게시판 > 질답게시판 > CH4+CO+air 반응시의 화학정량식(mole fraction)

스테파노 Stefano

08-03-20 14:41

(1)연료의 성분을 C,H,O,N,S와 같이 원소로 나타낼 때는 원소성분을 질량%로 나타내거나 atom fraction으로 나타내지 mole fraction으로 나타내지는 않습니다. 특히 기체의 경우에는 실제 성분의 몰%로 나타내는 것이 일반적입니다.

(2) Stoichiometric Equation은 바로 연소반응식인데 공기중의 질소를 포함해서 나타내면 다음과 같습니다.

CH4 + 2 O2 + 2(79/21) N2 = CO2 + 2H2O + 2(79/21)N2 ...(1)
CO + 1/2O2 +1/2(79/21) N2) = CO2 + 1/2(79/21)N2.........(2)

(3) 혼합가스연소혼합물에서의 Stoichiometric Equation
CH4 90v%, CO10 v%와 같이 혼합가스인 경우의 정량반응이라면 (1)식에 0.9, (2)식에 0.1을 곱하여 두식을 모두 더하면 됩니다. 이때 좌변은 연료와 공기의 혼합가스이고 우변은 연소후 생성되는 연도가스가 됩니다.

0.9 CH4 + (0.9*2) O2 + 0.9*2*(79/21) N2 + 0.1CO + 0.1*(1/2)*O2 + 0.1*(1/2)*(79/21)N = (0.9+0.1)CO2 + .. (3)
0.9CH4 + 0.1 CO + {0.9*2+0.1*(1/2)} O2 + {0.9*2+0.1*(1/2)}*(79/21 N2)
==> CO2 + 1.8 H2O + {0.9*2+0.1*(1/2)}*(79/21 N2) .......................................(3a)

0.9CH4 + 0.1CO + (1.85/0.21) Air ---> CO2 + 1.8H2O + (1.85)*(0.79/0.21)N2.........(3b)

(4) 연료/공기 혼합가스중 성분(여기서는 Air) 농도 계산
위의 식(3), (3a),(3b)식들은 모두 같은식입니다. 좌변은 질문의 경우 연소전 "연료와 공기와의 혼합가스"인데 이로부터 공기농도를 구할 수 있습니다. 좌변의 계수만을 모두 더하면 전체의 연료/공기의 혼합가스의 몰수가 되고 이로부터 공기의 몰농도를 구할 수 있습니다. 공기의 양은 산소의 양을 구하여 이를 0.21로 나누면 됩니다.

90% CH4, 10% CO 혼합물 연소시 공기농도 = {산소 0.9*2+0.1*(1/2)} / [(CH4 0.9 + CO 0.1)+{산소 0.9*2+0.1*(1/2)}/0.21] = 0.898 or 89.8 v%

(5) <90.49%에서 70.41%까지 줄어드는데 그 이유는 무엇인가요?>
메탄의 함량이 줄어들고 CO의 함량이 늘어가면 필요한 산소 즉 공기의 양이 줄어드는데 그 이유는 CO연소에 필요한 공기(산소)가 CH4 연소에 필요한 공기(산소)의 1/4 밖에 소요되지 않기 때문입니다. (식 1, 2 참조)

특수부대원과 일반보병이 혼합되어 있는 적을 섬멸하고자 할 때 특수부대원의 비율이 적어질수록 필요한 아군의 병력이 줄어들겠지요.

(6) 90.49 v% ??
이 계산은 (1)식에서 계산하여.... (산소2+질소2*79/21)/(메탄1 + 산소2+질소2*79/21)* 100%로부터 계산해도 되고
같은 (1)식에서 산소의 양을 알기 때문에 이를 직접 공기의 양으로 계산해서.. (공기 2/0.21)/( 메탄 1+ 공기 2/0.21) * 100%와 같이 계산해도 결과는 같습니다.

