Материал: Методические указания по выполнению практических работ студентов по дисциплине «Теория горения и взрыва». Горшков А.Г., Калач А.В

Таблица 1 Продукты сгорания химических элементов, входящих

в состав вещества

Примеры реакций горения:

C2H5Cl + 3(O2 + 3,76 N2) = 2 CO2 + 2 H2O + HCl + 3 3,76 N2.

C4H4S + 6(O2 + 3,76 N2) = 4 CO2 + 2 H2O + SO2 + 6 3,76 N2.

CH3NH2+2,25 (O2+3,76 N2) = CO2+2,5 H2O+0,5 N2+2,25 3,76

N2.

1.2. 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

4

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 (Vвтеор.) и объём воздуха действительно (практически) израсходованный на горение (Vвдейств.). При этом

Vвдейств Vdтеор (2)

Множитель 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 возду-

ха ( Vв).

Объём продуктов горения, образовавшихся при сжигании единицы горючего (1 кг, 1 м3 , 1 кмоль) в теоретическом количестве воздуха, равен сумме объёмов углекислого газа, паров воды и азота:

Для удобства расчётов горючие вещества разделяют на 4 группы: 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.).

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания индивидуального горючего вещества в газообразном состоянии, м3/м3:

где nгв, nO2 , nN2 - количество горючего, кислорода и азота, по-

лучаемые из уравнения реакции горения, кмоль/кмоль; Теоретическое количество воздуха, необходимое для

сгорания индивидуального горючего вещества в конденсированном состоянии, м3 /кг:

Мгв – молекулярная масса горючего вещества; Vt – молярный объём газа при заданных условиях, м3/кмоль;

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания смеси газов, м3/м3:

i i - сумма произведений стехиометрического коэф-

фициента реакций горения каждого компонента горючей смеси ( i) на процентное содержание этого компонента ( i) в смеси; О2 – процентное содержание кислорода в слож-

ном горючем газе.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания вещества сложного состава в конденсированном состоянии, м3 /кг:

C, H, S, O – весовое содержание соответствующих элементов в составе горючего вещества, % масс.;

Для газообразных горючих веществ расчёт объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м3/м3 . Так как 1 кмоль любого газа в одинаковых условиях занимает один и тот же объём (при нормальных условиях 22,4 м3), то объём, рассчитанный в м3/м3, численно будет таким же, как и в кмоль/кмоль.

Если горючее вещество находится в конденсированном состоянии (жидком или твёрдом), то, как правило, рас-

чёты объёмов воздуха и продуктов горения проводят в м3/кг.

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

T0 T1

где Р0 – нормальное давление, Па; Т0 – нормальная температура, К; V0 – объём воздуха при нормальных условиях (м3 или м3/кмоль); P1, T1, V1 – соответственно давление, объём и температура воздуха, характеризующие заданные условия горения.

Теоретический объём продуктов горения индивиду-

ального горючего вещества в газообразном состоянии, м3/м3:

Теоретический объём продуктов горения индивиду-

ального горючего вещества в конденсированном состоянии, м3 /кг:

Теоретический объём продуктов горения вещества сложного состава в конденсированном состоянии, м3 /кг:

7

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

Если горение протекает с избытком воздуха, то при расчёте количества молей продуктов горения учитывается избыточное число молей кислорода и азота ( nO2 и nN2 ):

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

Пример 2. Сгорает 4 м3 пропана (С3Н8). Рассчитать теоретические объёмы воздуха, объём и состав (в объёмных %) продуктов горения. Условия нормальные.

Решение. Сгорает индивидуальное горючее вещество, находящиеся в газообразном состоянии.

1. Запишем уравнение реакции горения пропана в воз-

духе:

С3Н8 + 5(О2 + 3,76N2) = 3 CО2 + 4 Н2О + 3,76 5·N2

2. Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения по формулам (6) и (13) в расчёте на 1 м3 горючего вещества:

VПГтеор 3 4 5 3,76 25,8 м3/м3. 1

3. Учитывая, что сгорает не 1 м3 газа, а 4 м3 находим действительные объёмы воздуха и продуктов горения:

8