- •Топливо: метан сн4 Окислитель: кислород o2(ж). Задания. Часть №1.
- •Часть №2.
- •Часть №3.
- •Введение
- •Цель работы
- •Теоретическая часть.
- •I. 1. Составить эквивалентную формулу и на ее основе – уравнение горения топливной смеси.
- •2. Определить кислородный баланс окислителя.
- •3. Рассчитать стехиометрический состав химического топлива в процентах, в мольных долях, в эквивалентных (массовых) долях.
- •4.Определить стехиометрический коэффициент топлива.
- •5. Определить плотность топливной смеси.
- •6. Рассчитать высшую и низшую теплотворность химического топлива по тепловому эффекту процесса горения.
- •7.Рассчитать количество воздуха, необходимого для полного сгорания обычного топлива.
- •8. Определить объем продуктов горения 1 кг обычного топлива.
- •9. Определить удельный объем газообразных продуктов сгорания химического топлива.
- •12 Определить кпд топлива.
- •13. Рассчитать теоретическую скорость истечения газов.
- •III. Дать оценку рассчитанного топлива в зависимости от его назначения.
I. 1. Составить эквивалентную формулу и на ее основе – уравнение горения топливной смеси.
Топливо: метан CH4, Окислитель: азотная кислота О2
CH4O2 → CO2+ H2O
2. Определить кислородный баланс окислителя.
Горение топливной смеси, состоящей из ацетилена C2H2 и кислорода НNO3 (ж), протекает по уравнению:
CH4+xO2 →CO2+ (1+x/2)H2O
Принимаем за x - число молей кислорода, израсходованного на окисление одного моля метана; ставим коэффициент перед молекулой углекислого газа; стехиометрические коэффициенты перед молекулами воды ставятся с учетом содержания атомов водорода в молекуле метана.
Для расчета коэффициента x необходимо составить уравнение баланса кислорода: 2x =2+(1+x/2) откуда x=2.
С учетом величины x уравнения реакции горения запишется в виде
CH4+2O2 →CO2+ 2H2O
3. Рассчитать стехиометрический состав химического топлива в процентах, в мольных долях, в эквивалентных (массовых) долях.
Процентный состав топливной смеси:
aCH4% =M CH4/(M CH4 + 2MO2)*100= 16/ (16+2*32)*100= 20%
aO2%= 2M O2/(MCH4 + 2M O2)*100= 2*32/(16+2*32)*100=80%
где MCH4=16 г/моль (Молярная масса метана);
MO2= 32 г/моль (Молярная масса кислорода).
Мольные доли компонентов:
XCH4=n CH4/(n CH4 + n O2)= 1/(1+2)=0,33;
XO2=n O2/(n CH4 + n O2)= 2/(1+2)=0,66.
где nCH4 – количество моль метана;
n O2– количество моль кислорода.
Массовые доли элементов:
gc =A(C) *2/(MCH4 + 2M O2)=12/(16+2*32)=0,15
gН=A(H)*2*4/(MCH4 + 2M O2)=4/(16+2*32)=0,05
go=A(O)*( 2*2)/(MCH4 + 2M O2)=16*4/(16+2*32)=0,8
4.Определить стехиометрический коэффициент топлива.
Стехиометрический коэффициент определяется по формуле:
k=Мокис*nокис/Мтопл= М O2*n O2/МCH4 =32*2/16=4
5. Определить плотность топливной смеси.
Зная плотность каждого компонента топливной смеси (di) можно определить плотность топливной смеси:
d=(n1M1+n2M2 + ...+niMi)/(n1M1/d1 +n2M2/d2 + ...+niMi/di)
d O2 = 1,426 г/см3
dCH4=0,436 г/см3
d=(n O2M O2+n CH4M CH4)/(n O2M O2/d O2+n CH4M CH4/d CH4)=
=(2*32+1*16)/(2*32/ 1,426+1*16/0,436)=0,98 (г/см2)
6. Рассчитать высшую и низшую теплотворность химического топлива по тепловому эффекту процесса горения.
ΔH0обр CO2= -393,51 кДж/моль
ΔH0обр H2O=-285,84 кДж/моль
ΔH0обр CH4= -74,84 кДж/моль
ΔH0обр O2= 0 кДж/моль
ΔH0обр N2= 0 кДж/моль
ΔH0исп CH4= 8,178 кДж/моль
ΔH0исп O2= 6,828 кДж/моль
Для реакции
CH4+2O2 →CO2+ 2H2O
Qв=(ΔH0обр CO2+2*ΔH0обр H2O-1*ΔH0обр CH4 - 2*ΔH0обр O2)*103/(1*MCH4 +2*M O2)= (2*(-393,51)+2*(-285,84)-1*(-74,84)-2*0)*103/ (1*16+2*32)= -16048,25 кДж
Qн=(ΔH0обр CO2+2*ΔH0обр H2O-1*ΔH0обр CH4 +1* ΔH0исп CH4 -2*ΔH0обрO2+ +2*ΔH0исп O2)*103/(1*M CH4 +2*M O2)=(2*(-393,51)+2*(-285,84)-1*(-74,84)+1*8,178- -2*0+2*6,828)*103/ (1*16+2*32)= -15775,325 Дж
7.Рассчитать количество воздуха, необходимого для полного сгорания обычного топлива.
Требуется определить объем воздуха, необходимого для сжигания 1 кг метана при 20оС и давлении 750 мм. рт. ст. при полном сгорании метана по реакции
CH4+2O2 →CO2+ 2H2O
8. Определить объем продуктов горения 1 кг обычного топлива.
Реакция горения обычного топлива проходит по реакции:
CH4+2O2 →CO2+ 2H2O
Один моль метана равен 16*103 кг, отсюда 1 кг метана равен 0,0000625 молям.
При сгорании 1 моль метана выделяется 1 моль углекислого газа, 2 моль воды, при сгорании 0,0000625 моль метана выделяется соответственно 0,0000625 моль углекислого газа, 0,000125 моль воды. Для газообразных веществ 1 моль соответствует 22,4 л, отсюда следует
V(продуктов реакции) =22,4*(0,0000625+0,000135)=0,042 (л).