Расчет параметров продуктов горения бензола в воздухе
Работа из раздела: «
Химия»
/
ПРЦВШ (Ф) ФГБОУ ВПО
Кафедра «Пожарная безопасность»
Контрольная работа
по дисциплине «Теория горения и взрывов»
Задание № 1
Определить удельные теоретические количества и объем воздуха, необходимого для полного сгорания паров бензола. Условия, в которых находится воздух, характеризуются температурой Тв и давлением Рв , а пары бензола -- температурой Тг и давлением Рг . Результаты расчетов выразить в следующих единицах: ; ;;;
Исходные данные (N -- номер группы, n -- номер по списку студентов:
Тв=300+(-1)N*2*N-(-1)n*0.2*n= 277,6 K
Рв=[90?(?1)N?0,5?N+(?1)n ?0,1?n]?103 =95900 Па ;
Тг=300?(?1)N?2?N?(?1)n?0,2?n= 321,6 К ;
Рr=[90+(?1)N?N+(?1)n?0,2?n ]?103=79400 Па .
( N =11, n=2 )
1. Запишем стехиометрическое уравнение реакции горения бензола в воздухе:
С6Н6+7,5О2+7,5?3,76N2=6CO2+3H2O+7,5?3,76N2+Qp (1),
где Qр - теплота химической реакции. Из данного уравнения можно определить стехиометрические коэффициенты бензола и молекулярного кислорода: Vг =1, V0 = 7,5
2. Удельное теоретическое количество воздуха -- число киломолей воздуха, которые необходимы для полного сгорания одного киломоля бензола, рассчитывается по формуле:
(2)
где 4,76 - количество воздуха, в котором содержится единица количества кислорода, = - отношение стехиометрических коэффициентов молекулярного кислорода ( Vо ) и бензола ( Vг )
Подставляя в (г) значения Vо и Vг ,получаем:
=35,7 (3)
3. Объем воздуха, необходимого для полного сгорания одного киломоля бензола, определяется так:
, (4)
где - объем одного киломоля воздуха при температуре Тв и давлением Рв . Значение рассчитывается по формуле
=22,4 (5)
где 22,4 - мольный объем газа при нормальных условиях, Ро = 101325 Па -- нормальное давление, То = 273 К -- нормальная температура.
Подставляя Тв , То , Рв , Ро в (5), получаем
=22,4 (6)
Удельный теоретический объем воздуха рассчитывается по формуле (4):
4. Объем воздуха, необходимого полного сгорания единицы объема газообразного горючего, определяется так:
(7)
где - объем одного киломоля горючего -- паров бензола при температуре Тг и давления Рг . Учитывая, что
=22,4 (8)
и подставляя (8) и (5) в (7), получаем следующее выражение для удельного теоретического объема воздуха:
= (9)
Вычисляем значение данного параметра процесса горения:
=35.7
Объем воздуха, необходимого для полного сгорания одного килограмма бензола, определяется так:
, (10)
где - мольная масса горючего -- масса одного киломоля бензола, выраженная в килограммах. Мольная масса бензола численно равна его молекулярному весу находится по формуле:
=Ас?nc+Aн?nн , УiAi?ni (11)
где Ас и Ан - атомные веса углерода и водорода, nc и nн - числа атомов углерода в молекуле бензола. Подставляя значения Ас = 12, nc = 6, Ан = 1, nн = 6, получаем:
=12?6+1?6=78
Удельный теоретический объем воздуха находим, подставляя значения n в и в формулу (10):
=35,7
Результат расчетов:
=35,7
=28.4
= 11.02
Задание № 2
Определить удельные теоретические количество, объем и состав продуктов горения бензола, если известны коэффициент избытка воздуха в , температура Тп и давление Рп продуктов сгорания, температура Тг и давление Рг паров бензола. Результаты расчетов выразить в мольных долях (в процентах) и в следующих единицах: ; ;;
Исходные данные:
в=1,5+(?1)N?0,1?N?(?1)n?0,01?n = 0,2 ;
Рп=[90+(?1)N?2?N+(?1)n?0,2?n ]?103 = 68400 Па ;
Тп=1600?(?1)N?20?N?(?1)n?2?n = 1816 К ;
Тг=273?(?1)N?2?N+(?1)n?0,2?n = 295,4 К ;
Рг=[90?(?1)N?2?N?(?1)n?0,2?n]?103 = 111600 Па ;
решение (N=11, n=2).
1. Запишем стехиометрическое уравнение реакции горения бензола в воздухе:
С6Н6+7,5О2+7,5?3,76N2=6CO2+3H2O+7,5?3,76N2+Qp , (1)
где Qp - теплота химической реакции. Из данного уравнения определяем следующие стехиометрические коэффициенты:
VCO2=6 , VH2O=3 , VC6H6=1 , VO2=7,5 , VN2=7,5?3,76
2. Определяем расчетное количество продуктов сгорания одного киломоля горючего:
, (2)
Подставляя в (2) значения стехиометрических коэффициентов продуктов сгорания и горючего, получаем:
, (3)
3. Удельное теоретическое количество воздуха -- число киломолей воздуха, необходимого для полного сгорания одного киломоля горючего, определим с помощью формулы:
(4)
Где 4,76 - количество воздуха, в котором содержится единица количества кислорода,
- отношение стехиометрических коэффициентов молекулярного кислорода и бензола.
Подставляя в (4) значения VO2=7,5 и VC6H6=1 , получаем:
, (5)
4. Избыточное количество воздуха, которое приходится на 1 Кмоль горючего, определяется выражением:
бензол пар сгорание воздух
, (6)
Подставляя в данное выражение значения
=37,7(0,2-1)=30,16(7)
5. Общее количество продуктов сгорания единицы количества вещества горючего определяется суммой:
, (8)
После подстановки значений и получаем:
6. Мольные доли продуктов сгорания, выраженные в процентах, определяются так:
ХСО2=
ХН2О=
ХN2 = (9)
ХО2 = %
В формулах (9) для мольных долей азота и кислорода в продуктах сгорания 0,79 и 0,21 -- мольные доли данных веществ в воздухе, избыток которого приводит к увеличению доли азота и появлению кислорода в продуктах сгорания.
7. Для определения удельных объемов и продуктов сгорания необходимо рассчитать их мольный объем -- объем одного киломоля газа при условиях, в которых находятся продукты:
где 22,4 - объем одного киломоля газа при нормальных условиях, Т0=273К - нормальная температура, Ро=101325Па - нормальное давление.
Подставляя в (10) значения ,,Ро ,То , получаем:
. (11)
Объем продуктов, которые образуются при сгорании одного килограмма горючего, без учета избытка воздуха, рассчитывается так:
, (11)
где - мольная масса горючего -- масса одного киломоля бензола, выраженная в килограммах. Мольная масса бензола находится по формуле:
, (12)
где Ас и Ан - атомные веса углерода (12) и водорода (1), nc и nн - числа атомов углерода (6) и водорода (6) в малекулах бензола ( С6Н6 ).
Подставляя значения , и в (12) получаем
. (13)
Избыточный объем воздуха, приходящийся на 1 килограмм горючего, определяется так:
, (14)
где - объем одного киломоля избыточного воздуха, который находится в составе продуктов сгорания. Так как температура и давление избыточного воздуха соответствуют температуре и давлению продуктов сгорания, то = =220,7 .
Подставляя данное значение, а такжев в (14), получим:
. (15)
Общий удельный объем продуктов сгорания с учетом избытка воздуха определяется суммой
. (16)
Для расчета удельного объема продуктов полного сгорания горючего будем считать, что пары бензола имеют температуру Тг при давлении:
, (17)
где - объем одного киломоля паров бензола при температуре Тг и давлении Рг . Мольный объем горючего рассчитывается по формуле:
, (18)
Подставляя полученное значение , а такие значения и в (17), получаем:
=37,2 , (19)
Избыточный объем воздуха, приходящийся на один кубический метр паров бензола, определяется так:
, (20)
где = .
Подстановка в (20) значений =30,16 , =и
дает следующий результат:
=30,16
Общий удельный объем продуктов сгорания с учетом избытка воздуха определяется суммой
Результат расчетов:
VПВ
;
ХСО2= % ; ХН2О=4,4 % ; ХN2=%; ХО2=11,7%
