Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

теория горения-3

.pdf
Скачиваний:
196
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
1.77 Mб
Скачать

254

 

Глава 7. Практикум по теории горения и взрыва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание таблицы

V,

С,

н,

О,

N,

S,

W,

А,

х, %

Т, К

Р, Па

вари­

м3

%

%

%

%

%

%

%

 

 

 

анта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

150

60

5

3

10

2

15

5

7

300

105 000

4

50

70

5

10

5

1

5

4

8

300

105 000

5

300

40

10

10

15

5

15

5

9

290

110 000

6

500

45

6

15

10

4

7

13

10

270

80 000

7

400

55

4

10

15

6

8

2

И

270

80 000

8

550

65

15

6

4

-

9

1

12

280

90 000

9

650

44

5

10

15

6

10

10

13

290

105 000

10

850

35

10

14

15

5

И

10

14

300

115 000

11

350

38

12

13

10

6

12

9

15

310

120 000

12

450

68

2

10

5

3

3

9

16

270

125 000

13

150

57

3

6

8

2

14

10

6

280

85 000

14

700

47

13

5

2

8

15

10

7

290

95 000

15

800

39

1

15

3

17

16

19

8

300

90 000

16

900

59

4

5

3

7

17

5

9

310

100 000

17

100

46

4

12

7

8

13

10

10

275

105 000

18

115

56

4

10

7

3

12

8

И

285

110 000

19

850

66

3

5

9

2

10

5

12

295

115 000

20

950

76

3

5

4

2

5

5

13

295

120 000

21

115

48

2

8

18

2

12

10

14

315

125 000

7.2.Расчет объема и состава продуктов горения

7.2.1.Индивидуальное химическое соединение

Пример 1. Определить объем и состав продуктов горения бензола и его паров в кмоль/кмоль, м3/м 3, м3/кг, если а = 1,5, Гп г = 1600 К, Р = 90 ООО Па.

Решение

1.Объем продукта горения определим по формуле (2.17). Для

расчета

воспользуемся формулами (2.15)—(2.18) и уравне-

7.2. Расчет объема и состава продуктов горения

255

ни ем реакции горения бензола в воздухе из примера 1. Из уравне­ ния реакции можно записать: otqq = 6; т н 20 = 3; а = 1; = 7,5.

2. Найдем расчетный объем продуктов по формуле (2.16):

уп°г = у ( С 0 2) + у (Н 20 ) + —7 ~

’-(1Ч2) = 37,2

кмоль/кмоль.

3. Определим избыточный объем воздуха

как в примере 1:

 

Vf* = 4,76 • 7,5 = 35,6 кмоль/кмоль.

AVB=

(а ~ 1) = 35,6 (1,5 -

1) = 17,8 кмоль/кмоль.

4. Рассчитаем объем продуктов горения по формуле (2.15):

Vn, = V^r + AFB = 37,2 + 17,8 = 55,0 кмоль/кмоль.

Таким образом, при сгорании 1 кмоля бензола при а = 1,5 выделится 55,0 кмолей продуктов горения, имеющих следующий состав:

 

Сс о

Vrr,

-100

fi-ioo

= 10,9%;

 

 

=

 

-------= ”- ^

 

 

С° 2

 

V„r

55

 

 

 

cHO =

^

^ =

t m

=3,45o/o;

 

 

 

Vus

55

 

 

^

+AVB-0,79)-100

(^76 .7,5 +17,85 • 0,79) -100

^ n , 0/

2 =

v Z

 

 

=

 

55

=?6’91/o;

 

_ Vo 2 'm

 

17,85-0,21-100 „ _ _ 0,

 

 

°2 = ^

7 ~

 

=

55

= 6 ’75/0-

 

5. Для нахождения объемов продуктов горения в м3/к г и м3/м 3 определим объем 1 кмоля газа при условиях, в которых находятся продукты горения, по формуле (2.7):

22,4-1600-101325

 

 

V+ =

--------------------------

= 147,8 мУкмоль.

