丁寧に学ぶエネルギー管理士試験対策 課目Ⅲ燃焼計算 from IT入門チャンネルaki@youtube

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【C#講座】
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～応用編（再生リスト参照）～
1⃣オブジェクト指向（初級）　2⃣関数編　3⃣構造体　4⃣vector編

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【ITエンジニア入門講座　再生リスト】
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■サーバ・Linux技術
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■テクノロジー解説
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【CFD理論解説】
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Transcript

2. IT入門チャンネルでは他にプログラミング等の IT知識を提供しています。
3. 重要な数値 原子量 空気（体積比） 窒素 79% 酸素 21% 理想気体の性質 体積基準で計算するのが一般的 1 kmol = 22.4 Nm3 = 22.4 m3 @0℃,1気圧 圧力 体積 質量 気体定数 R=8.314[J/mol K] 温度
4. 燃焼反応式 例：メタンが酸素と反応して、CO2と水を生成 1molのメタンが燃焼して放出される 反応エンタルピー（ー：発熱） ①初期と最終状態の生成物を表している ②原子の種類と数が保存 されていること ③CO2とH2Oの生成が基本
5. 理論酸素量 燃料が完全燃焼（COやススを生じず、CO₂とH₂Oのみ生成）するために 必要な最小限の酸素量 理論空気量 理論酸素量を供給するのに必要な空気の量。 空気中の酸素濃度は約21%（体積比） 過剰空気量 理論空気量を超えて供給された空気の量 過剰空気率 で評価することもある 空気比[ ] 理論空気量に対する実際の空気供給量の比率 空気量 排ガス中の酸素体積 %
6. 湿り排ガス量 燃焼により発生したすべての排ガス成分を含む全体のガス量。実際の排ガス。 空気比が1の場合は、理論湿り排ガス量 と呼ぶ 乾き排ガス量 排ガスから水蒸気（H₂O）を除いた部分のガス量。分析では乾き排ガス基準。 空気比が1の場合は、理論乾き排ガス量 と呼ぶ ＝（供給した空気）ー（燃焼で使用した酸素）＋（その他成分）ー（水分） 例：メタンを 1mol 燃焼したとき （O2残存量）＝（供給空気量）ー（消費したO2量） 排ガス量 ※必ず理論空気量よりも 　多い空気量で燃焼させる
7. 燃焼計算の前提知識 例：メタンが酸素と反応して、CO2と水を生成 1 kmol 2 kmol 1 kmol 2 kmol 1×22.4 m3 2×22.4 m3 1×22.4m3 2×22.4m3 燃焼計算ではkmolを使用 体積だとmolと比率は同じ 1×16 kg 2×32 kg 1×44 kg 2×18 kg 質量だと分子量に依存する ※空気による燃焼として考える場合は 　反応式では書いていないN2に注意 　（排ガスとして含まれる）
8. 燃料と生成物 燃料と反応式 生成物
10. 燃焼計算の例 例：プロパンが酸素と反応して、CO 2 と水を生成 ①C原子が３個→CO 2 も３個（b=3） ②Hが８個→H 2 Oで計8個（c=4） ③Oは計10個（3CO 2 +4H 2 O）→5O2（a=5） 必ず燃料の係数は 1 にする （他の係数が小数点になっても気にしない） ※化学反応式では下記は必須知識 　炭素が含まれる：C → CO 2 　水素が含まれる：H → H 2 O 　硫黄が含まれる：S → SO 2
11. 燃焼計算の例 C3H8 1 kmolに対して 160kg のO2が必要 理論酸素量（体積） 理論酸素量（質量） 理論空気量（体積） 理論空気量（質量）
12. 燃焼計算の例 湿り排ガス量 ⇐燃焼空気のN2は残って排ガスになる 　（18.8はO2との空気成分比 5mol×79%/21% 　　から計算） ⇐これを引いたら乾き排ガス量
13. 燃焼計算の基本 乾き排ガス中のCO2濃度 湿り排ガス量 湿り排ガス中のCO2濃度 水分が追加される
14. 混合気体の計算 例：メタン50molと水素50molの混合気体の燃焼（割合で表される場合も多い） 理論空気量 排ガス ※kmol換算
15. 燃焼計算のステップ
