< 연소이론 > 연소의정의 가연물이공기중에서빛과열을수반하는산화반응 물질이산소와화합하여빛과열을내는 ( 發熱발열 ) 화학변화 연소의진행 : - 가연물의연소시작 ( 활성화에너지 = 점화원필요 ) - 발생되는열과빛에의해복사열등이발생하여전파 - 전파된열에의해인근가연물질의열분해 - 열분해된가연물질이산소와반응하여산화 : 연소의계속 연소반응예 C+O CO + 열 ( 완전연소 ) C+ O CO+ 열 ( 불완전연소 ) CO+ O CO + 열 ( 완전연소 ) 연소반응이아닌예 철이녹스는것 : 산화반응이지만빛, 열이미발생 질소의산화 : 산화반응이지만흡열반응 ( 열을흡수하는반응 ) N +O 열 NO 연소의요소 연소의 3 요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원 연소의 4 요소 : 가연물, 산소공급원, 점화원, ( 순조로운 ) 연쇄반응 가연물 탄소 C, 수소 H, 황 S 등으로구성된연소가능한물질 발열반응을수반하는산화반응가능한물질 가연물의구비조건 - 산소와친화력이클것 : 화학적활성도가클것 ( 산소와화학적친화력이클것 ) - 발열량, 비표면적이클것 : 발열량이크고산소와접촉하는표면적이클것 - 열전도도가작을것 : 열전도율이작을것 ( 열의축적이용이할것 ) - 활성화에너지가작을것 : 점화에너지가작을것 ( 작은불씨로도연소가능할것 ) - 연쇄반응을일으킬수있을것 : 순조로운화학적변화를일으킬수있을것. 표면적 : 기체 > 액체 > 고체 열전도도 : 기체 < 액체 < 고체 가연물이아닐조건 : 가연물의비구비조건 산소와더이상반응하지않는물질 : - 1 -
- 물 (H O ), 프레온 (Freon), 이산화탄소 (CO ), 산화알루미늄 (Al O ), 삼산화황 (SO ), 오산화인 (P O ), 이산화규소 (SiO ). 삼산화크롬 (CrO ), 산화안티몬 (Sb O ) 규조토등 산화흡열반응물질 - 질소또는질소산화물의불연성기체. 주기율표상 0 족원소 - 불활성가스 (inert gas): 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr), 크세논 (Xe), 라돈 (Rn) 가연물의특성 http://www.ptable.com/?lang=ko 연소온도, 열량, 증기압, 폭발범위, 화학적활성도, 화염전파속도가클수록위험!! 인화점, 착화점, 점성, 비중, 비점, 융점, 열전도율, 활성화에너지이작을수록위험!! 표면장력, 증발열, 전기전도율, 비열, LOI 가작을수록위험!! LOI (Limited Oxygen Index) : 가연성물질이연소할수있는공기중의최저산소농도로서한계산소지수. 작을수록가연성물질!! 산소공급원 연소에필요한산소 - 공기 - 조연성가스 - 산소를함유하고있는물질 공기 - 공기중에는산소 21V% 포함 - 연소에필요한주공급원 - 일반적으로공기중산소농도를 15%( 혹은 14%) 이하로억제하면연소미발생 - 공기의조성 성분 부피 %(v/v) 중량 %(w/w) 성분 부피 %(v/v) 중량 %(w/w) 질소 78.03 78.51 이산화탄소 0.03 0.04 산소 20.99 23.15 기타 ( 아르곤, 크립톤, 크세논등 ) 0.93 0.94 조연성가스 : 조연성 ( 助燃性 ) 가스, 지연성 ( 支燃性 ) 가스 - 가연물을탈수있게보조해주는기체 - 산소 (O 2 ), 불소 (F 2 ), 오존 (O 3 ), 염소 (Cl 2 ) 의할로겐원소등조연성물질 산소를함유하고있는물질 - 1 류위험물 ( 산화성고체 ) : 산소를함유하고있는불연성물질로서분류되며충격, 마찰, 가열 로분해되어산소방출하여산소공급원역할.5 과염소산염류, 질 산염류, 브롬산염류, 중크롬산염류, 과망간산염류, 무기과산화물 등 - 5 류위험물 ( 자기반응성물질 ): 자신이가연물이면서폭발성물질로분류되며자기자신이산소 공급원기능을가지고공기중산소와관계없이내부연소. 유기 과산화물, 질산에스테르류, 니트로화합물, 아조화합물, 히드록실 아민염류등 - 6 류위험물 ( 산화성액체 ) : 분해시산소가발생하는불연성물질로분류되며액체산화제로 서, 산소공급원역할. 과염소산, 과산화수소 ( 농도 36% 이상 ), 질 산 ( 비중 1.49 이상 ) 등 2 류위험물 : 가연성고체 (, 유황, 황화린, 적린, 철분, 금속분, 마그네슘 ) 3 류위험물 : 금수성및자연발화성물질 ( 칼륨, 나트륨, 알킬알루미늄, 알킬리튬, 황린 ) 4 류위험물 : 인화성액체 ( 이황화탄소, 디에틸에테르등, 석유류, 동식물류 ) - 2 -
공기중의산소농도가증가하면 1 연소속도는빨라진다. 2 화염의온도는높아진다. 3 발화온도는낮아진다. 4 폭발한계는넓어진다. 5 점화에너지는작아진다. 6 화염의길이는길어진다. 01 가연성가스가공기중에서연소하고있을때공기중에산소농도를증가시키면발생할 수있는현상으로관계가없는것은? 1 가연물의점화에너지가감소한다. 2 폭발한계가넓어진다. 3 연소하고있던연소속도가빨라진다. 4 발화온도가상승한다. 5 화염의온도가상승한다. 정답 4 점화원 ( 착화원, 활성화에너지 ) 점화원 - 가연물이연소를시작할때가해지는활성화에너지 - 가연물과산소에연소반응을일으킬수있는필요에너지를공급하는열에너지원인불씨등 - 점화원 : 착화원, 발화원, 열원, 활성화에너지, 필요에너지, 열에너지등으로표현할수있는 점화원의형태 개념 구분열적점화원기계적점화원화학적점화원전기적점화원 종류적외선, 고열물, 복사열단열압축, 마찰, 충격등연소열, 용해열, 자연발화 ( 분해열등 ) 에의한열등저항열, 전기불꽃 ( 전기아크 ), 정전기, 유도열, 유전열등 기타점화원 : 나화 ( 裸火 ) 및고온표면, 원자력점화원나화 ( 裸火 ): 일반적인화기의사용시공급되는열적에너지. 난로, 담뱃불, 소각, 보일러등에서의열에너지 화학적점화원 - 연소열 : 물질이완전히산화할때발생하는열 - 용해열 : 용질이용매에녹을때 ( 어떤물질이용해될때 ) 발생또는흡수되는열 ( 농황산등이 용해되면서발생 ) - 자연발화에의한열 밀폐된공간후덥지근한상태의가연물이산화축적되어, 발화하는현상 분해열 : 분해할때생기는열. 니트로셀룰로오스, 셀룰로이드, 아세틸렌, 산화에틸렌 산화열 : 산화반응으로발열축적되는열. 기름종류 ( 기름종이, 기름걸레, 건성유 ), 고무분말, 원면, 석탄등 http://www.youtube.com/watch?v=3i7bmdvf7i8 미생물열 : 미생물에발효에의해발생되는발효열. 퇴비 ( 퇴적물 ), 먼지, 곡물분등 https://www.youtube.com/watch?v=c3mymkqeqpo 흡착열 : 흡착이일어날때에생기는열량. 다공성물질의활성탄, 목탄분말등 중합열 : 작고많은분자가큰분자량의화합물로변화할때발생하는열. 시안화수소, 산화에틸렌등 자연발화 - 자연발화 밀폐된공간등에서외부로부터 ( 점화원등인위적인 ) 열의공급을받지않고온도가상승하는현상 자연적으로산화하여물질의온도가발화점이상이되면자연발화하는현상 예, 기름걸레를빨랫줄에걸어놓으면열을빼앗기며증발되지만밀폐된구석에뭉쳐서방치해두면열을축적하며산화되어자연발화가능 - 자연발화영향요인 - 3 -
열축적용이하고, 통풍이안되고, 수분이적당할것. - 자연발화의조건 열전도율이작고, 주위온도, 발열량, 고온 다습, 비표면적이클것. - 자연발화방지법 통풍이나환기. 열이있는실내의공기유통이잘되게하여열을분산. 저장실의온도를낮게유지. 습도를낮게유지. 습기는물질에따라촉매 ( 觸媒 ) 작용 ( 즉, 적당한수분이열을전달하는촉진역할을하므로상대저장실의습도를낮게하기위하여습도가높은곳에는저장하지않아야한다.) 자연발화대표물질 황린 : 자연발화성이큰물질. 주위온도 30 이상이면자연발화. 물속에넣어저장함. 사람의품속에서도자연발화가능 - 기타점화원 나화 ( 裸火 ) : 화염을가지고있는열또는화기 고온표면 : 고온표면은작업장의화기, 가열로, 건조장치, 굴뚝, 전기 기계설비등 원자력점화원 : 원자력에의하여불꽃을가질수있는점화원. 