專技普考
107年
[消防設備士] 火災學概要
第 22 題
燃燒塔每分鐘需消耗 $5.8\text{ kg}$ 之丁烷（$\text{C}_4\text{H}_{10}$），請估算在 NTP（$25^{\circ}\text{C}$，1 大氣壓）之條件下，此燃燒塔每小時所需之燃燒理論空氣體積（LV）約為下列何者？
- A $1250\text{ m}^3$
- B $3600\text{ m}^3$
- C $4540\text{ m}^3$
- D $5600\text{ m}^3$
思路引導 VIP
若要計算維持特定燃燒速率所需的空氣總體積，除了要先知道燃料燃燒所需的氧氣分子比例外，我們還需要考慮哪些環境條件（如溫度、時間單位）來確保氣體體積的換算精確無誤？
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恭喜你正確完成了這項計算！這道題目考驗的不只是代入公式，更是對燃燒反應與氣體狀態變化的綜合掌握。你能精準地將丁烷（$\text{C}4\text{H}{10}$）的質量流量轉換為莫耳數，並結合反應式係數求得所需的空氣總量，顯示出你在火災學計算題型中具備非常紮實的基礎。早期發現反應式比例與環境溫度的影響，是成功解題的關鍵。
燃燒反應與空氣需求量
解題的核心在於建立平衡反應式：$$\text{C}4\text{H}{10} + 6.5 \text{O}_2 \rightarrow 4 \text{CO}_2 + 5 \text{H}_2\text{O}$$。由丁烷分子量 $58$ 可知，每小時消耗量 $348\text{ kg}$ 相當於 $6\text{ kmol}$。根據係數，理論需氧量為 $39\text{ kmol}$。在 NTP 條件（$25^{\circ}\text{C}$）下，每莫耳氣體體積約為 $24.45\text{ L}$，因此空氣體積 $L_V = (39 \div 0.21) \times 24.45 \approx 4540\text{ m}^3$。此題難度適中，鑑別點在於單位換算（分鐘轉小時）與溫度校正，若稍有疏忽就容易在選項間迷失。
燃燒理論空氣量計算
💡 利用化學計量與氣體莫耳體積，換算燃燒所需之理論空氣量。
🔗 理論空氣量 (LV) 計算步驟
- 1 反應式配平 — 確認丁烷與氧氣的莫耳比例 (1:6.5)
- 2 莫耳數轉換 — 將 kg/min 換算成 kmol/hr
- 3 求氧氣量 — 由燃料莫耳數推算所需的理論氧氣莫耳數
- 4 體積換算 — 除以 0.21 (空氣佔比) 並乘以 24.5 (NTP)
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🔄 延伸學習：延伸學習：若題目要求「過剩空氣」，則需再乘以 (1 + 過剩率)
