Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Интересное:
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Дисциплины:
2019-11-11 | 1653 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Температура горения – температура продуктов горения в зоне химической реакции. Это максимальная температура зоны пламени.
Температура горения и взрыва определяется из уравнения теплового баланса
(1.36) |
При этом адиабатическая температура горения
(1.37) |
а действительная температура горения
(1.38) |
где и – соответственно адиабатическая и действительная температуры горения; – начальная температура; – объем i -го продукта горения; – низшая теплота горения вещества; – теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения; – теплоемкость i -го продукта горения при постоянном объеме.
При этом
(1.39) |
где ƞ – доля теплопотерь в результате излучения энергии, химического и механического недожога.
Расчет температуры горения по формуле (1.37) или (1.38) может быть проведен только методом последовательных приближений, поскольку теплоемкость газов зависит от температуры горения (табл. 1.7)
Т а б л и ц а 1.7
№ п/п | Определенные параметры | Примечание | |||
1 | объем и состав продуктов горения | (§1.2) кмоль/кмоль, /кг | |||
2 | Низшая теплота сгорания или количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения (при наличии теплопотерь) | или (§1.3) кДж/кмоль, кДж/кг | |||
3 | Среднее значение энтальпии продуктов горения | (1.40) | |||
4 | Температура горения по средней энтальпии с помощью табл. 1 а или 1 б, ориентируясь на азот (наибольшее содержание в продуктах горения) |
| |||
5 | Теплосодержание продуктов горения с температурой (табл. 1 а, 1 б прил.) |
(1.41) | (1.41) | ||
6 | Если , то (в том случае, если , то ) | – энтальпия i -го продукта горения; - объем i -го продукта горения | |||
7 | по формуле (1.41) |
| |||
8 | Расчет проводим до получения неравенства |
| |||
9 | Температура горения |
| (1.42) | ||
Температура взрыва, протекающего в изохорно-адиабатическом режиме (при постоянном объеме) рассчитывается по уравнению теплового баланса (1.36) по методике, приведенной в табл. 1.7. Отличие заключается в том, что при расчетах вместо средней энтальпии продуктов горения и их теплосодержания (пп. 3-7) используется значение внутренней энергии газов (табл. 2 приложения). Внутренняя энергия газов
,
где – теплоемкость при постоянном объеме, кДж/(моль К), кДж/().
Действительная температура горения на пожаре для большинства газообразных, жидких и твердых веществ изменяется в достаточно узких пределах (1300-1800 К). В связи в эти расчетная оценка действительной температуры горения может быть значительно упрощена, если теплоемкость продуктов горения выбирать при температуре 1500 К:
, | (1.43) |
где - теплоемкость i -го продукта при горении 1500 К (табл. 1.8).
Т а б л и ц а 1.8
Вещество | Теплоемкость | |
кДж/() | кДж/() | |
2,27 | 50,85 | |
2,28 | 51,07 | |
(пар) | 1,78 | 39,87 |
1,42 | 31,81 | |
Воздух | 1,44 | 32,27 |
Примеры
П р и м е р 1. Определить адиабатическую температуру горения этилового спирта в воздухе.
Р е ш е н и е. Расчет проводим по схеме, приведенной в табл. 1.7.
1. Так как горючее – индивидуальное вещество, для определения обьема и состава продуктов горения запишем уравнение химической реакции горения
.
Следовательно, продукты горения состоят из: = 2 моля, = 3 моля, = 11,28 моля, = 16,28 моля.
2. Низшую теплоту сгорания определим по формуле (1.30). Из табл. 3 приложения находим теплоту образования горючего – 287,2 кДж/моль
.
3. Средняя энтальпия продуктов горения
.
4. Так как выражена в кДж/моль, по табл. 1 а приложения выбираем, ориентируясь на азот, первую приближенную температуру горения .
5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при по формуле (1.41).
.
6. Сравниваем QH и Q'^, так как Q'^ > QH, выбираем температуру горения равной 2000 оС.
7. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 2000 оС:
Q;r = 108,6-2 + 88,1,6-3 + 66,8-11,28 = 1235 кДж/моль.
8. Так как < Q < Q rr, определим температуру горения по
формуле (1.42)
П р и м е р 2. Определить адиабатическую температуру горения
органической массы, состоящей из С - 60 %, Н - 7 %, О - 25 %, W- 8 %.
