загрузка...
загрузка...
На головну

Розрахунок обсягу повітря, необхідного для горіння

  1. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  2. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  3. I. Розрахунок накопичувальної частини трудової пенсії.
  4. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  5. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  6. I. Розрахунок розміру страхової частини трудової пенсії.
  7. II. ЗАВДАННЯ ДЛЯ ТИПОВИХ РОЗРАХУНКІВ

Розрахунок обсягу повітря, необхідного для горіння, передбачає обчислення

а) теоретичного обсягу повітря Vвтеор і б) практичного обсягу повітря Vвпр, Витраченого на горіння (з урахуванням коефіцієнта надлишку повітря).

Стехіометричне кількість повітря в рівнянні реакції горіння передбачає, що при даному співвідношенні компонентів, що беруть участь в реакції горіння, повітря витрачається повністю. Обсяг повітря в даному випадку називається теоретичним (Vвтеор).

Горіння може відбуватися не тільки при стехиометрическом співвідношенні компонентів, але і при значному відхиленні від нього. Як правило, в умовах пожежі на згоряння речовини повітря витрачається більше, ніж визначається теоретичним розрахунком. Надмірна повітря DVв в реакції горіння не витрачається і видаляється з зони реакції разом з продуктами горіння. Таким чином, практичний обсяг повітря дорівнює

Vвпр = Vвтеор + DVв (2.1)

і, отже, надлишок повітря буде дорівнює

DVв= Vвпр - Vвтеор (2.2)

Зазвичай в розрахунках надлишок повітря при горінні враховується за допомогою коефіцієнта надлишку повітря (a). Коефіцієнт надлишку повітря показує, у скільки разів в зону горіння надійшло повітря більше, ніж це теоретично необхідно для повного згоряння речовини:

 (2.3)

Для горючих сумішей стехіометричного складу (тобто складу, відповідного рівняння реакції горіння) коефіцієнт надлишку повітря a = 1, при цьому реальний витрата повітря дорівнює теоретичному. У цьому випадку забезпечується оптимальний режим горіння.

При a> 1 горючу суміш називають бідній по пальному компоненту, А при a <1 - багатою по пальному компоненту.

Надлишок повітря є тільки в суміші, бідної по пальному компоненту. З формул (3.2) і (3.3) слід

DVв= Vвтеор(A -1) (2.4)

У закритому об'ємі дифузійне горіння більшості горючих матеріалів можливо тільки до певної порогової концентрації кисню, так званої залишкової концентрації кисню в продуктах горіння j (О2)ПГ. Для більшості органічних речовин вона становить 12 - 16% Про2. Для деяких речовин, наприклад, ацетилену З2Н2, Ряду металів, горіння можливо і при значно меншому вмісті кисню (до 5% об'ємних Про2).

Знаючи вміст кисню в продуктах горіння, можна визначити коефіцієнт надлишку повітря (коефіцієнт участі повітря в горінні) на реальній пожежі:

 (2.5)

2.1.1. Пальне - індивідуальна хімічна сполука

Теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння розраховується за рівнянням реакції горіння.

 Розрахунок теоретичного об'єму повітря, необхідного для горіння індивідуального речовини  Приклад 2.4. Який теоретичний об'єм повітря необхідний для повного згоряння 1 кг діетилового ефіру С2Н5ОС2Н5? температура 100С, тиск 1,2 ат

1. Записуємо рівняння реакції горіння

1 кг х м3

С2Н5ОС2Н5 + 6 (Про2 + 3,76N2) = 4СО2 + 5Н2Про + 6 ? 3,76N2

М = 74 кг 6 ? 4,76 ? Vм =

= 6 ? 4,76 ? 19,35 м3

2. Записуємо в рівнянні відомі і невідомі величини із зазначенням розмірності.

3. Молярна маса діетилового ефіру 74 кг / кмоль. Записуємо цю величину під формулою ефіру.

4. При нормальних умовах молярний об'єм (Vм) Будь-якого газоподібної речовини становить 22, 4 л / моль або 22,4 м3/ Кмоль.

