대기환경기사 연소열역학 — 엔탈피·비열·현열과 잠열

평형상수는 생성물과 반응물의 농도 비로 정의된다. A + B ↔ C + D에서 생성물 농도의 곱을 반응물 농도의 곱으로 나눈 값이 K이고, 각 물질의 농도를 대입해 계산한다. 생성물 쪽 농도가 크면 K가 커지고, 반응물 쪽이 크면 작아진다.

질량을 부피로 바꾸는 환산은 몰을 거친다. 이산화탄소의 분자량은 44g/mol이고, 표준상태에서 기체 1kmol은 22.4m³이다. 50kg은 50,000g을 44로 나눈 약 1.136kmol이 되고, 여기에 22.4를 곱하면 약 25.45m³가 된다. 분자량으로 나누는 단계를 빠뜨리거나 22.4를 곱하지 않은 선지가 오답이 되는 자리이다.

공기비는 연소의 방향을 가른다. 공기비가 크다는 것은 과잉공기가 많다는 뜻이고, 이때는 연소온도가 낮아지고 배기가스 온도도 낮아지며 열손실이 늘어난다. 대신 불완전연소물과 매연은 줄어든다. 그래서 과잉공기가 많으면 매연이 늘고 불완전연소물이 증가한다고 적은 선지가 방향을 뒤집은 것이다. 반대로 공기비가 너무 낮으면 산소가 모자라 불완전연소가 일어나 일산화탄소와 매연이 늘고 폭발 위험이 커진다. 공기비가 크면 폭발 위험이 커진다고 적는 것도 원인과 결과를 바꾼 설명이다.

열량의 기준값도 함께 물어진다. 생성엔탈피는 표준 상태의 원소, 곧 탄소나 수소 기체처럼 가장 안정한 원소 상태를 0으로 두고 화합물의 값을 정한다. 물의 융해열은 0℃에서 80kcal/kg이고 기화열은 100℃에서 539kcal/kg이므로, 둘을 합하면 619kcal/kg가 된다. 연소실 계산은 부피에 열발생율을 곱해 시간당 열량을 만들고, 이것을 연료의 저위발열량으로 나누어 연소량을 구한다. 가로 3m, 세로 1m, 높이 1.5m인 연소실은 4.5m³이고, 열발생율 2.5×10⁵kcal/m³·hr, 중유 저위발열량 11,000kcal/kg이면 시간당 약 102kg를 태워야 한다.