원자가따로떨어져분자가되든지혹은서로결합되든지할때발생. < 분류에따른점화원의형태 > 화학열 전기열 기계열 연소열 물질이완전산화되는과정에서발생 용해열 물질이고체에서액체에용해될때발생되는열. 예, 농황산 분해열 어떠한화합물이분해할때발생하는열. 예, 셀룰로이드 자연발화 물질자체내의열축적만으로온도가증가하여지연연소하는현상 생성열 표준상태의반응원소들에서 1몰의화합물을만들때반응하는열. 저항열 전기에너지가열에너지로변하면서나타남. 예, 전구, 전기장판등 아크 (Arc) 열접점이느슨하여전류가단절될때발생, 전기불꽃, 전기스파크 정전기열 정지된전기, 마찰대전에의해외부로나타나는열. 예, 마찰전기 유도열 도체주위의자장변화에의해전류의흐름에대한저항열 유전열 피복등완벽한절연능력을갖추지못해발생. 예, 누설전류 압축열 기체를압축시키면발생되는열. 예, 디젤엔진의폭발등 마찰열 두물체의마찰에의해발생. 예, 그라인더에발생되는불꽃등 마찰스파크 금속물체와다른고체물체가충돌하여충돌된금속입자가순간적으로 ( 충격 ) 높은열이생성되어스파크가일어나는것. 충격 순조로운연쇄반응 순조로운연쇄반응 - 화학적반응의정촉매로서가연물이산소와반응하는점화원에의해불꽃연소, 분해연소, 증 발연소등순조롭게화학적연쇄반응을할수있는것 불꽃연소 ( 발염 ( 發炎 ) 연소, 확산연소, 혼합연소 ): 순조로운연쇄반응수반 - 가연물이탈때움직이는불의모습을갖는유염 ( 有炎 ) 연소 - 혼합연소 : 가스와공기를혼합하여연소 - 확산연소 : 가스와공기를미리혼합하지않고산소의공급을가스의확산에의하여주위의 공기와혼합하는연소. 프로판, 부탄, 등유, 경유등에서기체상태의연소로가스 가타는것 http://poleshift.ning.com/profiles/blog/show?id=3863141%3ablogpost%3a290405&commentid=3863141%3acomment%3a924996&xg_source=activity 작열 ( 灼熱 ) 연소 ( 표면연소, 응축 ( 凝縮 ) 연소, 무염 ( 無炎 ) 연소 ): 순조로운연쇄반응없는연소 - 휘발분이없는고체의열분해반응. 불씨는있지만불꽃이없는연소 - 물체의표면에서산소와직접반응하여연소하는형태. http://www.shutterstock.com/video/clip-5738171-stock-footage-closeup-view-of-burning-cigarette-in-time-lapse-hd.html 산화성고체가고온시표면에서결합이부서지는연소. - 4 -
숯 ( 목탄 ), 코크스, 금속분 ( 금속나트륨등 ), 활성탄, 담뱃불등, 향불, 아궁이재, 뜸쑥, 폭죽 http://cdn.wn.com/pd/01/c6/bef93d52c370d86e9a7eab5c1258_grande.jpg - 불꽃연소와작열연소를함께가지는것 : 나무, 종이, 짚, 솜뭉치등의고체 < 불꽃연소와작열연소의비교 > 구분 불꽃연소 작열연소 (=표면연소) 화재구분 표면에불꽃이있는표면화재 표면에불꽃이없는심부화재 방출열량 빠른속도. 많은시간당방출열량 느린속도. 시간당적은방출열량 연쇄반응 순조로운연쇄반응이일어난다. 순조로운연쇄반응이없음 소 화 연쇄반응억제에의한소화대책적당. 냉각 질식 제거의소화대책이적당 삼체 ( 三體 ) 의연소 기체의연소 - 공기중가연성가스가확산에의해혼합가스를생성하며연소하는현상 - 일반적으로예혼합연소, 확산연소, 폭발연소등으로구분 비혼합연소 : 예혼합연소와달리공기와혼합하지않고가연성가스만연소 - 예혼합 ( 豫混合 ) 연소 가연성물질과공기 ( 산소 ) 가미리혼합된상태에서점화에너지를제공하여연소. 분젠버너연소또는가솔린엔진등의연소 http://www.youtube.com/watch?v=zmtbmkjlujo - 확산 ( 擴散 ) 연소 가연성가스가공기를미리혼합하지않고가스레인지처럼산소의공급을가스주위에있는공기와혼합시켜연소. http://www.wpclipart.com/energy/oil_gas/natural_gas_burner.jpg.html 가연성기체가확산되면서타는연소. 메탄 수소 암모니아 CO 아세틸렌등 - 폭발연소 비정상연소. 가연성기체와공기의혼합가스가밀폐용기중에있을때점화되어폭발적으로타는것. 내연기관의폭발, 가솔린엔진등의폭발등. 에틸 메틸 아세틸렌용기내의연소 액체의연소 < 예혼합연소 > < 확산연소 > - 액체가연소하는것이아니라주로가열된액체에서발생된증기, 가스가연소하는형태 - 증발 ( 액면 ) 연소, 분해연소, 분무 ( 액적 ) 연소등 - 증발 ( 蒸發 ) 연소 : 일반적인연소형태로액체의연소가아니고가열된액체에서증발한증기가 액면에서연소하는것. 액면 ( 液面 ) 연소. 이황화탄소, 에테르, 아세톤, 휘발유, 알코올류, 등유, 경유등물보다비중이작은유류. https://www.youtube.com/watch?v=5gxh7wj37su&list=plmkpcc6-farrwcfppcosg2frtx1pm5jet&index=74 - 분해연소 : 점성이많거나또는휘발성이적은액체가연물이열분해에의해발생된가스가공 기와혼합하여연소. 중유 ( 벙커 C 유 ), 글리세린등, 비중이큰 3 석유류이상 - 분무 ( 噴霧 ) 연소 : 액체연료를분사하거나또는안개처럼미립화하여증발표면을증가시켜 연소. 액적 ( 液滴 ) 연소. 등심연소 : 석유스토브나램프처럼연료를심지로빨아올려심지표면에서증발하여연소 http://terms.naver.com/entry.nhn?docid=1085808&cid=40942&categoryid=32157-5 -
고체의 연소 - 분해연소, 표면연소, 증발연소, 자기연소(내부연소) 등으로 구분 - 증발연소 https://en.wikipedia.org/wiki/candle#mediaviewer/file:candle-calendar.jpg 고체가 증발하거나 열에 녹아 액체가 되어 가연성 증기(기체)와 공기의 혼합상태에서 의 연소 파라핀, 나프탈렌, 유황(황), 요오드, 고체알코올, 왁스, 장뇌 등의 연소 - 분해연소 http://stove.ru/index.php?lng=1&rs=168 불꽃연소의 한 형태로 가연성 고체가 뜨거운 열을 만나 으스러지면서 분해생성물이 공 기와 혼합기체를 만들어 연소하는 현상 목재, 종이, 석탄, 플라스틱, 고무류, 섬유류 등의 연소 - 표면연소 휘발성이 없는 고체가연물이 (열분해에 의하여 가연성가스를 발생하지 않고) 고온시 표면에서 공기가 접촉해 그 자체가 불꽃없이 연소하는 현상 숯(목탄), 코크스, 금속분 등의 연소 - 자기연소 분자 내 산소를 갖고 있어 외부의 산소공급없이 자기 내부의 연소형태를 갖는 현상. 5류 위험물(질산에스테류, 니트로셀룰로오스, 트리니트로톨루엔(TNT), 니트로글리세린, 트리니트로페놀, 셀룰로이드 등), 피크린산과 같은 물질의 연소 Homework P.150~151 문제 풀어서 제출할 것. 01 위험물의 성질과 상태를 구분(제1류 제6류)한 연결이 옳지 않은 것은? 2013 중앙 ① 2류 위험물 가연성 액체 ② 3류 위험물 자연발화성 및 금수성물질 ③ 5류 위험물 자기반응성물질 ④ 6류 위험물 산화성 액체 제2류 위험물은 가연성 고체에 해당된다.① - 6 -
02 연소란가연성물질이공기중에있는산소공급원과급격한반응을일으켜열과빛을내는발열산화반응에의해발생하는열에너지의도움으로자발적인연소반응이지속되는현상이다. 다음중연소의 3요소가아닌것은? 2013 전북 1 고체 2 조연성물질 ( 공기 ) 3 촉매 4 활성화에너지연소 3요소 : 가연물 ( 고체 ), 산소공급원 ( 공기, 조연성물질 ), 점화원 ( 활성화에너지 ) 이다. 3 03 다음의지문을읽고빈칸에들어갈알맞은단어를고르시오. 2012 소방위 연소란열과빛을발생하는급격한 ( ) 을말한다. 