загрузка...
загрузка...
На головну

Розрахунок обсягу і процентного складу продуктів 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

Склад продуктів горіння залежить від хімічної природи горючого матеріалу і умов його горіння. Практично завжди органічні речовини горять з утворенням продуктів повного і неповного горіння.

К продуктам повного згоряння відносяться: вуглекислий газ, що утворюється при горінні вуглецю, розкладанні карбонатів; водяна пара, що утворюється при горінні водню і випаровуванні вологи у вихідному речовині; оксид сірки (IV) SO2 і азот - продукти горіння сполук, що містять сірку і азот.

Продукти неповного згоряння - Це оксид вуглецю (II) - чадний газ СО, сажа С, продукти термоокислительного розкладання - смоли.

Неорганічні речовини згоряють, як правило, до відповідних оксидів.

Вихід продуктів горіння кількісно встановити неможливо через надзвичайну складність їх складу, тому матеріальний баланс процесу горіння розраховується з припущення, що речовина згоряє повністю до кінцевих продуктів. При цьому до складу продуктів горіння включають також азот повітря, витраченого на горіння, і надлишок повітря при a> 1.

Як і в разі розрахунку обсягу повітря, необхідного для горіння, свої особливості має розрахунок продуктів горіння для індивідуальних речовин, суміші газів і речовин з відомим елементним складом.

2.2.1. Пальне - індивідуальна хімічна сполука

У разі індивідуального хімічної сполуки обсяг і склад продуктів горіння розраховується за рівнянням реакції горіння.

 Розрахунок обсягу і процентного складу продуктів горіння індивідуального речовини  Приклад 2.8. Визначити обсяг і склад в об'ємних% продуктів горіння, що утворилися при згорянні 3 кг бензолу С6Н6. температура 200С, тиск 770 мм рт.ст., коефіцієнт надлишку повітря a = 1,4.

1. Записуємо рівняння реакції горіння

3 кг х1 м3 х2 м3 х3 м3 х4 м3

С6Н6 + 7,5 (О2 + 3,76N2) = 6СО2 + 3Н2Про +7,5 ? 3,76N2

М = 78 кг 7,5 ? 4,76 ? Vм = 6 ? Vм = 3 ? Vм = 7,5 ? 3,76 ? Vм =

= 7,5 ? 4,76 ? 23,7 м3 = 6 ? 23,7 м3 = 3 ? 23,7 м3 = 7,5 ? 3,76 ? 23,7 м3

2. Розрахуємо, який обсяг займає 1 кмоль газоподібних речовин при заданих температурі і тиску.

м3/ кмоль

3. Теоретичний об'єм продуктів горіння (VПГ) Визначаємо за рівнянням реакції.

VПГ =  33,9 м3

4. Горіння протікає з коефіцієнтом надлишку повітря, отже, до складу продуктів горіння увійде надлишкове повітря DVв.

Для розрахунку надлишку повітря за рівнянням реакції знайдемо теоретичний об'єм повітря, необхідний для повного згоряння бензолу:

Vвтеор = х1 =  = 32,5 м3

Надлишок повітря визначимо за формулою (3.4):

DVв= Vвтеор(A -1) = 32,5 (1,4 - 1) = 13 м3

З урахуванням надлишку повітря практичний обсяг продуктів горіння складе:

VПГ* = VПГ + DVв = 33,9 + 13 = 46,9 м3

5. Іноді виникає необхідність розрахувати обсяг окремих компонентів продуктів горіння і їх процентний склад.

У цьому випадку за рівнянням реакції визначаємо обсяг З2, Н2О і N2.

V (СО2) = х2 =  = 5,47 м3

V (Н2О) = х3 =  = 2,73 м3

V (N2) = х4 =  = 25,71 м3

DVв= 13 м3 (Розраховано в п.4)

Об'ємна концентрація кожного компонента суміші розраховується наступним чином:

jпро (СО2) = = = 11,7%

jпро (Н2О) = = = 5,8%

jпро (N2) = = = 54,8%

jпро (DVв) = = = 27,7%

Зверніть увагу, що більше половини обсягу всіх продуктів горіння - це азот повітря, витраченого на горіння. Якщо ж горіння протікає з коефіцієнтом надлишку повітря a> 1, то надлишкове повітря також становить значну частину продуктів горіння.

2.2.2. Пальне - суміш газів і парів

При розрахунку продуктів горіння газової суміші необхідно знати, який обсяг продуктів горіння виділяються при згоранні 1 м3 кожного горючого газу суміші. Далі, знаючи процентний вміст (в об'ємних%) кожного горючого газу, обчислити сумарний обсяг утворилися продуктів горіння. Якщо горіння протікає з надлишком повітря, то до складу продуктів горіння необхідно включити і надлишкове повітря.

