過去問 H26 大気特論 問4

H26 大気特論 問4

炭素87質量%、水素13質量%、高発熱量が40.7MJ/kgの重油を空気比1.3で完全燃焼させたとき、乾き燃焼ガス中のNO濃度が176ppmであった。高発熱量当たりのNO発生量はおよそ何mg/MJか。

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解答・解説を表示

正解 (2)

まず、1[kg]の燃料を使うと仮定すると、炭素は870[g]、水素は130[g]使用することになります。それぞれの原子量は12と1なので、これをmol数に直すと、炭素は72.5[mol]、水素は130[mol]使います。

ここで、それぞれの燃焼式は以下の通りです。

炭素の燃焼では、炭素が72.5[mol]なので、使う酸素も72.5[mol]、発生する二酸化炭素も72.5[mol]です。水素の燃焼では、水素が130[mol]なので、使う酸素は32.5[mol]です。

燃焼後に残る気体は二酸化炭素と、余剰の酸素、それに空気に含まれていて反応に関与しない窒素の3種類です(問題文に高発熱量とあるので、生成するH2Oについては無視します)。二酸化炭素については上記の通り、72.5[mol]となります。余剰酸素は、消費酸素が

であり、空気比が1.3ということから、

になります。また、窒素については、酸素が全部で

あり、空気が酸素21%と窒素79%で構成されているとすると、

と計算できます。

よって、これらを合計すると、燃焼後の気体は617.5[mol]あることになり、その176[ppm]分だけNOが含まれることになります。ppmは百万分率なので、

ほどNOがあります。NOの分子量は30なので、これを質量に直すと、

です。

ここで、最初に1[kg]の燃料を使うと仮定して計算を進めてきましたが、問題文より、高発熱量が40.7[MJ/kg]とあるので、計算で出したこのNOの量は、40.7[MJ]あたりの質量ということになります。よって、1[MJ]あたりのNO発生量は、

となります。

コメント

  1. MT. より:

    何故、燃焼式はH2+1/2O2→H2Oではないのでしょうか?

  2. 匿名 より:

    水素分子の燃焼ではなく重油中に含まれる水素原子の燃焼を表しているからです。

    計算上は1kgの重油中に13%の水素があるとして水素は0.13kg=130g
    質問の
    H2+1/2O2→H2O
    の化学式で行うと水素分子(分子量2)が130g÷2=75mol
    必要酸素量が75mol÷2=37.5mol
    となり同じ結果にはなります。

    液体燃料を扱うときは原子で考える方が良いと思います。

  3. MT. より:

    ありがとうございました。問題集によっては、液体てある軽油の燃焼でもH2+1/2O2→H2Oを使っている箇所があったので混乱していました。液体の場合は原子で考えます。

  4. O より:

    解説内のNOのmolを求めた後、質量に直す計算がありますがこの際に10の3乗を掛けるのはなぜですか?

  5. 大気1種苦戦 より:

    molに分子量(30)をかけて出た値は単位はgです。10の3乗をかけると単位はmgです。
    求める答えの単位は(mg/MJ)ですから、予め、単位をmgにするためと考えました。

  6. o より:

    ご回答ありがとうございます。
    分子量の単位を再確認できました。

  7. 大気1種苦戦 より:

    根気強く計算のパターンの繰り返しを行い問題の意図を理解、そして合格を祈っております。
    私は3年かかりましたが。