폭발한계 농도 단위 환산과 LPG 증발량 계산
1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다
출제 회차 2012년 3차 · 2019년 1차 · 2019년 3차 · 2021년 3차
2 쉬운 설명
폭발한계는 공기 속 가스 농도가 이 범위 안일 때만 폭발이 일어나는 한계로, 하한값과 상한값이 있다. vol%는 전체 부피에서 그 가스가 차지하는 부피의 백분율이다.
5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기
vol%로 주어진 농도를 표준 상태(0도, 1기압)의 질량으로 바꿀 때는 부피(L) ÷ 22.4 = 몰, 몰 × 분자량 = 질량 순서로 계산한다. 표준 상태에서 기체 1몰은 22.4L이다.
예를 들어 폭발하한계 2.2vol%인 A 가스(분자량 26)가 섞인 혼합기체 1m³에서는, 1) A 가스 부피 = 1000L × 0.022 = 22L, 2) 몰 수 = 22 ÷ 22.4 ≈ 0.982mol, 3) 질량 = 0.982 × 26 ≈ 25.54g이다.
vol%를 mg/L로 바꿀 때는 mg/L = (vol%÷100) × 분자량 × 1000 ÷ 24.04 이다. 20℃에서 기체 1몰의 부피는 22.4×(293÷273) = 약 24.04L이다(약 24L로 어림하기도 한다).
이황화탄소(분자량 76.1)의 폭발한계 하한 1.25vol%, 상한 44vol%를 20℃에서 환산하면, 하한은 0.0125×76.1×1000÷24.04 = 약 39.6mg/L, 상한은 0.44×76.1×1000÷24.04 = 약 1393mg/L이다. 하한값과 상한값의 비는 부피 % 비 1.25 : 44와 같아야 한다.
액화가스 용기가 터져 대기압이 되면 액체가 비등점까지 식으면서 내놓는 열로 일부가 증발한다. 25℃ 용기에 LPG 10kg이 들어 있고 비열 2.4kJ/kg·℃, 표준비점 −42.2℃, 증발잠열 384.2kJ/kg일 때, 1) 식는 온도 차 = 25 − (−42.2) = 67.2℃, 2) 내놓는 열 = 10kg × 2.4kJ/kg·℃ × 67.2℃ = 1612.8kJ, 3) 증발량 = 1612.8 ÷ 384.2 ≈ 4.20kg이다. 정리하면 증발량 = 질량 × 비열 × 온도차 ÷ 증발잠열이다.
3 이 개념이 나온 기출문제
해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.
4 체크리스트 + 암기팁
- 표준 상태(0도, 1기압)에서 기체 1몰은 22.4L이다. 20℃에서는 약 24.04L(약 24L)를 쓴다.
- vol%는 먼저 100으로 나눠 소수로 바꾼 뒤 부피에 곱한다(2.2vol% → 0.022).
- vol% → 질량은 부피(L) ÷ 22.4 → 몰 → × 분자량 순서이다.
체크리스트 더 보기 3개 더체크리스트 접기
- mg/L로 바꿀 때는 vol%를 100으로 나눈 값에 분자량과 1000을 곱한 뒤 그 온도의 기체 1몰 부피로 나눈다.
- 하한값과 상한값의 비는 부피 % 비와 같아야 한다.
- 증발량 계산에서는 용기 안 LPG의 질량을 곱해야 하고, 온도 차는 25℃와 비등점 −42.2℃의 차 67.2℃이다.