Реакції горіння газів

Горіння є швидкою хімічною реакцією з'єднання пальних з киснем, що супроводжується інтенсивним виділенням тепла з різким одночасним підвищенням температури. Реакції горіння виражаються стехіометричними рівняннями з якісним і кількісним визначенням речовин, що вступаючих в реакцію і утворюються в результаті її.

Так, наприклад, для метану реакція горіння виглядає таким чином: СН₄+2О₂ = СО₂+2Н₂О + 191,6 ккал/моль

Реакцію горіння вуглеводневих газів можна виразити загальним рівнянням:

СmНn+ (m+n/4)О₂ = mСО₂ + (n/2)Н₂О +Q, (5.1)

де m - число вуглецевих атомів в молекулі вуглеводня; n - число водневих атомів в тій же молекулі; Q - тепловий ефект реакції.

У практичних умовах спалювання газу кисень для горіння подається з повітрям як його складова частина. Склад сухого повітря, без урахування незначних кількостей вуглекислоти і різких газів, приймається наступним (у відсотках за об'ємом).

Отже, 1м³ – О₂ міститься в м³ повітря, або на 1м³ кисню доводиться м³ N₂.

Розрахунок зазвичай ведуть на 100 м³ сухого газу, і всі об'єми відносять до нормальних умов.

Враховуючи, що кмоль будь-якого газу за нормальних умов займає приблизно однаковий об'єм, реакції горіння газів можуть бути виражені:

2Н₂ + О₂ + 3,76N₂ = 3,76N₂ + 2Н₂О

2м³ 4,76м³ 3,76м³ 2м³

2СО₂ + О₂ + 3.76N₂ = 2 СО₂ + 3.76N₂

2м³ 4,76м³ 5,76м³

СН₄ + 2О₂ + 7,52N₂ = СО₂ + 7,52N₂ + 2Н₂О

1м³ 9,52м³ 8,52м³ 2м³

Найменша кількість повітря, відповідна приведеним стехіометричним співвідношенням, називається теоретичною витратою повітря який може бути підрахований, нм³/нм³:

L_T= 1/21(0,5Н₂ + 0,5СО + 2СН₄ + 3С₂Н₄ + 3,5С₂Н₆ + 4,5С₃Н₆ + 5С₃Н₈ + +6С₄Н₈ + 6,5С₄Н₁₀ - О₂). (5.2)

Практична витрата повітря L_П, внаслідок недосконалості перемішування газу і повітря, береться дещо більше за теоретичну

, (5.3)

де a - коефіцієнт надлишку повітря, яке приймається в межах 1,05 - 1,2.

Визначення кількості продуктів згорання проводиться аналогічно визначенню витрати повітря. Об'єм продуктів згорання газів може бути підрахований по складу газу:

1. Об'єм сухих трьохатомних газів, нм³/нм³:

V_RO2= 0,01(СО + СО₂ +SnCnНm); (5.4)

2. Об'єм водяної пари газу, нм³/нм³:

V_H2O=0,01[H₂+0,5SmCnHm+0,124(d_Г+aV₀d_В)]; (5.5)

3. Об'єм двоатомних газів, нм³/нм³:

V_O2+N2=V₀(a-0,21)+0,01N₂, (5.6)

де СО, СО₂,СnНm - складові горючого газу в % за об'ємом; d_Г - вологість газу, г/нм3; d_В - вологовміст повітря, г/нм3.

Повний об'єм продуктів згорання 1нм3 газового палива визначається так: SV=V_RO2+V_H2O+V_O2+N2. (5.7)

Приклади

31. Визначити теоретично необхідну кількість повітря V_T нм³ для повного згорання 1нм³ природного газу складу: СН₄ – 97,9%; С₂Н₆ – 0,5%; С₃Н₈ – 0,2%; С₄Н₁₀ – 0,1%; СО₂ – 0,1%; N₂ – 1,2%.

Рішення.

Величина V_T нм³ повітря/нм³ сухого газу, обчислюється по загальному виразу (5.2). Для будь-якого горючого газу вона обчислюється по наступному виразу:

V_T= ×(2×97,9+3,5×0,5+5×0,2+6,5×0,1) = 9,5(нм³ повітря/нм³ сухого газу).

V_T може бути підрахований для природного газу по вираженню:

V_T =7,13 +2,28=7,13×1,01+2,28 = 9,5 (нм³/нм³),

де - вуглецеве число

= 1,01,

де Б=CO₂+N₂

32. Визначити склад продуктів горіння при повному спалюванні 1нм³ природного газу складу, приведеного в прик. 5.2.1. Коефіцієнт надлишку повітря a=1,1. На горіння споживається повітря (t=15⁰C, j= 50%, d_В =6,4г/нм³); зміст вологи в природному газі d_Г =1,5г/нм³.

Рішення.

З рівняння прикладу 5.2.1 = 0,01; V_T= 9,5нм³/нм³.

На основі рівнянь (5.4 - 5.6) для будь-якого горючого газу маємо:

V_CO2=0,01×(0,1+97,9+2,01+3×0,2+4×0,1)=1 (нм³/нм³ газу);

V_H2O=0,01((0,5(4×97,9+6,05+8,02+10,01)+0,124(1,5+1,1×9,5×6,4))=2,06 нм³/нм³;

V_O2+N2=9,5×(1,1-0,21)+0,01×1,2=8,46 (нм³/нм³);

SV =1+2,06+8,46=11,52 (нм³/нм³ газа).

33. Визначити теоретично необхідну для спалювання кількість кисню і повітря, об'єм продуктів згорання і сумарний об'єм сухих і вологих продуктів згорання. Розрахунок витрати повітря і продуктів повного згорання проводять при a, взятому з таблиці 1 по номеру студента в журналі викладача.

Таблиця 1

Поиск по сайту: