1979 【公害防止】大気特論(計算)

大気特論：乾き燃焼ガス量の計算(2011-09-19)

10月２日（日）(注・2011年の話です）に試験がある公害防止管理者試験（大気１種）を勢いで受験することになり、無謀にも試験半月前にしてようやく試験勉強に着手しました。
なので、このブログでは突然、今日から連続で、できなかった過去に出題された計算問題について、その解説をしていきたいと思います。

まず　「大気特論」から、乾き燃焼ガス量の計算として、平成18年度の問３を取り上げます。

問３　プロパン100ｍ³_N/h　と灯油200kg/h を混焼して完全燃焼している加熱炉がある。乾き燃焼ガスを分析したところ、CO₂濃度は13％であった。乾き燃焼ガス量（ｍ³_N/h）はおよそいくらか。
　ただし灯油の質量組成を炭素87％、水素13％とする。
　　(1) 2800 　(2)　3300　　(3) 3800　　 (4) 4300　 (5) 4800

プロパン100ｍ³_Nが完全燃焼したときに発生するCO_２の、標準状態での体積は
Ｃ_３Ｈ_８＋５O_２→３CO_２＋４Ｈ_２Ｏ　より、
プロパンの３倍、300ｍ³_Nとなる。

また、灯油200kgが完全燃焼したときに発生するCO_２の、標準状態での体積は
200kg×0.87　　灯油200kgに含まれる炭素の質量(kg)
200kg×0.87/12　灯油200kgに含まれる炭素の物質量(kmol)
　　→これはそのまま灯油200kgに含まれる二酸化炭素の物質量（kmol）でもある。
200kg×0.87/12*22.4　灯油200kgに含まれる二酸化炭素の標準状態での体積（ｍ³_N）
これを計算すると325ｍ³_N

加熱炉全体で発生しているCO_２は１時間あたり
300＋325＝625ｍ³_N

これが濃度13％にあたるのだから、乾き燃焼ガス量は、
625÷0.13＝4807ｍ³_N　・・・(5)

大気特論：重油を完全燃焼させたときの空気比の計算（2011-09-20）

つづいて、公害防止管理者試験　「大気特論」　の問題から、平成１８年度の問４。ちなみに平成２０年度の問４も、数字だけ変えた問題が出題されています。

問４ 炭素 86.0％，水素 13.0％，硫黄 1.0％の組成の重油を完全燃焼させたとき，. 乾き燃焼ガス中の SO₂濃度が 500ppmであった。空気比はおよそいくらか。 ただし，重油中の硫黄分はすべて SO₂になるものとする。
(1) 1.1 　(2)　1.2　　(3) 1.3　　 (4) 1.4　 (5) 1.5

硫黄32kgが燃焼すると22.4ｍ³_Ｎの酸素を必要とするから、
硫黄s(kg)では必要とする酸素は22.4*s/32＝0.7s

S+O₂→SO₂　だから、必要とする酸素の体積も、発生するSO₂の体積も0.7sになる。

渇き燃焼ガス量G’はS＝0.01として
Ｇ’＝0.7*0.01／(500*10^-6)
0.7*0.01　0.01kgの硫黄を完全燃焼すると出てくるSO₂の体積ｍ³_Ｎ
/（500*10^-6）　それが500ppmというのだから、全体の渇き燃焼ガスの体積は…
Ｇ’＝0.7*0.01／(500*10^-6)=14

理論空気量　Aoについては
Ao＝8.89c＋26.7h＋3.33s
　＝8.89*0.86＋26.7*0.13＋3.33*0.01=11.15

G’=mAo－5.6ｈから
14＝ｍ11.15-5.6＊0.13
∴　m=(14+5.6*0.13)/11.15=1.32　…(3)

このあたりの公式、というか係数を覚えていないときつい問題ですね。
はやく、ふろな、333とか語呂合わせで…。原理から導き出すこともできなくはないけれど、時間がかかるし、ただでさえ計算が大変…。

大気特論：乾き燃焼ガス中のSO₂濃度（2011-09-21）

公害防止管理者試験　「大気特論」　の問題。今日は平成１９年度の問３です。
電話帳にたよらず、原理を考えて解いてみました。たまたま合ってたってことはないと信じたい・・・。

メタン40vol%、プロパン60vol%の混合ガス燃料に不純物としてH₂S が100vol ppm含まれている。この燃料を空気比1.2 で完全燃焼させたとき、乾き燃焼ガスのSO₂濃度（vol ppm）はおよそいくらか。
(1) 5.0 　(2) 7.5 　(3) 10.0 　(4) 12.5 　(5) 15.0

メタン　CH_４＋２O_２　→　CO_２＋２H₂O
プロパン　C₃H₈＋５O_２　→　３CO_２＋４H₂O

なので、メタン0.4ｍ³_Ｎ＋プロパン0.6ｍ³_Ｎを完全燃焼させるために必要な酸素は
２×0.4＋５×0.6＝3.8ｍ³_Ｎ

これだけの酸素を含む空気量（理論空気量）は　3.8÷0.21
空気比1.2だから所要空気量は　3.8÷0.21×1.2＝21.7ｍ³_Ｎ
このうち、窒素や反応に使われない酸素は21.7－3.8＝17.9ｍ³_Ｎ

一方、メタン0.4ｍ³_Ｎ＋プロパン0.6ｍ³_Ｎを完全燃焼させてできる二酸化炭素は
１×0.4＋３×0.6＝2.2ｍ³_Ｎ

したがって乾き燃焼ガスの体積は、17.9＋2.2＝20.1ｍ³_Ｎ
つまりもとの混合ガス燃料の体積の20.1倍になる。

ということは、SO₂濃度は混合ガス中のH₂S濃度から20.1倍薄められたことになる。
100÷20.1＝4.97　…　（１）

大気特論：重油中の硫黄分（2011-09-22）

公害防止管理者試験　「大気特論」の最終回、平成22年度の問４です。

重油を完全燃焼し、乾き燃焼ガスを測定したところ、O₂濃度が4.0％、SO₂濃度が412ppmであった。理論乾き燃焼ガス量を11.0m³N/kgとすると、重油中の硫黄分（質量％）はおよそいくらか。
ただし、重油中の硫黄分は燃焼によりすべてSO₂になるものとする。
　　(1) 0.6 　(2)　0.8　　(3) 1.0　　 (4) 1.2　 (5) 1.4

乾き燃焼ガスのO₂濃度が4.0％ということは、空気中に21％の酸素がありますが、21-4＝17％分の酸素しか使われていないということ。

すると、理論乾き燃焼ガス量では11.0m³N/kgですが、実際の乾き燃焼ガス量は、酸素が21％ではなく17％というところから、
11.0×21/17＝13.58m³N/kg
この体積の412ppm分がSO₂です。したがって、SO₂の体積は
13.58×412/1000000＝5.59×10^-3m³N/kg
これを質量にして
5.59×10^-3m³N/kg × 32 ／22.4＝7.99×10^-3　kg/kg　
すなわち　1kgの　0.8％　・・・（２）