일반적으로연소가지속되기위해연소의 4 요소를적용하지만 ( ) 는연소의 3 요소만으로연소가진행된다. 1 연소현상 유염연소 2 산화반응현상 자기연소 3 분해연소현상 표면연소 4 산화반응현상 무염연소 4 04 연소를촉진시키는가연물의구비조건에대한설명으로옳지않은것은? 2013 중앙 1 발생하는열량이클것 2 비표면적이작을것 3 활성화에너지가작을것 4 열전도율이작을것 2 05 다음은연소에관한설명이다. 옳지않은것은? 2011 제주 1 연소란빛과발열반응을수반하는산화반응이다. 2 연소의 3 요소란가연물, 산소공급원, 점화원을말한다. 3 가연물, 산소공급원, 점화원, 연쇄반응까지를연소의 4 요소라한다. 4 산소는가연성물질로서많을수록연소를활성화시킨다. 06 자연발화를방지하는방법에대한설명으로옳지않은것은? 2011 서울 1 저장실의온도를낮게유지한다. 2 발열반응을일으키는정촉매물질을피한다. 3 습도가높은곳에물질을저장해야한다. 4 열이있는실내에공기유통을잘되게해서열을분산시킨다. 07 기체연소의분류에포함되지않는것은? 2013 전북 1 확산연소 2 폭발연소 3 예혼합연소 4 자기연소 08 고체물질이연소할때특징으로옳지않게연결된것은? 2013 광주 1 분해연소 종이, 석탄 2 자기연소 마그네슘 3 증발연소 파라핀 4 표면연소 목탄, 코크스 2 4 3 4 < 인화점, 연소점, 발화점 > 인화점 (Flash Point) 휘발성물질 ( 인화물질 ) 에불꽃을접하여발화될수있는최저온도 점화원접촉시연소를시작할수있는최저온도 외부의에너지인직접적인점화원에의하여주위에불꽃이일어날수있는최저온도 액체의경우연소범위의하부인화점 ( 연소범위하한계 ) 으로가연성액체의위험성의기준 ( 척도 ). < 액체가연물인화점 > 인화점 : 특수인화물 < 제 1 석유류 < 알코올류 < 제 2 석유류 < 제 3 석유류 < 제 4 석유류 < 동식물유류 ) - 7 -
연소점 (Fire Point) 인화점이후점화원제거후에도지속적인연소작용을일으킬수있는최저온도 액체는일반적으로인화점보다 10 이상높으며연소상태가 5초이상지속할수있는상태. 연소점은가연성증기의발생속도가연소속도보다빠른최저온도.( 증기발생속도연소속도 ) 기체의경우에는점화원과접촉시바로불이붙으므로인화점과연소점동일 < 액체가연물의연소점 ( 인화점과 10 정도차이 )> 가연물 연소점 ( ) 가연물 연소점 ( ) 에테르 -35 메틸알코올 21 ( 인화점 : 11) 가솔린 -10이하 ( 인화점 : -43~-20) 에틸알코올 23 ( 인화점 : 13) 아세톤 -8 40이상등류 ( 인화점 : -18) ( 인화점 : 30~60) 발화점 (Ignition Point, 착화점 ) 외부점화원접촉없이연소를시작할수있는최저온도 가연물을공기중에서가열했을때외부로부터점화되지않더라도그스스로발화하여연소를 일으키는최저의온도 발화점 = 착화점 = 자동발화점 = 자연발화점 인화점, 연소점보다훨씬더높은수십, 수백도온도. 발화점이낮아지는조건 - 직쇄탄화수소 : 계열의분자량이늘려질때또는탄소쇄의길이가늘여질때 - 분자구조가복잡할수록 http://blog.naver.com/postview.nhn?blogid=johnnys&logno=50091200746 - 압력, 화학적활성도가클수록 ( 산소의농도 친화력이클수록 ) - 발열량이클수록. 활성화에너지 열전도율이적을수록 - 금속의열전도율이낮을수록 < 가연물의발화온도 > 가연물 발화점 ( ) 가연물 발화점 ( ) 황린 (P : 3류위험물 ) 30 휘발유 (4류) 300 황화린 (P S :2류위험물) 100 석탄 350 이황화탄소 (4류) 100 목재 410 셀룰로이드 (5류) 180 산화에틸렌 430 아세트알데히드 (4류) 185 산화프로필렌 (4류) 450 적린 (2류) 260 코크스 500 최소발화에너지 (MIE) 에영향을주는인자 : 일반적연소조건 최소발화에너지 (Minimum Ignition Energy)= 발화화학반응에서활성화에너지에해당 온도가상승하면분자운동이활발하므로최소발화에너지는감소 압력이상승하면분자간의거리가가까우므로최소발화에너지는감소 농도 발열량 산소의분압이높아지면연소범위내에서최소발화에너지는감소 < 액체와고체의인화현상의일반적인차이점 > 구분 고체 액체 가연성가스공급 열분해과정 증발 인화에필요한에너지 크다 적다 - 8 -
연소의색깔과온도 물질이연소할때생성되는빛은물질의종류, 온도에따라약간차이 저온 ( 암적색 진홍색 적색 휘적색 주황색 황색 황적색 백적색 휘백색순서 ) 고온 < 연소의색깔과온도 > 색깔 온도 ( ) 색깔 온도 ( ) 담암적색 500 ( 주황색 ) 900~1,000 암적색 700~750 황색 1,050 ( 진홍색 ) 750 황적색 1,100 적색 850 백적색 1,300(1,200) 휘적색 950 휘백색 1,500 < 발열과온도 > 연소물질온도 ( ) 연소물질온도 ( ) 내화구조화재 900~1,100 가스불꽃 1,800 목재구조화재 1,100~1,300 전구필라멘트 2,100 복합화재 1,500~1,800 전기용접불꽃 3,000~4,000 알코올 1,700 아세틸렌꽃 3,300 01 다음중인화점이가장낮은가연물은무엇인가? 2014 119 구조대시험 1 가솔린 2 메틸알코올 3 등유 4 글리세린 1 02 다음중점화에너지와접촉할때연소를시작할수있는최저온도는? 2011 제주 1 인화점 2 발화점 3 연소점 4 착화점 1 03 다음중연소의색상과온도로옳지않은것은? 2013 경기 1 암적색 700 2 휘적색 950 3 백적색 1,100 4 휘백색 1,500 3 04 점화에너지에따른연소의분류중발화점의설명으로옳은것은? 2013 전북 1 물질이외부의점화원의접촉이없어도연소를시작할수있는최저온도이다. 2 물질이외부점화원과접촉하면연소를시작할수있는최저온도이다. 3 인화점이후점화원을제거해도지속적인연소작용을일으키는최저온도이다. 4 물질이내부의점화원접촉없이연소를시작할수있는최저온도이다. 05 최소발화에너지에영향을주는인자에대한설명으로틀린것은? 2007 대구 1 온도가높으면분자운동이활발해져서연소할때필요한발화에너지가적어진다. 2 압력이높아지면분자간의거리가가까워져서발화에너지가적어진다. 3 물질내열전도율이적으면열축적이용이하여발화에너지가적어진다. 4 가연성가스의농도가연소범위보다낮아지면발화에너지가적어진다. 06 다음중물질이연소할때온도에따른색깔로틀린것은? 2010, 2013 광주 1 암적색 700 2 적색 850 3 황적색 1,100 4 휘백색 1,300 07 다음중가연물이연소할때낮은온도에서높은온도의순서로맞는것은? 2010 인천 1 연소점발화점인화점 2 발화점연소점인화점 3 인화점발화점연소점 4 인화점연소점발화점 4 08 다음중가연성가스의발화점에영향을주는요인이가장아닌것은? 2008 경북 1 가연성가스의비중 2 가열시간 3 발화원의종류 4 가연성가스와공기의혼합비 1 09 고체, 액체, 기체의물질중에서가연성액체의위험도기준은무엇인가? 2013 전북 1 연소점 2 연소범위 3 인화점 4 발화점 3 1 4 4 연소범위 ( 가연범위, 폭발범위 )p.170-9 -
공기중에서가연성기체가연소할수있는농도범위 일반적으로가스압력이높아지면상한계값이커지며하한계값은크게변하지않음 연소범위는압력이낮아지면연소 ( 폭발 ) 범위는좁아지고압력을대기압 (1기압, 상압 ) 이상으로증가시키면일반적으로연소범위는넓어짐. 예외 : 일산화탄소 (CO) 는압력이증가하면연소범위는좁아짐. 예외 : 수소 (H 2 ) 의연소범위는압력이낮거나높을때일시적으로좁아짐 연소범위상 하한계 연소범위란가연성가스가화재를일으킬수있는위험성의기준 ( 척도 ) 아세틸렌연소의범위가 2.5~81% 일때, 낮은쪽의한계치 (2.5%) 를하한계 (L), 높은쪽의한계치 (81%) 를상한계 (U) 라함. 