 Розрахунок обсягу і процентного складу продуктів горіння газової суміші  Приклад 2.9. Визначити обсяг і склад продуктів горіння 10 м3 природного газу наступного складу (у% об'ємних): метан СН4 - 75%, етан С2Н6 - 4%, пропан С3Н8 - 2%, вуглекислий газ СО2 - 19%. Горіння протікає пріa = 1,2.

1. Складаємо рівняння реакції горіння для всіх горючих газів суміші:

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

Для газоподібних речовин ставлення числа моль дорівнює відношенню обсягів, отже, стехіометричні коефіцієнти для кожної речовини в реакції горіння - це і є обсяг в м3 кожного компонента продуктів горіння, що виділився при згорянні 1 м3 горючого газу.

За рівняння реакції можна визначити, що при згорянні 1 м3 метану СН4 утворюється 1 м3 СО2, 2 м3 Н2О і 2 ? 3,76 м3 N2.

С2Н6 + 3,5 (О2 + 3,76N2) = 2СО2 + 3Н2Про + 3,5 ? 3,76N2 b (С2Н6) = 3,5

При згорянні 1 м3 етану С2Н6 утворюється 2 м3 СО2, 3 м3 Н2О і 3,5 ? 3,76 м3 N2.

С3Н8 +, 5 (Про2 + 3,76N2) = 3СО2 + 4Н2Про + 5 ? 3,76N2 b (С3Н8) = 5

При згорянні 1 м3 етану С3Н8 утворюється 3 м3 СО2, 4 м3 Н2О і 5 ? 3,76 м3 N2.

2. Визначимо теоретичний об'єм продуктів горіння.

Сумарний обсяг вуглекислого газу, що утворився при згоранні 1 м3 газової суміші визначається з урахуванням процентного складу кожного пального компонента газової суміші, і також включається обсяг вуглекислого газу, що входить до складу вихідної газової суміші:

V (СО2) = =

=  = 1,08 м3

При згорянні 10 м3 газової суміші обсяг утворився вуглекислого газу складе:

V (СО2) = 1,08 ? 10 = 10,8 м3

Аналогічно розраховуємо обсяг парів води, що утворився в результаті згорання 1 м3 суміші газів:

V (Н2О) =  = 1,7 м3

При згорянні 10 м3 газової суміші об'єм парів води буде:

V (Н2О) = 1,7 ? 10 = 17 м3

Обсяг азоту в продуктах горіння складе для 1 м3 природного газу:

V (N2) =  = 6,55 м3,

а для 10 м3

V (N2) = 6,55 ? 10 = 65,5 м3

Теоретичний об'єм продуктів горіння 10 м3 газової суміші складе:

VПГ = V (СО2) + V (Н2О) + V (N2) = (10,8 + 17 + 65,5) = 93,3 м3

2. Горіння протікає з коефіцієнтом надлишку повітря a = 1,2, отже, до складу продуктів горіння увійде і надлишок повітря. Для його розрахунку за формулою (3.6) визначаємо теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння даної газової суміші:

Vвтеор =  = 82,9 м3

Надлишок повітря визначимо за формулою (3.4):

DVв= Vвтеор(A -1) = 82,9 ? (1,2 - 1) = 16,6 м3

З урахуванням надлишку повітря практичний обсяг продуктів горіння складе:

VПГ* = VПГ + DVв = 93,3 + 16,6 = 109,9 м3

2. Визначимо процентний склад продуктів горіння:

jпро (СО2) = = = 9,8%

jпро (Н2О) = = = 15,5%

jпро (N2) = = = 59,6%

jпро (DVв) = = = 15,1%

2.2.3. Пальне - складна речовина з відомим елементним складом

В цьому випадку теоретичний вихід продуктів горіння визначається як сума продуктів горіння кожного елемента, що входить до складу речовини.

Розрахуємо, який теоретичний об'єм продуктів горіння утворюється при згоранні 1 кг кожного елемента при нормальних умовах.

