= (1.7)
Разность между практическим и теоретическим объемами воздуха называется избытком воздуха ?:
? (1.8)
Из (1.7) и (1.8) следует, что
?-1) (1.9)
Если известно содержание кислорода в продуктах горения, то коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:
=1+ (1.10)
гдеконцентрация кислорода в составе горючего газа, % об.;
теоретический объем продуктов горения.
Для вещества, у которых объем продуктов горения равен объему израсходованного воздуха(например, горение серы и углерода),формула (1.10) упрощается:
= (1.11)
Если содержание кислорода в окислительной среде отличается от содержания его в воздухе, то формулу(1.10) можно записать в виде:
=1+ (1.12)
и соответственно формулу (1.11)
= (1.13),
где 2-содержание кислорода в окислительной среде, % об.
Примеры решения задач
Определить теоретическое количество воздуха, необходимого для горения 1м3 метана при нормальных условиях.
Решение: Горючее вещество является индивидуальным химическим соединением, поэтому для расчета его объема надо пользоваться формулой (1.3.а). Запишем уравнение химической реакции горения СН4 в воздухе:
СН4+ 2О2+2•3,76N2=CО2+2Н2О+2•3,76N2
Из уравнения находим: no2=2; nN2=2•3,76=7,52; nCH2=1;тогда
V0B=м3/ м3 или кмоль/кмоль
Определить объем теоретического количества воздуха, необходимого для горения 1кг бензола.
Решение: горючее - индивидуальное химическое соединение, поэтому для расчета по формуле (1.3.б) запишем уравнение химической реакции горения:
С2Н2+7,75O2+7,75•3,76N2=6CO2+3H2O+7,75•3,75N2 и найдем:
nО2=7,75; nN2=7,5•3,76=28,2; nr=1,
Молекулярная масса бензола М=6•12+6•1=78 объем 1 кмоля газа при нормальных условиях составляет 22.4м3:
V0B= м3/кг
Определить объем воздуха, необходимого для горения 1кг органической массы состава: С-60%, О-25%, N-5%, W-%(влажность), если коэффициент избытка воздуха а температура воздуха 305К, давление 995ГПа.
Решение: Так как горючее вещество сложного состава, то теоретическое количество воздуха при нормальных условиях определим по формуле (1.4):
V0B=0,269()=5,9 м3/кг
Из формулы (1.7) рассчитаем практическое количество воздуха при нормальных условиях:
V0B=V0B=2,5•5,9=14,75 м3/кг
Находим количество воздуха, пошедшего на горение вещества при заданных условиях горения; используя формулу (1.6), получим:
VB(р,т)==16,8 м3/кг
Определить объем воздуха, необходимого для горения 5м3смеси газов, состоящих из 20% СН4, 10% СО, 5%N, 35%О2, если коэффициент избытка воздуха равен 1,8.
Решение: Горючее - смесь газов. Поэтому для расчета объема воздуха, пошедшего на сгорание, воспользуемся формулой (1.5). Для определения стехиометрических коэффициентов при кислороде nо2 запишем уравнение реакции горения горючих компонентов в кислороде:
СН4+2О2=СО2+2Н2О;
С 2Н2+2,5О2=2СО2+Н2О; СО+0,5О2=СО2 тогда
V0B==5,7 м3/кг
Для горения 5м3 газовой смеси необходимый теоретический объем воздуха составит: V0B=5•5,7 =32,5 м3 Практическое количество воздуха: V0B=1,8•32,5=58,5 м3.
Определите коэффициент избытка воздуха при горении уксусной кислоты, если на горение 1кг поступило 3 м3 воздуха.
Решение: Для определения коэффициента избытка воздуха по формуле (1.7) необходимо рассчитать его теоретическое количество. Молекулярная масса уксусной кислоты-60.
СН3СООН+2О2+2•3,76N2=2СО2+2•3,76 N2;
V0B= м3/кг
тогда коэффициент избытка воздуха равен:
Горение протекало при недостатке воздуха.
Определить объем воздуха, пошедшего на окисление 1м3 аммиака:
NН3+0,75О2 +0,75 3,76 N2=1,5Н2О+0,5N2+0,75•3,76N2,
тогда
V0B= м3/кг
Для определения коэффициента избытка воздуха по формуле (1.10) необходимо рассчитать теоретическое количество продуктов горения 1м3аммиака (см. след параграф 1.2 формула (1.14)):
V0пр= м3/кг
Определить объем окислительной среды, состоящей из 60%О2 и 40%N2,необходимый для горения 1 кг изопропилового спирта, если ее температура равна 295К, давление 620гПа.
