Как вычислить объем кислорода при сгорании

Рассчитать объем кислорода

Рассчитать объем кислорода.

Рассчитать объем кислорода (газа) при нормальных условиях, если известна его масса, можно по формуле: V = m · Vm / M = ν · Vm. Рассчитать объем кислорода (газа), если известна его масса, температура и давление, можно по формуле: V = m · R · T / ( p · M) = ν · R · T / p.

Химическая формула кислорода O₂.

Рассчитать объем кислорода (газа) при нормальных условиях:

Рассчитать объем кислорода (газа):

Теория:

Рассчитать объем кислорода (газа) при нормальных условиях, если известна его масса, можно по формуле:

V = m · Vm / M = ν · Vm,

ν – количество вещества, моль,

Vm – молярный объем газа , л/моль, Vm = 22,4 л/моль,

М – молярная масса газа , г/моль,

M(О₂) = 2·16 = 32 г/моль,

Нормальные условия: 0 о С (или 273,15 К), 101,325 кПа или 1 атм.

Рассчитать объем кислорода (газа), если известна его масса, температура и давление, можно по формуле:

V = m · R · T / ( p · M) = ν · R · T / p,

ν – количество вещества, моль,

М – молярная масса газа , г/моль,

M(О₂) = 2·16 = 32 г/моль,

R – универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,314 Дж/(моль⋅К),

T – термодинамическая температура, К.

P – давление, кПа.

Пример: Рассчитайте объем для 1 кг кислорода, для 160 г кислорода, для 8 г кислорода:

Рассчитайте объем для 1 кг кислорода при нормальных условиях.

V = m · Vm / M = 1 000 грамм · 22,4 л/моль / 32 г/моль = 700 литров.

Рассчитайте объем для 1 кг кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = m · R · T / p · M = 1 000 грамм · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа · 32 г/моль) = 2 625,405 литров или 2,625405 м 3 .

Рассчитайте объем для 160 г кислорода при нормальных условиях.

V = m · Vm / M = 160 грамм · 22,4 л/моль / 32 г/моль = 112 литров.

Рассчитайте объем для 160 г кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = m · R · T / p · M = 160 грамм · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа · 32 г/моль) = 420,064 литров.

Рассчитайте объем для 8 г кислорода при нормальных условиях.

V = m · Vm / M = 8 грамм · 22,4 л/моль / 32 г/моль = 5,6 литров.

Рассчитайте объем для 8 г кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = m · R · T / p · M = 8 грамм · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа · 32 г/моль) = 21,003 литра.

Пример: Рассчитайте объем для 2 моль кислорода, для 3 моль кислорода, для 5 моль кислорода:

Рассчитайте объем для 2 моль кислорода при нормальных условиях.

V = ν · Vm = 2 моль · 22,4 г/моль = 44,8 литров.

Рассчитайте объем для 2 моль кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = ν · R · T / p = 2 моль · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа) = 168,025 литров.

Рассчитайте объем для 3 моль кислорода при нормальных условиях.

V = ν · Vm = 3 моль · 22,4 г/моль = 67,2 литров.

Рассчитайте объем для 3 моль кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = ν · R · T / p = 3 моль · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа) = 252,038 литра.

Читайте также:  Вычислить объем комнаты 5 класс

Рассчитайте объем для 5 моль кислорода при нормальных условиях.

V = ν · Vm = 5 моль · 22,4 г/моль = 112 литров.

Рассчитайте объем для 5 моль кислорода при 30 градусах Цельсия (303,15 К), давлении 30 кПа.

V = ν · R · T / p = 5 моль · 8,314 Дж/(моль⋅К) · 303,15 К / (30 кПа) = 420,064 литров.

Мировая экономика

Справочники

Востребованные технологии

  • Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (107 130)
  • Экономика Второй индустриализации России (103 531)
  • Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (30 114)
  • Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (30 075)
  • Метан, получение, свойства, химические реакции (26 920)
  • Крахмал, свойства, получение и применение (26 569)
  • Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (25 567)
  • Целлюлоза, свойства, получение и применение (25 110)
  • Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (24 001)
  • Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (23 752)

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Источник

Расчёт объёма воздуха, объёма и состава продуктов горения

При решении многих практических вопросов необходимо знать количество воздуха, расходуемого на горение единицы массы или объёма горючего вещества, количество образовавшихся продуктов горения и их процентный состав. Рассмотрим расчётные методы определения отдельных составляющих материального баланса процессов горения.

