Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


РАСЧЁТ ОБЪЁМА ВОЗДУХА, ОБЪЁМА И СОСТАВА ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ




При решении многих практических вопросов необходимо знать количество воздуха, расходуемого на горение единицы массы или объёма горючего вещества, количество образовавшихся продуктов горения и их процентный состав. Рассмотрим расчётные методы определения отдельных составляющих материального баланса процессов горения.

Методика расчёта объёма воздуха для горения зависит от состава горючего вещества, его агрегатного состояния и условий горения. По своей природе горючие вещества могут быть индивидуальными химическими соединениями и смесями сложных химических соединений. К индивидуальным химическим соединениям относятся такие вещества, которые имеют постоянное химическое строение и постоянную химическую формулу, например бензол (С6Н6), пропанол

(С3Н7ОН), уксусная кислота (СН3СООН) и др. Смеси сложных химических соединений – вещества, не имеющие определённого химического строения, и их состав одной химической формулой выразить нельзя. К этой группе веществ относятся уголь, нефть, древесина, жиры и др. Состав этих веществ выражается в процентном содержании отдельных элементов или газов (C, S, H, и др. или СО, СН4, Н2S и др.).

Различают объём воздуха теоретически необходимый для горения (Vвтеор.) и объём воздуха действительно (практически) израсходованный на горение (Vвдейств.). При этом:

Vвдейств=α*Vвтеор (2)

Множитель a называется коэффициентом избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз объём воздуха, поступивший на горение, больше теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания единицы количества вещества в стехиометрической смеси.

Разность между действительным и теоретически необходимым количеством воздуха называется избытком воздуха (ΔVв).

Δ Vв = Vвдейств Vвтеор.. (3)

Объём продуктов горения, образовавшихся при сжигании единицы горючего (1 кг, 1 м3 , 1 кмоль) в теоретическом количестве воздуха, равен сумме объёмов углекислого газа, паров воды и азота:

Vпг=Vсо2+Vн2о+VN2 (4)

 

Полный, действительный объём продуктов горения находится с учётом избытка воздуха:

Vпгдейств=Vпгтеор+ΔVв=Vпгтеор+(α-1)*Vвтеор (5)

Для удобства расчётов горючие вещества разделяют на 4 группы (табл. 1): индивидуальные химические соединения (в газообразном и конденсированном состоянии); вещества сложного состава (древесина, торф, нефть и т. п.); смесь газов (генераторный, попутный газы и т. п.).

Таблица 1 Расчётные формулы для определения теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания веществ

Группа горючих веществ Расчётные формулы Размерность
Индивидуальное горючее вещество в газообразном состоянии (6) м33
Индивидуальное горючее вещество в конденсированном состоянии (7) м3/кг

 

 

Продолжение таблицы 1

 

Группа горючих веществ Расчётные формулы Размерность
Смесь газов м33
Вещество сложного состава в конденсированном состоянии м3/кг

 

Примечание:

nгв, nО2, nN2 – количества горючего, кислорода и азота, получаемые из уравнения реакции горения, кмоль/кмоль;

Мгв – молекулярная масса горючего вещества;

Vt – молярный объём газа при заданных условиях, м3/кмоль;

C, H, S, O – весовое содержание соответствующих элементов в составе горючего вещества, % масс.;

Σ βii– сумма произведений стехиометрического коэффициента реакций горения каждого компонента горючей смеси (βi) на процентное содержание этого компонента φi) в смеси;

φо2 – процентное содержание кислорода в сложном горючем газе.

Для газообразных горючих веществ расчёт объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м33 . Так как 1 кмоль любого газа в одинаковых условиях занимает один и тот же объём (при нормальных условиях 22, 4 м3), то объём, рассчитанный в м33, численно будет таким же, как и в кмоль/кмоль.

Если горючее вещество находится в конденсированном состоянии (жидком или твёрдом), то, как правило, расчёты объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м3/кг.

Для определения объёма воздуха при горении в условиях, отличных от нормальных, пользуются уравнением идеальных газов:

Где Р0-нормальное давление, Па;

Т0 – нормальная температура, К;

V0 – объём воздуха при нормальных условиях (м3или м3/кмоль);

P1, T1, V1 – соответственно давление, объём и температура воздуха, характеризующие заданные условия горения.

Иногда на практике приходится решать обратную задачу – по известному процентному содержанию кислорода в продуктах горения находить коэффициент избытка воздуха:

 

 

Для веществ, у которых объём продуктов горения равен объёму израсходованного воздуха (например, горение углерода, серы), эта формула упрощается:

При расчёте объёма продуктов горения пользуются формулами, приведёнными в табл. 2.

 

Таблица 2

Расчётные формулы для определения теоретического объёма продуктов горения

 

 

Группа горючих веществ Расчётные формулы Размерность
Индивидуальное горючее вещество в газообразном состоянии м33
Индивидуальное горючее вещество в конденсированном состоянии м3/кг
Смесь газов м33
Вещество сложного состава в конденсированном состоянии м3/кг

 

Процентный состав продуктов горения рассчитывается исходя из количества молей продуктов горения. Например, процентное содержание паров воды в продуктах горения составит:

Если горение протекает с избытком воздуха, то при расчёте количества молей продуктов горения учитывается избыточное число молей кислорода и азота ( и )

,

где

Рассмотрим примеры решения задач на расчёт объёма воздуха, объёма и состава продуктов горения.

ПРИМЕР: Сгорает 4 м3 пропана (С3Н8). Рассчитать теоретические объёмы воздуха, объём и состав (в объёмных %) продуктов горения. Условия нормальные.

