Как найти объем кислорода необходимого для сжигания

Важные понятия и определения:

1) Теплота сгорания топлива
2) Количество окислителя ( кислорода и воздуха), необходимого для горения

1) Теплота сгорания топлива:
— для метана (полная реакция горения)
— (не полная реакция горения)
При горении топлива, выделяется большое количество тепла.

Теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м 3 газа.

Как видно из реакции в продуктах сгорания присутствуют пары воды. В зависимости от того, в каком виде водяной пар находится в дымовых газах, различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания ( ) соответствует условию, при котором продукты горения охлаждаются до (293 К), а пары воды конденсируются и охлаждаются до . При этом выделяется две составляющие тепла: теплота нагрева с 293 К до 373 К (418 кДж/кг),а также скрытая теплота парообразования испарения 2256,8 кДж/кг. Итого выделяется 2675,5 кДж/кг. Низшая теплота сгорания ( ) соответствует условию, при котором содержащаяся в продуктах сгорания влага в виде пара охлаждается до температуры и не конденсируется.

При этом выделяется:
,

На практике в реальных условиях, к сожалению, выделяется только низшая теплота сгорания.

2) Количествоокислителя (воздуха) необходимого для горения определяется по уравнению реакции горения. Определённое количество является теоретическим. Для реального сжигания всегда подают несколько большее количество окислителя, т.к. есть потери . На 10 – 20 % больше.

Коэффициент избытка воздуха:
— реальный объём, — теоретический объём.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально по цвету и характеру пламени.

Выполните практическую часть и ответьте письменно на вопросы:

1.Вариант 2 вариант

1. Назовите горючие вещества в составе природного газа.
2. Что такое горение?
3. Какие условия считают нормальными, а какие и стандартными условиями?
4. Когда происходит самовоспламенение?
5. Что такое зажигание? Когда оно возникает?
6. Назовите пределы воспламеняемости.
7. Что представляет собой пламя?
8. Как можно определить полноту сгорания топлива?
9. В чем особенности полного и неполного горения топлива?
10. Что представляют собой ламинарное и турбулентное горение?

Практическая часть. Образец.Рассмотрим горение газа состоящего из: 1) 93,48% метана ( ); 2) 3,85% этана ( ); 3) 0,67% пропана ( ); 4) 0,3% бутана ( ); 0,75% углекислого газа (СО₂) и 0,95% азота ( ). Найти объёмы необходимых для горения кислорода и воздуха ( и ).
I. Определение необходимого количества воздуха:
1)
Из реакции видно, что для горения 1 моля нужно 2 моля . 1 моль любого газа занимает 22,4 , это значит, что для сжигания 1 метана, нужно 2 .

Известно, что в сухом воздухе содержится 21% , а остальное азот ( ), 79%.

.
2) — для этана;


.
3) — для пропана;


.
4) — для бутана;


.
Поскольку, реальное топливо – это смесь горючих газов, то общий расход воздуха определяется суммированием для отдельно горючих компонентов.
.

1.Вариант 2 вариант

92,48		94,67
4,75		3,73
0,85		0,65
0,22		0,25
СО2

Нечетные номера выполняют ВАРИАНТ=1 Четные номера выполняют ВАРИАНТ=2

Источник

Как найти объем кислорода необходимого для сжигания

Рассмотрим порядок расчета на примере горения бензола С₆Н₆.

· Запишем уравнение реакции горения:

· В это уравнение подставим значения относительных молекулярных масс входящих в него элементов:

6 × 12+6 × 1+7.5(2∙16)=6(1∙12+2 × 16)+3(1 × 2+1∙16).

Поскольку молярная масса M (кг/кмоль) вещества численно совпадает с его относительной молекулярной массой, последнее соотношение можно записать в виде:

Таким образом, для сжигания 78 кг бензола C ₆ H ₆ необходимо 240 кг кислорода.

· Определим массу кислорода m _к, необходимую для сжигания 1 кг бензола:

кг.

· По известной плотности кислорода при нормальных физических условиях ( r _н=1.429 кг/м 3 ), взятой из табл. 4.1, определим объем кислорода V _к, необходимый для полного сгорания 1 кг бензола:

.

