Расчет объема воздуха, необходимого для горения

Различают горение: индивидуальных химических соединений, сложных смесей химических соединений (когда состав вещества нельзя выразить химической формулой), смесей газов.

Для индивидуальных химических веществ (метана, этана, пропана, бензола, ацетона и др.) объём воздуха для горения в нормальных условиях (н.у.: Т=273 К, Р=101,3 кПа) V_В рассчитывается по уравнению реакции (пример расчета см. в типовой задаче 1) или по формулам (2.1) для твердых или жидких горючих веществ и (2.2) для газов:

, м³ , (2.1)

где V⁰_m – молярный объём газа при н. у., равный, согласно Ι следствию закона Авогадро, 22,4 м³/кмоль;

m_Г.В. и М_Г.В.,– соответственно масса, кг, и молярная масса горючего вещества кг/кмоль; β- коэффициент перед кислородом в уравнении реакции горения.

V_в = 4,76βV_Г.Г. ,м³ , (2.2)

где V_Г.Г. – объём горючего газа, м³.

Уравнения (2.1) и (2.2) выводятся из уравнения материального баланса процесса горения.

Для сложных смесей химических соединений (бензина, древесины, угля, нефти и др.):

·m_Г.С., м³ , (2.3)

где ω(с), ω(н), ω(s), ω(о) – массовые доли углерода, водорода, серы и кислорода соответственно, %;

m_Г.С. – масса горючей смеси, кг.

Для смесей газов (природного, доменного, коксового газов и др.):

V_в = м³ , (2.4)

где _Г.Г. и (О₂) – соответственно объёмная доля горючего газа и кислорода в газовой смеси, %;

V_Г.С. – объём горючей смеси, м³.

Если горение протекает с избытком воздуха по отношению к теоретически необходимому (что, как правило, бывает при пожаре), объём воздуха, практически идущий на горение (V_{В.ПРАКТ.}), рассчитывается из соотношения:

V_{В.ПРАКТ.}=  V_{В.ТЕОР.,} (2.5)

где  - коэффициент избытка воздуха ( = 2-20);

V_{В. ТЕОР.} – объём воздуха, рассчитанный по формулам (2.1-2.4).

Если горение веществ и материалов происходит в условиях, отличных от нормальных, то их необходимо привести к нормальным, для чего пользуются объединенным газовым законом Бойля – Мариотта и Гей-Люссака (2.6) или уравнением Менделеева – Клапейрона (2.7):

(2.6)

где Р ,V,T – соответственно давление, объем , температура ( кПа, м³, К) в заданных условиях;

Р⁰,V⁰,T⁰ – вышеуказанные параметры при нормальных условиях.

РV= νRT, (2.7)

где ν – количество воздуха для горения, моль;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/К·моль.

Расчет объема продуктов сгорания

Знание состава и количества продуктов горения необходимо для расчета температуры горения, давления взрыва и др.

Пожарно-технические расчеты объёма продуктов полного сгорания V_П.С. ведут на 1 кг или 1 м³ горючего вещества в теоретически необходимом количестве воздуха. Вид формулы для расчета V_П.С. зависит от состава горючего вещества.

Расчет объема продуктов сгорания индивидуального химического соединения осуществляется по уравнению реакции горения (см. пример расчета в типовой задаче 1) или по формулам (2.8) и (2.9), выведенным из уравнения материального баланса для твердых (жидких) и газообразных горючих веществ соответственно.

V⁰_{П.С.теор}= м³ , (2.8)

где ν_i – количество продуктов сгорания, кмоль;

V⁰_m – молярный объём компонента газовой смеси, м³/кмоль;

m_Г.В., М_Г.В. – масса и молярная масса горючего вещества соответственно [кг; кг/кмоль].

V_{П.С.теор.}=ν_i·V_Г.Г. м³, (2.9)

где V_Г.Г. – объём горючего газа, м³.

Для сложных смесей химических соединений и смесей газов объём продуктов сгорания рассчитывают по уравнениям реакции горения компонентов, составляющих смесь. Для расчета необходимо знать процентный состав горючего вещества (пример расчета см. в типовых задачах 2, 3).