개념 한 쪽
연소는 연료와 산소가 반응해 열과 빛을 내는 현상이다. 가스를 미리 섞어 태우는 방식과 불꽃 주변에서 공기를 빨아들이며 태우는 방식은 불꽃의 색과 길이가 다르다. 연소에 필요한 공기량은 반응식의 계수비로 계산한다.
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출제기준 단원 「연소의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연소 방식 특징 판별 | 1 | 확산에 의한 공기 공급과 적황색 불꽃을 보이는 방식을 가림 |
| 연소온도 영향 인자 구분 | 1 | 연소 조건과 열 전달 특성 중 온도에 직접 작용하지 않는 항을 가림 |
| 이론공기량 계산 | 1 | 반응식 계수비와 산소 농도로 필요 공기량을 환산하기 |
연소는 연료가 산소와 반응하여 열과 빛을 내는 화학 반응이다. 화염의 온도는 연료와 산소의 혼합비에 따라 달라지며, 화학량론적 비율에서 가장 높아진다. 혼합비와 무관하게 온도가 일정하다는 설명은 성립하지 않는다.
연소 방식은 공기를 어떻게 공급하느냐로 갈린다. 가스를 그대로 대기 중에 분출하면 공기는 불꽃 주변에서 확산에 의해 취해진다. 이 방식은 연소 과정이 느리고 불꽃이 길게 늘어나며 적황색을 띤다. 이를 적화식 연소법이라 한다. 가스와 공기를 미리 섞는 예혼합 방식은 청색 불꽃을 낸다.
유동 상태도 연소에 영향을 준다. 흐름이 난류일 때는 혼합이 촉진되어 연소가 잘 되고 화염이 짧아진다. 층류는 혼합이 느려 화염이 길어진다.
연소온도에 직접 영향을 주는 인자는 연료의 저위발열량, 공기비, 산소농도 같은 연소 조건이다. 열전도도는 열이 이동하는 속도와 관련될 뿐 연소온도 자체를 결정하는 인자가 아니다. 산소 농도가 높아지면 연소 반응이 촉진되어 연소속도가 빨라지고 화염온도가 높아지며 발화온도는 낮아진다. 폭발범위도 넓어져 위험성이 커진다. 연소범위는 온도가 높아지면 넓어진다.
프로판(C₃H₈)은 완전연소에 산소 5몰이 필요하고 분자량이 44로 공기보다 무겁다. 부탄(C₄H₁₀)은 1몰당 산소 6.5몰이 필요하다. 이 계수비에 공기 중 산소 농도를 적용하면 이론공기량을 구한다.
프로판 200L를 완전연소시키는 데 필요한 공기를 구한다. 산소 농도는 20v%로 둔다. 프로판과 산소의 부피비는 1:5이므로 필요한 산소는 200×5=1000L이다. 공기 중 산소가 20%이므로 공기량은 산소량의 5배인 5000L가 된다.
프로판 30v%와 부탄 70v%의 혼합가스 1L를 완전연소시키는 데 필요한 공기를 구한다. 산소 농도는 20%로 둔다. 프로판 0.3L는 산소 0.3×5=1.5L, 부탄 0.7L는 산소 0.7×6.5=4.55L가 필요하다. 합계 산소는 6.05L이고, 이를 0.2로 나누면 공기량은 약 30L가 된다.
가정용 프로판에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ③ · 문항은 프로판의 성질과 연소 화학식에서 도출되는 산소 소요량을 묻고 있다. 프로판(C3H8)의 완전연소식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로 프로판 1몰당 산소는 5몰이 필요하다.
프로판(C3H8) 완전연소 시 산소 5몰이 필요하며 공기보다 무겁다.
연소에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ③ · 문항은 연소의 화염온도와 그 영향을 주는 인자에 관한 옳고 그름을 묻고 있다. 화염온도는 연료와 산소의 혼합비에 따라 달라지며, 화학량론적 혼합비에서 최대온도를 보이는 등 혼합비 의존성이 크므로 혼합비와 무관하게 일정하다는 진술은 틀리다.
연소 화염온도는 연료와 산소의 혼합비(농도)에 따라 크게 달라지므로 일정하다는 설명은 틀렸다.
연소온도에 직접적으로 영향을 미치는 인자가 아닌 것은?
정답 ② · 문제는 연소온도에 직접적으로 영향을 미치지 않는 인자를 찾으라는 것이다. 연소온도는 연료의 저위발열량, 공기비(혼합비), 산소농도 등 반응의 열역학적 조건에 의해 결정되므로 이들은 직접적인 영향인자로 본다.
연소온도는 연료의 발열량, 공기비, 산소농도 등 연소 조건에 의해 결정되며, 열전도도는 열 전달 속도와 관련이 있다.
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