Коэффициент избытка воздуха

Объём воздуха, участвующего в процессе горения 1 м³ аммиака, определим из формулы (1.1.7)

м³/м³.

Пример 7. Определить объём окислительной среды, состоящей из 60% О₂ и 40% N₂, необходимый для горения 1 кг изоприлового спирта, если её температура равна 295 К, давление 62,0 кПа.

Решение.

Так как окислительная среда отличается по составу от воздуха, определим по формуле (1.1.1) объёмное соотношение кислорода и азота 40:60=0,67.

Уравнение реакции горения изоприлового спирта

Теоретический объём окислительной среды при нормальных условиях рассчитаем по формуле (1.1.3,б). Молекулярная масса горючего равна 60,

м³/кг.

Объём окислительной среды при заданных условиях горения определим из формулы (1.1.6)

м³/кг.

Пример 8. Определить массу динитротолуола, сгоревшего в герметичном объёме 100м³, если содержание кислорода в продуктах горения составило 12%.

Решение.

Так как в продуктах горения содержится кислород, то горение протекало в избытке воздуха, коэффициент избытка определим по формуле(1.1.10).

.

Молекулярная масса горючего равна 183. Теоретический объём воздуха

м³/кг.

Теоретический объём продуктов горения (формула 1.1.15)

м³/кг,

.

Практический объём воздуха, пошедший на горение

м³/кг.

Тогда массу сгоревшего динитротолуола М_г определим из соотношения

м³- полный объём помещения

кг.

Задание на самостоятельную работу

Задача 1: Рассчитать теоретически необходимое количество воздуха для сгорания m кг вещества при Т=... и Р=.... (жидкость)

Задача 2: Рассчитать теоретически необходимое количество воздуха для сгорания V м³ горючего газа

1.2. Расчёт объёма и состава продуктов горения

С целью упрощения расчёта все горючие вещества разделены на три типа: индивидуальные, сложные, смеси горючих газов (табл. 1.2.1).

Таблица 1.2.1

Тип горючего вещества	Расчетные формулы	Размерность
Индивидуальное вещество	(1.2.1) (1.2.2)
Вещество сложного состава	(1.2.3) (1.2.4) (1.2.5) (1.2.6)
Смесь газов	(1.2.7) (1.2.8)

Здесь -теоретический объём продуктов горения; -количество i-го продукта горения в уравнении реакции, кмоль; -количество горючего, кмоль; -объём 1 кмоля газа; -молекулярная масса горючего; -объём i-го продукта реакции; C, H, S, O, N –содержание соответствующих элементов (углерода, водорода, серы, кислорода и азота) в горючем веществе, % вес; -содержание i-го горючего компонента в газовой смеси, %об.; - содержание i-го негорючего компонента в составе газовой смеси, % об.

Практический (полный) объём продуктов горения состоит из теоретического объёма продуктов горения и избытка воздуха

(1.2.9)

или

(1.2.10)

Состав продуктов горения, т.е. содержание i-го компонента определяется по формуле

(1.2.11)

где - содержание I - го компонента в продуктах сгорания, % об.;

- объём I - го компонента, м³, кмоль;

- полный объём продуктов горения, м³, кмоль.

При горении в избытке воздуха в продуктах горения содержится кислород и азот

(1.2.12)

(1.2.13)

где -теоретический объём азота в продуктах горения, м³, кмоль.

(1.2.14)

Примеры

Пример 1. Какое количество продуктов горения выделится при сгорании 1м³ ацетилена в воздухе, если температура горения составила 1450 К.

Решение.

Горючее-индивидуальное химическое соединение (формула 1.2.1). Запишем уравнение химической реакции горения

C₂H₂+ O₂+ N₂=2CO₂+H₂O+ N₂

Объём продуктов горения при нормальных условиях

м³/м³

Объём продуктов горения при 1450 К

м³/м³

Пример 2. Определить объём продуктов горения при сгорании 1 кг фенола, если температура горения 1200 К, давление 95000 Па, коэффициент избытка воздуха 1,5.

Решение.

Горючее-индивидуальное химическое соединение(формула 1.2.2). Запишем уравнение химической реакции горения

C₆H₅OH+ O₂+ N₂=6CO₂+3H₂O+ N₂

Молекулярная масса горючего 98.

Теоретический объём продуктов горения при нормальных условиях

м³/кг

Практический объём воздуха при нормальных условиях

м³/кг

Объём продуктов горения при заданных условиях

м³/м³

Пример 3. Определить объём продуктов горения при сгорании 1 кг органической массы состава: С-55%, О-13%, Н-5%, S-7%, N-3%, W 17%, если температура горения 1170 К, коэффициент избытка воздуха – 1.3.