· Поскольку горение происходит в среде воздуха, расчет объема воздуха проведем с учетом объемного содержания кислорода в воздухе (21 %):

Таким образом, для полного сгорания 1 кг бензола при нормальных физических условиях необходимо 10.262 м 3 воздуха.

· Проведем расчет объема воздуха при заданных условиях (например, при Т=+20 ° С (293 К), р=750 мм Hg ) с помощью формулы 4.6:

м 3 .

Таким образом, для полного сгорания 1 кг бензола при заданных условиях необходимый объем воздуха составляет V _в=11.16 м 3 .

Горючее вещество – смесь газов

К этой группе веществ относятся технические горючие газы – природный, светильный, водяной, генераторный, колошниковый и другие. Все они могут содержать окись углерода СО, метан СН₄, водород Н₂, сероводород Н₂ S и другие компоненты. Кроме того, они могут содержать азот N ₂ и кислород О₂. Азот, как было отмечено ранее, является инертным веществом и не участвует в реакции горения. Содержащийся в газах кислород является окислителем, и при составлении уравнений баланса массы вычитается.

Исходными данными для расчета являются процентный состав газа (объем. %), температура Т и давление р воздуха.

Порядок расчета необходимого количества воздуха рассмотрим на примере горения колошникового газа при Т=+15 ° С, р=760 мм Hg . Состав газа и плотности входящих в него компонентов при нормальных физических условиях приведены в табл. 4.5.

Состав колошникового газа

Содержание, объем. %

r , кг/м 3

· Запишем уравнения реакций горения входящих в смесь газов.

Горение угарного газа:

Азот N ₂ является инертным веществом, а углекислый газ СО₂ – продуктом полного горения, поэтому для них уравнения химических реакций не записываются.

· Подставим в эти уравнения молекулярные массы входящих в них элементов.

Для горения метана:

Для горения водорода:

Для горения угарного газа:

· Определим массу кислорода, необходимую для полного сгорания 1 кг каждого из компонентов смеси.

Для горения метана: .

Для горения водорода: .

Для горения угарного газа: .

· Определим объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м 3 каждого из компонентов смеси по формуле

,

где , – плотность кислорода и i -го компонента газовой смеси.

Для горения метана: .

Для горения водорода: .

Для горения угарного газа: .

· Определим общий объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м 3 колошникового газа по формуле:

. (4.7)

Кислород, содержащийся в составе смеси (1 объем.%), частично замещает кислород воздуха при горении, поэтому в уравнении берется со знаком «минус».

Подставляя в (4.7) значения , , , , получим:

.

· Определим требуемое количество воздуха при нормальных физических условиях (с учетом того, что на 1 м 3 кислорода приходится 4.762 м 3 воздуха):

.

· Проведем расчет объема воздуха при заданных условиях (Т=+15 ° С, p =760 мм Hg ):

.

Таким образом, для полного сгорания 1 м 3 колошникового газа в рассматриваемых условиях необходимо 0.728 м 3 воздуха. Определяемое таким образом количество воздуха называется теоретически необходимым. Практически при горении на пожарах и в горелочных устройствах различного типа, реальный расход воздуха значительно больше. Отношение реального расхода воздуха к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха. В печах, камерах сгорания и других технических устройствах коэффициент избытка воздуха a =1.1÷1.5, при пожарах эта величина может быть существенно больше и достигать значений a> 2.

Горючее вещество – смесь сложных химических соединений

Многие горючие вещества являются сложными химическими соединениями или смесями, которые трудно или невозможно описать определенной химической формулой (например, черный порох, твердые ракетные топлива, древесина, торф, уголь, нефтепродукты и т.д.). Это, как правило, твердые или жидкие топлива. Элементарный состав таких топлив записывается в виде эквивалентной формулы или суммы содержания в них элементарных веществ (масс. %) –углерода, водорода, кислорода, серы, азота.

Определение элементарного состава вещества производится лабораторным анализом. Если в состав топлива входит влага W (вода) и зола А (негорючие вещества), то элементарный состав записывается с учетом этих компонентов.

В качестве примера рассмотрим торф, содержание отдельных элементов в котором приведено в табл. 4.6.

Источник