Якщо умови відрізняються від нормальних, то необхідно визначити, який обсяг буде займати 1 кмоль будь-якого газоподібної речовини за даних умов. розрахунок VМ ведуть за формулою об'єднаного газового закону:

 , де

Р и Т - Дані в завданні температура і тиск.

Розрахуємо, який обсяг займає 1 кмоль повітря (як і будь-якого іншого газоподібного речовини) при даній температурі і тиску.

м3/ кмоль

Записуємо цю величину під формулою повітря, помноживши її на стехиометрический коефіцієнт (6 ? 4,76).

5. За рівняння реакції знайдемо теоретичний об'єм повітря, необхідний для повного згоряння ефіру:

Vвтеор = 7,5 м3

 Розрахунок обсягу повітря, необхідного для горіння індивідуального речовини  Приклад 2.5. Який обсяг повітря необхідний для повного згоряння 50 кг ацетону СН3СОСН3 при температурі 230З повагою та тиску 95 кПа, якщо горіння протікало з коефіцієнтом надлишку повітря 1,2?

1. Записуємо рівняння реакції горіння

50 кг х м3

СН3СОСН3 + 4 (Про2 + 3,76N2) = 3СО2 + 3Н2Про + 4 ? 3,76N2

М = 58 кг 4 ? 4,76 ? Vм =

= 4 ? 4,76 ? 25,9 м3

2. Розрахуємо, який обсяг займає 1 кмоль повітря (як і будь-якого іншого газоподібного речовини) при даній температурі і тиску.

м3/ кмоль

3. За рівняння реакції знайдемо теоретичний об'єм повітря, необхідний для повного згоряння ефіру:

Vвтеор = м3

4. За умовою завдання коефіцієнт надлишку повітря a = 1,2.

З урахуванням цього визначимо практичний об'єм повітря, необхідний для горіння:

Vвпр = Vвтеор ? a = 425,1 ? 1,2 = 510,1 м3.

2.1.2. Пальне - суміш газів і парів

Природний, попутний нафтовий газ, промислові гази (доменний, коксовий, генераторний і т.п.) представляють собою суміші газів. Склад газів виражається зазвичай в об'ємних відсотках (jоб'ємні,%).

Алгоритм розрахунку в даному випадку наступний: для кожного пального компонента обчислюється теоретичне кількість повітря з урахуванням його концентрації в суміші, і отримані концентрації підсумовуються. Формула для розрахунку теоретичного обсягу повітря для згоряння газової суміші має наступний вигляд:

Vвтеор =  , м3, (2.6)

де b1, b2, b3 - Стехіометричні коефіцієнти при повітрі в рівнянні реакції горіння для кожного пального компонента газової суміші;

j1, j2, j3 - Концентрації кожного пального компонента суміші (в об'ємних%);

j (О2) - Процентний вміст кисню в нафтовий газ (в об'ємних%);

VГГ - Обсяг газової суміші, м3.

Якщо горіння протікає з надлишком повітря, то практичний обсяг повітря розраховують за вже відомою формулою:

Vвпр = Vвтеор ? a.

 Розрахунок обсягу повітря, необхідного для горіння газової суміші  Приклад 2.6. Визначити об'єм повітря, необхідного для повного згоряння 10 м3 доменного газу наступного складу (у% об'ємних): оксид вуглецю (II) СО - 27%, водень Н2 - 3%, вуглекислий газ СО2 - 13%, метан СН4 - 1%, азот N2 - 56%. Горіння протікає при a = 1,3.

1. Визначаємо стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції горіння для кожного пального компонента газової суміші. Горючими газами в цій суміші є чадний газ СО, водень Н2 і метан СН4.

СО + 0,5 (О2 + 3,76N2) = СО2 + 0,5 ? 3,76N2 b1 = 0,5

Н2 + 0,5 (О2 + 3,76N2) = Н2Про + 0,5 ? 3,76N2 b2 = 0,5

СН4 + 2 (Про2 + 3,76N2) = СО2 + 2Н2Про + 2 ? 3,76N2 b3 = 2

2. За формулою (3.6) визначаємо теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння даної газової суміші:

Vвтеор =  = 8,1 м3

3. З урахуванням коефіцієнта надлишку повітря реально на згоряння даної газової суміші буде витрачено повітря

Vвпр = Vвтеор ? a = 8,1 ? 1,3 = 10,5 м3.