РЕШЕНИЕ:

Сгорает индивидуальное горючее вещество, находящееся в газообразном состоянии.

1. Запишем уравнение реакции горения пропана в воздухе:

С3Н8 + 5*2 + 3,76N2) = 3 CО2 + 4 Н2О + 3,76*5 N2.

2. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения по формулам (6) и (13) в расчёте на 1 м3 горючего вещества:

 

3. Учитывая, что сгорает не 1 м3газа, а 4 м3находим действительные объёмы воздуха и продуктов горения:

м3

м3

4. Рассчитаем состав продуктов горения:

ОТВЕТ: на сгорание 4 м3 пропана необходимо 95,2 м3 воздуха, при этом образуется 103,2 м3 продуктов горения, из которых СО2 – 11,6 %, Н2О – 15,5 %, N2 – 72,9 %.

×  
 
 

 
 

ПРИМЕР: Сгорает 100 кг ацетона. Рассчитать действительные объёмы воздуха и продуктов горения и процентное содержание углекислого газа (СО2), если коэффициент избытка воздуха равен 2. Условия нормальные.

РЕШЕНИЕ:

Сгорает индивидуальное химическое соединение в конденсированном состоянии.

1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

 

С3Н6О + 4(О2 + 3,76 N2) = 3 CО2 + 3 Н2О + 4*3,76 N2.

 

2. Объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг ацетона, рассчитываем по формуле (7), учитывая при этом, что масса одного киломоля ацетона составляет 58 кг/кмоль:

 

3. Действительный объём воздуха, пошедшего на сгорание 1 кг ацетона, рассчитывается с учётом коэффициента избытка воздуха :

4. Избыток воздуха составит:

5. Теоретический объём продуктов горения рассчитываем по формуле (14):

6. Действительный объём продуктов горения составит:

7. Объём воздуха теоретически необходимого для сгорания 100 кг ацетона составит соответственно 740 м3 (7,4  100), при этом выделится 1 550 м3 продуктов сгорания.

8. Процентное содержание углекислого газа рассчитывается по формуле:

При сгорании 100 кг ацетона объём воздуха при нормальных условиях составит 1 480 м3, а объём продуктов горения – 1 550 м3, процентное содержание углекислого газа в продуктах горения составило 7,48 %.

Примечание. Если в процессе горения была заданы условия, отличные от нормальных (Т неравно 273 К, Р неравно 101,3 кПа), то объём продуктов горения и воздуха рассчитывается с учётом объёма, который занимает один кмоль газа при этой температуре:

,

Где =101,3кПа, =273К, Т и Р- заданные температура и давление.

×  
 
 

ПРИМЕР:Газовая смесь объёмом 10 м3, состоящая из 30 % ацетилена, 40 % пропана, 20 % углекислого газа и 10 % сгорает с 40 %-ным избытком воздуха. Вычислить объём воздуха, принимающего участие в горении, если процесс протекает при нормальных условиях.

РЕШЕНИЕ.

1. Составляем уравнения реакций горения горючих газов смеси в воздухе:

С2Н2 + 2,5 (О2 + 3,76 N2) = 2 СО2 + Н2О + 2,5 *3,76 N2,

С3Н8 + 5 (О2 + 3,76 N2) = 3 СО2 + 4 Н2О + 5 *3,76 N2.

2. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения при полном сгорании 1 м3газовой смеси (формулы 8 и 15):

3. Рассчитаем действительные объёмы воздуха и продуктов горения с учётом 40 % - ного избытка воздуха (α = 1,4).

4. Поскольку объём горючей смеси составлял 10 м3, действительные объёмы воздуха и продуктов горения составят 176,7 и 192,9 м3соответственно.

ОТВЕТ: На сгорание 10 м3сложной газовой смеси требуется 176, 7 м3воздуха, при этом образуется 192, 9 м3продуктов горения.

ПРИМЕР:Определить объёмы воздуха и продуктов горения при сжигании 2 кг горючего вещества, имеющего элементный состав: С = 50 %; Н = 10 %; N = 10 %; золы = 12 %; влаги = 18 %. Считать, что воздух и продукты горения находятся при нормальных условиях.

РЕШЕНИЕ:

1. Для решения задачи воспользуемся формулами (9) и (16).

 
 

При сгорании 2 кг горючего вещества образуется соответственно 14, 34 и 16, 14 м3воздуха и продуктов горения.

ОТВЕТ: При сгорании 2 кг горючего вещества расходуется 14, 34 м3воздуха и образуется 16, 14 м3продуктов горения.





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

  1. I. АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ПУТИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ
  2. IV. Расчет потребности в материальных ресурсах.
  3. S:Укажите верную характеристику предложения: Вода была теплей воздуха, и парное тепло от разгоряченных водяных туш усиливало ощущение одухотворенности природы - море казалось живым.(В.Гроссман)
  4. VI. Расчет параметров цепной передачи
  5. VI. Центральные СКВ. Расчет и подбор оборудования. Компоновка кондиционера
  6. А. Изображение мнимое. Б. Линза рассеивающая. В. Изображение уменьшенное. Г. В расчетах ошибка. Д. Линза собирающая. Е. Изображение увеличенное.
  7. Аккредитив как форма международных расчетов
  8. Алгоритм расчета клиноременной передачи
  9. Алгоритм расчёта отпускной, оптовой и розничной цены товара
  10. Алгоритм расчета температуры горения
  11. Анализ и расчет точности обработки
  12. Анализ объема менее эффективен на рынке товарных фьючерсов


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 2254; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2020 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.013 с.) Главная | Обратная связь