какое количество воздуха необходимо для полного сгорания 1 кг топлива

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЪЕМ ВОЗДУХА И ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Е сли известен элементарный состав рабочей массы топлива, можно теоретически определить количество воздуха, необходимого для горения топлива, и количество образующихся дымовых газов.

Количество воздуха, необходимое для горения, вычисляют в кубических метрах при нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст)-для 1 кг твердого или жидкого топлива и для 1 м 3 газообразного.

Теоретический объем сухого воздуха. Для полного сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива теоретически необходимый объем воздуха, м 3 /кг, находят делением массы израсходованного кислорода на плотность кислорода при нормальных условиях ρ Н _{О 2} = 1,429 кг/м3 и на 0,21, так как в воздухе содержится 21% кислорода

Для полного сгорания 1 м 3 сухого газообразного топлива необходимый объем воздуха, м3/м3,

Пример 5. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива следующего состава: С р =52,1%; Н р =3,8%; S р ₄ = 2,9%; N р =1,1%; O р =9,1%

Пример 6. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для горения 1 м3 сухого газа следующего состава:

Подставляя числовые значения в формулу (29), получим

Объем сухих газов принимают за 100%. При полном сгорании топлива состав сухих продуктов сгорания (в процентах по объему) следующий:

Газообразные продукты сгорания состоят из трехатомных газов СО₂ и SО₂, сумму которых принято обозначать символом RO₂, и двухатомных газов — кислорода О₂ и азота N₂.

Тогда равенство будет иметь вид:

при полном сгорании

при неполном сгорании

Объем сухих трехатомных газов находится делением масс газов СО₂ и SО₂ на их плотность при нормальных условиях.

Объем газов, получающийся при сжигании 1 кг топлива, определяется по реакциям горения и их выражениям в киломолях

Рсо₂ = 1,94 и Psо₂ = 2,86 кг/м3 — плотности двуокиси углерода и сернистого газа при нормальных условиях.

Источник

Сколько требуется кг воздуха для сжатия 1кг топлива

-Правильное соотношение между топливом и воздухом.
-Искрение в нужное время.
-Чтобы топливо было тонко распылено и хорошо смешано с воздухом.

Максимальная температура при сгорании: примерно 2500°С
Максимальное давление при сгорании: примерно 60 бар

Разница между сгоранием и взрывом

Сгорание происходит со скоростью примерно 15-30 м/с.
Взрывы происходят со скоростью примерно 300 м/с.

Сколько потребляется воздуха?

Бензин состоит главным образом из различных углеводородов (HC), а кислород, требуемый для их сжигания, берется из воздуха.

Теоретически, для полного сжигания 1 кг бензина требуется примерно 14 кг сухого воздуха. Точное количество требуемого воздуха варьируется в зависимости от качества воздуха.

Коэффициент воздуха λ

При работе со слишком малым количеством подаваемого воздуха (богатая смесь) λ будет меньше 1. При слишком большом количестве подаваемого воздуха (более бедная смесь) λ будет больше 1.

При полном сгорании, остаточными продуктами будут только (H2O) и двуокись углерода (CO2). К сожалению, автомобильный двигатель не является идеальным механизмом и поэтому, всегда остается немного кислорода и топлива, которые полностью или частично несожжены.

Кроме этого, в определенных обстоятельствах, как например при запуске двигателя, при полностью открытой дроссельной заслонке (WOT), при ускорении, коэффицент должен отклоняться от идеала (λ = 1).

При нормальном давлении, 14 кг сухого воздуха соответствует примерно 12200 dm³ (л) если температура составляет примерно +20 °С (1,15 г/л).

Источник

Какое количество воздуха необходимо для полного сгорания 1 кг топлива

Рассмотрим порядок расчета на примере горения бензола С₆Н₆.

· Запишем уравнение реакции горения:

· В это уравнение подставим значения относительных молекулярных масс входящих в него элементов:

6 × 12+6 × 1+7.5(2∙16)=6(1∙12+2 × 16)+3(1 × 2+1∙16).

Поскольку молярная масса M (кг/кмоль) вещества численно совпадает с его относительной молекулярной массой, последнее соотношение можно записать в виде:

Таким образом, для сжигания 78 кг бензола C ₆ H ₆ необходимо 240 кг кислорода.