Решение: так как окислительная среда отличается по составу от воздуха, определим по формуле (1.1) объемное соотношение кислорода и азота: 40:60+0,67
Уравнение реакции горения изопропилового спирта:
С3Н7ОН+4,5О2+4,5 0,67N2=3СО2+4Н2О+4,5?0,67 N2
Теоретический объем окислительной среды при нормальных условиях рассчитаем по формуле (1.3). Молекулярная масса горючего-60.
V0ос==2,8 м3/кг
Объем окислительной среды при заданных условиях горения определим из формулы (1.6):
V0ос(рr)= м3/кг
Определить сколько кг динитротолуола сгорело в герметичном объеме 100м3, если содержание кислорода в продуктах сгорания составило 12%.
Решение: Так как в продуктах горения содержится кислород, то горение протекало в избытке воздуха, коэффициент избытка которого определим по формуле (1.10). Для этого запишем уравнение горения:
С7Н6(NO2)2+6,5O2+6,5•3,76N2=7CO2+3H2O+N2+6,5•3,76N2
Молекулярная масса горючего-182.Теоретический объем воздуха равен:
V0B= =3,8 м3/кг
Теоретический объем продуктов горения (формула 1.14):
V0пr=4,4 м3/кг
Практический объем воздуха, пошедший на горение: VB= 2,55 •3.8=9,7 м3/кг
Тогда массу сгоревшего динитротолуола Р определим из соотношения:
Рr=, Рr==10,3 кг
Контрольные задачи
1. Определить количество (теоретическое) воздуха, необходимое для горения 1кг: метилового, этилового, пропилового и амилового спиртов. Построить график зависимости объема воздуха от молекулярной массы спирта.
2. Определить теоретический объем воздуха, необходимого для горения 1м3: метана, этана, пропана, бутана и пентана. Построить график зависимости объема воздуха от положения вещества в гомологическом ряду (содержания углерода в молекуле вещества).
3. Определить теоретический объем воздуха, пошедший на горение 1кг: метана, метилового спирта. Объяснить причину влияния состава вещества на объем воздуха, требуемый для их горения.
4. Определить объем воздуха, пошедший на горение 1 кг древесины состава: С-47%, Н-8%, О-40%, W-5% если коэффициент избытка воздуха равен 2,8; давление 900ГПа, температура 285К.
5. Сколько воздуха поступило на горение 1кг углерода, если в продуктах горения содержание кислорода составило 17%?
6. Сколько воздуха требуется подать на сжигание 200м3 генераторного газа состава: СО-29%, Н2-14%, СН4-3%, СО2-6,5%, N2-45%, O2-2,5% если коэффициент избытка воздуха равен 2,5?
7. Определить количество сгоревшего толуола, кг. в помещении объемом 400м3,если после пожаре при отсутствии газообмене установлено, что содержание кислорода снизилось до 17%.
8. Сколько м3хлора поступило на горение 300м3 водорода, если в продуктах горения избыток окислителя составил80м3?
9. Определить избыток воздуха в продуктах горения газовой смеси состава: СО-15%, С4Н10-45%,О2-30%,N2-10% если коэффициент избытка равен 1,2;температура 265К; давление 850ГПа
10. Сколько м3 окислительной среды, состоящей из 50% кислорода, 50% азота, необходимо для горения 8кг этилацетата, если коэффициент избытка равен 1,2; температура 265К; давление 850 ГПа.
11. Определить коэффициент избытка окислительной среды, состоящей из 70% кислорода и 30% азота, если при горении серы содержание кислорода снизилось до 55%. Определить количество сгоревшей серы, кг, если объем помещения равен 180м3.
12. Сколько антрацита (принять, что содержание углерода равно 100%) сгорело в помещении объемом 150м3, если прекращение горения наступило при снижении кислорода до 13%, газообмен не учитывать
Домашнее задание 1
Рассчитать объем окислительной среды, м3, необходимый для горения i-того горючего вещества (таблица 1.2.).
