계산

Jones 식 (폭발범위 추정)

LFL = 0.55 × Cst, UFL = 3.5 × Cst

핵심 공식 / 정의

Jones 식 — 화학양론 조성(Cst)으로 폭발(연소)범위를 추정.

LFL=0.55×Cst,UFL=3.5×CstLFL = 0.55 \times C_{st}, \qquad UFL = 3.5 \times C_{st}

대표 계산 — 부탄(C₄H₁₀).

nO2=6.5⇒Cst=1001+4.773×6.5≈3.1⇒LFL=0.55×3.1≈1.7 vol%n_{O_2} = 6.5 \Rightarrow C_{st} = \frac{100}{1+4.773 \times 6.5} \approx 3.1 \Rightarrow LFL = 0.55 \times 3.1 \approx 1.7\,\text{vol\%}

에틸렌(C₂H₄): n_O₂ = 3 → Cst ≈ 6.5 → LFL ≈ 3.6 vol%.

⚠️ 함정 주의: 0.55(하한)와 3.5(상한)의 교차 대입이 대표 오답. Jones식은 추정식 — 실측값과 다를 수 있다는 단서(“추산한다”)가 문제에 명시됨. Cst 단계의 산소양론계수 오류가 최종 답을 벗어나게 하는 주 원인.

단위·기호 해설

기호명칭값주의점
LFL(L)폭발하한계0.55 Cstvol%
UFL(U)폭발상한계3.5 Cstvol%
Cst화학양론 조성선행 계산완전연소 챕터 참조

해석 / 의미

  • 물리적 의미 — 하한계는 양론 농도의 약 절반(연료 부족 한계), 상한계는 약 3.5배(산소 부족 한계)라는 경험적 규칙
  • MOC 결합형이 최근 패턴 — Jones로 LFL 추산 → MOC = LFL × 산소양론계수의 2단 구조
  • 실측값이 주어지면 실측 우선 — Jones식은 “실험값이 없을 때”의 추정 도구라는 위상까지 출제됨

기출 출제 이력

2020~2022년 기출 4회 · 3개 연도

출제 경향 — Cst 계산 후 0.55배로 하한계를 구하는 2단 계산형이 표준. 부탄·에틸렌·프로판이 단골 소재.

2022년 4월 시험 · 83번
폭발한계와 완전 연소 조정 관계인 Jones식을 이용하여 부탄(C₄H₁₀)의 폭발하한계를 구하면 몇 vol% 인가?
  1. ① 1.4
  2. ② 1.7
  3. ③ 2.0
  4. ④ 2.3
2021년 8월 시험 · 94번
에틸렌(C2H4)이 완전연소하는 경우 Jones식을 이용하여 계산할 경우 연소하한계는 약 몇 vol%인가? (Jones식: LFL = 0.55 × Cst)
  1. ① 0.55
  2. ② 3.6
  3. ③ 6.3
  4. ④ 8.5
2020년 8월 시험 · 96번
탄화수소 증기의 연소하한값 추정식은 연료의 양론농도(Cst)의 0.55배이다. 프로판 1몰의 연소반응식이 다음과 같을 때 연소하한값은 약 몇 vol%인가? C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
  1. ① 2.22
  2. ② 4.03
  3. ③ 4.44
  4. ④ 8.06
2020년 6월 시험 · 97번
프로판(C₃H₈)의 연소에 필요한 최소 산소농도의 값은 약 얼마인가? (단, 프로판의 폭발하한은 Jone식에 의해 추산한다.)
  1. ① 8.1%v/v
  2. ② 11.1%v/v
  3. ③ 15.1%v/v
  4. ④ 20.1%v/v

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