 

 

1

273 - 90 000

 

Тогда в соответствии с формулой (2.17)

v0

г

\

 

3,76-7,5

147,8

 

= [у(С 02) ----+у(Н 20 ) +

-----

(N2)]__^_ = 70i5 М3/КГ.

256 Глава 7. Практикум по теории горения и взрыва

Рассчитаем избыточный объем воздуха:

4,76-7,5-147,8 к

AVB = —----------------—(1,5-1) = 33,8 м у кг. 78

Объем продуктов горения составит

Vnx = 70,5 + 33,8 = 104,3 м3/кг.

6. Считая, что пары бензола имеют нормальную температуру 273 К, определим теоретический объем продуктов горения в м3/м 3 по формуле (2.18):

т/n

. 3

_

3,76-7,5

Ч1147,8

ч/ ,

Ч.г = [ j ( C 0 2) + - ( H 20 ) + ----- ------ (N2) ] - ^ -

= 218,1 мЗ/мЗ.

Рассчитаем избыточный объем воздуха:

 

АТ/

4,76-7,5

-147,8., _ ..

 

ч/ ,

AFB= —--------------- —(1,5 —1) = 117,7 мЗ/мЗ.

Тогда Vns = 218,1 + 117,7 = 335,8 м3/м 3.

7.2.2. Сложная смесь химических соединений

Пример 2. Определить состав и количество 1 м3 продуктов горе­ ния при горении 1 кг керосина состава: С = 85%, Н = 11%, S = 0,5%, 0 = 1 % , N = 1 % , W = 1,5%, если температура продуктов горения составляет 1300°С, давление — 101 325 Па, а коэффициент избытка воздуха а = 1,5.

Решение

1. Определим расчетный объем продуктов горения:

 

 

 

 

 

22,4

С

 

85

_

, .

 

 

 

 

Vn „ = — ----------= 1,86------= 1,58

м3/кг;

 

 

 

 

с °2

12

 

100

 

100

 

 

 

 

 

22,4

Н

22,4

W

„ . „ И

, „.

1,5 ,

ч/

 

Vu гл -------------1-------------—11,2—т у 1,24------—1,24

м /кг,

 

Н2°

4

100

18

 

100

 

1б0

100

'

 

 

v*n

= —

— = 0 ,7 - ^ - = 0,0035 м3/кг;

 

 

 

 

 

2

32

100

100

 

'

 

у0

3,76-22,4

С

| 3,76-22,4

Н

| 22,4 N

^ , 7 6 - 2 2 , 4 ^ - 0

n 2

 

12

 

100

 

 

2

100

28

100

32

^ 100

 

= 0,01[7-85 + 21-11 + 0,8 -1 + 2,63(0,5-1)] = 8,263

м3/кг.

7.2. Расчет объема и состава продуктов горения

257

Уп°г = 1,58 +1,24 + 0,0035 + 8,263 = 11,087 мЗ/кг. 2. Рассчитаем избыток воздуха:

AFB=0 ,2 6 7 ^ | + H + ^ - ° j ( l , 5 - l ) =

= 0,267 p jp +11 +

j 0,5 = 5,24 м3/кг.

3. Определим общий объем продуктов горения при нормаль­ ных условиях:

Ki.r = Vns + А^в = И -087 + 5,24 = 16,33 мЗ/кг.

4. Найдем процентный состав продуктов горения:

 

 

У д у 100

1,58-100

 

 

С со, =

Fnr

= 9,68%;

 

J2

 

16,33

 

 

 

 

Ч о

' 100

1,24-100

, „ 0/.

 

С Н 20

=

------ ^ -----------= — Г ^ 7 Г ~ =

 

 

^2W

 

Vus

16,33

 

 

 

%

v 100

0,0035-100

 

 

c SO, ------77-------= ---------------- = 0,02%,

 

"S° 2 "

 

Уп г

 

16,33

 

 

( % , +AFB-0,79)-100

(8,236+ 5,223-0,79)-100

N2 =

^

 

 

=

а д

=75’79/о;

 

AVB-100 5,223-0,21-100

 

 

со2 = —

Гг---- = ----- ---------- = о,///о.

