Стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси

Стехиометрическая концентрация горючего в смеси - такая концентрация горючих паров или горючего газа а горючей смеси, при которой количественное соотношение горючего и окислителя соответствует коэффициентам в уравнении химической реакции.

Для определения стехиометрической концентрации необходимо составить уравнение реакции горения, определить стехиометрический коэффициент β (коэффициент перед воздухом).

– объемная стехиометрическая концентрация, %;

- массовая стехиометрическая концентрация, кг/ ;

Для пересчета массовой концентрации в объемную, или наоборот, применяются формулы:

 

Решение 2.5

Определить объёмную и массовую стехиометрическую концентрацию амилена при нормальных условиях.

1. Записываем уравнение реакции горения:

2. Рассчитываем объёмную и массовую стехиометрические концентрации:

 

 

Ответ: стехиометрическая концентрация паров диоксана составляет ,

 

Расчет температуры горения

Температура горения зависит от состава горючего материала, условий горения: разбавления продуктов горения избыточным воздухом, температуры воздуха, полноты сгорания исходного горючего материала.

Расчет температуры горения может быть осуществлен так же из уравнения энергетического баланса:

где: - тепло, выделяемого при реакции горения, кДж;

- объем продуктов полного горения с учетом избытка воздуха, м3;

- средняя объемная теплоемкость продуктов горения при постоянном давлении, кДж/(м3*К);

- температура горения, К;

- начальная температура, К;

Следовательно, чтобы рассчитать температуру горения, необходимо знать теплотой горения, объем и теплоемкость горения.

При выполнении расчета температуры горения значения теплоемкостей продуктов горения берут из таблиц, а подсчет производят по методу последовательных приближений, каждый раз определяя теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре.

В общем виде алгоритм вычисления температуры горения можно представить следующим образом:

1. Рассчитываем низшую теплоту горения вещества;

2. Вычисляется количество продуктов горения, образующихся из единицы массы или объёма горючего вещества;

3. Определяется средняя энтальпия (теплосодержание) продуктов горения с учетом теплопотерь в окружающую среду;

4. По значению средней энтальпия продуктов горения, с помощью справочной литературы по таблицам "Теплосодержание газов при постоянном давлении", ориентируются на азот, приближенно определяем температуру горения (Таблица 2):

Таблица 3 - Теплосодержание газов при различных температурах

Температура, t0С	Теплосодержание, кДж/м3
О2	N2	воздух	СО2	Н2О	SO2
	131,8	130,1	130,1	170,1	150,6	181,4
	267,2	260,9	261,6	357,7	304,7	377,9
	407,1	393,6	395,4	559,7	463,0	587,0
	551,4	528,7	532,1	772,6	626,8	824,6
	669,3	666,6	672,0	925,1	786,2	1034,9
	850,6	807,8	814,5	1225,6	969,5	1269,6
	1004,7	951,9	960,3	1463,1	1149,7	1507,5
	1160,6	1098,2	1108,2	1706,2	1335,3	1746,4
	1319,0	1246,9	1258,7	1953,8	1527,2	1994,8
	1478,6	1398,2	1410,7	2205,2	1724,2	2237,4
	1639,5	1551,1	1564,9	2460,4	1926,5	2488.8
	1802,1	1705,3	1720,4	2718,5	2133,9	2735,2
	1965,1	1861,2	1877,5	2979,1	2345.5	2979,5
	2129,8	2010,0	2035,5	3241,4	2560,9	3238,0
	2295,7	2176,7	2194,7	3505,7	2781,3	3488,2
	2462,4	2335,5	2355,2	3771,4	3004,2	3747,5
	2630,5	2495,9	2515,7	4039,6	3231,7	4003,1
	2799,7	2656,4	2678,2	4307,3	3461,3	4261,2
	2969,4	2818,2	2840,4	4579,7	3693,5	4529,8
	3140,8	2979,9	3004,2	4847,8	3928,5	4667,6
	3311,7	3142,9	3167,6	5118,2	4166,1	5059,4
	3497,8	3306,3	3332,3	5392,5	4405,8	5337,2
	3659,1	3469,3	3497,4	5660,7	4667,1	5608,7
	3834,3	3633,1	3663,3	5933,0	4890,9	5892,8
	4009,8	3797,4	3828,8	6209,6	5136,5	6169,8
	4184,9	3953,9	3988,4	6487,4	5387,1	6460,1
	4368,9	4135,9	4156,5	6761,8	5639,3	6753,8
	4546,1	4304,4	4320,7	7033,3	5897,8	7050,9
	4729,2	4469,0	4484,9	7311,1	6159,3	7351,3
	4914,9	4634,5	4652,1	7589,7	6425,8	7655,1

 

5. Методом итераций (последовательных приближений) вычисляется температура горения: определяют теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре, затем сравнивают теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре, затем сравнивают ее с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Далее или понижают или повышают предполагаемую температуру горения и снова определяют теплосодержание ПГ. Снова сравнивают с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Так до тех пор, пока не будет определен интервал температур, в котором находится искомая температура горения. После этого методом интерполяции определяют температуру горения при заданных условиях. Если потери теплоты не учитывались, то получается адиабатическая, а если учитывались, то - действительная температура горения.

 

Решение 2.6.1. Расчёт адиабатической температуры горения

Вычислить адиабатическую температуру горения (так как теплопотери не учитываются) диоксана, если начальная температура окружающей среды 15 , давление 780 мм.рт.ст., коэффициент избытка воздуха 4,6.

1. Составляем уравнение реакции горения амилена:

2. По уравнению реакции горения определяем количество киломоль продуктов горения:

 

 

Поскольку в рассматриваемом случае горение протекает с избытком воздуха, необходимо учесть остаточный кислород в продуктах сгорания и азот в избытке воздуха:

 

Таким образом, практический состав продуктов сгорания следующий:

 

 

 

Определяем общее количество продуктов сгорания при сжигании 1 киломоля горючего:

3. Определяем среднее теплосодержание продуктов горения

Теплота горения диокснана составляет:

 

Поскольку отсчет ведется на 1 кмоль, необходимо перевести эту величину в кДж/кмоль:

Среднее теплосодержание продуктов горения:

4. По справочный данным (Таблица 2), ориентируясь на азот, определяем =600

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения:

=700 (Таблица 2).

Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при =700

следовательно, температура горения находится в интервале от 600 до 700

6. Методом интерполяции рассчитываем температуру горения:

 

 

Ответ: адиабатическая температура горения диоксана при заданных условиях составляет (т.к. расчеты производились без учёта теплопотерь).

 

Решение 2.7.2. Расчёт калориметрической температуры горения

Вычислить калориметрическую температуру горения диоксана, если начальная температура окружающей среды 15 , давление 780 мм.рт.ст., коэффициент избытка воздуха 4,6.

1.Составляем уравнение реакции горения диоксана:

2.По уравнению реакции горения определяем количество киломоль продуктов горения:

 

 

Так как при калориметрической температуре не учитывается коэффициент избытка воздуха, то мы не рассчитываем количество кислорода и азота в продуктах горения воздуха

3.Определяем среднее теплосодержание продуктов горения

 

Теплота горения диоксана составляет:

Поскольку отсчет ведется на 1 кмоль, необходимо перевести эту величину в кДж/кмоль:

Среднее теплосодержание продуктов горения:

4.По справочный данным (Таблица 3), ориентируясь на азот, определяем =2100

5.Рассчитываем теплосодержание продуктов горения:

=2200 (Таблица 3).

Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при =2200

6.Методом интерполяции рассчитываем температуру горения:

 

 

Ответ: калориметрическая температура горения диоксана при заданных условиях составляет .