● 완전연소, 불완전연소
- 산소공급이 충분한 경우 완전연소
- 탄소화합물이 완전연소를 하면 CO2가 발생
- 탄소화합물이 불완전연소를 하면 CO가 발생
|
완전연소
|
C(탄소) + O2(산소 원자 2개) = CO2(이산화 탄소)
|
|
불완전연소
|
C(탄소) + ½O2(산소 원자 1개) = CO(일산화탄소)
|
1. 완전연소
산소가 충분히 공급되어 연소반응이 완전히 진행되고 생성되는 배기가스에는 보통 CO2, H2O, SO2가 발생하고 그 외에 가연성 물질은 남아있지 않게 되는 현상을 말한다.
이론적으로는 화학양론적인 계산을 통해 산소를 충분히 공급하는 수치를 구할 수 있지만 실제에서는 과잉공기를 주입하여 완전연소를 유도하고 있다.
하지만 너무 많은 과잉공기도 문제를 일으키기 때문에 최적의 공기를 주입하는 것이 중요하다.
2. 불완전 연소
산소가 충분히 공급되지 않아 불완전한 연소가 진행이 되면 생성되는 배기가스에 가연성 물질이 남아있는 것을 말한다. 대표적인 불완전 연소에 생성물은 일산화탄소(CO)이다.
| 완전연소 방정식(반응식) *가연물의 화학식 외우기. 1. 숯(가연물)의 완전연소방정식 C C + O2 -> CO2 2. 마그네슘 Mg Mg +O2 -> MgO(산화마그네슘) -> Mg + O2 -> 2(MgO) -> 2(Mg) + O2 -> 2(MgO) 3. 메탄CH4 CH4 + O2 -> CO2 + H2O -> CH4 + O2 -> CO2 + 2(H2O) -> CH4 + 2(O2) -> CO2 + 2(H2O) 4. 프로판(C3H8) C3H8 + O2 -> CO2 + H2O ->C3H8 + O2 -> 3(CO2) + 4(H2O) ->C3H8 + 5(O2) -> 3(CO2) + 4(H2O) =C3H8 + 10/2(O2) -> 3(CO2) + 4(H2O) 5. 부탄(C4H10) C4H10 + O2 -> CO2 + H2O ->C4H10 + O2 -> 4(CO2) + 5(H2O) ->C4H10 + 13/2(O2) -> 4(CO2) + 5(H2O) |
기출문제
Q 20℃, 1기압의 프로판 1m3를 완전연소시키는데 필요한 20℃, 1기압의 산소부피는 얼마인가?
【해설】 정답 : 5m3 필요
C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O
Q 마그네슘 24g 이 완전연소를 위해 필요한 이론 산소량은 얼마인가? (단, Mg의 분자량: 24, O의 원자량: 16)
【해설】 정답 : 16g 필요
Mg + 1/2O2 -> MgO이론산소량: 0.5mol x 32g/mol = 16g
Q 표준상태에서 공기 중 산소의 농도가 21%일 때 메탄의 완전연소하는데 필요한 공기량은 메탄이 차지하는 체적의 몇 배인가?
【해설】 정답 : 약 9.5배
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O 메탄이 완전연소하기 위해서는 산소가 2mol 필요하다 산소농도에 비해 공기량이 얼마나 필요한지 계산하면 알 수 있다 산소농도: 산소몰수 = 공기농도 : 공기몰수 = 21 : 2mol = 100 : xmolx = 200/21 = 9.523
● 화염
1. 화재플럼
- 부력에 의해 발생되는 화염기둥
- 고온의 연소생성물이 위로 상승하고 있는 것
2. 천장제트흐름
- 고온의 연소생성물들이 부력에 의해 천장면 아래에 얕은 층을 형성하는 비교적 빠른 속도의 가스흐름
- 화재 초기에 존재
- 화원의 크기, 화원의 위치 또는 화언에서 천장높이의 영향을 받는다
- 천장제트흐름의 두께는 천장에서 화염 높이의 5~12% 내외이다
- 화재감지기 및 스프링클러 헤드는 유효범위 내에 설치한다
3. 연소시 불꽃 색깔과 불꽃 온도
담암적휘황백휘
| 색 | 온도 (℃) |
| 담암적색 | 522 |
| 암적색 | 700 |
| 적색 | 850 |
| 휘적색(=주황색) | 950 |
| 황적색 | 1100 |
| 백적색 | 1300 |
| 휘백색 | 1500 |
4. 연소속도
- 영향을 미치는 요인
- 산소 농도에 따라 가연물과의 접촉하는 속도
- 화염온도 및 미연소 가연성 기체의 밀도, 비열, 열전도율
- 산소의 영향, 촉매, 연소 후 생성된 불연성 물질
- 산화반응을 일으키는 속도 및 가연물과 산화성 물질의 혼합비율
- 온도와 압력이 높을수록 연소속도는 빨라진다
- 불연성 물질(불활성가스)의 농도가 증가하면 연소속도는 저하된다
5. 화염확산속도
- 화재의 경계면이 이동하는 속도
- 연소시 화염이 미연소 혼합가스에 대해 수평으로 이동하는 속도
- 미연소가스의 이동속도 + 연소속도
잡스9급 PDF 교재
✽ 책 구매 없이 PDF 제공 가능
✽ adipoman@gmail.com 문의