 

 

Vnr

 

16,33

 

5. Приведем объем продуктов горения к заданным условиям: tT= i300°C ,P= 101 325 Па:

^ 0

- 163з (1300 + 273) -1()13 2 5 - 9 П м з/кт

п г п г ТаР

273-101325

7.2.3. Смесь газов

Пример 3. Определить объем и состав продуктов горения 1 м3 газовой смеси состава: CCjH2 = 50%, Сс о = 10%, Ch2s = 10%, CNj = 10%, CCQ 2 = 10%, CQ = 10%, если избыток воздуха состав-

17 Теория горения и взрыва

258

Глава 7. Практикум по теории горения и взрыва

ляет 40%, а температура продуктов горения 1000°С. Давление нор­ мальное. Температура газовой смеси 20°С.

Решение

1. Запишем уравнения реакций горения горючих компонентов смеси в воздухе:

С2Н2 + 2,502 + 2,5 • 3,76N2 = 2 С 0 2 + Н20 + 2,5 • 3,76N2

СО + 0,502 + 0,5 • 3,76N2 = С 0 2 + 0,5 ■3,76N2

H2S + 1,502 +1,5-3,76N2 = H 20 + S 0 2 +1,5-3,76N2.

2. Найденные объемы продуктов горения для различных газов смеси приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Объемы продуктов горения для различных газов смеси

Компо­

Содержа­

Объем продуктов горения, м3

нент смеси ние в 1 м3

О 0 1

н 2о

s o 2

n 2

 

0,5

с 2н 2

2- 0,5

1

0,5

-

2,5 3,76 ■0,5

с о

0,1

ОД

 

-

0,5- 3,76-0,1

H 2s

0,1

-

1

0,1

1 ■од

1,5 ■3,76 ■0,1

с о 2

0,1

0,1

 

-

-

n 2

0,1

-

 

-

-

- 0,1

о 2

0,1

-

 

-

-

-3,76-0,1

Итого

1,0

1,2

 

0,6

0,1

5,18

3. Рассчитаем избыток воздуха:

 

 

 

2,5-50 + 0,5-10 + 1,5-10-10

о м

ч / ч

VB= ------------------—------------------(1,4-1) = 2,57

м3/м 3.

4. Определим общий объем продуктов горения при нормаль­ ных условиях:

V„r= 1,2 + 0,6 + 0,1 + 5,18 + 2,57 = 9,65 м3/м 3. 5. Найдем процентный состав продуктов горения:

V n n -100 1 0.1 пп

7.2. Расчет объема и состава продуктов горения

259

 

 

Ч о - 100 0,6-юо

СП40Л

 

l0=

K~r

“ " а к Г

 

 

.

ysO i100 = ftM 0 » .

 

b° 2

VllT

9,65

 

U\T

(% 2 +АУв - 0,79) -100

(5,18+ 2,57-0,79)-100 _ . „ 00/

= --------------------------

—--------------------------

N2

Var

 

9,65

 

ДУо2 -100

2,57-0,21-100 c fi0/

 

Co ~ ------------

=

-----------------9,65

—5.U/0.

 

2

^n.r

 

6. Определим объем продуктов горения:

 

V = Уп.г —

= 9,651273' -013~

= 49,1 м У м 3.

7.2.4.Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. Определить объем и состав продуктов горения веще­ ства в кмоль/кмоль и м3/к г при заданном коэффициенте избытка воздуха а, температуре продуктов горения Тп,, и давлении Р.

