Расчет теплоты сгорания веществ

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 22Следующая ⇒

Расчетные формулы. При расчетах теплового баланса на пожаре определяют, как правило, низшую теплоту сгорания (табл.2.1):

Q_B – Q_H=Q_ИС (2.1),

где Q_B-высшая теплота сгорания; Q_H-низшая теплота сгорания;

Q_ИС- теплота испарения воды, выделяющейся при сгорании вещества.

Таблица 2.1.

Тип горючего вещества	Расчет теплоты сгорания	Размерность
Индивидуальное вещество	Q_н= (2.2)	кДж/моль;
Вещества сложного Состава (формула Д.И.Менделеева)	Q_н=339,4С+1257Н-108,9(О-S)-25,1(9H+W)(2.3)	кДж/кг
Смесь газов	Q_н= _Hi∙φ_ri(2.4)	кДж/моль; кДж/м³

где - соответственно теплоты образования одного кмоля i-го конечного продукта горения и исходного вещества;

, - соответственно количество кмолей -гопродукта реакции и исходного вещества в уравнении реакции горения;

С, Н,S,W- соответственно содержание, %вес, углерода, серы, водорода, влаги в составе вещества;

О-сумма кислорода и азота ,%вес

Q_Hi-низшая теплота сгорания -го горючего компонента газовой смеси, кДж/моль; кДж/м³

φ_ri-содержание -го горючего компонента в газовой смеси ,% об.

Расчет теплоты сгорания газовоздушных смесей проводят по формуле по формуле

Q^см_н= Q_нφ_r (2.5),

где Q^см_н- теплота сгорания газовоздушной смеси, кДж/м³, кДж/м³

Q_H-низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/м³, кДж/м³

φ_ri- концентрация горючего в смеси, % об.

Удельная скорость (интенсивность) тепловыделения при горении:

q=Q_H∙m (2.6)

q-удельная интенсивность тепловыделения,кВт/м³;

m-массовая скорость выгорания, кг/(м²∙с).

Скорость тепловыделения при горении:

Q= Q_H∙m (2.7),

где Q-интенсивность тепловыделения, кВт;

F-площадь горения, м^3.

Примеры решения задач

Определить низшую теплоту сгорания уксусной кислоты, если теплота ее образования 485,6 кДж/моль;

Решение: Для расчета по формуле (2.2)запишем уравнение горения уксусной кислоты в кислороде:

СН₃СООН+2О₂=2СО₂+2Н₂О;

Q_H=(2∙396,9+2∙242,2-1∙485,6)=792,6 кДж/моль=792,6∙10³ кДж/моль;

Для расчета количества тепла, выделяющегося при горении 1кг горючего, необходимо полученную величину разделить на его молекулярную масса (64):

Q_H=792,6∙10³/64=12384кДж/кг.

Рассчитать низшую теплоту сгорания органической массы состава:

С-62%, Н-8%, О-28%, S-2%.

Решение: По формуле Д.И.Менделеева(2.3)

Q_H=339,4∙62+1257∙8-108,9(28-2)-

25,1∙9∙8=26460кДж/кг.

Определить низшую теплоту сгорания газовой смеси, состоящей из

СН₄-40%, С₄Н₁₀-20%, О₂-15%, Н₂S-5%, NH₃-10%, CO₂-10%

Решение: Для каждого горючего компонента смеси по формуле (2.2) находим теплоты сгорания (табл.2.2)

Таблица 2.2

Уравнение реакции	Теплота образования горючего, 10³кДж/моль;	Теплота сгорания, 10^-3 кДж/моль;
СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О	333,5	Q_H=1∙396,9+2∙242,2-333,5 =547,8
C₄H₁₀+5,6O₂=4CO₂+5H₂O	132,4	Q_H=4∙396,9+5∙242,2-132,5 =2666,1
H₂S+1,5O₂=H₂O+SO₂	201,1	Q_H=242,2+297,5=201,1=338,6
NH₃+0,75O₂=1,4H₂O+0,5N₂	46,1	Q_H=1,5∙242,2-46,1=317,2

По формуле (2.4)определим теплоту сгорания газовой смеси:

Q_H=1/100∙(547.8∙40+2666,1∙20+338,6∙5+317,2∙10)10³=1020∙10³ кДж/кг.

Для определения теплоты сгорания 1м³газовой смеси необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 Кмолем газа при стандартных условиях(24,4м³):

Q_H=1020∙10 ³/24,4=41803 кДж/кг.

Рассчитать теплоту сгорания 1м³стехиометрической гексано-воздушной смеси.

Решение: Находим стехиометрический состав горючей смеси по уравнению реакции горения:

C₆H₁₄+9,5O₂+9,5∙3,76N₂=6CO₂+7H₂O=9,5∙3,76N

Весь объем вступивших в реакцию компонентов(1+9,5+9,5∙3,76) принимаем за 100%,а количество горючего(1кмоль)будет соответствовать стехиометрической концентрации:

Φ_ст=

Теплоту сгорания 1м³гексана определим по формуле (2.2) или по табл. Приложения 3.

Q_H= 10³=170,1 10³ кДж/м³

Теплоту сгорания 1м³стехиометрической гексано- воздушной смеси определим по формуле (2.5.):

Q_H^см=170,1∙10³∙2,2/100=3742 кДж/м³

Определить интенсивность тепловыделения на пожаре органической массы (состав в примере 2), если скорость выгорания 0,015кг/(м²/с), а площадь пожара 150м^2.

