Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические указания к выполнению самостоятельных, контрольных работ и домашних заданий по дисциплине «Теория горения и взрыва»
.pdf
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОГО СОСТАВА СИСТЕМЫ
ИЗ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СЛУЧАЕВ ЗАДАНИЯ
СОСТАВА СИСТЕМЫ РЕАГЕНТОВ
В предыдущих примерах рассмотрены системы реагентов, состав
которых задан с использованием понятия коэффициента избытка
воздуха. Такое задание состава равносильно заданию молярного состава, так как связано с понятием стехиометрии, которое отражает
определенное соотношение молей горючего и окислителя. На практике часто состав исходной смеси задается массовой концентрацией
горючего при различных соотношениях температуры горючего и
окислителя. Рассмотрим случаи различного состава системы на конкретных примерах.
Пример
Определить молярный состав системы и составить реакцию горения для системы, состоящей из метана и воздуха. Количество метана
в воздухе задается следующим образом:
1) 64 г CH4 /м3 смеси, температура метана и воздуха 25 С;
2) 32 г CH4/м3 смеси, температура метана 40 С, температура воз-
духа 0 С.
Решение
1. Количество молей метана в 1 м3 смеси
=
= 4 моля.
Объем метана при 25 С = 298 K
=
= 97,8 л.
Объем, занимаемый воздухом:
V
= 1000 л – 97,8 = 902,2 л.
возд
Количество молей кислорода при 25 0С в 902,2 л воздуха
=
∙
∙
= 7,7485 моля.
Множитель
— это молярная доля кислорода в воздухе.
31
Таким образом, молярный состав выражается следующим образом:
4CH4 + 7,7485 (O2 + 3,762N2) → CH4 + 1,937 (O2 + 3,762N2);
=
Состав продуктов сгорания
= 0,96856.
X CO + Y CO2 + 2H2O + 7,287 N2.
Коэффициент при H
O равен 2, так как близко к 1.
2
C: X + Y = 1
O: X + 2Y + 2 = 3,874 → Y = 0,874; X = 0,126.
Таким образом:
CH4 + 1,937 (O2 + 3,762N2) = 0,126 CO + 0,874CO2 + 2H2O + 7,287N2.
2. Количество молей CH4 в 1 м3 смеси:
=
=
= 2 моль.
= 38,236 л.
Объем, занимаемый метаном при –40 C:
Объем воздуха:
V
= 1000 – 38,236 = 961,764 л.
возд
Количество молей кислорода в 961,764 л воздуха при 0 С:
=
= 9,02.
Молярный состав системы в пересчете на 1 моль горючего:
2CH4 + 9,02 (O2 + 3,762N2) => CH4 + 4,51(O2 + 3,762 ∙ 4,51N2) =
= CO2 + 2H2O + 2,51 O2 + 16,967N2.
= 4,51; = 2,255.
ф
32
Пример
Определить молярный состав исходной смеси и состав продуктов
реакции для системы:
В м
3
смеси:
1) 400 г C12H22O11, температура воздуха 20 С;
2) 171 г C12H22O11, температура воздуха –10 С;
3) 36 г угольной пыли + 32 г СН4, температура горючего и воздуха
20 С.
Решение
1. Количество молей сахарной пыли:
nc =
=
= 1,17.
Объемом сахарной пыли пренебрегаем, так как он равен ≈ 0,4 л,
поэтому количество молей кислорода в 1 м3 воздуха при 20 С
Состав смеси на 1 моль горючего:
1,17 C12H22O11 + 8,74 (O
=
= 0,623 < 1.
+
3,76N2) → C12H22O11 + 7,473 (O2 +3,76N2),
2
≈ 8,74.
Состав продуктов горения:
C12H22O11 + 7,473(O2 + 3,76N2) = X CO + Y CO2 + 11 H2O + 28,1N2
C: 12 = X + Y
O: 14,946 = X + 2Y→Y = 2,946; X = 9,054 =>
C12H22O11+7,473(O2+3,76N2) =2,946CO2+9,054 CO + 11H2O+28,1N2.
2. Количество молей сахарной пыли
nc =
Количество молей кислорода в 1 м3 воздуха при –10 С ↔ 263 K
=
= 0,5.
= 9,32.
Состав смеси в пересчете на 1 моль горючего:
0,5С12Н22О
+ 9,32(О
11
+ 3,76 N2) C12H22O
2
11 +
18,64 (O
2
+
3,76N2)
= 12CO2 + 11H2O + 6,64O2 + 70,1 N2.
33
3. Количество молей угольной пыли nc =
=3 и метана
Объем занимаемый горючим (объем пыли не учитываем)
=
= 48,1 л.
Количество молей кислорода в воздухе при 20 С
=
= 8,32.
Состав горючей смеси:
3C + 2 CH4 +8,32(O2 + 3,76N2) →
β
ст
=
С +
= nc +
=
+
= 1,19 > 1
СH4 +1,664 (O2+ 3,76N2) =CO2+ 0,8 H2O +0,264 O2+6,26 N2.
+
+
= 1,4
C +
CH4 + 1,664 (O2 +3,76N2)
34
=
2.
=
ПРИЛОЖЕНИЯ
Соединение
Резонансная
энергия, ккал/моль
Соединение
Резонансная
энергия, ккал/моль
Бензол C6H6
COOH
группа CO2
48,9
28
33
Нафталин C10H
8
Анилин C6H5NH
2
Фурфурел C4H3OC-HO
88
69,6
30,1
Вещество
г
о
Н
,
ккал/моль
Вещество
г
о
Н
,
ккал/моль
Вещество
г
о
Н
,
ккал/моль
Br2 (г)
Br2 (ж)
HBr (г)
C (г)
CT (алмаз)
CT (графит)
CO (г)
CO2 (г)
CH4 (г)
C2H6 (г)
C3H8 (г)
C4H10 (г) – п
C4H10 (г) – изо
C5H12 (г) – п
C6H6(г) – бензол
C7H8(г) – толуол
7,34
0
–8,71
170,89
0,45
0
–26,42
–94,054
–17,895
–20,236
–24,82
–29,812
–31,452
–35
19,82
11,95
HF (г)
F2 (г)
H
H2 (г)
OH (г)
H2O(г)
H2O (ж)
H2O2 (г)
H2O2 (ж)
CH2O2–флд
CH3OH (г)
CH3OH (ж)
C2H2 (г)
C2H4 (г)
C2H5OH (г)
C2H4O
–65,4
0
52,1
0
9,432
–57,798
–68,32
–31,83
–44,84
–27,7
–48,08
–57,02
54,19
12,54
–53,3
–12,58
N
NO (г)
N2
NH3
C2N2 (г)
O
O2 (г)
O3 (г)
NH4NO3(т)
HNO3 (ж)
S (г)
SO2 (г)
SO3 (г)
H2S (г)
HCl (г)
113
21,58
0
–10,97
73,87
59,559
0
34,2
–87,27
–41,4
66,68
0
–70,947
–94,59
–4,88
–22,063
Связь
Энергия,
ккал/моль
Связь
Энергия,
ккал/моль
Связь
Энергия,
ккал/моль
H–H
104,18
N–H
86
N–O
61 (соед.)
C–C
85,5
C2→2C
144,6
N=O
108 (соед.)
C–H
98,1
N≡N
225,9
Cl–Cl
57,8
O–H
109
C–O (соед.)
