Методика расчёта объёма воздуха, необходимого для горения сложных веществ переменного состава, расчет объема и состава продуктов их горения

А) Твёрдые и жидкие вещества (расчет по массе).

1. Рассчитываем объём воздуха, необходимый для сгорания заданной массы вещества при нормальных условиях.

, м³

где

w_С, w_Н, w_S, w_O - массовые доли углерода, водорода, серы и кислорода в горючем веществе, %;

m – масса горючего вещества, кг;

a - коэффициент избытка воздуха.

2. Определяем объём воздуха при заданных условиях:

, м³,

где

Р_ну - атмосферное давление при нормальных условиях, Па;

Т_ну - температура при нормальных условиях, К;

Р - заданное давление, Па;

Т - заданная температура, К.

3. Рассчитываем объём избытка воздуха, находящегося в зоне горения, при нормальных условиях.

, м³

4. Используя коэффициенты, указанные в табл. 1 приложения 2, определяем объёмы компонентов продуктов горения (оксида углерода (IV), водяного пара, оксида серы (IV), оксида фосфора (V), азота и кислорода), образующиеся при сгорании 1 кг горючего вещества при нормальных условиях (, м³).

5. Определяем общий объём продуктов горения, выделяющихся при сгорании 1 кг вещества в нормальных условиях, суммируя объёмы компонентов продуктов горения:

, м³.

6. Пересчитываем общий объём продуктов горения при нормальных условиях на заданное количество вещества

, м³

где

 - общий объём продуктов горения, выделяющихся при сгорании 1 кг горючего вещества в нормальных условиях, м³;

 m - масса горючего вещества, кг.

7. Находим объём продуктов горения при заданных условиях.

, м³,

где

.

8. Находим объём компонентов продуктов горения при заданных условиях по формулам:

, м³; , м³; , м³;

, м³; , м³;  , м³.

 

9. Объемный процентный состав компонентов продуктов горения определяется из следующих соотношений, принимая их общий объём  за 100 %.

,об. %;       , об. %;

, об. %;          , об. % и т.д.

 

Б) Смесь газов (расчет по объему).

1. Составляем уравнения реакций горения только горючих компонентов газовой смеси в воздухе и определяем стехиометрические коэффициенты b.

2. Определяем объём воздуха, необходимый для сгорания заданного объёма газовой смеси по формуле:

, м³;

где

b_i- стехиометрический коэффициент перед кислородом i-ого горючего компонента смеси;

 - концентрация i-ого горючего компонента смеси, об. %;

- концентрация кислорода в газовой смеси, об. %;

V_гсм- заданный объём газовой смеси, м³.

a - коэффициент избытка воздуха.

 

3. Если заданный коэффициент избытка воздуха α > 1, то определяется объём избытка воздуха при сгорании 1 м³ газовой смеси

, м³.

4. Используя коэффициенты, указанные в табл. 2 приложения 2, находим объём компонентов продуктов горения, образующихся при сгорании 1 м³ смеси ().

5. Рассчитываем общий объём продуктов, выделяющихся при сгорании 1 м³ горючей смеси, суммируя полученные значения объёмов компонентов продуктов горения:

, м³.

6. Пересчитываем полученное значение на заданный объём горючей смеси:

, м³.

7. Находим объём каждого из компонентов продуктов горения:

, м³;

, м³;

, м³ и т.д.

8. Рассчитываем объемный состав компонентов продуктов горения по формулам:

,об. %, мол. %;       , об. %, мол. %;

, об. %, мол. %;         , об. %, мол. % и т.д.

 

Разделы для самостоятельного изучения

1. Расчет объема воздуха, объема и состава продуктов горения при сгорании веществ сложного состава.

Завершает изучение темы «Материальный и тепловой баланс процесса горения» выполнение лабораторной работы по определению температуры горения веществ.

Для подготовки к данной лабораторной работе необходимо:

- изучить теоретический материал по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения» (см. конспект и список литературы);

- уметь ответить на контрольные вопросы (см. вопросы для самоконтроля по теме «Общие сведения о горении и взрыве» и по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения») и знать определения основных понятий;

- знать назначение, принцип действия и устройство прибора ОППИР-017 (см. список литературы);

- в тетради для лабораторных работ оформить отчет: название работы, цели работы, материально-техническое обеспечение, теоретические основы работы (основные определения; формулы расчета; назначение, принцип действия, устройство и рисунок прибора ОППИР-017).

 

Изучив тему, обучающийся должен:

Знать:

- определения теплоты и температуры горения;

- отличия между различными видами температуры горения и теплоты сгорания;

- методику расчета объема воздуха, объема и процентного состава продуктов горения индивидуальных веществ;

- методику расчета объема воздуха, объема и процентного состава продуктов горения веществ сложного состава;

- методику расчета теплоты сгорания адиабатной и действительной температуры горения.

Уметь:

- рассчитывать объем воздуха, объем и процентный состав продуктов горения индивидуальных веществ и веществ сложного состава;

- рассчитывать теплоту сгорания и температуру горения.

Владеть:

- навыками составления уравнений химических реакций горения веществ в воздухе;

- экспериментальными способами определения температуры горения.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Классификация взрывов.

2. Какие правила необходимо соблюдать при составлении реакций горения?

3. Какие вещества называют горючими, трудногорючими и негорючими?

4. Как определить горючесть вещества по коэффициенту горючести?

5. Избыток воздуха, коэффициент избытка воздуха.

6. Какие вещества называются сложными?

7. Дать определение индивидуальным химическим соединениям.

8. Сформулируйте закон Гесса и следствие из закона Гесса.

9. Теплота сгорания, ее виды.

10. Дайте определение калориметрической температуре сгорания.

11. Какие факторы влияют на температуру горения?

12. Для чего необходимо знать температуру горения?

13. Как определяют температуру горения? Почему действительная температура горения, как правило, оказывается ниже калориметрической, адиабатической и теоретической?

14. Строение ламинарного диффузионного пламени.

15. Изложите в общем виде методику расчета объема воздуха, необходимого для сгорания индивидуальных химических соединений и сложных веществ.

Опорные термины по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения»:

температура горения, температура внутреннего пожара, температура наружного пожара, теплота сгорания, низшая теплота сгорания, высшая теплота сгорания.