№ варианта

Вещество

а

Гп.г, К

Р, Па

1

Октан

1,3

1600

100 000

2

Пентан

1,4

1500

80 000

3

Пропан

1,2

1200

80 000

4

Бутан

1,25

1250

85 000

5

Пентан

1,35

1300

90 000

6

Гексан

1,45

1350

95 000

7

Гептан

1,5

1400

100 000

8

Октан

1,55

1450

105 000

9

Бензол

1,4

1500

110 000

10

Толуол

1,25

1550

НО 000

11

Метан

1,3

1600

75 000

12

Этилен

1,35

1650

80 000

13

Ацетилен

1,4

1250

80 000

14

Этиловый

1,45

1250

80 000

 

спирт

 

 

 

260

Глава 7. Практикум по теории горения и взрыва

 

 

 

 

Окончание таблицы

№ варианта

Вещество

а

тп.г, к

Р, Па

15

Бутилен

1,5

1300

95 000

16

Пентен

1,55

1350

100 000

17

Гексен

1,6

1400

105 000

18

Бензол

1,2

1450

105 000

19

Гексен

1,25

1500

115 000

20

Гептилен

1,3

1550

120 000

21

Октен

1,35

1600

125 000

Задача 2. Определить состав и количество, м3, продуктов горения веществ состава С, Н, S, N, О, W , А при заданной тем­ пературе продуктов горения Тп г, давлении Р и коэффициента избытка воздуха а.

вари­

с,

н,

S,

N,

О,

W,

А,

а

Т’п.г,

Р, Па

анта

%

%

%

%

%

%

%

 

К

 

 

 

 

1

75

10

1

4

2

8

-

1,3

1200

150 000

2

65

10

10

5

2

8

-

1,4

1100

140 000

3

60

5

2

10

3

15

5

1,2

1200

80 000

4

70

5

1

5

10

5

4

1,25

1250

85 000

5

40

10

5

5

10

15

5

1,35

1300

90 000

6

45

6

4

10

15

7

13

1,45

1350

95 000

7

55

4

6

15

10

8

2

1,5

1400

100 000

8

65

15

-

4

6

9

1

1,55

1450

105 000

9

44

5

6

15

10

10

10

1,4

1500

110 000

10

35

1

5

15

14

10

10

1,2

1550

70 000

11

38

12

6

10

13

9

,9

1,3

1600

75 000

12

68

2

3

5

10

9

9

1,35

1650

80 000

13

57

3

2

8

6

10

10

1,4

1250

80 000

14

47

13

8

2

5

10

10

1,45

1250

90 000

15

39

1

17

3

15

9

9

1,5

1300

95 000

16

59

4

7

3

5

5

5

1,55

1350

100 000

17

46

4

8

7

12

10

10

1,6

1400

105 000

 

7.2. Расчет объема и состава продуктов горения

261

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание таблицы

№ вари­

С,

н,

S,

N,

О,

W,

А,

а

г,,,, к

Р, Па

анта

%

%

%

%

%

%

%

 

 

 

18

56

4

3

7

10

8

8

1,2

1450

105 000

19

66

3

2

9

5

5

5

1,25

1500

115 000

20

76

3

0

4

5

5

5

1,3

1550

120 000

Задача 3. Определить объем и состав продуктов горения воз­ душной смеси объемом 2 м3 того же состава, что в задаче 2.

вари­

анта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

 

 

Концентрация вещества, %

 

 

 

 

 

 

СО

n 2

О Р

о 2

с2н6

40

СН6

20

10

10

10

10

С2Н2

40

С2Н6

20

20

5

5

10

С2Н2

50

сн4

15

15

5

10

5

с3н8

50

СгНе

25

10

5

5

5

с5н15

40

с4н10

30

5

10

5

10

С6Н6

50

с5н12

25

4

16

3

2

С7Н16

45

с 6н 14

30

14

6

3

2

С8Н 18

45

С6Н6

25

10

5

5

10

С6Н6

50

л и

20

15

5

10

5

СО со

 

 

30

4

 