· Определим массу кислорода m _к, необходимую для сжигания 1 кг бензола:

кг.

· По известной плотности кислорода при нормальных физических условиях ( r _н=1.429 кг/м 3 ), взятой из табл. 4.1, определим объем кислорода V _к, необходимый для полного сгорания 1 кг бензола:

.

· Поскольку горение происходит в среде воздуха, расчет объема воздуха проведем с учетом объемного содержания кислорода в воздухе (21 %):

Таким образом, для полного сгорания 1 кг бензола при нормальных физических условиях необходимо 10.262 м 3 воздуха.

· Проведем расчет объема воздуха при заданных условиях (например, при Т=+20 ° С (293 К), р=750 мм Hg ) с помощью формулы 4.6:

Горючее вещество – смесь газов

Исходными данными для расчета являются процентный состав газа (объем. %), температура Т и давление р воздуха.

Состав колошникового газа

· Запишем уравнения реакций горения входящих в смесь газов.

Горение угарного газа:

Азот N ₂ 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 элементов.

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: .

Для горения водорода: .

Для горения угарного газа: .

· Определим объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м 3 каждого из компонентов смеси по формуле

,

Для горения метана: .

Для горения водорода: .

Для горения угарного газа: .

· Определим общий объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м 3 колошникового газа по формуле:

. (4.7)

Кислород, содержащийся в составе смеси (1 объем.%), частично замещает кислород воздуха при горении, поэтому в уравнении берется со знаком «минус».

Подставляя в (4.7) значения , , , , получим:

.

· Определим требуемое количество воздуха при нормальных физических условиях (с учетом того, что на 1 м 3 кислорода приходится 4.762 м 3 воздуха):

.

· Проведем расчет объема воздуха при заданных условиях (Т=+15 ° С, p =760 мм Hg ):

.

Таким образом, для полного сгорания 1 м 3 колошникового газа в рассматриваемых условиях необходимо 0.728 м 3 воздуха. Определяемое таким образом количество воздуха называется теоретически необходимым. Практически при горении на пожарах и в горелочных устройствах различного типа, реальный расход воздуха значительно больше. Отношение реального расхода воздуха к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха. В печах, камерах сгорания и других технических устройствах коэффициент избытка воздуха a =1.1÷1.5, при пожарах эта величина может быть существенно больше и достигать значений a> 2.

Горючее вещество – смесь сложных химических соединений

Определение элементарного состава вещества производится лабораторным анализом. Если в состав топлива входит влага W (вода) и зола А (негорючие вещества), то элементарный состав записывается с учетом этих компонентов.

В качестве примера рассмотрим торф, содержание отдельных элементов в котором приведено в табл. 4.6.

Источник

Расчёт процесса сгорания

Количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива

где средний элементарный весовой состав 1 кг дизельного топлива:

Н = 0,126 кг – водород;

О = 0,004 кг – кислород.

Количество свежего заряда

Мз = a × Мо = 1,9 × 0,495 = 0,942.

Количество продуктов сгорания

где средний элементарный весовой состав 1 кг дизельного топлива:

Н = 0,126 кг – водород;

О = 0,004 кг – кислород;

a = 1,9 – коэффициент избытка воздуха;

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

гдеМг = 0,977 – количество продуктов сгорания;

Мз = 0,942 – количество свежего заряда.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

gг = 0,02 – коэффициент остаточных газов.

Коэффициент молекулярного изменения в точке z

gг = 0,02 – коэффициент остаточных газов;

рс = 8,239 МПа – давление в конце процесса сжатия.

Температуру в точке z найдём с помощью итераций.

В начале примем Тz = 2000К.

Средняя теплоёмкость рабочего тела при высоких температурах

гдеa = 1,9 – коэффициент избытка воздуха.

Максимальная температура сгорания

гдеa = 1,9 – коэффициент избытка воздуха;

gг = 0,02 – коэффициент остаточных газов;

l = 1,4 – степень повышения давления в процессе сгорания;

Мз = 0,942 – количество свежего заряда;

Qн = 42530 кДж/кг – низшая теплотворная способность дизельного топлива;

Тс = 1094К – температура в конце процесса сжатия.