2.1.3. Пальне - складна речовина з відомим елементним складом

Склад таких речовин виражається в масових частках (w,%) кожного елемента. При горінні кисень повітря витрачається на окислення вуглецю С, водню Н, сірки S та інших горючих складових.

Розрахуємо, який теоретичний об'єм повітря необхідний для згоряння 1 кг кожного елемента при нормальних умовах.

1 кг х м3

З + (О2 + 3,76N2) = СО2 + 3,76N2

12 кг 4,76 ? 22,4 м3

Vв(С)теор = х = = 8,885 м3 - Обсяг повітря для згоряння 1 кг вуглецю.

1 кг х м3

Н + 0,25 (Про2 + 3,76N2) = 0,5 Н2Про + 0,25 ? 3,76N2

1 кг 0,25 ? 4,76 ? 22,4 м3

Vв(Н)теор = х = = 26,656 м3 - Обсяг повітря для згоряння 1 кг водню.

1 кг х м3

S + (О2 + 3,76N2) = SО2 + 3,76N2

32 кг 4,76 ? 22,4 м3

Vв(S)теор = х = = 3,332 м3 - Обсяг повітря для згоряння 1 кг сірки.

Вуглець, водень і сірка є основними складовими більшості органічних сполук. Значне число органічних речовин мають в своєму складі кисень, і, отже, повітря на горіння буде витрачено менше.

Розрахуємо обсяг повітря, в якому міститься 1 кг кисню.

32 кг Про2 - 4,76 ? 22,4 м3 повітря

1 кг - х м3

Vв(О)теор = Х = = 3,332 м3 - Обсяг повітря, що містить 1 кг кисню.

Порівняємо отримані значення.

Vв(Н)теор : Vв(С)теор : Vв(S)теор : Vв(О)теор =

= 26,665: 8,885: 3,332: 3,332 = 1: 1/3: 1/8: 1/8

Теоретична кількість повітря для згоряння 1 кг речовини складного елементного складу в загальному вигляді можна записати в такий спосіб:

Vвтеор = Vв(С)теор ?  + Vв(Н)теор ?  + Vв(S)теор ?  - Vв(О)теор ? , м3 (2.7)

де

w (С), w (Н), w (S), w (О) - Масові частки елементів в речовині,%.

Після підстановки в формулу (2.7) отриманих вище розрахункових значень теоретичний об'єм повітря для згоряння заданої маси (m) Речовини складного елементного складу при нормальних умовах визначається за формулою:

Vвтеор = M ? 0,267 , м3/ Кг. (2.8)

 Розрахунок обсягу повітря, необхідного для горіння речовини складного елементного складу  Приклад 2.7. Визначити об'єм повітря, необхідного для повного згоряння 5 кг торфу наступного складу (в%): С - 56,4%, Н - 5,04%, О - 24,0%, S - 0,06%, N - 3, 6%, зола - 10,9%. Горіння протікає при a = 1,5, умови нормальні.

1. За формулою (3.8) визначаємо теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння даної маси зразка торфу:

Vвтеор = 5 ?  = 27,7 м3

2. З урахуванням коефіцієнта надлишку повітря реально на згоряння даної маси зразка торфу буде витрачено повітря

Vвпр = Vвтеор ? a = 27,7 ? 1,5 = 41,6 м3.

 



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   Наступна

ТЕОРІЯ ГОРІННЯ І ВИБУХУ | Для слухачів заочної форми навчання | Концентраційні межі поширення полум'я | ОСНОВНІ ВИДИ І ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРІННЯ | Матеріальний БАЛАНС ПРОЦЕСІВ ГОРІННЯ | Розрахунок теплоти горіння | Розрахунок температури горіння | Алгоритм розрахунку температури горіння | ГОРІННЯ газо І пароповітряної суміші | Список розрахункових завдань |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати