Типовая задача 3

Определите объём воздуха для горения и объём продуктов сгорания 1 м³ доменного газа, состоящего из 10,5 % СО₂, 28 % СО, 0,3 % СН₄, 2,7 % Н₂ и 58,5% N₂. Горение протекает в теоретически необходимом количестве воздуха при нормальных условиях.

Расчет объёма воздуха для горения

Решение. Т.к. горючим веществом является смесь газов, для расчета объёма воздуха для горения воспользуемся формулой (2.4).

Для нахождения коэффициентов β составим уравнения реакций горения компонентов смеси. В горении принимают участие СО, СН₄, Н₂.

СО + 0,5(О₂ + 3,76N₂)  СО₂ + 0,5·3,76N₂ (β = 0,5),

СН₄ + 2(О₂ + 3,76N₂) СО₂ + 2Н₂О +2·3,76N₂ (β = 2),

Н₂ + 0,5(О₂ + 3,76N₂)  Н₂О + 0,5·3,76N₂ (β = 0,5).

Подставим данные в формулу (2.4), учитывая, что (О₂) = 1:

= 0,76 м³.

Расчет объёма продуктов сгорания

Определим содержание горючих газов в 1 м³ газовой смеси (доменного газа).

V(CО₂) = (СО₂)  V_{ДОМ. ГАЗА} = 0,105  1 м³ = 0,105 м³,

V(СО) = 0,28  1 = 0,28 м³,

V(СН₄) = 0,003  1 = 0,003 м³,

V(Н₂) = 0,027  1 = 0,027 м³,

V(N₂)=0,5851=0,585 м³.

Расчет объёма продуктов сгорания доменного газа проведем по уравнениям реакций горения отдельных компонентов.

0,28м³ V⁰₁

СО + 0,5(О₂ + 3,76 N₂)  СО₂ + 0,5·3,76 N₂

1 м³ 1м³ 0,53,76 м³

Составим и решим пропорцию:

- при сгорании 1м³ СО – (1 + 0,53,76) м³ СО₂ и N₂

0,28 м³ СО – V⁰_1.

= 0,81 м³.

0,003м³ V⁰ _2.

СН₄ + 2(О₂ + 3,76N₂)  СО₂ + 2Н₂О +2·3,76N₂;

1 м³ 1 м³ 2 м³ 23,76 м³;

- при сгорании 1 м³ СН₄ – (1 + 2 + 23,76) м³ СО₂, Н₂О и N₂

0,003 м³ СН₄ - V⁰₂

= 0,03 м³.

0,027м³ V⁰₃

Н₂ + 0,5(О₂ + 3,76N₂)  Н₂О + 0,5·3,76 N₂;

1 м³ 1 м³ 0,53,76 м³

- при сгорании 1 м³ Н₂ – (1 + 0,53,76) м³ Н₂О и N₂

0,027 м³ Н₂ - V⁰₃

= 0,08 м³.

В продукты сгорания перейдут также азот и углекислый газ, входящие в состав доменного газа, но не участвующие в горении.

V⁰_П.С. = V⁰₁ + V⁰₂ + V⁰₃ + V(CO₂) + V(N₂) = 0,81 + 0,03 + 0,08 + 0,105 + 0,585 = 1,604 м³.

Литература: [4 - Ч.1, гл. 1, § I.3, I.4].

2.3. Рабочее задание

Получите у преподавателя вариант задания из табл. 4. Рассчитайте объём воздуха для горения горючего вещества, указанного в вашем варианте, а также объём продуктов его сгорания в заданных условиях.

Таблица 4

Состав горючего вещества и условия его горения

№ ва-рианта	Горючее вещество (Г.В.)	mГ.В. (VГ.В.), кг (м3)		С остав ГВ	Условия горения
					α	t0, C	Р, кПа
1	Ацетилен	4 м3		С2Н2	1,2	н.у.	н.у.
2	Торф	5 кг		ω(С) =40%, ω(Н) = 4%, ω(О) = 13%, ω(N) =20%, ω(А) =10%, ω(W) =13%	1,0	н.у.	н.у.
3	Природный газ	1 м3		(СН4)=86,5%, (С2Н2)=3%, (С3Н8)=1%, (СО2)=7,3%, (N2)=2,2%.	1,0	15	101,3
4	Бензол	1 кг		С6Н6	1,3	20	99,5
5	Хлопок	200 кг		ω(СО)=65%, ω(Н)=30%, ω(W) =5%	1,0	н.у.	н.у.
6	Водяной газ	1 м3		(СО)=40%, (СО2)=4,5%, (Н)=50%, (N)=5%, (СН4)=0,5%	1,0	н.у.	н.у.
7	Этиловый спирт	32 кг		С2Н5ОН	1,2	20	99,3
8	Бензин	10 м3 =730кг/м3		ω(С)=86%, ω(Н)=14%	1,0	15	101,3
Окончание табл. 4
№ варианта	Горючее вещество (Г.В.)	mГ.В. (VГ.В.), кг (м3)		Состав ГВ	Условия горения
					α	t0, C		Р, кПа
9	Ацетон	20 кг		С3Н6О	1,4	н.у.		н.у.
10	Керосин	100 л =860кг/м3		ω(С)=85%, ω(Н)=14%, ω(О)=0,6%, ω(S)=0,4%	1,0	25		90,0
11	Природный газ	200 м3		(СН4)=86%, (Н)=4%, (С2Н6)=2%, (С3Н8)=4%, (С4Н10)=4%	1,0	н.у.		н.у.
12	Пропан	100 м3		С3Н8	1,3	20		99,9
13	Древесина	300 кг =600кг/м3		ω(С)=49%, ω(Н)=5%, ω(О)=40%, ω(N)=2%, ω(W)=4%	1,0	н.у.		н.у.
14	Каменный уголь	1 кг		ω(С)=69,8%, ω(Н)=4,6%, ω(О)=8,2%, ω(s)=1,2%, ω(w)=10%, ω(А)=6,2%	1,0	25		98,5
15	Метан	100 м3		СН4	1,5	10		101,3
16	Сероводород	200 м3		Н2S	1,3	20		99,0
17	Диэтиловый эфир	20 кг		(С2Н5)2О	1,4	15		101,3
18	Каменный уголь	100 кг		ω(С)=75,8%, ω(Н)=3,8%, ω(О)=2,8%, ω(N)=1,1%, ω(s)=2,5%, ω(w)=3%, ω(А)=11%	1,0	20		99,0

Приведите полученные данные к 1 кг (1 м³) горючего вещества и результаты расчетов оформите в виде табл 5.

Таблица 5