Примем Тz =Tz1 = 2051К.

Средняя теплоёмкость рабочего тела при высоких температурах

Источник

Расход воздуха на сжигание 1 кг топлива

Объем воздуха, необходимый для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, определяется на основе расчета стехиометрических уравнений реакции горения.

Ниже приведены реакции полного горения топлива:

.

Относя эти уравнения к 1 кг топлива и выражая расход кислорода в объемных единицах, получим необходимый объем (м 3 ) кислорода на 1 кг каждой составляющей горючей массы топлива:

12,01 кг С+32 кг О₂=44,01 кг СО₂;

– для дожигания 1 кг углерода до СО₂ требуется кислорода

1 кг С+1,866 м 3 О₂=1,866 м 3 СО₂.

Аналогично ведется расчет для водорода:

Суммируя затраты кислорода на сжигание горючих элементов, содержащихся в 1 кг топлива и вычитая кислород топлива, получим теоретически необходимый объем кислорода для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива , м 3 /кг при нормальных условиях:

, (1.22)

. (1.23)

В атмосферном воздухе содержится 21% кислорода по объему, поэтому теоретический его расход на горение составляет , м 3 /м 3 :

. (1.24)

Объем теоретически необходимого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива , м 3 /кг, выразится формулой

. (1.25)

При сжигании сухого газового топлива расчет ведется по формуле:

(1.26)

, (1.27)

откуда действительный объем воздуха

. (1.28)

Избыточный объем воздуха V_изб, м 3 /м 3

. (1.29)

Коэффициент избытка воздуха в зависимости от вида топлива и способа его сжигания колеблется в пределах 1,01…1,5 и выше. Чем благоприятнее условия для смешивания воздуха с топливом, тем избыток воздуха может быть меньшим.

Задание на самостоятельную работу:

1. Вывод уравнения состояния идеального газа.

2. Состав и объем продуктов сгорания 1 кг топлива.

3. Энтальпия продуктов сгорания.

Вопросы для самопроверки.

1. Каков физический смысл газовой постоянной и универсальной газовой постоянной?

2. Как записать закон Гей-Люссака и Бойля-Мариотта?

3. Какие свойства имеет 1 кмоль любого идеального газа?

4. Почему газовая постоянная киломоля газа называется универсальной?

5. Что называют рабочим топливом?

6. Какая связь между высшей и низшей теплотой горения топлива?

7. Что такое условное топливо?

8. Напишите реакции полного горения топлива?

9. Как определить теоретически необходимый объем кислорода для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива , м 3 /кг при нормальных условиях?

11. Каков состав продуктов сгорания топлива?

12. Как определить полный объем топочных газов?

13. Как определить объем продуктов сгорания газового топлива?

14. Как определить коэффициент избытка воздуха при полном сгорании

15. Как определить энтальпию продуктов сгорания топлива?

Лекция 2

Тема.Смеси идеальных газов

2.2. Закон Бойля–Мариотта для смеси газов

2.3. Уравнение состояния смеси газов

2.4. Формулы для расчета газовых смесей.

Закон Дальтона.

Для исследования свойств смесей газов большое значение имеет закон, открытый Дальтоном. Закон формулируется следующим образом: если смесь состоит из газов, которые не вступают между собой в химические реакции, то каждый газ ведет себя так, как будто он один занимает весь объем, в котором находится смесь.

Из этого закона следует, что каждый газ, находящийся в смеси, оказывает на стенки сосуда, в котором заключена смесь, такое давление, какое он оказывал бы, занимая сам весь объем сосуда. Такое давление называют парциальным.

Давление смеси Р_см, Па, равно сумме парциальных давлений компонентов:

(2.1)

где р_i, – парциальные давления отдельных компонентов смеси, Па.

Состав смеси может быть задан массовыми g или объемными r долями, а также числом молей каждого компонента.

Массовую долю i-того компонента g_i определяют по отношению

(2.2)

где m_i – масса i-того компонента, кг;

m_см – масса смеси газов, кг;

Объемную долю i-того компонента r_i определяют по отношению

(2.3)

Источник