Количество вещества каждого компонента смеси

Количества метана в смеси:

                    ν_CH4=φCH₄/(M(CH₄))=80/16,04=4,98

Количества пропана в смеси

                    ν_C3H8=φC₃H₈/(M(C₃H₈))=15/44,1=0,34

Количества сероводорода в смеси

                    Ν_H2S=φH₂S/(M(H₂S))=5/34,08=0,14

Количество  вещества всей смеси:

_СМ= H2S, (20)

где: V_{CH 4}   – количество метана в смеси

V_{C 3 H 8} – количество пропана в смеси

V_{H 2 S} – количество сероводорода в смеси

Тогда Vсм=4,98+0,34+0,14=5,46

Доля каждого компонента смеси

                           μ _i CH₄=4,98/5,46=0,91

                           μ _i C₃H₈=0,34/5,46=0,06

                           μ _i H₂S=0,14/0,02=0,005

                    ^cв_H=1/(0,91/4,53+0,06/2,85+0,002/3,2)=4%

Определим коэффициент избытка воздуха (а) на нижнем концентрационном пределе распространения пламени (НКПР):

а=100- _н^см/ _н^см*V_н⁰,                                    (21)

где: _н^см – НКПР всей газовой смеси

V⁰_н– теоретический объем воздуха для горения газовой смеси фонтана.

Для нахождения коэффициента избытка воздуха на НКПР для данной смеси газа рассчитаем теоретический объем воздуха

V⁰_в= , м³/м³                                                 (22)

где: ∑ это сумма произведений стехиометрических коэффициентов реакций горения каждого компонента горючей смеси ( на процентное содержание этого компонента ( в смеси

_o2 – процентное содержание кислорода газовой смеси

V⁰_в=(2*80+5*15+1,5*5-0)/21=11,55м³/м³

Отсюда  коэффициент избытка воздуха на НКПР пламени будет равен (а):

а=(100-4)/(4,1*11,55)=2,07.

Определим избыток воздуха на НКПР пламени по формуле:

△V_в = V_н⁰*(а-1), м³/м³,                                 (23)

где: V_н⁰ – теоретический объём воздуха для горения газовой смеси фонтана,

а – коэффициент избытка воздуха на НКПР пламени,

тогда △V_в=11,5*(2,07-1)=12,4 м³/м³

Методом последовательных приближений рассчитывается адиабатическая температура горения на НКПР пламени.

Для расчета адиабатической температуры потухания методом последовательных приближений из уравнения химической реакции горения определяется  объем и состав продуктов горения.

Определим объём (V) и число молей () продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащейся 80% СН₄; 15% С₃Н₈; 5% Н₂S, используя приведённые выше химические уравнения реакций горения.

Объём продуктов горения углекислого газа СО₂:

                                     (24)

где: – стехиометрический коэффициент CO₂ в метане

– стехиометрический коэффициент метана

– процентное содержание метана в смеси (по заданию);

– стехиометрический коэффициент CO₂ в пропане

– стехиометрический коэффициент пропана

– содержание пропана в смеси (по заданию)

 

м³/м³

Число молей углекислого газа:

                                        (25)

моль/м³

Объём продуктов горения воды Н₂О:

             (26)

где: – стехиометрический коэффициент Н₂О в метане

– стехиометрический коэффициент метана

– содержание метана в смеси (по заданию);

– стехиометрический коэффициент Н₂О в пропане

– стехиометрический коэффициент пропана

– содержание пропана в смеси (по заданию);

– стехиометрический коэффициент Н₂О в сероводороде

– стехиометрический коэффициент сероводорода

– содержание сероводорода в смеси (по заданию)

 м³/м³

Число молей воды:

                                       (27)

 моль/м³

Объём продуктов горения азота N ₂:

               (28)

где: – стехиометрический коэффициент N ₂ в метане

– стехиометрический коэффициент метана

– содержание метана в смеси (по заданию);

– стехиометрический коэффициент N ₂ в пропане

– стехиометрический коэффициент пропана

– содержание пропана в смеси (по заданию);

– стехиометрический коэффициент N ₂ в сероводороде

– стехиометрический коэффициент сероводорода

– содержание сероводорода в смеси (по заданию)

Число молей азота:

                                                   (29)

 моль/м³

Объём продуктов горения оксида серы SO ₂:

                                               (30)

где: – стехиометрический коэффициент SO ₂ в сероводороде

– стехиометрический коэффициент сероводорода

– содержание сероводорода в смеси (по заданию)

 

                                 м³/м³

Число молей оксида серы:

                                                                                 (31)

 моль/м³

Суммарный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха составит:

м^3/м^3

(32)

где: – общий объём продуктов горения;

– избыток воздуха на нижнем концентрационном пределе распространения пламени.

 м³/м³

Рассчитываем среднее теплосодержание продуктов горения:

кДж/м^3

(33)

где: – низшая теплота сгорания смеси газов;

– суммарный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха.

                        кДж/м³

Воспользовавшись зависимостью теплосодержания газов от температуры (табл. 2 приложения), можно установить, какой температуре соответствует такое теплосодержание. Лучше всего это сделать, ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктахгорения.

                              =  кДж/м³

Из табл. 2 приложения видно, что при температуре 1100°С теплосодержание азота 34,8 кДж/моль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры.

, кДж/м^3е       (34)

где: – энтальпия (теплосодержание) газов при постоянном давлении;

– суммарный объём продуктов горения с учётом избытка воздуха.

Рассчитываем теплосодержание при температуре Т₁=1100 °С:

Рассчитываем теплосодержание при температуре Т₂=1000 °С:

Методом линейной интерполяции определим адиабатическую температуру потухания:

, °С                                   (35)

где: Т – температура;

Q – теплосодержание продуктов горения при температуре Т;

Q _Н – низшая теплота сгорания смеси газов.

°С