연소가스 위험도와 혼합가스 폭발한계를 함 구해보자.

우선, 위험도와 폭발한계를 설명하기 전에 용어 정리부터 해야 한다.

 

폭발한계, 폭발범위, 연소한계는 다 같은 말!

폭발한계란 공기 중의 가연물의 농도에 따라 폭발 할 수 있는 범위를 말한다.

고로, 우리는 폭발범위라고도 하고 폭발 하기 위해서는 불타올라야 하니, 연소한계라고도 한다.

여기서 연소란 산화반응이라는 것은 기본으로 알고 가자.

폭발한계에는 다시 폭발하한, 폭발상한이라는 개념이 있다.

폭발하한은 폭발 할 수 있는 최소농도, 폭발상한은 폭발 할 수 있는 최대농도를 뜻한다.

다른 말로 하면, 연소하한계, 연소상한계라고도 부른다.

 

위험도 구하는 식은 (u-l)/l이다.

여기에서 u는 폭발상한계, l은 폭발하한계를 뜻한다.

즉, 이 식을 풀이하면, 폭발상한계와 폭발하한계의 차이가 커도 위험하고

폭발하한계가 작아도 위험하다.는 의미다.

식을 한글로 번역 해 볼까?

(폭발상한계-폭발하한계)/폭발하한계

 

그럼 이제 혼합가스 폭발상하한계를 구해 볼까?

여기서 혼합가스란 여러가지 가스를 섞아놓은 것을 뜻한다.

예를 들어 탄소의 원자량은 12이고 산소의 원자량은 16이다. 그럼 이산화탄소의 분자량은 을매인가?

이산화탄소는 기호로 co2임으로 탄소 12+ 산소 2개 32 = 44 정도 나온다.

그럼 이산화탄소 40%, 질소 40%, 수소 20% 가스가 섞여져 있을 때 분자량 즉, 크기를 구하라고 하면?

질소의 원자량은 12, 수소의 원자량은 1. 질소는 n2를 의미하고 수소는 h2니까...

(그 다음은 생략, 귀찮)

 

여튼 이러한 혼합가스는 당연히 폭발상하한계도 바뀌는데 이때는 르샤틀리에의 법칙을 이용하면 된다.

가스의 법칙은 간단하다.

이상가스면 보일-샤를의 법칙이라면서 p,v,t의 관계만 알면 된다. 

물론 현실의 가스는 분자 간의 거리, 인력 또한 고려해야 함으로 식이 바뀌지만.

여튼 르샤틀리에의 법칙은 다음과 같다.

v/l=(v1/l1)+(v2/l2)+......

즉, 여느 가스이론과 같이 전체나 부분의 합이나 같다는 의미다.

그럼 문제 함 내 볼까?

메탄 20%, 산소 80% 섞여있는데 이 혼합가스의 폭발하한계는 을매일까?

저... 그니까....

 

위의 문제들을 풀기 위해서는 각 가스들의 폭발상하한계(폭발범위)를 알아야 한다.

예를 들어 

메탈그레이몬의 경우 폭발범위가 5~15%이다.

르샤틀리에의 법칙에 따라 각 l에 하한계든 상한계든 들어야 넣고 계산 때리면 나온다.

그럼... v는 뭔가요?

아... 식을 한글로 번역 해 주겠다.

혼합가스의 전체체적/폭발상하한계 = (각 가스의 체적/폭발상하한계) + (각 가스의 체적/폭발상하한계) + ....

이런 식이다. 즉, v는 체적을 의미하는데, 위 식에서 체적을 안 알랴준다.

그렇담 어떻게?

간단하다. 혼합가스의 체적을 100으로 잡고 각 가스의 체적을 %로 잡으면 된다.

나머지는 공학용계산기 두드리면 되고....

 

그럼 위의 식들의 워따 써먹냐?

글씨... 어딘가는 써 먹겠지...

예를 들어 필자가 가스를 혼합하여 폭발하는 가스를 만들었는데, 폭발상하한계를 계산 잘 해야 필자가 덜 다치지 아니하겠는가. 뭐 그럴 때 써야 하지 않겠음?

 

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가연성가스 연소(폭발) 범위 및 암기방법