Методика расчета адиабатической температуры горения

1. Составляем уравнение реакции горения вещества в воздухе (см. правила составления реакции горения в разделе 2).

По уравнению реакции находим число моль исходного вещества и выделяющихся продуктов реакции горения.

2. Определяем по табл. 3 приложения 2 значения стандартных теплот образования горючего вещества и продуктов горения. Теплоты образования простых веществ (N₂, О₂) равны нулю.

3. Используя следствие закона Гесса, рассчитываем низшую теплоту сгорания вещества

Q_н = S(n_i× )_пг- S(n_j× )_г.в, кДж/моль.

4. Рассчитываем количество вещества избытка воздуха по формуле:

n_в,изб= 4,76 × b × (a - 1), моль.

5. Рассчитываем общее количество вещества продуктов горения:

Sn_пг = , моль.

6. Рассчитываем среднее значение энтальпии 1 моль продуктов горения по формуле:

, кДж/моль

7.Определяем в первом приближении температуру горения, используя данные табл. 4 приложения 2, используя следующие суждения.

В продуктах горения наибольшее количество составляет азот, поэтому принимаем, что именно ему соответствует расчётное среднее значение энтальпии (∆Н_ср). По табл. 4 в колонке азота находим ближайшую к ∆Н_ср величину и выписываем соответствующее ей значение температуры. В продуктах горения кроме азота присутствуют СО₂ и Н₂О, что понижает температуру (~ на 100 К). Уменьшаем выбранную температуру на 100 К. Это будет первое приближение температуры горения, при которой ведём расчёт энтальпии продуктов горения. Для этого последовательно находим в табл. 4 мольную энтальпию каждого из продуктов горения и умножаем ее на число моль соответствующего продукта горения. Затем суммируем полученные энтальпии всех продуктов реакции горения.

Сравниваем полученное значение с низшей теплотой сгорания вещества. Если суммарное значение энтальпии продуктов горения превышает значение низшей теплоты сгорания вещества, то выбираем второе приближение температуры горения, понижая первую выбранную температуру на 100 К, и повторяем расчёт.

Снова сравниваем полученное значение с низшей теплотой сгорания вещества.

Таким образом, необходимо найти два значения энтальпии продуктов горения вещества, одно из которых больше значения низшей теплоты сгорания, а другое – меньше. Разница между соответствующими этим энтальпиям температурами не должна превышать 100 К.

Температуру горения находим методом линейной интерполяции.

 

Задача Рассчитать по следствию закона Гесса низшую теплоту сгорания и адиабатическую температуру горения диэтилового эфира, если коэффициент избытка воздуха составляет 1,3.

Дано:

С₄Н₁₀О – диэтиловый эфир

a=1,3

Найти: Q_н, Т_г?

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения диэтилового эфира в воздухе (см. правила составления реакции горения из раздела 2).

С₄Н₁₀О + 6(О₂ + 3,76N₂) ® 4СО₂ + 5Н₂О + 6×3,76N₂             b = 6

Таким образом, по уравнению реакции находим, что при сгорании 1 моль диэтилового эфира выделяется 4 моль углекислого газа и 5 моль воды:

, ,

2. По табл. 3 приложения 2 определяем значения стандартных теплот образования горючего вещества и продуктов горения:

= 273,31 кДж/моль;

= -393,51 кДж/моль;

= -241,84 кДж/моль

3. Используя следствие закона Гесса, рассчитываем низшую теплоту сгорания диэтилового эфира,

∆Н⁰_сгор.= S(n× )_п.г- S(n× )_г.в, кДж/моль;

∆Н⁰_сгор.= , кДж/моль;

∆Н⁰_сгор.= = 4 × (-393,51) + (5 × -241,84) – 1 ∙ 273,2 = - 2510,95 (кДж/моль);

Q_н = -∆Н⁰_сгор.= 2510,95кДж/моль

4. Рассчитываем количество моль избытка воздуха.

n_в.изб= 4,76 × b × (a - 1) = 4,76 × 6 × (1,3 - 1) = 8,57 (моль)

5. Рассчитываем общее количество вещества продуктов горения.

Sn_пг =  (моль)

6. Рассчитываем среднее значение энтальпии 1 моль продуктов горения.

, кДж/моль;

 = 62,55 (кДж/моль)

7. Рассчитываем температуру горения, используя данные табл. 4 приложения 2.

В продуктах горения наибольшее количество составляет N₂ (6∙3,76 = 22,56 моль), поэтому принимаем, что именно ему соответствует расчётное среднее значение энтальпии (62,55 кДж/моль). По таблице в колонке азота находим ближайшее к 62,55 кДж/моль значение, равное 63,143 кДж/моль. Ему соответствует температура горения 2173 К. Так как в продуктах горения кроме азота присутствуют СО₂ и Н₂О, то понижаем температуру ~ на 100 К и выбираем температуру 2073 К, при которой ведём расчёт. Находим в табл. 4 приложения 2 мольные энтальпии каждого продукта горения и умножаем их на соответствующее количество вещества.

Т_г,1 = 2073 К

= 4 × 96,58 = 386,32 (кДж/моль)

= 5 × 77,6 = 388 (кДж/моль)

= 22,56 × 59,54 = 1343,22 (кДж/моль)

= 8,57 × 60 = 514,2 (кДж/моль)

S = 2631,74 кДж/моль

 

Сравниваем полученное значение с низшей теплотой сгорания диэтилового эфира:

Q_н = 2510,04 кДж/моль < S = 2631,74 кДж/моль.

В процессе горения суммарное значение энтальпии продуктов горения не может превышать значение низшей теплоты сгорания диэтилового эфира. Поэтому понижаем температуру еще на 100 К и повторяем расчёт.

Тесты для самоконтроля

 

1. В зависимости от механизма распространения зоны химической реакции горения по горючей смеси выделяют следующие режимы горения:

a. дефлаграционное и детонационное;

b. ламинарное и турбулентное;

c. диффузионное и кинетическое.

 

2. Какие из ниже перечисленных продуктов горения являются продуктами полного сгорания:

a. СО₂;

b. N Н₃;

c. Н Cl;

d. Н₂О;

e. СО.

 

3. Укажите, какие из представленных ниже уравнений реакции горения веществ являются верными:

a. С₂Н₅ N + 6,25 О₂  + 6,25 ´ 3,76 N ₂ ® 7СО₂ + 2,5 Н₂О + 6,25 ´ 3,76 N ₂;

b. С₂Н₃ Cl + 2,5 О₂  + 2,5 ´ 3,76 N ₂ ® 2СО₂ + Н₂О + HCl +2,5 ´ 3,76 N ₂;

c. С₄Н₁₀О + 6 О₂  + 6 ´ 3,76 N ₂ ® 4СО₂ + 5 Н₂О + 6 ´ 3,76 N ₂.

 

4. Как называются вещества, состав которых можно выразить химической формулой?

a. простые вещества;

b. индивидуальные химические соединения;

c. сложные вещества.

 

5. Горение паров, поднимающихся со свободной поверхности жидкости, является:

a. гетерогенным;

b. гомогенным.

 

6. Если коэффициент горючести бутанола равен 24, то это вещество:

a. трудногорючее;

b. горючее;

c. не горючее.

 

7. По газодинамическому состоянию компонентов горючей смеси горение подразделяется на:

a. полное и неполное;

b. ламинарное и турбулентное;

c. гомогенное и гетерогенное.

8. Для возникновения горения необходимы следующие условия:

a. наличие горючего вещества, окислителя и флегматизатора;

b. наличие источника зажигания и горючего вещества;

c. наличие горючего вещества, источника зажигания и окислителя.

 

9. Какие из ниже перечисленных факторов влияют на температуру горения:

a. полнота сгорания;

b. величина избытка воздуха;

c. объем сосуда;

d. начальная температура горючего вещества и воздуха;

e. скорость химической реакции.

 

10. С помощью какого прибора определяется температура горения?

a. прибор МакHИИ;

b. прибор Маккея;

c. СТС-2;

d. ОППИР-017;

e. ПВHЭ.

11. Какая температура называется температурой внутреннего пожара:

a. максимальная температура дыма в помещении, где происходит пожар;

b. минимальная температура дыма в помещении, где происходит пожар;

c. средняя температура зоны горения в помещении, где происходит пожар;

d. максимальная температура зоны горения в помещении, где происходит пожар;

e. средняя температура дыма в помещении, где происходит пожар.

 

12. Какая температура называется температурой наружного пожара:

a. температура дыма;

b. температура пламени;

c. температура продуктов горения;

d. температура окислителя;

e. температура горючего вещества.

  13. Коэффициент горючести вещества равен 1. Данное вещество является:

a. горючим;

b. негорючим;

c. трудногорючим.

14. Какие различают температуры горения?

a. оптическую, теоретическую, действительную;

b. тепловую, теоретическую, действительную;

c. калориметрическую, теоретическую, действительную;

d. отопительную, теоретическую, действительную;

e. цепную, теоретическую, действительную.

 

15. Как называется коэффициент "К".

a. коэффициент дымообразования;

b. коэффициент горючести;

c.  коэффициент теплопроводности;

d. коэффициент теплопередачи;

e. стехиометрический коэффициент.