Методика расчёта объёма воздуха для горения зависит от состава горючего вещества, его агрегатного состояния и условий горения. По своей природе горючие вещества могут быть индивидуальными химическими соединениями и смесями сложных химических соединений. К индивидуальным химическим соединениям относятся такие вещества, которые имеют постоянное химическое строение и постоянную химическую формулу. К этой группе относятся такие вещества, как бензол (С6Н6), пропанол (С3Н9ОН), уксусная кислота (СН3СООН) и др. Смеси сложных химических соединений – вещества, не имеющие определённого химического строения, и их состав одной химической формулой выразить нельзя. К этой группе веществ относятся уголь, нефть, древесина, жиры и др. Состав этих веществ выражается в процентном содержании отдельных элементов или газов (C, S, H, и др. или СО, СН4, Н2S и др.).

Различают объём воздуха теоретически необходимый для горения (Vв теор . ) и объём воздуха действительно (практически) израсходованный на горение (Vв действ. ). При этом

Читайте также:  Как зависит ускорение тела при прямолинейном равноускоренном движении от скорости

(2)

Множитель a называется коэффициентом избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз объём воздуха, поступивший на горение, больше теоретического объёма воздуха, необходимого для полного сгорания единицы количества вещества в стехиометрической смеси.

Разность между действительным и теоретически необходимым количеством воздуха называется избытком воздуха (DVв).

(3)

Объём продуктов горения, образовавшихся при сжигании единицы горючего (1 кг, 1 м 3 , 1 кмоль) в теоретическом количестве воздуха, равен сумме объёмов углекислого газа, паров воды и азота:

(4)

Полный, действительный объём продуктов горения находится с учётом избытка воздуха:

(5)

Для удобства расчётов горючие вещества разделяют на 4 группы (табл. 15): индивидуальные химические соединений (в газообразном и конденсированном состоянии); вещества сложного состава (древесина, торф, нефть и т.п.); смесь газов (генераторный, попутный газы и т.п.).

Расчётные формулы для определения теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания веществ.

Группа горючих веществ Расчётные формулы Размерности
Индивидуальное горючее вещество в газообразном состоянии (6) м 3 /м 3
Индивидуальное горючее вещество в конденсированном состоянии (7) м 3 /кг
Смесь газов (8) м 3 /м 3
Вещество сложного состава в конденсированном состоянии (9) м 3 /кг

где — количество горючего, кислорода и азота, получаемые из

уравнения реакции горения, кмоль/кмоль;

Мгв молекулярная масса горючего вещества;

Vt – молярный объём газа при заданных условиях, м 3 /кмоль;

C, H, S, O – весовое содержание соответствующих элементов в составе

горючего вещества, % масс.;

— сумма произведений стехиометрического коэффициента реакций

горения каждого компонента горючей смеси (bi) на процентное содержание

этого компонента (ji) в смеси;

– процентное содержание кислорода в сложном горючем газе.

Для газообразных горючих веществ расчёт объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м 3 /м 3 . Так как 1 кмоль любого газа в одинаковых условиях занимает один и тот же объём (при нормальных условиях 22,4 м 3 ), то объём, рассчитанный в м 3 /м 3 , численно будет таким же, как и в кмоль/кмоль.

Если горючее вещество находится в конденсированном состоянии (жидком или твёрдом), то, как правило, расчёты объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м 3 /кг.

Для определения объёма воздуха при горении в условиях, отличных от нормальных, пользуются уравнением идеальных газов:

, (10)

где Р – нормальное давление, Па;

Т – нормальная температура, К;

V – объём воздуха при нормальных условиях (м 3 или м 3 /кмоль);

P1, T1, V1 – соответственно давление, объём и температура воздуха,

характеризующие заданные условия горения.

Иногда на практике приходится решать обратную задачу – по известному процентному содержанию кислорода в продуктах горения находить коэффициент избытка воздуха:

(11)

Для веществ, у которых объём продуктов горения равен объёму израсходованного воздуха (например горение углерода, серы), эта формула упрощается:

(12)

При расчёте объёма продуктов горения пользуются формулами, приведёнными в табл. 16.

Расчётные формулы для определения теоретического объёма продуктов горения.