3

2

С8Н 18

40

С6Н6

16

С6Н6

50

СН3С6Н5

25

10

5

5

5

СН3С6Н5

45

сн4

30

17

3

3

7

сн4

50

С2Н4

25

8

12

2

3

С2Н6

40

С2Н2

30

12

8

2

3

С2Н2

50

С2Н5ОН

30

16

5

6

4

С2Н5ОН

45

с4н8

20

4

16

4

6

с 4н 18

40

с5н10

40

10

10

5

-

СзН10

50

С2Н2

30

10

10

5

10

С2Н12

35

С2Н 12

25

5

5

10

5

С6Н6

40

С6Н6

25

10

5

10

5

с 6н 12

40

С2Н12

35

5

10

10

5

262

Глава 7. Практикум по теории горения и взрыва

7.3. Концентрационные и температурные пределы воспламенения

7.3.1. Концентрационные пределы воспламенения

Пример1. Определить концентрационные пределы воспламе­ нения метана СН4 и низшую теплоту горения метана.

Решение

Запишем термохимическое уравнение горения метана:

СН4 + 2 0 2 + 2 • 3,76N2 = С 0 2 + 2Н20 + 2-3,76N2.

По табл. 1.3 определяем значения констант для нижнего кон­ центрационного предела воспламенения (НКПВ) и верхнего кон­ центрационного предела воспламенения (ВКПВ):

НКПВ: а*= 8,684, Ь* = 4,679; ВКПВ: а* = 1,55, Ь* = 0,56.

Используя формулу (1.23) и табл. 1.3, записываем

 

°ч(в)

 

_ *

100

- ■’

 

 

 

п

 

 

 

 

я

 

+ >

 

С

-------- -------------= 4,55%,

Св = -

- 10°

=27,3%.

н

8,684-2 + 4,679

 

 

в

 

 

1,55-2 + 0,56

 

7.3.2. Температурные пределы воспламенения жидкостей

Пример 2Определить. температурные пределы воспламенения ацетона, если концентрационные пределы составляют: НКПВ = 2,2%, ВКПВ = 13%. Атмосферное давление равно 101 325 Па.

Решение

Находим давление насыщенных паров жидкости, соответству­ ющее нижнему и верхнему пределам воспламенения:

 

2,2-101325

Рнпи.

= - --------------= 2229,2 Па;

100

 

13-101325

Рвп = --------------- = 13 172,3 Па.

вп

100

По табл. П 1 приложения определяем, что нижний температур­ ный предел воспламенения ацетона находится между температу­ рами 241,9 и 252,2 К при давлении Ртлх. = 2666,4 и Prain = 1333,2 Па, а верхний — между 271,0 и 280,7 К при давлении Ртах = 13 332,3 и -Pmin = 7999,3 Па. Методом линейной интерполяции определяем нижний и верхний температурные пределы воспламенения:

7.3. Концентрационные и температурные пределы воспламенения

263

Т., - T r, + (T m ax - Г т 1п ) ( Р п - P m in ) .

 

4i

min

 

p

_ p

 

 

 

 

 

r m ax

-Miiin

 

 

= 241,9 + < ^2.2

2 1 1.9)(2229.2 - 1333,2) = 24

 

 

 

2666,4-1333,2

 

 

T =T

+

P

- P

 

 

лв

Amm ^

 

 

 

 

 

1 m ax

* nun

 

 

(280,7-271,0)(13172,3-7999,3)

 

271,0 + ---------------- —

-------- 1----------- —

= 280K.

 

 

 

13 332,3 - 7999,3

 

 

7.3.3. Задачи для самостоятельного решения

Задача 1. Определить концентрационные и температурные пределы воспламенения вещества при атмосферном давлении 101,3 кПа.

№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

И

12

13

14

15

16

Формула вещества

Название вещества

с3н6о

Ацетон

С6Н6

Бензол

с6н14

Октан

С6НцСН3

Метилциклогексан

СН3ОН

Метанол

С2Н5ОН

Этанол

С3Н7ОН

Пропанол

С4Н9ОН

Бутанол

С3Н7ОН

Пропиловый спирт

 

вторичный

(СНз)зСОН

Бутиловый спирт

СзНцСНз

Метилпентан

с4н8о

Диэтиловый эфир

с4н8о2

Уксусноэтиловый

 

эфир

CsH18

Октан

С6Н 14

Гексан

С3НбОз

Глицерин