Примеры
Пример 1. Определить теоретическое количество воздуха, необходимого для горения 1 м3 метана при нормальных условиях*.
Решение.
Горючее вещество является индивидуальным химическим соединением, поэтому для расчета его объема надо пользоваться формулой (1.3 а). Запишем уравнение химической реакции горения CH4 в воздухе:
CH4 + 2O2 + 2.3,76 N2 = CO2 + 2H2O + 2.3,76N2.
Из
уравнения находим:
=
2;
=
2.3,76
= 7,52;
=
1,
тогда
.
В дальнейшем, если условия горения не оговорены, следует считать, что горение протекает при нормальных условиях.
Пример 2. Определить объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1,2 кг этанола C2H5OH. Горение протекает при температуре 23 оС и давлении 590 мм. рт. ст.
Решение.
1. Составляем молекулярное уравнение реакции горения:
C2H6O + 3(O2 + 3,76N2)= 2CO2 + 3H2O + 3.3,76N2.
2. Определяем молекулярную массу этанола:
M = 12.2 + 1.6 + 16.1 = 42 г/моль (кг/кмоль).
3. Определяем объем кмоля газа при заданных условиях:
4. Определяем количество кмолей воздуха в реакции горения:
n = 3 + 3.3,76=14,28 кмоль.
5. Определяем количество кмолей горючего вещества:
n = 1.
6. Определяем теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг горючего вещества:
7. Определяем теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания заданной массы вещества:
Пример 3. Определить объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 60 кг солидола состава: C = 76 %, O = 9 %, S = 1,2 %, H = 5,2 %, N = 2,0 %, A = 3,6 %, W = 3,0 %. Температура среды 24 оС, давление 750 мм. рт. ст.
Решение.
1. Определяем объем воздуха, теоретически необходимого для сгорания 1 кг горючего вещества при нормальных условиях:
2. Определяем объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания вещества при заданных условиях:
3. Определяем объем воздуха, необходимого для полного сгорания заданной массы горючего вещества:
Пример 4. Определить объем воздуха, необходимого для сгорания 1 кг органической массы состава: C = 60 %, H = 5 %, O = 25 %, N = 5 %, W = 5 %, если коэффициент избытка воздуха αв = 2,5, температура воздуха 305 К, давление 950 гПа.
Решение.
Так как горючее вещество сложного состава, то теоретическое количество воздуха при нормальных условиях определим по формуле (1.4):
По формуле (1.7) рассчитываем практическое количество воздуха при нормальных условиях:
Находим количество воздуха, необходимого для горения вещества при заданных условиях. Используя формулу (1.6), получим:
Пример 5. Определить объем воздуха, необходимого для сгорания 5 м3 смеси газов, состоящей из 20 % CH4, 40 % C2H2, 10 % CO2, 5 % N2 и 25 % O2. Коэффициент избытка воздуха равен 1,8.
Решение.
Горючее – смесь газов, поэтому для расчета объема воздуха, ушедшего на сгорание, воспользуемся формулой (1.5). Для определения стехиометрических коэффициентов при кислороде запишем уравнения реакций горения горючих компонентов в кислороде:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O; C2H2 + 2,5O2 = 2CO2 + H2O;
CO + 0,5O2 = CO2.
Для сгорания 5 м3 газовой смеси необходимый теоретический объем воздуха составит:
= 5.5,7 = 28,5 м3.
Практическое количество воздуха равно:
=
1,8.
28,5 = 51,3 м3.
Пример 6. Определить коэффициент избытка воздуха при горении уксусной кислоты, если при горении 1 кг присутствовало 3 м3 воздуха.
Решение.
Для определения коэффициента избытка воздуха по формуле (1.7) необходимо рассчитать его теоретическое количество. Молекулярная масса уксусной кислоты – 60 г/моль.
CH3COOH + 2O2 + 2.3,76N2 = 2CO2 + 2H2O + 2.3,76N2;
Тогда коэффициент избытка воздуха равен:
Горение протекало при недостатке воздуха.
Пример 7. Определить объем воздуха, ушедшего на окисление аммиака, если в продуктах горения содержание кислорода составило 18 %.
Решение.
Определяем теоретическое количество воздуха, необходимое для горения 1 м3 аммиака:
NH3 + 0,75O2 + 0,75.3,76N2= 1,5 H2O + 0,5N2 + 0,75.3,76N2,
тогда
Для определения коэффициента избытка воздуха по формуле (1.10) необходимо рассчитать теоретическое количество продуктов горения 1 м3 аммиака (см. формулу (1.14)):
Коэффициент избытка воздуха равен