연소범위의하한계 ( 치 ): 가연물질이증발되어하한계농도에도달하는온도가인화점!! < 공기중가연물의연소범위순서 > 가연물 연소범위 (%) 상 하한폭 위험도 가연물 연소범위 (%) 상 하한폭 위험도 아세틸렌 2.5~81 78.5 31.4 에틸알코올 3.5~20 16.5 4.7 산화에틸렌 3~80 77 25.7 시안화수소 12.8~27 14.2 1.1 수 소 4~75 71 17.8 암모니아 15~28 13 0.9 일산화탄소 12.5~75 61.5 4.92 아세톤 2~13 11 5.5 아세트알데히드 4~57 53 13.3 메탄 5~15 10 2 ( 에틸 ) 에테르 1.9~48 46.1 24.3 에탄 3~12.4 9.4 3.1 이황화탄소 1.2~44 42.8 35.7 프로판 2.1~9.5 7.4 3.5 황화수소 4.3~45 40.7 9.5 부탄 1.8~8.4 6.6 3.7 에틸렌 3~36 33 10 노말-헥산 1.2~7.5 6.3 5.3 메틸알코올 7~37 30 4.3 가솔린 1.4~7.6 6.2 4.4 산화프로필렌 2~22 20 10 벤젠 1.4~7.1 5.7 4.1 위험도 상한계 하한계 위험도 = 하한계 연소범위 (Flammable Range) 의특성 - 연소범위의상한계값이높을수록위험도증가 - 연소범위의하한계값이낮을수록위험도증가 - 연소범위의폭이넓을수록위험도증가 - 불활성가스를첨가할수록연소범위는감소. < 위험도계산예 > 이황화탄소 (1.2~44) 아세틸렌 (2.5~81) 산화에틸렌 (3~80) 가연성물질의위험도기준 가연성기체 : 연소범위기준 가연성액체 : 인화점기준 - 10 -
< 공기중가연물의위험도순 > 가연물 연소범위 위험도 가연물 연소범위 위험도 이황화탄소 1.2~44 35.7 일산화탄소 12.5~75 4.9 아세틸렌 2.5~81 31.4 휘발유 1.4~7.6 4.4 산화에틸렌 3~80 25.6 벤젠 1.4~7.1 4.07 ( 에틸 ) 에테르 1.9~48 24.3 부탄 1.8~8.4 3.7 수소 4~75 17.6 프로판 2.1~9.5 3.5 에틸렌 2.7(3)~36 12.3 에탄 3~12.4 3.1 산화프로필렌 2~22 10 메탄 5~15 2 시안화수소 12.8~27 1.1 암모니아 15~28 0.87 < 연소이론 > 연소에너지 가연물질이공기중의산소와화학반응하기위해서필요한활성화에너지 ( 최소점화에너지 ) 점화에너지 = 점화원 = 발화원 = 최소착화에너지 연소공기량 이론산소량 : 가연물질이연소하기위해서필요한최소의산소량 이론산소량 이론공기량 이론공기량 : 가연물질이연소하기위해서이론적으로산출되는한공기량 이론공기량 이론공산소량 실제공기량 : 가연물질이실제로연소하기위해서사용되는공기량 ( 실제공기량 > 이론공기량 ) 과잉공기량 : 실제공기량에서이론공기량을차감해서산출한공기량 공기비 (m): 실제공기량을이론공기량으로나눈값. 실제공기량공기비 = 이론공기량 - 기체가연물질공기비 : 1.1~1.3 - 액체가연물질공기비 : 1.2~1.4 - 고체가연물질공기비 : 1.4~2.0 불완전연소원인 ᄀ공기 ( 산소 ) 공급량이부족할때 ᄂ가스의조성이균일하지못할때 ᄃ주위의온도가너무낮을때 ᄅ환기또는배기가잘되지않을때 ᄆ노즐의분무상태가나쁠때 ᄇ공급연료가많아상태가불안정할때 연소속도에영향을미치는요인ᄀ가연물의온도, 압력, 촉매ᄂ산화반응을일으키는속도ᄃ산소의농도에따라가연물질과접촉하는속도등가연물이완전연소되지못하는원인으로옳지않은것은? 1 공급되는공기의양이부족할때 2 연소생성물의배기량이불량할때 3 공급되는가연물의양이많을때 4 주위의온도가너무높을때 4-11 -
르샤틀리에의법칙 - 혼합가스의폭발범위 ( 대개하한계 ) 를구하는방법 - : 구하고자하는혼합가스의연소한계 (%) 각가연성가스의폭발하한계 (%) : 각가연성가스의혼합비율 예, LPG 는프로판 70V%, 부탄 20V% 및에탄 10V% 로구성되었으며프로판, 부탄, 에탄폭발하한 계값은 2.1V%, 1.8V%, 3.0V% 이다. 이 LPG 의폭발하한계값은? 풀이 ) < 연소방정식 > 탄소, 수소, 산소 x, y, z 개로구성된가연물의완전연소반응식 - C x H y O z a O b CO c H O C: x = b H: y =2c, c= y/2 O: z+2a = 2b + c, C x H y O z x y z O x CO y H O - 일반적으로공기의양이부족하면불완전연소하여일산화탄소 (CO) 가발생 - 완전연소시키면이산화탄소 (CO 2 ) 와수증기 (H 2 O) 가발생 탄화수소계가연성가스 1 완전연소식 메탄 : CH + O CO H O ( 산소 2 필요 ) 에탄 : C H + O CO H O ( 산소 3.5 필요 ) 프로판 : C H + O CO H O ( 산소 5 필요 ) 부탄 : C H O CO H O ( 산소 6.5 필요 ) 산소필요량 : 가스량 연소반응식중의산소양론계수 공기 - 공기중에는산소 21V% 포함 - 연소에필요한산소의주공급원 - 공기의조성 성분 부피 %(v/v) 중량 %(w/w) 성분 부피 %(v/v) 중량 %(w/w) 질소 78.03 78.51 이산화탄소 0.03 0.04 산소 20.99 23.15 기타 ( 아르곤, 크립톤, 크세논등 ) 0.95 1.30 탄화수소계가연성가스의산소필요량, 공기필요량 산소필요량 - 공기필요량 : 공기중산소비율 1 메탄 (CH 4 ) : CH + O CO H O ( 메탄 (CH 4 ) 1 당산소 (O 2 ) 2 필요, 공기는 필요 ) (CH 4 5%( 연소하한계 ) 존재시 O 2 농도 10%(=5% 2) 필요 ) - 12 -
2 에탄 : C H + O CO H O ( 산소 3.5 필요 ) ( 에탄 (C H ) 1 당산소 (O 2 ) 3.5 필요, 공기는 필요 ) ( 에탄 (C H ) 3%( 연소하한계 ) 존재시 O 2 농도 10.5%(=3% 3.5) 필요 ) 3 프로판 (C 3 H 8 ) : C H + O CO H O (C 3 H 8 1 당 O 2 5 필요, 23.8부피의공기필요 ) (C 3 H 8 2.1%( 연소하한계 ) 존재시 O 2 농도 10.5%(=2.1% 5) 필요 ) 4부탄 (C 4 H 10 ) : C H O CO H O (C 4 H 10 1 당 O 2 6.5 필요, 30.95 부피의공기필요 ) (C 4 H 10 1.8%( 연소하한계 ) 존재시 O 2 농도 11.7%(=1.8% 6.5) 필요 ) 최소산소농도 (MOC : Minimum Oxygen Concentration, 임계산소농도 ) - MOC : 화염이전파되기위해서연소에필요한최소한의산소농도 - 산소농도를 MOC 이하로유지하면연소억제가능 < 산소의몰수와연소범위 > 가연성가스 분자식 연소범위 (%) 산소의몰수 ( 산소양론계수 ) 최소산소농도 메탄 CH 5~15 2O 2 5=10% 에탄 C H 3~12.5 3.5O 3 3.5=10.5% 프로판 C H 2.1~9.5 5O 2.1 5=10.5% 부탄 C H 1.8~8.4 6.5O 1.8 6.5=11.7% 산화 ( 酸化 -oxidation) 와환원 ( 還元 -reduction) - 산화 ( 산화반응 ) 물질이산소와화합하거나수소를잃는반응 원자, 분자, 이온따위가전자를잃는반응 불에타거나녹이슬거나하는반응 - 환원 ( 환원반응 ) 어떤물질이산소를잃거나외부에서수소를흡수하는반응 산화물에서산소가빠지거나산화물이수소와화합하는반응 원자, 분자, 이온따위가전자를받아들이는반응 - 산화제 (oxidizing agent) 산화환원반응에서전자를받아들이는물질. 자신은환원되는물질 산소 오존 (O 3 ) 질산 과산화수소 크롬산 염소산 진한황산, 이산화망간등 - 환원제 산화환원반응에서전자를주는물질 각종가연물질, 수소, 탄소, 아연등... < 산화반응과환원반응비교 > 구분 산화수 산소 (O) 수소 (H) 전자 (e) 산화 (oxidation) 반응 증가 결합할때 잃을때 잃을때 환원 (reduction) 반응 감소 잃을때 결합할때 얻을때 - 13 -