(1)연료의 성분을 C,H,O,N,S와 같이 원소로 나타낼 때는 원소성분을 질량%로 나타내거나  atom fraction으로 나타내지 mole fraction으로 나타내지는 않습니다.  특히 기체의 경우에는 실제 성분의 몰%로 나타내는 것이 일반적입니다.

(2) Stoichiometric Equation은 바로 연소반응식인데 공기중의 질소를 포함해서 나타내면 다음과 같습니다.

CH4 + 2 O2 + 2(79/21) N2 = CO2 + 2H2O + 2(79/21)N2 ...(1)
CO + 1/2O2 +1/2(79/21) N2) = CO2 + 1/2(79/21)N2.........(2)

(3) 혼합가스연소혼합물에서의 Stoichiometric Equation
CH4 90v%, CO10 v%와 같이 혼합가스인 경우의  정량반응이라면 (1)식에 0.9, (2)식에 0.1을 곱하여 두식을 모두 더하면 됩니다.   이때 좌변은 연료와 공기의 혼합가스이고 우변은 연소후 생성되는 연도가스가 됩니다.

0.9 CH4 + (0.9*2) O2 + 0.9*2*(79/21) N2 + 0.1CO + 0.1*(1/2)*O2 + 0.1*(1/2)*(79/21)N =  (0.9+0.1)CO2 + ..  (3)
0.9CH4 + 0.1 CO + {0.9*2+0.1*(1/2)} O2 + {0.9*2+0.1*(1/2)}*(79/21 N2) 
==> CO2 + 1.8 H2O + {0.9*2+0.1*(1/2)}*(79/21 N2)  .......................................(3a)

0.9CH4 + 0.1CO + (1.85/0.21) Air ---> CO2 + 1.8H2O + (1.85)*(0.79/0.21)N2.........(3b)

(4) 연료/공기 혼합가스중 성분(여기서는 Air) 농도 계산
위의 식(3), (3a),(3b)식들은 모두 같은식입니다.   좌변은 질문의 경우 연소전 "연료와 공기와의 혼합가스"인데 이로부터 공기농도를 구할 수 있습니다.   좌변의 계수만을 모두 더하면 전체의 연료/공기의 혼합가스의 몰수가 되고  이로부터 공기의 몰농도를 구할 수 있습니다.  공기의 양은 산소의 양을 구하여 이를 0.21로 나누면 됩니다.

90% CH4, 10% CO 혼합물 연소시 공기농도 = {산소 0.9*2+0.1*(1/2)} / [(CH4 0.9 + CO 0.1)+{산소 0.9*2+0.1*(1/2)}/0.21] = 0.898 or 89.8 v%

(5) <90.49%에서 70.41%까지 줄어드는데 그 이유는 무엇인가요?>
메탄의 함량이 줄어들고 CO의 함량이 늘어가면 필요한 산소 즉 공기의 양이 줄어드는데 그 이유는 CO연소에 필요한 공기(산소)가 CH4 연소에 필요한 공기(산소)의 1/4 밖에 소요되지 않기 때문입니다.  (식 1, 2 참조)

특수부대원과 일반보병이 혼합되어 있는 적을 섬멸하고자 할 때  특수부대원의 비율이 적어질수록 필요한 아군의 병력이 줄어들겠지요.

(6) 90.49 v% ??
이 계산은 (1)식에서 계산하여.... (산소2+질소2*79/21)/(메탄1 + 산소2+질소2*79/21)* 100%로부터 계산해도 되고
같은 (1)식에서 산소의 양을 알기 때문에 이를 직접 공기의 양으로 계산해서..  (공기 2/0.21)/( 메탄 1+ 공기 2/0.21) * 100%와 같이 계산해도 결과는 같습니다.

kepman kepman

08-03-21 07:32

음....정말 너무너무 감사드립니다.

알고 싶던 것들이 많이 풀렸습니다.

다시한번 감사드리고, 좋은 하루 되십시요.