問題
問組成が炭素85%、水素15%である軽油10kg/hとメタン30m3N/hを混焼するバーナーで完全燃焼させたとき，乾き燃焼排ガス中のCO2濃度は10.5%であった。このときのバーナー全体の空気比は，およそいくらか。
- 1.12
- 1.15
- 1.18
- 1.21
- 1.24
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解答
（３）
解説
方針
空気比＝所要空気量÷理論空気量であるため、それぞれを求めていきます。 理論空気量は炭素、水素、メタンの燃料式を書いて前から求めていき、 所要空気量は渇き燃焼が排ガス中のCO2の濃度が10.5%という条件から、後ろから解いていくイメージです。
理論空気量
軽油10kg/hとメタン30m3N/hという単位から、1時間で考えると/hが消えて見やすくなるので、 1時間の長さで考えることとします。
この時、炭素は10kg×85%=8500g、水素は10kg×15%=1500gとなります。
炭素の原子量12g/mol、水素の分子量2g/mol、標準状態の気体の体積0.0224m3N/molを使用すると 反応前後の気体の体積は以下の通りとなります。
炭素
水素
メタン
理論酸素量・理論空気量
理論酸素量は上記のO2を合計すれば算出できます。理論空気量は理論酸素量を空気中の酸素割合21%で割れば算出できます。
- 理論酸素量＝16+8.4+60=84m3N
- 理論空気量=84m3N ÷ 0.21(空気中の酸素割合) = 401m3N
状況整理
化学反応式が書けたら、以下のような表に登場する気体をすべて書き下し、化学反応式から反応前後の気体の体積のわかる個所を埋めるとわかりやすいと思います。
所要空気量
渇きガス燃焼ガス
渇き燃焼ガス量のCO2濃度が10.5%という条件と、上記反応式から算出したCO2量で、 渇き燃焼ガス量は計算できます。
- 渇き燃焼ガス量=46m3N÷10.5%=437m3N
反応後の空気量(N2+O2)
反応後の空気量は渇き燃焼ガス量からCO2量を引いたものなので、以下の通り計算できます。
- 反応後の空気量=437m3N-46m3N=391m3N
反応前の空気量（＝所要空気量）
反応前の空気量（＝所要空気量）は、反応後の空気量に反応で消費したO2を足したものなので、 以下の通り計算できます。
- 反応前の空気量(=所要空気量)= 391m3N+84m3N=475m3N
空気比
空気比＝所要空気量÷理論空気量であるため、以下の通り計算できます。
- 空気比＝475m3N÷401m3N=1.18
解説記事
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