Таблица 1.2
|
№ Вари-анта |
Горючее вещество |
Химическая формула |
Количество горючего вещества |
Состав окислительной среды |
Условия горения |
|
|
1 |
Метиловый спирт |
СН4О |
2кг |
воздух |
Т=1013ГПа Р=300К =3 |
|
|
2 |
Анилин |
С6Н7N |
1 кг |
Кислород70% Азот30% |
Т=290 Р=900 =2,5 |
|
|
3 |
Смесь газов |
СО-45% N2-15% C4H8-10% O2-30% |
1м3 |
Воздух |
Нормальные =2,5 |
|
|
4 |
Нитробензол |
С6Н5NO2 |
30кг |
Воздух |
Т=280 Р=950 =2,5 |
|
|
5 |
Сложное вещество |
С=65% О=20% Н=5% S=10% |
1 кг |
Воздух |
=1,4 Нормальные |
|
|
6 |
Этилен |
С 2Н4 |
5 м3 |
Кислород % Азот% |
Нормальные =2,5 |
|
|
7 |
Сера |
S |
2 кг |
Кислород % Азот% |
Т=300 Р=1200 =1,8 |
|
|
8 |
Сложное вещество |
С -90% Н-3% N-5% O-2% |
1 кг |
Воздух |
Т=300 Р=950 =1,5 |
|
|
9 |
Смесь газов |
СН4-15% С3Н8-70% О2-10% Н2-5% |
5 м3 |
Воздух |
Нормальные =1,9 |
|
|
10 |
Алюминий |
Аl |
15 кг |
Кислород42 % Азот58% |
Нормальные =2,8 |
|
|
11 |
Сплав |
Мg-20% Al-80% |
1 кг |
Воздух |
Т=265 Р=920 =1,5 |
|
|
12 |
Муравьиная кислота |
СН2О2 |
1 кг |
Воздух |
Нормальные =1,2 |
|
|
13 |
Диметиловый эфир |
(СН3)2О |
10 кг |
Воздух |
Т=283 Р=1016 =4,2 |
|
|
14 |
Смесь газов |
Н2S-25% SO2-15% CO2-15% H2-30% O2-15% |
15 м3 |
Воздух |
Нормальные =1,4 |
|
|
15 |
Сложное вещество |
С-82% Н-8% W-10% |
1 кг |
Воздух |
Т=260 Р=1100 =1,4 |
|
|
16 |
Глицерин |
С3Н8О3 |
1 кг |
Воздух |
Т=305 Р=1013 =1,9 |
|
|
17 |
Ацетилен |
С2Н2 |
1 м3 |
Хлор 18 % Азот82% |
Нормальные =1,9 |
|
|
18 |
Смесь газов |
СН4-30% O2-8% N2-15% Н2-47% |
1 м3 |
Воздух |
Нормальные =3,2 |
|
|
19 |
Этиловый эфир уксусной к-ты |
С4Н8О2 |
1 кг |
Воздух |
Т=270 Р=850 =1,5 |
|
|
20 |
Метилэтил- кетон |
С4Н8О |
5 кг |
Воздух |
Нормальные =2,5 |
|
|
21 |
Хлорбензол |
С6Н5Cl |
1 кг |
Воздух |
Т=305 Р=1000 =2,8 |
|
|
22 |
Нитротолуол |
С7Н7NO2 |
1 кг |
Кислород25 % Азот75% |
Т=280 Р=980 =1,4 |
Домашнее задание 2:
Сколько воздуха требуется подать на сжигание n-го объема (м3) генераторного газа при нормальных условиях.
Таблица 1.3
|
№ Вар- та |
n-й объем генераторного газа |
Коэф-фициент избытка воздуха |
СО% |
Н2-% |
N% |
O2% |
CH4% |
СО2% |
|
|
1 |
200 |
2,5 |
29 |
14 |
45 |
2,5 |
3 |
6.5 |
|
|
2 |
500 |
3,2 |
14 |
29 |
45 |
3 |
2,5 |
6,5 |
|
|
3 |
450 |
1,8 |
10 |
30 |
50 |
2 |
2 |
6 |
|
|
4 |
368 |
1,7 |
25 |
35 |
20 |
5 |
5 |
10 |
|
|
5 |
400 |
1,9 |
20 |
45 |
25 |
5 |
2 |
3 |
|
|
6 |
800 |
1,5 |
12,5 |
35 |
12,5 |
12 |
8 |
10 |
|
|
7 |
1000 |
2,3 |
10 |
30 |
50 |
2 |
2 |
6 |
|
|
8 |
900 |
2,5 |
15 |
28 |
45 |
3 |
2,5 |
6,5 |
|
|
91 |
890 |
2.6 |
27 |
16 |
45 |
2,5 |
3 |
6.5 |
|
|
10 |
530 |
3.0 |
12,5 |
34,5 |
12,5 |
13 |
8 |
10 |
|
|
11 |
456 |
3,1 |
29 |
14 |
43 |
2,5 |
5 |
6.5 |
|
|
12 |
450 |
3,3 |
14 |
29 |
45 |
3 |
2,5 |
6,7 |
|
|
13 |
470 |
3,5 |
27 |
14 |
47 |
2,5 |
3 |
6.5 |
|
|
14 |
760 |
2,4 |
29 |
14 |
45 |
2,5 |
3 |
6.5 |
|
|
15 |
267 |
5,0 |
29 |
14,5 |
44 |
2,5 |
3,5 |
6.5 |
|
|
16 |
400 |
2,0 |
10,5 |
32,5 |
50 |
2 |
2 |
6 |
|
|
17 |
580 |
2,1 |
25 |
35 |
20 |
5 |
5 |
10 |
|
|
18 |
230 |
2.2 |
28 |
47 |
24,5 |
5,5 |