5 + 0.0625) - 0.09375 = 11.21875 kmol O2

---> 연료 100 kg 완전연소에 필요한 산소의 몰수

 

 

STP 조건(0℃, 1기압)이라 가정하고,

이상기체방정식, PV = nRT 로부터 산소의 부피를 계산하면,

( 식 설명 http://ywpop.tistory.com/3097 )

V = nRT / P

= (11218.75) (0.08206) (273.15) / (1)

= 251464.7922 L O2

 

 

1 m3 = 1000 L 이므로,

251464.7922 L = 251.4648 m3 O2

 

 

공기 중 산소의 부피비 = 21% 이므로,

( 관련 글 http://ywpop.tistory.com/3707 )

필요한 이론공기량을 계산하면,

251.4648 m3 / (21/100) = 1197.4514 m3 공기

 

 

답: 약 1197 m3