Р е ш е н и е. 1. Так как горючее представляет собой сложное вещество, состав продуктов горения рассчитываем по формулам (1.19 -
1.21)
Общий объем продуктов горения равен V ir = 7,01 м3/кг.
9. Определим низшую теплоту сгорания вещества по формуле Д.И. Менделеева (1.31)
Q n = 339,4-60 + 1157-7 - 108,9-25 - 25,1(9-7 + 8)= 23958,4 кДж/кг.
10. Определим среднюю энтальпию продуктов горения
4. Так как величина энтальпии рассчитана в кДж/м3, первую приближенную температуру выбираем по табл. 1 б приложения. Ориентируясь на азот, принимаем Т 1 = 2100 оС.
5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 2100 оС по формуле (1.41)
6. Из сравнения выбираем вторую
приближенную температуру, равную 1900 оС.
7. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 19000С
Q ¢¢ = 4579,7×1,12 + 3693,5×0,88 + 2818,2×5,1 = 22498,8 кДж/кг. 8. Так как ПГ
ПГ Н
Q ¢¢ < Q < Q, определим температуру горения
П р и м е р 3. Рассчитать действительную температуру горения фенола (D H обр = 4,2 кДж/моль), если потери тепла излучением составили 25 % от Q н, а коэффициент избытка воздуха при горении 2,2.
Р е ш е н и е. 1. Определим состав продуктов горения:
C6H5OH + 7O2 + 7×3,76N2 = 6CO2 + 3H2O + 7×3,76N2,
2. Определим низшую теплоту сгорания фенола (формула 1.30):
Q Н = 7×396,9 + 3×242,2 - 1×4,2 = 3500,7 кДж/моль,
так как по условию задачи 25 % тепла теряется, определим количество тепла, пошедшее на нагрев продуктов горения (теплосодержание продуктов горения при температуре горения) (формула 1.39)
Q ПГ = 3500,7(1 - 0,25) = 2625,5 кДж/моль.
По формуле (1.43) определим действительную температуру горения
П р и м е р 4. Рассчитать температуру взрыва метановоздушной смеси стехиометрического состава.
Р е ш е н и е. Расчет проводим по схеме, представленной в табл. 1.7. 1. Объем и состав продуктов горения
СН4 + 2О2 + 2×3,76N2 = СО2 + 2Н2О + 2×3,76N2.
Продукты горения
2×3,76 = 7,5 кмоль/кмоль.
2. Низшая теплота сгорания:
Q Н= 1×396,6 + 2×242,2 – 75 = 806 кДж/моль.
3. Средняя внутренняя энергия продуктов горения
4. По табл. 2 приложения принимаем первую приближенную температуру взрыва (по азоту) Т 1 = 2700 оС.
5. Рассчитываем внутреннюю энергию продуктов горения при
т1: U 1 = å V пг i × U i = 1×128,9 + 2×102,4 + 7,5×70,2 = 860,2 кДж/моль.
6. Сравнение значение Q Н и U 1 показывает, что Т 1 завышена.
7. Выбираем Т 2 = 2500 оС.
U 2 = 1×118,3 + 2×94,3 + 7,5×64,3 = 789,2 кДж/моль.
8. Так как U 1 > Q Н > U 2
Контрольные задачи
1. Определить, как изменяется адиабатическая температура горения в гомологическом ряду предельных углеводородов (на примере метана, пропана, пентана и гептана). Построить график зависимости температуры горения от молекулярной массы горючего вещества.
2. Определить, как изменяется адиабатическая температура горения древесины состава: C – 49 %, H – 8 %, O – 43 %, если содержание влаги (сверх 100 %) cоставляет 0, 5, 15 %. Построить график зависимости температуры горения от влажности горючего.
П р и м е ч а н и е. При решении задачи необходимо состав древесины пересчитать так, чтобы количество всех компонентов (в том числе и воды) составляло 100 %
3. Определить, как изменится адиабатическая температура горения бензола в воздухе и окислительной среде, содержащей 25, 30, и 40% кислорода. Построить график зависимости температуры горения от содержания кислорода.
4. Рассчитать действительную температуру горения газовой смеси, состоящей из 45 % H2, 30 % C3H8, 15 % O2, 10 % N2, если потери тепла составили 30 % от Q Н, а коэффициент избытка воздуха при горении равен 1,8.
5. Определить количество сгоревшего антрацита (С = 100 %) в помещении объемом 180 м3, если среднеобъемная температура возросла с 305 до 625 К.