17. 燃焼計算のステップ
18. 例１：プロパンの完全燃焼 理論排ガス量 窒素79% / 酸素21% 空気比 より 18.8 mol より
19. 例１：プロパンの完全燃焼 理論排ガス量 窒素79% / 酸素21% 空気比 より 18.8 mol より
20. 例１：プロパンの完全燃焼 空気比
21. 例２：アンモニアの完全燃焼 理論酸素量 乾き排ガス 燃焼ガスを1molで計算する 理論空気量 実際のO2供給量 x
22. 例２：アンモニアの完全燃焼 燃焼ガスを1molで計算する 空気比 乾き排ガス量 湿り排ガス量 実際のO2供給量 x
23. 例３：水素とメタンの混合気の完全燃焼 理論酸素量 乾き排ガス量 窒素79% / 酸素21% 実際の供給酸素量 x がないと 計算できない
24. 例３：水素とメタンの混合気の完全燃焼 空気比
25. 例３：水素とメタンの混合気の完全燃焼 湿り排ガス量 乾き排ガス量
27. 固体・液体の燃焼計算 気体は体積がmol比と同じであったため、計算がしやすかった 一方で固体・液体では燃料を1kgあたり（質量比） で表示する ・理論空気量　　A 0 [Nm 3 / kg] ・乾き排ガス量　G [Nm 3 / kg] ・湿り排ガス量　G’ [Nm 3 / kg] 必要酸素量 生成CO2 O 2 もCO 2 もどちらも 1 kmolなので同じ体積 理論空気量 ※分子量12より、炭素は 1 kmolで12kg
28. 燃焼計算の前提知識 1 / 12 kmol 1 / 12kmol 1 / 12 kmol 1/12×22.4 m3 1/12×22.4 m3 1/12×22.4m3 質量 / 分子量でkmolを算出 体積はkmolと比率は同じ 1 kg X kg XX kg 燃料の質量は既知 ・O2の質量は、1/12*(16*2)=2.664 kg ・CO2の質量は、1/12 * (12+16*2)=3.664 kg 基本的に少数以下 は無視
29. 固体・液体の燃焼計算 質量当たりで考えるため、 原子量が重要 基本的に少数以下 は無視 酸素の空気質量比 各原子質量に対する O 2 割合を計算 必要酸素量 理論空気量 ※質量比 燃料に含まれるO 2 分は必要酸素から引く
30. 固体・液体の燃焼計算 ※質量比 物質量 排ガス量[Nm3]
31. 各元素1kg当たりの生成物質体積 ①反応式の各元素の数を確認 ②1kg→Nm3に変換（1 / モル質量 × 1kmol当たりの体積） 必要酸素量では、H 1個に対してO2が4個（排ガスだとここが異なるので注意） ※Nは酸素不要（反応しない）
32. 理論空気量の体積/質量換算 必要な理論酸素の モル数 [kmol] 理論酸素量　質量 [kg] 理論酸素量　体積 [Nm3] 理論空気量　質量 [kg] 理論空気量　体積 [Nm3] 燃料に含まれるO 2 分は必要酸素から引く ※燃料1kg当たり
33. 理論空気量の体積/質量換算 必要な理論酸素の モル数 [kmol] 乾き排ガスのモル数合計 [kmol] ※燃料1kg当たり 湿り排ガスのモル数合計 [kmol] 乾き排ガス量　体積 [Nm3] 乾き排ガス量　体積 [Nm3] 余剰O 2 燃料のN2分(N=14, N 2 =28) 燃焼空気のN2分 水素は水蒸気になるため、湿り排ガス ※必要酸素では H/4、排ガスではH/2 燃料水分 H2O
34. 燃焼計算のステップ
36. 燃焼計算のステップ
37. 例１：セルロースの完全燃焼 セルロース1kgの完全燃焼計算 理論酸素量 [m3] 酸素のmol比 理論空気量 [m3] セルロースmol質量 [kmol] セルロースの分子量 [kg/kmol]
38. 例１：セルロースの完全燃焼 セルロース1kgの完全燃焼計算 理論排ガス量 [m3] 空気中の酸素に対する窒素の割合 理論酸素量 湿り排ガス量 [m3] 乾き排ガス量 [m3]
39. 例２：石炭の燃焼 下記組成の石炭1kgの燃焼計算 理論酸素量 [m3] 理論空気量 [m3]
40. 例２：石炭の燃焼 下記組成の石炭1kgの燃焼計算 排ガス量 [m3] × 1 kmolの空気量22.4 m3 湿り排ガス量 [ m3 ] ※H2Oを除いたら乾き排ガス
41. 例３：軽油の燃焼 軽油1kgの燃焼計算 理論酸素量 [m3] 理論空気量 [m3] ※乾き排ガス中のCO2濃度は12%
42. 例３：軽油の燃焼 軽油1kgの燃焼計算 理論乾き排ガス量 [m3] 理論湿り排ガス量 [m3] ※乾き排ガス中のCO2濃度は12%
43. 例３：軽油の燃焼 軽油1kgの燃焼計算 空気比（実乾き排ガス中） 理論乾き排ガス量 [m3] 実乾き排ガス中のO2濃度 実乾き排ガス中のSO2濃度 硫黄分 S[kmol] ※乾き排ガス中のCO2濃度は12%