1.4 Основы стехиометрического расчета горения топлива

1. Законы, лежащие в основе стехиометрических расчетов горения

Первой важнейшей задачей всякого металлургического расчета является определение весовых соотношений между веществами, участвующими в химических реакциях. Такие задачи решают путем стехиометрических расчетов, т.е. расчетов весовых и объемных отношений по химическим уравнениям. Базой построения химических уравнений, а, следовательно, и стехиометрических расчетов служат основные законы химии, управляющие образованием сложных веществ – соединений их элементов, а так же лежащие в основе этих законов молекулярно-кинетическая теория строения материи.

Закон сохранения материи. При построении химических уравнений прежде всего используют закон сохранения материи – сумма масс всех веществ, полученных при каком-нибудь процессе, всегда равна сумме масс всех тех веществ, из которых первые были получены. Этот закон и позволил изображать химические реакции в виде уравнений.

Закон постоянства состава. По этому закону химические соединения состоят всегда из одних и тех же весовых отношений. Следовательно, в в соответствии с законом постоянства всякое химическое соединение имеет совершенно определенный состав, зависящий от элементов образующих это соединение. Например, сернистый ангидрид SО₂, независимо от способа его получения имеет тот же состав – 1 атом серы связан с 2-я атомами кислорода. Или 1 г – атом серы (32,06г) приходится на 2 г – атома кислорода (16 х 2) = 32 г.

Закон соединительных масс или кратных отношений. Некоторые элементы образуют с другими элементами не одно, а несколько химических соединений. Образование их следует закону кратных отношений, по которому “при образовании какого-либо сложного вещества” элементы соединяются между собой или своими атомными весами, или их целыми кратными, или в другой формулировке – “весовое количество одного элемента, вступающего в различные соединения с другими, относятся между собой как простые целые числа”.

Например, в сернистом ангидриде SО₂ на 1 г атом серы (32,06г) приходится 2 г атома кислорода (32). В серном ангидриде SО₃ на 1 г атом серы приходится 3 г атома кислорода (48г), т.е. весовые количества кислорода, соединяются с 32,06 г серы в SО₂ и SО₃ относится между собой как 32 : 48 = 2 : 3. Если же на получение SО₂, например, из 75 кг серы пошло 75^. 32 / 32 ^. 16 = 74,86 кг кислорода, то на получение SО₃ из того же количества серы потребуется 3/2 раза больше кислорода, т.е.

74,86 ^. 3/2 = 112,29 кг.

Закон соединительных объемов. Этот закон относится к газовым реакциям и к реакциям в парообразном состоянии. Он гласит – объемы вступающих в реакцию газов (паров) относятся между собой и к объемам образующихся из них газов, при одинаковой температуре и давлении как простые целые числа.

Например, 2 объема водорода, реагируя с 1 объемом кислорода образуют 2 объема водородного пара.

Закон Авогадро. В равных объемах различных газов при одинаковой температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Грамм-молекула любого газа содержит при О ^оС и давлении 101 кн/м² одинаковое число молекул.

Nа = 6,062 ^. 10²³ (Авагадрово число)

Грамм-молекула любого вещества в газообразном состоянии при нормальных условиях занимает объем 22,414 л или объем 1 кмоля равен 22,414 м³.