Решение: согласно формуле (2.7): Q_H=26460,0∙0,15∙150=59,5∙10³кВт

Контрольные задачи

1. Определить низшую теплоту сгорания 1м³этана, пропана, пентана, гексана. Построить график зависимости от молекулярной массы горючего. Теплоты образования горючих веществ: этан-88,4кДж/моль, пропан-109,4 кДж/моль, бутан-132,4 кДж/моль, пентан-184,4 кДж/моль, гексан-211,2 кДж/моль.

2. Рассчитать теплоту сгорания 1м³ацетилено-воздушной смеси на нижнем и верхнем концентрационных пределах воспламенения, а так же при стехиометрической концентрации. КПВ ацетилена равна 2,0+81% Примечание: Построить график зависимости низшей теплоты сгорания от концентрации горючего в воздухе. При расчете теплоты сгорания смеси на ВКПВ необходимо учесть , что только часть горючего способна полностью окислиться в воздухе, остальное количество горючего не вступит в реакцию горения, вследствие недостатка окислителя.

3. Определить низшую теплоту сгорания 2кг древесины состава: С-49%, Н-8%, О-43%. Какова удельная интенсивность тепловыделения на пожаре, если массовая скорость выгорания составляет 0,01кг/(м²/с)?

4. Для условия предыдущей задачи определить изменения теплоты и удельной интенсивности тепловыделения при содержании влаги в древесине(сверх 100%)в количестве 3,5,10,15%. Скорость выгорания влажной древесины соответственно снизиться до 0,009; 0,008; 0,006; 0,005 кг/(м²/с). Построить график зависимости Q_H,q

от содержания влаги в горючем материале. Примечание:для решения задачи необходимо пересчитать состав древесины с учетом влаги таким образом, чтобы содержание всех компонентов равнялось100%.

5. Определить интенсивность тепловыделения кВт, при горении газовой смеси состава: СО-15%, С₄Н₈-40%, О₂-20%, Н₂-14%, СО₂-11%., если скорость истечения 0,8м³/с.

Расчет температуры горения

Температура горения определяется из уравнения я теплового баланса:

Q_H= _р_i∙V_п_ri(T_r-T_o) (2.8)

При этом адиабатическая температура горения:

Т_r^*=Т_а+ Q_H/ _р_i∙V_п_ri+C_pB∆V_B; (2.9)

А действительная температура горения:

Т_r=Т_а+ Q_п_r/ pi∙V_п_ri+ C_pB∆V_B;

где, Т_r^* и Т_r –соответственно адиабатическая и действительная температуры горения;

Т₀ –начальная температура;

Сpi , C_pB – соответственно теплоемкости воздуха и i-того продукта горения;

V_п_ri –объем i-го продукта горения;

∆V_B –избыток воздуха;

Q_H –низшая теплота горения вещества;

Q_п_r –теплота , пошедшая на нагрев продуктов горения. При этом

Q_п_r= Q_H(1-𝛈), (2.11)

𝛈 –доля теплопотерь в результате излучения энергии, химического и механического недожога.

Расчет температуры горения по формуле (2.9) или (2.10)может быть проведен только методом последовательных приближений, поскольку теплоемкость газов зависит от температуры горения (табл.2.3.)

Таблица 2.3

	Определяемые параметры	Примечание
1	Объем и состав продуктов горения	(§1.2) кмоль, м³
2	Низшая теплота горения или количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения (при наличии тепло потерь)	Q_п_rQ_H кДж/моль, кДж/кг
3	Среднее значение энтальпии продуктов горения	∆Н_ср= Q_н(п_r₎/ V_п_ri (2.12)
4	По средней энтальпии с помощью табл.1 ( если ∆Н_срвыражена к кДж/кмоль) или табл.2 ( если ∆Н_срвыражена к кДж/м³), ориентируясь на азот ( наибольшее содержание в продуктах горения), определяем приближенно температуру горения Т₁( табл.1, 2)
5	Рассчитываем теплосодержание продуктов горения с температурой, равной Т₁(табл. 1, 2)	Q_п_r= _i∙Vi (2.13)
6	Сравниваем Q_п_rcQ_н(п_r_),если Q_п_r<Q_н(п_r_), то задается Т₁>Т₂( в этом случае, если Q_п_r>Q_н(п_r_),то задается Т₁<Т₂)	∆Н_i–энтальпия итого продукта горения Vi-объем итого продукта горения
7	Рассчитываем Q_п_rпо формуле (2.13)
8	Расчет проводим до получения неравенства вида Q¹_п_r_<Q_н(п_r_),<Q_н²_(п_r_),
9	Интерполяцией определяем температуру горения	Тr=Т1+ .(2.14)

Действительная температура горения на пожаре для большинства газообразных, жидких и твердых веществ изменяется в достаточно узких пределах(1300+1800К).

В связи с этим расчет действительной температуры горения может быть значительно упрощен, если теплоемкость продуктов горения выбирать при температуре 1500К:

Тr=Т₀+ ; (2.15)

где – теплоемкость i-го продукта горения при 1500К (табл. 2.4)

Таблица 2.4.

Вещество	Теплоемкость
Вещество	кДж/(м³∙К)	кДж/(моль∙К)
Двуокись углерода	2.27	50,85∙10^-3
Двуокись серы	2,28	51,07∙10^-3
Вода (пар)	1,78	39,87∙10^-3
Азот	1,42	31,81∙10^-3
Воздух	1,44	32,26∙10^-3

Примеры решения задач

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 20102; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!