Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Практикум
.pdf
Практическое занятие № 4
Газ
СО2
СО
СН4
Н2
N2
О2
Вариант
задания
, кг/м
3
1,977
1,250
0,717
0,090
1,251
1,429
1. Содержание, объем. %
12
25 1 2
60
1
1
2. Содержание, объем. %
10
27 2 1
58
2
2
3. Содержание, объем. %
11
32 1 3
51
2
3
4. Содержание, объем. %
12
31 2 2
51
2
4
5. Содержание, объем. %
10
30 3 2
54
1
5
6. Содержание, объем. %
9
26 1 1
62
1
6
7. Содержание, объем. %
8
24 2 2
62
2
7
8. Содержание, объем. %
10
32 3 3
51
1
8
9. Содержание, объем. %
11
31 1 1
54
2
9
10. Содерж., объем. %
12
30 2 2
53
1
10
Обозначение % объёма. в
формулах
Осо
Осн4
Он2
Оо2
Обозначение потребного
объёма. кислорода
Vк/со
Vк/сн
4
Vк/н2
Расчеты количества воздуха, необходимого для горения смеси газов
4.1. Целью работы является изучение методов расчетов количества возду-
ха, необходимого для горения смеси газов.
4.2. Методические рекомендации
К группе горючих смесей газов относятся технические горючие газы – при-
родный, светильный, водяной, генераторный, колошниковый и другие. Все они
могут содержать окись углерода СО, метан СН4, водород Н2, сероводород Н2S и
другие компоненты. Кроме того, они могут содержать азот N2 и кислород О2.
Азот, как было отмечено ранее, является инертным веществом и не участ-
вует в реакции горения. Содержащийся в газах кислород является окислителем,
и при составлении уравнений баланса массы вычитается.
Исходными данными для расчета являются процентный состав газа (объ-
ем, %), температура Т и давление р воздуха.
Порядок расчета необходимого количества воздуха рассмотрим на приме-
ре горения колошникового газа при Т=+15С, р=760 мм Hg. Состав газа и плотности входящих в него компонентов при нормальных физических условиях
приведены в табл. 5.5у.
Таблица 11 (5.5у)
Состав колошникового газа
21
В табл. 11 приведены данные для 10 различных вариантов состава колош-
4 2 2 2
CH O CO H O
16 кг 64 кг 44 кг 36 кг
2 2 2
H O H O
4 кг 32 кг 36 кг
22
CO O CO
56 кг 32 кг 88 кг
64
4 кг
16
к
m
никового газа.
4.3. Формулировка задания №4
Студентам предлагается провести свои расчеты (для заданных вариантов)
по аналогии с представленными ниже расчетами необходимого для горения количества кислорода и воздуха соответственно.
4.4. Пример решения задания №4
Ниже приведен расчет для состава варианта № 1 (см. табл. 11).
Запишем уравнения реакций горения входящих в смесь газов.
Горение метана:
СН4+2О2=СО2+2Н2О.
Горение водорода:
2Н2+О2=2Н2О.
Горение угарного газа:
2СО+О2=2СО2.
Азот N2 является инертным веществом, а углекислый газ СО2 – продуктом
полного горения, поэтому для них уравнения химических реакций не записываются.
Подставим в эти уравнения молекулярные массы входящих в них эле-
ментов.
Для горения метана:
.
Для горения водорода:
.
Для горения угарного газа:
.
Определим массу кислорода, необходимую для полного сгорания 1 кг
каждого из компонентов смеси.
Для горения метана:
(кг).
22
Для горения водорода:
32
8 кг
4
к
m
32
0.57 кг
56
к
m
i
кк
к
Vm
к
i
CH
V
2
H
V
CO
V
2
O
V
(кг).
Для горения угарного газа:
(кг).
Определим объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м3
каждого из компонентов смеси по формуле:
,
где
,
— плотность кислорода и i-го компонента газовой смеси.
Для горения метана:
Vк/сн
= 4 (0,717 / 1,429) = 2,0 м3.
4
Для горения водорода:
Vк/н
= 8 (0,090 / 1,429) = 0,50 м3.
2
Для горения угарного газа:
Vк/со = 0,57 (1,250 / 1,429) = 0,50 м3.
Определим общий объем кислорода (Vк), необходимый для полного сго-
рания 1 м3 колошникового газа по формуле:
Vк = (Осн∙Vк/сн
+ Он2∙Vк/н2 + Осо∙Vк/со - Оо2 ∙Vо
4
) / 100. (5.7)
2
Кислород, содержащийся в составе смеси (Оо2 = 1 объем, %), частично за-
мещает кислород воздуха при горении, поэтому в уравнении берется со знаком
«минус».
Подставляя в (5.7) значения
,
,
,
, получим:
условиях (с учетом того, что на 1 м3 кислорода приходится 4,762 м3воздуха):
p=760 мм Hg):
риваемых условиях необходимо 0,728 м3 воздуха.
табл. 11.
Vк = (1∙2 + 2∙0,5 + 25∙0,5 - 1 ∙ 1 ) / 100 = 0,145 (м3).
Определим требуемое количество воздуха при нормальных физических
Vв = 0,145 ∙ 4,762 = 0,69 (м3).
Проведем расчет объема воздуха при заданных условиях (Т=+15 ОС,
Vв = [(0,69 ∙ (273 + 15)] / 273 = 0,728 (м3).
Таким образом, для полного сгорания 1 м3 колошникового газа в рассмат-
4.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Варианты заданий для самостоятельной работы студентов приведены в
23
4.6. Порядок выполнения работы
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 11.
3). Выполнить расчеты, как показано в примере расчета.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия.
24
Практическое занятие № 5
Элемент:
С Н О2 S N
А
Вариант
задания
Результат
расчета
Обозначение:
Мс
Мн
Мо
Мs
Mn
Ма
№ вар
Vв
Содержание, масс.%
56,4
5,56
24,0
0,06
3,06
10,92 1 31,7 м3
Содержание, масс.%
55
4,5
23
0,1 2 15,4 2
Содержание, масс.%
57 5 25
0,2
2,2
10,6 3
Содержание, масс.%
60
5,5
24,5
0,3
2,4
7,3 4
Содержание, масс.%
59
5,6
23,5
0,4
2,6
8,9 5
Содержание, масс.%
54
5,7
26
0,15
2,8
11,35 6
Содержание, масс.%
56
5,8
23,5
0,25
2,9
11,55 7
Содержание, масс.%
55,5
5,9
25
0,26
3,0
10,34 8
Расчеты количества воздуха, необходимого
для горения твердого топлива
5.1. Целью работы является изучение методов расчета количества возду-
ха, необходимого для горения твердого топлива.
5.2. Методические рекомендации
Многие горючие вещества являются сложными химическими соединения-
ми или смесями, которые трудно или невозможно описать определенной химической формулой (например, древесина, торф, уголь, нефтепродукты, черный
порох и т.д.). Элементарный состав таких топлив записывается в виде эквивалентной формулы или суммы содержания в них элементарных веществ
(масс, %) – углерода, водорода, кислорода, серы, азота.
Если в состав топлива входит влага W (вода) и зола А (негорючие веще-
ства), то элементарный состав записывается с учетом этих компонентов.
5.3. Формулировка задания №5
Рассчитать количество воздуха, необходимое для горения твердого топлива.
5.4. Пример решения задания
В качестве примера рассмотрим торф, содержание отдельных элементов в
котором приведено в табл. 12 (состав торфа бывает разным и определяется экспериментально для каждой партии торфа).
Таблица 12 (5.6у)
Элементарный состав торфа
25
Содержание, масс.%
54,6
6,0
24
0,07
3,1
12,23 9
Содержание, масс.%
58
6,1
25,5
0,08
3,2
7,12
10
C H O S N A
56.4 5.56 24.0 0.06 3.06 10.92 100
22
C O CO
12 кг 32 кг 44 кг
2 2 2
H O H O
4 кг 32 кг 36 кг
22
S O SO
32 кг 32 кг 64 кг
Рассмотрим порядок расчета необходимого количества воздуха на примере
сгорания 5 кг торфа для варианта № 1 (табл. 12) при давлении р=740 мм Hg и
температуре Т=20С.
Эквивалентная формула данного вещества записывается в следующем виде:
Мс + Мн + Мо + Мs + Mn + Ма = 100 %. или с цифрами :
%.
Запишем уравнения реакций горения для горючих компонентов, входящих
в состав торфа (углерод, водород, сера).
Горение углерода:
С+О2=СО2.
Горение водорода:
2Н2+О2=2Н2О.
Горение серы:
S+О2=SО2.
Подставим в эти уравнения молекулярные массы входящих в них элементов.
Для горения углерода:
.
Для горения водорода:
.
Для горения серы:
.
Определим массу кислорода, необходимую для полного сгорания 1 кг
каждого из элементов.
Для горения углерода: mку = 32 / 12 = 2,67 (кг).
Для горения водорода: mкв = 32 / 4 = 8,0 (кг).
Для горения серы: mкс = 32 / 32 = 1,0 (кг).
Масса кислорода, необходимая для полного сгорания 1 кг торфа:
mк = ( mку ∙ Мс + mкв ∙ Мн + mкс ∙ Мs - m
кк
mк = (2,67 ∙ 56,4 + 8 ∙ 5,56 + 1,0 ∙ 0,06 - 1 ∙ 24,0) / 100 = 1,71 (кг).
26
∙ Мо ) / 100
Кислород, содержащийся в торфе (24 масс. %), частично замещает кисло-
род воздуха при горении, поэтому в уравнении берется со знаком «минус».
Определим требуемую массу воздуха (с учетом того, что на 1 кг кислорода
приходится 4,348 кг воздуха):
mв = 1,71 ∙ 4,348 = 7,435 (кг).
Определим требуемый объем воздуха при горении при нормальных фи-
зических условиях:
Vв = 7,435 / 1,293 = 5,75 (м3).
Проведем расчет объема воздуха при горении 1 кг торфа при заданных
условиях (Т=+20С, p=760 мм Hg):
Vв = 5,75∙ 760 ∙ (273 +20) / (740 ∙ 273) = 6,34 (м3).
Найдем объем воздуха, необходимый для полного сгорания 5 кг торфа при
заданных условиях:
Vв = 6,34 ∙ 5,0 = 31,7 (м3).
Таким образом, для полного сгорания 5 кг торфа при заданных условиях
необходимо 31.7 м3 воздуха.
5.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Варианты заданий для студентов даны в табл. 12.
5.6. Порядок выполнения работы
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 12.
3). Выполнить расчеты, как показано в примере расчета.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия.
27
Практическое занятие № 6
2
3 2 5 2 2
HO
CH COO C H O CO
88 кг 160 кг 176 кг 72 кг
2
CO
176
2
88
m
2
HO
72
0.82
88
m
2
3
CO
2
1.01м
1.977
V
2
3
HO
0.82
1.02 м
0.804
V
Расчет количества и состава продуктов горения веществ
6.1. Целью работы является изучение методов расчета количества и со-
става продуктов горения веществ.
6.2. Методические рекомендации
Если горючее вещество (твердое, жидкое или газообразное) представляет
собой определенный химический элемент или соединение, то для него можно
записать уравнение химической реакции горения. В этом случае состав и содержание продуктов полного сгорания можно определить непосредственно по
уравнению реакции горения.
6.3. Формулировка задания №6. Рассчитать количество и состав продук-
тов горения вещества на примере горения этилацетата.
6.4. Пример решения задания
Рассмотрим порядок расчета горения этилацетата СН3–СОО–С2Н5 при нор-
мальных условиях (Т=0С, р=760 мм Hg), см. табл. 13 (вариант 12).
Запишем уравнение реакции горения:
СН3–СОО–С2Н5+5О2=4СО2–4Н2О.
В это уравнение подставим значения молекулярных масс входящих в него
элементов:
.