Решение.

Горючее вещество сложного состава (формулы 1.2.3 - 1.2.6). Теоретический состав продуктов горения при нормальных условиях

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Полный теоретический объём продуктов горения при нормальных условиях

=1+0,8+0,05+4,7=6,55 м³/кг

Практический объём продуктов горения при нормальных условиях

=6,55+0,269 (1,3-1)=6,55+1,8=8,35 м³/кг

Практический объём продуктов горения при температуре горения

= м³/кг.

Пример 4. Рассчитать объём продуктов горения при сгорании 1м³ газовой смеси, состоящей из С₃Н₆-70%, С₃Н₈-10%, СО₂-5%, О₂-15%, если температура горения 1300 К, коэффициент избытка воздуха – 2,8. Температура окружающей среды 293 К.

Решение.

Горючее - смесь газов (формула 1.2.7).

Объём продуктов горения определяется по формуле (1.2.8)

м³/м³

м³/м³

Так как газовая смесь содержит в составе кислород, он будет окислять часть горючих компонентов, следовательно, понизится расход воздуха (формула 1.1.5).

В этом случае теоретический объём азота удобнее определять по формуле (1.2.14)

м³/м³

Теоретический объём продуктов горения

м³/м³

Практический объём продуктов горения

Объём продуктов горения при температуре 1300 К

м³/м³.

Пример 5. Определить состав продуктов горения метилэтилкетона.

Решение.

При такой постановки задачи рационально определить непосредственно из уравнения горения объём продуктов в кмолях, выделившихся при сгорании 1 кмоля горючего

,

кмоля; кмоля; кмоля; кмоля.

По формуле (1.2.11) находим состав продуктов горения

Пример 6. Определить объём и состав продуктов горения 1 кг минерального масла состава: С-85%, Н-15%, если температура горения 1450 К, коэффициент избытка воздуха – 1,9.

Решение. По формулам (1.2.3 - 1.2.6) определим объём продуктов горения

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Теоретический объём продуктов горения при нормальных условиях

м³/кг

Практический объём продуктов горения при нормальных условиях формула (1.2.10)

м³/кг

Объём продуктов горения при температуре 1450 К

м³/кг

Очевидно, что состав продуктов горения не зависит от температуры горения, поэтому целесообразно определить его при нормальных условиях. По формулам (1.2.11;1.2.13)

; ;

Пример 7. Определить количество сгоревшего ацетона, кг, если объём выделившийся двуокиси углерода, приведённый к нормальным условиям, составил 50 м³.

Решение.

Запишем уравнение реакции горения ацетона в воздухе

Из уравнения следует, что при горении из 58 кг (молекулярная масса ацетона) выделяется м³ двуокиси углерода. Тогда для образования 50 м³ двуокиси углерода должно вступить в реакцию Мг горючего

кг

Пример 8. Определить количество сгоревшей органической массы состава C-58%, O-22%, H-8%, N-2%, W-10% в помещении объёмом 350 м³, если содержание двуокиси углерода составило 5%.

Решение. Определим объём выделившейся двуокиси углерода

м³.

По формуле (1.2.6) для вещества сложного состава определим объём СО₂, выделившейся при горении 1 кг горючего,

м³/кг.

Определим количество сгоревшего вещества

кг.

Пример 9. Определить время, когда содержание двуокиси углерода в помещении объёмом 480 м³ в результате горения древесины (C-45%, H-50%, O-42%, W-8%) составило 8%, если удельная массовая скорость выгорания древесины 0,008 кг/(м²с), а поверхность горения 38 м². При решении газообмен с окружающей средой не учитывать, разбавлением в результате выделения продуктов горения пренебречь.

Решение.

Поскольку не учитывается разбавление продуктов горения, определяем объём выделившейся в результате горения двуокиси углерода, соответствующей 8% её содержания в атмосфере

м³

Из выражения (1.2.3) определим, сколько должно сгореть горючего материала, чтобы выделился данный объём двуокиси углерода

кг.

Время горения определим, исходя из соотношения

,

где - время горения;

Мг - масса выгоревшей древесины, кг;

- массовая скорость выгорания древесины, кг/(м²с);

F - поверхность горения, м²;

мин.

Задание на самостоятельную работу

Задача 3: Определить объем продуктов горения при сгорании 1 кг заданного вещества, если тепература горения... К, давление... мм рт.ст., a=....

Задача 4: Определить объем и состав (% об.) продуктов горения, выделившихся при сгорании 1 м³ горючего газа, если температура горения составила... К, давление... мм рт.ст.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: