Расчёт объёма продуктов горения

Запишем уравнение материального баланса процесса горения для каждого компонента данной смеси:

СО + 0,5О2 + 0,5∙3,76 N2 → СО2 + 0,5∙3,76 N2

С 2Н6 + 3,5О2 + 3,5∙3,76 N2 → 2СО2 + 3Н2О + 3,5∙3,76 N2

С5Н12 + 8О2 + 8∙3,76 N2 → 5СО2 + 6 Н2О + 8∙3,76 N2

Рассчитаем количество молей каждого продукта горения, образующегося при сгорании 1 моля смеси горючих веществ по формуле:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.1)

где Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru , Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru , Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru - число молей СО2, образующихся при сгорании соответствующего компонента;

φСO, φC2H6, φC5H12 - процентное содержание каждого компонента в смеси горючих газов.

Подставляя численные значения в уравнение (1.1), получим:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru = 1∙ 0,75 + 2∙ 0,2 + 5∙ 0,05 = 1,4 моль/моль

Аналогично найдём количество молей Н2О и N2 в продуктах горения:

nH2O= 3∙ 0,2 + 6∙ 0,05 = 0,9 моль/моль

n N2 = 3,76(0,5∙ 0,75 + 3,5∙ 0,2 + 8∙ 0,05) = 5,55 моль/моль.

При сгорании бедных смесей, т.е. содержащих избыточное количество воздуха, в продуктах горения, помимо СО2, Н2О и N2, будет содержаться воздух, не участвовавший в горении. Избыток воздуха находим из уравнения:

△nв = n0в (α -1) (1.2)

где n0в - теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 моля смеси горючих веществ; α- коэффициент избытка воздуха.

Для определения теоретического количества воздуха можно воспользоваться уравнением расчёта общего количества молей кислорода и азота, т.е. воздуха, участвующего при сгорании каждого компонента горючей смеси.

n0в = ∑ (nO2i + nN2i) · Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.3)

Из вышепредставленных уравнений материального баланса видно, что количество воздуха, необходимого для сгорания 1 моля смеси горючих газов равно:

n0в = (0,5 + 0,5·3,76)· Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru + (3,5 + 3,5·3,76) · Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru + (8 + 8 · 3,76) · Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru =

0,5· 4,76 ·0,75+ ,5·4,76·0,2+ 8·4,76 ·0,05 = 4,76·(0,5·0,75 + 3,5·0,2 + 8·0,05) = 7,02моль/моль.

Для смеси стехиометрического состава коэффициент избытка воздуха α = 1, а избыток воздуха △nв=0.

Для бедных смесей, содержащих избыточное количество воздуха, коэффициент α можно найти из соотношения:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.4)

где φг - концентрация горючего в газо-воздушной смеси.

НКПР смеси горючих веществ находим по формуле Ле Шателье, а НКПР каждого отдельного горючего компонента можно найти по аппроксимационной формуле или взять из справочной литературы.

Аппроксимационная формула имеет вид:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.5)
где по2 - число молей кислорода, необходимого для полного сгорания 1 моля горючего вещества; a и b - эмпирические коэффициенты, значения которых при определении Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru составляют a = 8,684 и b = 4,679.

Выполним расчёты НКПР для каждого горючего вещества.

Для СО:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru = 11,1 % об.

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru Величина по2 взята из уравнения материального баланса. Аналогично:

 

Справочные значения НКПР для СО, С2Н6 и C5H12 составляют 12,5; 2,9 и 1,47 % об. [2]. Как видно, они не очень сильно отличаются от расчётных величин. Для расчёта НКПР смеси горючих веществ будем использовать справочные значения, которые установлены экспериментально.

По правилу Ле-Шателье:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.6)

где μi - объёмные доли соответствующего горючего компонента.

Подставляя численные значения μi и Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru , получим:

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru

Стехиометрическую концентрацию горючего вещества определяют из соотношения

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru (1.7)

Для сгорания 1 моля смеси горючих веществ требуется 7,02 моля воздуха n0в.

Поэтому Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru

Для построения зависимостей Твзр=f(φг) и Рвзр=f(φг) необходимо определить значения Твзр и Рвзр при нескольких концентрациях горючего вещества.

Рекомендуется помимо φн и φстех выбрать следующие концентрации горючего вещества: 1,2 φн, 1,4φн и 0,8φстех. Для всех этих пяти значений концентрации горючего вещества необходимо рассчитать коэффициент избытка воздуха (α) по формуле 1.3, избыток воздуха (△nв) по формуле 1,2 и количество молей продуктов горения (nпг). Для примера приведём расчёты для концентрации горючего, равной НКПР (φн).

Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru

△nв = 7,02 · (2,18 -1,0) = 8,28 Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru

Тогда полный объём продуктов горения

nпг = nСО2 + nН2О + nN2 + △nв

Подставляя численные значения, получим:

nпг = 1,4 + 0,9 + 5,55 + 8,28 = 16,13 Расчёт объёма продуктов горения - student2.ru

Аналогичные расчёты необходимо провести и для других концентраций горючего вещества.

  Таблица 1.1- Результаты расчета выхода продуктов горения  
Концентрация горючего φн 1,2 φн 1,4 φн 0,8 φстех φстех
Расчётные параметры
φ г, % об. 6,14 7,37 8,60 10,0 12,5
α 2,18 1,79 1,51 1,28 1,0
△nв, моль/моль 8,28 5,55 3,58 1,97
nпг , моль/моль 16,13 13,40 11,43 9,82 7,85

Наши рекомендации