86
H–Cl
103,1
Cт → Cг
171
CO →C + O
257,2
O3→O2+O
25,6
C=C
143
CO2 → CO + O
127,2
HCO→
CO + H
18,5
C≡C
194,3
C=Oa (альд)
167
HCO→
CH + O
194,3
(O=O)2
118,86
N=O→N + O
150,9
C–Cl
66,5
HC≡CH
→C2H+H
120
C≡N
210,6
O–Cl
49,3
Энергия химических связей
Т а б л и ц а 1
Стандартные энтальпии образования веществ из стандартных элементов
Резонансные энергии
(Т = 298,15 К)
П р и л о ж е н и е к т а б л. 1
Т а б л и ц а 2
35
Т, К
Воз-
дух
СО2
СО
О2 О Н2О
ОН
Н2 Н N2
NO
Ar
0
298,15
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
0
2072
2784
4215
5707
7264
8874
10527
12212
13923
15656
17407
19172
20951
22743
24545
26356
28175
30003
31838
0
2239
3196
5324
7690
10220
12865
15596
18389
21221
24093
26991
29913
32853
35811
38780
41759
44750
47753
50763
66764
68837
69548
70974
72464
74020
75631
77283
78966
80673
82398
84137
85888
87649
89418
91193
92976
94762
96554
98350
0
2075
2798
4284
5860
7502
9189
10910
12658
14428
16223
18041
19880
21741
23622
25524
27444
29382
31336
33306
58984
60592
61119
62136
63142
64143
65142
66140
67136
68132
69128
70123
71119
72116
73113
74113
75115
76120
77128
78140
0
2368
3193
4879
6675
8591
10631
12789
15050
17405
19843
22347
24913
27530
30197
32909
35657
38443
41261
44108
37813
39920
40644
42054
43473
44920
46408
47941
49516
51129
52775
54450
56151
57874
59618
61379
63157
64950
66756
68576
57108
59127
59839
61238
62646
64075
65537
67039
68583
70166
71788
73443
75127
76840
78578
80339
82122
83926
85748
87589
80184
81665
82171
83165
84159
89152
86146
87139
88133
89127
90120
91114
92108
93101
94095
95089
96082
97075
98069
99062
0
2072
2782
4198
5668
7201
8790
10422
12088
13779
15490
17217
18956
20707
22467
24234
26008
27786
29571
31360
21479
23673
24400
25858
27388
28983
30626
32306
34013
35739
37479
39231
40993
42763
44539
46320
48106
49897
51693
53492
0
1481
1987
2981
3975
4968
5963
6956
7950
8944
9937
10931
11925
12918
13912
14906
15900
16894
17888
18881
Т а б л и ц а 3
Теплосодержание веществ при различных температурах
36
Вещество a в
Вещество а в
Азот (
6,66
1,02
Ацетилен
(С2Н2)
12,05
4,25·10
–3
Кислород
(
7,52
0,81
Этилен
(С2Н4)
11,5
11,25·10–3
Водород
(
6,95
0,210
–3
Этан
(С2Н6)
3,89
29,6·10–3
10,55
2,16
Вещество
Агрег. сост.
Т = 298
Ср кал/моль
при 298 К
6,342
1,83610
–3
СН3ОН
Жидкость
19,5
(газ)
7,2
2,7
С2Н5ОН
То же
26,64
6,73
10,2
Н2О « 18
Пропилен
(
2,974
45,024
С8Н18
(октан)
Газ
46,58
Пропан
(
0,41
64,7110
–3
Бутан
С4Н10
То же
23,65
Группы атомов
или типы связей
X,
ккал/
моль
Группы атомов
или типы связей
X,
ккал/
моль
Одинарная
связь
Двойная
связь
Тройная
связь
Фенильная
группа
Спиртовая
группа
Простые
эфиры
С–С
C=C
С≡С
R–C6H5
R–CH2OH
R–O–R
0
21
51
24
12
21
Альдегидная
группа
Кетогруппа
Кислотная
группа в
одноосновной
кислоте
Кислотная
группа в
двухосновной
кислоте
Алкил –
циклогексаные
H
R–C
О
R–CO–R
R–COOH
HOOC–R–COOH
R - HC
CH2
CH
2
CH2
CH2
CH2
18,24
12
0
3
6
R–C
H
Т а б л и ц а 4
Таблица для определения теплоемкостей
Ср = а + в Т кал/моль
Т а б л и ц а 5
Поправки к определению теплового эффекта по формуле (32)
37
Учебное издание
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ, КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
И ДОМАШНИХ ЗАДАНИЙ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»
Составитель Горев Вячеслав Александрович
Редактор, корректор Т.Н. Донина
Компьютерная правка Т.Н. Дониной, О.В. Суховой
Компьютерная верстка О.В. Суховой
Подписано в печать 07.03.2014. Формат 6084 1/16. Печать офсетная.
И-36. Усл.-печ. л. 2,05. Уч.-изд. 1,9. Тираж 200 экз. Заказ № 74
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный строительный университет».
Издательство МИСИ — МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95,
e-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
Отпечатано в типографии Издательства МИСИ — МГСУ.
Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-44
129337, г. Москва, Ярославское ш., д. 26
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]