Теоретический и практический расход воздуха на горение

Удельным теоретическим расходом воздуха называется минимальное его количество, необходимое для полного сгорания единицы массы горючего вещества при нормальных условиях.

Теоретическое количество воздуха (или другого окислителя) рассчитывается по уравнению материального баланса горения с учетом стехиометрических коэффициентов, то есть когда горючее и окислитель находится в стехиометрическом соотношении.

Стехиометрическое соотношение воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим ().

Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, ни и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара не сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем воздуха равен:

Избыток воздуха обычно рассчитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (α).

Коэффициент избытка воздуха при кинетическом горении показывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрической концентрации. При стехиометрической концентрации α=1. Почти всегда α больше единицы и находится в интервале значений: 1,02 – 1,3 в зависимости от характера сжигаемого вещества.

При α>1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при α<1 – богатой по горючему компоненту.

Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Избыток воздуха равен:

Δ = (α-1)

В условиях пожара обычно преобладает диффузионный режим горения. При диффузионном горении кислород воздуха не весь задействуется на горение (остаточная концентрация кислорода в продуктах горения). Для различных веществ и материалов остаточное содержание кислорода в продуктах сгорания может составлять 8-16%.

Отношение объема воздуха, практически пошедшего на горение при диффузионном горении, к теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается греческой буквой α (альфа):

 

Физический смысл коэффициента избытка воздуха при диффузионном горении заключается в том, на сколько не полностью может быть задействован кислород при горении.

Формула для расчета практического объема воздуха для сгорания заданного количества горючего вещества имеет вид:

,

 

Решение 2.2.1. Расчёт объема воздуха для горения индивидуальных соединений

Определим теоретический и практический объем воздуха для полного сгорания 1 кг диоксана C₄H₈O₂ при температуре 15 , давлении 780 мм.рт.ст. и остаточном содержании кислорода 16,4%:

1. Составим уравнение реакции горения диоксана в воздухе:

2. Рассчитываем молярную массу вещества:

Mr (C₄H₈O₂) =88 кг/кмоль

3. Определяем молярный объем кмоля воздуха, при заданных условиях температуры и давления:

где – молярный объем при заданных условиях, /кмоль;

4. Определяем сколько киломолей воздуха необходимо для сжигания одного килограмма горючего:

 

 

Для сжигания 1 кг диоксана требуется 0,27 кмоль воздуха.

5. Определяем, какой объем занимает найденное количество киломолей воздуха при заданных условиях:

6. Поскольку согласно условиям задачи, при горении расходуется не весь кислород воздуха, коэффициент избытка воздуха α>1, поэтому следует учесть избыток воздуха при горении:

7. Практический расход воздуха равен:

Ответ: удельный теоретический расход воздуха при горении диоксан при заданных условиях составляет 6,22 , практический расход 28,61 .

Решение 2.2.2.Расчёт расхода воздуха по элементному составу вещества

 

Определим теоретический и практический объем воздуха для полного сгорания 1 кг диоксан C₄H₈O₂ при температуре 15 , давлении 780 мм.рт.ст. и остаточном содержании кислорода 16,4%:

1.Вычислим массовые доли элементов в веществе:

Молярная масса диоксана составляет

Mr (C₄H₈O₂) =88 кг/кмоль

 

 

%

2.Найдем начальный теоретический объём воздуха

= 6,3

 

3.Но так как условия отличаются от нормальных, следовательно, необходимо определить,какой объем будет занимать 1 кмоль диоксан при заданных условиях

4.Корэффициент избытка воздуха по условию задачи

5.Практический расход воздуха равен:

Ответ: удельный теоретический расход воздуха при горении диоксана при заданных условиях составляет 6,3 , практический расход 28,98 .