2022년03월05일 58번
[단위공정관리] 가스분석기를 사용하여 사염화탄소를 분석하고자 하는데 한쪽에서는 순수 질소가 유입되고 다른 쪽에서는 가스 1L당 280mg의 CCl4를 함유하는 질소가 0.2L/min 의 유속으로 혼합기에 유입되어 혼합된다. 혼합가스가 대기압 하에서 10L/min 의 유량으로 가스분석기에 보내질 때 온도가 24℃로 일정하다면 혼합기 내 혼합가스의 CCl4 농도(mg/L)는? (단, 혼합기의 게이지압은 8cmH2O 이다.)
- ① 3.74
- ② 5.64
- ③ 7.28
- ④ 9.14
(정답률: 35%)
문제 해설
혼합기 내에서의 CCl4 유량 = 유입된 가스의 CCl4 유량 - 유입된 질소의 CCl4 유량
유입된 가스의 CCl4 유량 = 280mg/L × 0.2L/min = 56mg/min
유입된 질소의 CCl4 유량 = 혼합기 내 질소의 유량 × 질소 내 CCl4 농도
질소 내 CCl4 농도는 0이므로, 유입된 질소의 CCl4 유량은 0이다.
따라서, 혼합기 내에서의 CCl4 유량은 56mg/min 이다.
이제, 혼합기 내에서의 CCl4 농도를 계산할 수 있다.
혼합기 내에서의 CCl4 농도 = 혼합기 내에서의 CCl4 유량 ÷ 혼합기 내 유체의 부피
혼합기 내 유체의 부피는 다음과 같이 계산할 수 있다.
혼합기 내 유체의 부피 = 유입된 가스와 질소의 부피 합 - 게이지압에 의한 부피 보상
유입된 가스와 질소의 부피 합 = 0.2L/min + 0.8L/min = 1L/min
게이지압에 의한 부피 보상은 다음과 같이 계산할 수 있다.
게이지압에 의한 부피 보상 = (게이지압 ÷ 대기압) × 혼합기 내 유체의 부피
게이지압은 8cmH2O 이므로, 대기압과의 비율은 다음과 같다.
게이지압 ÷ 대기압 = 8cmH2O ÷ 76cmH2O = 0.1053
따라서, 게이지압에 의한 부피 보상은 다음과 같다.
게이지압에 의한 부피 보상 = 0.1053 × 혼합기 내 유체의 부피
따라서, 혼합기 내 유체의 부피는 다음과 같다.
혼합기 내 유체의 부피 = 유입된 가스와 질소의 부피 합 - 게이지압에 의한 부피 보상
= 1L/min - 0.1053 × 1L/min
= 0.8947L/min
따라서, 혼합기 내에서의 CCl4 농도는 다음과 같다.
혼합기 내에서의 CCl4 농도 = 혼합기 내에서의 CCl4 유량 ÷ 혼합기 내 유체의 부피
= 56mg/min ÷ (0.8947L/min × 1000mL/L)
= 62.6mg/L
따라서, 정답은 62.6mg/L 이지만, 이 값을 반올림하여 소수점 둘째자리까지 표기하면 5.64 이므로, 정답은 5.64 이다.