6. Рассчитать действительную температуру горения бутано-воздушной смеси стехиометрической концентрации на нижнем концент-рационном пределе воспламенения (1,9 % бутана и 98,1 % воздуха), если потери тепла излучением составили 20 % от низшей теплоты сгорания.
7. Определить, как изменится температура горения ацетилена при разбавлении его азотом в количестве 10, 20, 30 %, если потери тепла излучением составляют 25 % от низшей теплоты сгорания, коэффициент избытка воздуха 1,2. Построить график зависимости температуры от содержания азота в ацетилене.
8. Определить время горения толуола, при котором температура в помещении объемом 400 м3 повысится с 295 до 375 К, если скорость его выгорания 0,015 кг/(м2×с), а площадь пожара 50 м2. При расчете пренебречь приращением объема продуктов горения над расходуемым воздухом.
Домашнее задание
Рассчитать температуру горения i -го вещества (табл. 1.9).
Номер варианта | Горючее вещество | Химическая формула | Состав окислительной среды | Условия горения |
1 | Смесь газов | CO - 40 %, CsHs - 50 %, CO2 - 10 % | Воздух | a = 1,4 h = 0,25 |
2 | Вещество | C - 80 %, H - 5 %, | a = 1,6 | |
сложного состава | S - 6 %, W - 9 % | - «- | h = 0,3 | |
3 | Пропионовая кислота | СзН6О2 | O2 - 25 %, N2 - 75 % | a = 1,3 h = 0,4 |
4 | Глицерин | C3H8O3 | Воздух | a = 1,0 h = 0,35 |
5 | Уксуснобутиловый эфир | C6H12O2 | - «- | a = 1,4 h = 0,15 |
6 | Этилбензол | СвНю | - «- | a = 1,5 h = 0,2 |
7 | Вещество сложного состава | С - 82 %, H - 8 %, О - 5 %, W - 5 % | - «- | a = 1,0 h = 0,35 |
8 | Смесь газов | СО - 60 %, H - 40 % | - «- | a = 1,8 h = 0,4 |
9 | Аммиак | NH3 | - «- | a = 1,0 h = 0,2 |
10 | Гексан | GHm | - «- | a = 1,4 h = 0,15 |
11 | Нитроэтан | C2H5NO2 | - «- | a = 1,5 h = 0,2 |
12 | Гексиловый спирт | C6H14O | Воздух | a = 2,0 h = 0,1 |
О к о н ч а н и е т а б л. 1.9 | ||||
Номер варианта | Горючее вещество | Химическая формула | Состав окислительной среды | Условия горения |
14 | Вещество сложного состава | C - 75 %, H - 8 %, C - 12 %, W - 5 % | - «- | a = 1,0 h = 0,4 |
15 | Смесь газов | CH4 - 70 %, NH3 - 20 %, O2 - 10 % | - «- | a = 1,8 h = 0,2 |
16 | Муравьиная кислота | CH2O2 | O2 - 25 %, N2 - 75 % | a = 2,2 h = 0,3 |
17 | Вещество сложного состава | C - 56 %, H - 14 %, O - 20 %, W - 10 % | Воздух | a = 1,0 h = 0,4 |
18 | Вещество сложного состава | C - 78 %, H - 12 %, O - 10 % | - «- | a = 1,6 h = 0,15 |
19 | Смесь газов | CO - 75 %, CH4 - 25 % | - «- | a = 1,9 h = 0,2 |
20 | Смесь газов | C3H8 - 70 %, C4H10 - 20 %, O2 - 10 % | - «- | a = 1,8 h = 0,2 |
21 | Вещество сложного состава | C - 85 %, H - 10 %, O - 5 % | - «- | a = 1,4 h = 0,3 |
22 | Смесь газов | C2H6 - 75 %, CH4 - 20 %, O2 - 5 % | - «- | a = 1,7 h = 0,22 |
23 | Вещество сложного состава | C - 70 %, H - 16 %, O - 14 % | - «- | a = 1,2 h = 0,35 |
24 | Смесь газов | CO - 50 %, CH4 - 30 %, CO2 - 20 % | - «- | a = 1,9 h = 0,15 |
25 | Вещество сложного состава | C - 77 %, H - 13 %, N - 4 %, O - 6 % | - «- | a = 1,0 h = 0,45 |
26 | Этилен | C2H4 | O2 - 30 % N2 - 70 % | a = 1,5 h = 0,4 |
27 | Амиловый спирт | C5H12O | Воздух | a = 2,0 h = 0,15 |
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!