Группа горючих веществ Расчётные формулы Размер-ности
Индивидуальное горючее вещество в газообразном состоянии (13) м 3 /м 3
Индивидуальное горючее вещество в конденсированном состоянии (14) м 3 /кг
Смесь газов (15) м 3 /м 3
Вещество сложного состава в конденсированном состоянии (16) м 3 /кг

Процентный состав продуктов горения рассчитывается исходя их количества молей продуктов горения. Например, процентное содержание паров воды в продуктах горения составит:

, % (17)

Если горение протекает с избытком воздуха, то при расчёте количества молей продуктов горения учитывается избыточное число молей кислорода и азота ( и ):

, % (18)

Рассмотрим примеры решения задач на расчёт объёма воздуха, объёма и состава продуктов горения.

Читайте также:  Как найти объем предложения одной фирмы

Пример 1.Сгорает 4 м 3 пропана (С3Н8). Рассчитать теоретические объёмы воздуха, объём и состав (в объёмных %) продуктов горения. Условия нормальные.

Решение.

Сгорает индивидуальное горючее вещество, находящееся в газообразном состоянии.

1. Запишем уравнение реакции горения пропана в воздухе:

  1. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения по формулам (6) и (13) в расчёте на 1 м 3 горючего вещества:

(м 3 /м 3 );

(м 3 /м 3 );

  1. Учитывая, что сгорает не 1 м 3 газа, а 4 м 3 находим действительные объёмы воздуха и продуктов горения:

(м 3 );

(м 3 ).

4. Рассчитаем состав продуктов горения:

.

Ответ: на сгорание 4 м 3 пропана необходимо 95,2 м 3 воздуха, при этом образуется 103,2 м 3 продуктов горения, из которых СО2 – 11,6 %, Н2О – 15,5 %, N2 – 72,9 %.

Пример 2. Сгорает 100 кг ацетона. Рассчитать действительные объёмы воздуха и продуктов горения, если коэффициент избытка воздуха равен 2. Условия нормальные.

Решение.

Сгорает индивидуальное химическое соединение в конденсированном состоянии. 1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

2. Объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг ацетона рассчитываем по формуле (7), учитывая при этом, что масса одного киломоля ацетона составляет 58 кг/кмоль:

(м 3 /кг)

3. Действительный объём воздуха, пошедшего на сгорание 1 кг ацетона рассчитывается с учётом коэффициента избытка воздуха a:

(м 3 /кг)

3. Избыток воздуха составит:

(м 3 /кг)

4. Теоретический объём продуктов горения рассчитываем по формуле (14):

(м 3 /кг)

5. Действительный объём продуктов горения составит:

(м 3 /кг)

7. Объём воздуха теоретически необходимого для сгорания 100 кг ацетона составит соответственно 740 м 3 (7,4 × 100), при этом выделится 1 550 м 3 продуктов сгорания.

Ответ: При сгорании 100 кг ацетона объём воздуха при нормальных условиях составит 1 480 м 3 , а объём продуктов горения – 1 550 м 3 .

Примечание. Если в процессе горения была задана другая температура, то объём продуктов горения и воздуха рассчитывается с учётом объёма, который занимает один кмоль газа при этой температуре:

(19)

где Р =101,3 кПа; Т = 273 К; Т и Р заданные температура и давление.

Пример 3.Газовая смесь объёмом 10 м 3 , состоящая из 30 % ацетилена, 40 % пропана, 20 % углекислого газа и 10 % сгорает с 40 %-ным избытком воздуха. Вычислить объём воздуха, принимающего участие в горении, если процесс протекает при нормальных условиях.

Решение.

1. Составляем уравнения реакций горения горючих газов смеси в воздухе:

2. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения при полном сгорании 1 м 3 газовой смеси (формулы 8 и 15):

(м 3 /м 3 )

3. Рассчитаем действительные объёмы воздуха и продуктов горения с учётом 40 % — ного избытка воздуха (a = 1,4).

(м 3 /м 3 )

(м 3 /м 3 )

4. Поскольку объём горючей смеси составлял 10 м 3 , действительные объёмы воздуха и продуктов горения составят 176,7 и 192,9 м 3 соответственно.

Пример 4.Определить объёмы воздуха и продуктов горения при сжигании 2 кг горючего вещества, имеющего элементный состав: С = 50 %; Н = 10 %; N = 10 %; золы = 12 %; влаги = 18 %. Считать, что воздух и продукты горения находятся при нормальных условиях.

Решение.

1. Для решения задачи воспользуемся формулами (9) и (16).

(м 3 /кг)

(м 3 /кг)

2. При сгорании 2 кг горючего вещества образуется соответственно 14,34 и 16,14 м 3 воздуха и продуктов горения.

Ответ: При сгорании 2 кг горючего вещества образуется соответственно 14,34 и 16,14 м 3 воздуха и продуктов горения.

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем