개념 한 쪽
에너지관리기능사 이론산소량 — 탄소·프로판 연소 반응식 계산
이론산소량은 연료를 완전 연소시키는 데 화학반응식상 꼭 필요한 최소 산소량이다. 탄소는 질량비 12 대 32로, 프로판은 몰비와 표준상태 부피로 계산한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
뜻
이론산소량은 연료 1kg 또는 1kmol을 완전 연소시키는 데 이론적으로 필요한 산소의 양이다. 연소 반응식의 계수와 원자량으로 질량비나 몰비를 세워 구한다.
탄소의 완전연소 반응식은 C + O₂ → CO₂다. 원자량이 탄소 12, 산소 16이므로 산소분자 1몰은 32이고, 질량비는 탄소 12 : 산소 32 : 이산화탄소 44가 된다. 탄소 12kg을 태우려면 산소 32kg이 필요하고, 탄소 1kg당으로 줄이면 32 ÷ 12 ≈ 2.67kg이다. 문제에서 생성물인 이산화탄소 44kg을 묻는 것인지, 필요한 산소 32kg을 묻는 것인지 구분해야 한다.
프로판의 완전연소 반응식은 C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O다. 프로판 1몰에 산소 5몰이 필요하다는 뜻이다. 프로판 10kg을 태우는 경우 분자량 44로 나누어 10,000 ÷ 44 ≈ 227.3몰을 얻고, 여기에 5를 곱해 산소 1,136.4몰이 필요함을 구한다. 표준상태에서 1몰은 22.4L이므로 1,136.4 × 22.4L ≈ 25,455L, 즉 약 25.5Nm³가 된다.
프로판 1kg을 기준으로 하면 1/44kmol에 산소 5를 곱한 5/44kmol이 필요하고, 여기에 22.4Nm³를 곱해 약 2.55Nm³가 된다. 질량에서 몰로 바꾸고 반응계수의 몰비를 적용한 뒤 표준상태 부피로 환산하는 순서를 지킨다.
산소를 공급하는 공기도 역할이 나뉜다. 액체연료 연소에서 1차 공기는 연료의 무화와 산화반응에 쓰이고, 2차 공기는 완전연소에 부족한 공기를 추가로 보충한다.
예제
프로판 1kg의 이론산소량을 구해 보자. 반응식에서 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요하고, 프로판 1kmol은 44kg이므로 1kg은 1/44kmol이다. 필요한 산소는 5 × 1/44 = 5/44kmol이고, 1kmol이 22.4Nm³이므로 5/44 × 22.4 ≈ 2.55Nm³가 된다.
자주 묻는 물음
- 탄소 12kg을 완전 연소시키는 데 필요한 산소량은 얼마인가요?
- 32kg입니다. C + O₂ → CO₂의 질량비가 탄소 12 : 산소 32 : 이산화탄소 44이기 때문입니다.
- 프로판 1kg의 이론산소량은 어떻게 구하나요?
- 1/44kmol에 반응계수 5를 곱해 5/44kmol을 얻고, 22.4Nm³를 곱해 약 2.55Nm³로 계산합니다.
- 1차 공기와 2차 공기는 어떻게 다른가요?
- 1차 공기는 연료의 무화와 산화반응에 쓰이고, 2차 공기는 완전연소에 부족한 공기를 보충합니다.
에너지관리기능사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.