Определим массу продуктов сгорания, образующихся при полном сгора-
нии 1 кг этилацетата:
(кг);
(кг).
По известной плотности углекислого газа (=1.977 кг/м3) и паров воды
(=0.804 кг/м3) при нормальных физических условиях, определим объем продуктов сгорания 1 кг этилацетата:
(м3);
(м3).
28
Таким образом, при полном сгорании 1 кг этилацетата при нормальных
№
варианта
Горючее
вещество
Химическая реакция горения
Объём продуктов го-
рения V
гор
, м3
1
Углерод
C+O2=CO2 (полное сгорание)
2C+O2=2CO (неполное сгорание)
2
Водород
2H2+O2=2H2O
3 Сульфид железа
2FeS2+5.5O2=Fe2O3+4SO2
4 Этиловый спирт
C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O
5 Сероуглерод
CS2+3O2=CO2+2SO2
6 Оксид углерода
CO+0.5O2=CO2
7 Алюминий
4Al+3O2=2Al2O3
8 Ацетилен
C2H2+2.5O2=2CO2+H2O
9 Сера
S+O2=SO2
10
Метан
CH4+2O2=CO2+2H2O
11
Ацетон
CH3COCH3+4O2=3CO2+3H2O
12
Этилацетат
СН3–СОО–С2Н5+5О2=4СО2–4Н2О.
13
Бензол
С6Н6+7,5О2 = 6СО2+3Н2О.
физических условиях образуется 1.01 м3 углекислого газа и 1.02 м3 паров воды.
В ряде случаев необходимо определить состав сухих продуктов сгорания, то
есть без учета паров воды. В состав сухих продуктов сгорания этилацетата входит только углекислый газ СО2.
6.5. Варианты заданий для самостоятельной работы студентов
Рассчитать состав и количество продуктов горения для веществ, представ-
ленных в табл. 13 (всего 12 вариантов).
Таблица 13 (5.1у)
Горение топлив в кислороде
1). Ознакомиться с основными положениями выполняемой работы.
2). Записать исходные данные своего варианта из табл. 13.
3). Выполнить расчеты, как показано в примере расчета.
4). Оформить отчет по работе по форме, изложенной в подпункте 1.2
настоящего пособия.
6.6. Порядок выполнения работы
29
Практическое занятие № 7
Вещество
СО2 СО
СН4
Н
2
Вариант
Кол-во
Содержание, объем.%
5
10
35
50 1
Содержание, объем.%
7
12
30
51 2
Содержание, объем.%
6
11
31
52 3
Содержание, объем.%
5,5
9,5
32
53 4
Содержание, объем.%
8 9 33
50 5
Содержание, объем.%
6,5
10,5
34
49 6
Содержание, объем.%
7 8 35
50 7
Содержание, объем.%
7,5
6,5
38
48 8
Содержание, объем.%
7,8
9,2
37
46 9
Содержание, объем.%
7,2
8,8
39
45
10
Расчет состава и количества газообразных продуктов сгорания
смеси горючих технических газов
7.1. Целью работы является изучение методов расчета количества и со-
става продуктов горения горючих технических газов.
7.2. Методические рекомендации
В состав технических газов входят метан, водород, оксид углерода, этан,
бутан, пропан и другие газы. Количество и состав газообразных продуктов сгорания для смеси газов можно определить с помощью уравнений реакций горения входящих в смесь компонентов.
7.3. Формулировка задания №7. Рассчитать состав и количество газооб-
раз-ных продуктов сгорания заданной смеси горючих технических газов.
7.4. Пример решения задания
Рассмотрим порядок расчета состава и количества газообразных продуктов
полного сгорания на примере светильного газа, состав которого приведен как
вариант 1 в табл. 14 (см. вариант 1).
Таблица 14 (5.7у)
Состав светильного газа
Запишем уравнения реакций горения входящих в смесь газов.
Горение угарного газа:
Горение метана:
2СО+О2=2СО2.
СН4+2О2=СО2+2Н2О.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]