Для вуглецю:

1 кг х1 м3 х2 м3

З + (О2 + 3,76N2) = СО2 + 3,76N2

12 кг 22,4 м3 3,76 ? 22,4 м3

V (СО2) = х1 = = 1,87 м3

V (N2) = х2 = = 7,0 м3

Для водню:

1 кг х1 м3 х2 м3

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

1 кг 0,5 ? 22,4 м3 0,25 ? 3,76 ? 22,4 м3

V (Н2О) = х1 = = 11,2 м3

V (N2) = х2 = = 21,0 м3

Для сірки:

1 кг х1 м3 х2 м3

S + (О2 + 3,76N2) = SО2 + 3,76N2

32 кг 22,4 м3 3,76 ? 22,4 м3

V (SО2) = х1 = = 0,7 м3

V (N2) = х2 = = 2,63 м3

Для фосфору:

1 кг х1 м3 х2 м3

Р + 1,25 (Про2 + 3,76N2) = 0,5Р2О5 + 1,25 ? 3,76N2

31 кг 0,5 ? 22,4 м3 1,25 ? 3,76 ? 22,4 м3

V (Р2О5) = х1 = = 0,36 м3

V (N2) = х2 = = 3,4 м3

До складу горючої речовини може входити азот, волога, які видаляються разом з продуктами горіння.

Обсяг 1 кг азоту при нормальних умовах складе:

V (N2) =  = 0,8 м3

При нормальних умовах 1 кг парів води займе об'єм:

V (Н2О) =  = 1,24 м3

Якщо до складу горючої речовини входить кисень, то при горінні він буде витрачатися на окислення горючих компонентів (вуглецю, водню, сірки, фосфору) і, тому з повітря на горіння буде витрачено кисню менше на кількість, яке містилося в пальному речовині. Отже, в продуктах горіння і азоту буде менше на кількість, яке доводилося б на кисень, якби він перебував не в пальному речовині, а в повітрі.

На 1 кг кисню в повітрі буде припадати обсяг азоту, рівний

V (N2) = = 2,63 м3

Отримані значення виходів продуктів горіння елементів наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Теоретичний об'єм продуктів горіння елементів складних речовин при нормальних умовах

 елемент  Обсяг продуктів горіння (м3) На 1 кг речовини
 СО2 Н2О  SO2 Р2О5 N2
 вуглець  1,87        7,0
 водень    11,2      21,0
 сірка      0,7    2,63
 фосфор        0,36  3,4
 Азот в пальному          0,8
 Азот за рахунок кисню в пальному          - 2,63
 Волога в пальному    1,24      

Використовуючи дані таблиці 3.1., Можна обчислити об'єм продуктів горіння будь-якої речовини з відомим елементним складом.

нехай w (С), w (Н), w (S), w (О), w (N) - - Масові частки елементів в речовині,%; w (W) - Вміст вологи в речовині,%.

Тоді загальні формули для розрахунку кожного компонента продуктів горіння при згорянні заданої маси (m) Речовини будуть мати такий вигляд:

V (СО2) = m ?  , м3 (2.9)

V (H2O) = m ?  , м3 (2.10)

V (SО2) = m ?  , м3 (2.11)

V (N2) = m ?  , м3 (2.12)

 Розрахунок обсягу і процентного складу продуктів горіння речовини складного елементного складу  Приклад 2.10. Визначити обсяг і процентний склад продуктів горіння 5 кг кам'яного вугілля наступного складу (в%): С - 75,8%, Н - 3,8%, О - 2,8%, S - 2,5%, N - 1, 1%, W - 3,0%, зола - 11,0%. Горіння протікає при a = 1,3, умови нормальні.

1. За формулами (2.9) - (2.12) визначаємо обсяг кожного компонента продуктів горіння 5 кг кам'яного вугілля.

V (СО2) = 5? = 7 м3

V (H2O) = 5? = 2,31 м3

V (SО2) = 5? = 0,085 м3

V (N2) = 5?  = 33,14 м3

VПГ = 7 + 2,31 + 0,085 + 33,14 = 42,5 м3

2. Горіння протікає з коефіцієнтом надлишку повітря 1,3, отже, до складу продуктів горіння буде входити надлишкове повітря.

За формулою (2.8) визначаємо теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння даної маси зразка вугілля:

Vвтеор = 5 ?  = 38,6 м3

Надлишок повітря визначимо за формулою (2.4):

DVв= Vвтеор(A -1) = 38,6 ? (1,3 - 1) = 11,6 м3

З урахуванням надлишку повітря практичний обсяг продуктів горіння складе:

VПГ* = VПГ + DVв = 42,5 + 11,6 = 54,1 м3

3. Визначимо процентний склад продуктів горіння:

jпро (СО2) = = = 12,9%

jпро (Н2О) = = = 4,3%

jпро (SО2) = = = 0,2%

jпро (N2) = = = 61,2%

jпро (DVв) = = = 21,4%

 



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 | Горіння пропану в кисні | Розрахунок температури горіння | Алгоритм розрахунку температури горіння | ГОРІННЯ газо І пароповітряної суміші | Список розрахункових завдань |

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