Расчет параметров продуктов горения бензола в воздухе

Определение удельного теоретического количества и объема воздуха, необходимого для сгорания паров бензола. Составление стехиометрического уравнения реакции горения бензола в воздухе. Расчет числа киломолей воздуха, необходимого для полного сгорания.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

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:

V_CO2=6 , V_H2O=3 , V_C6H6=1 , V_O2=7,5 , V_N2=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 V_O2=7,5 и V_C6H6=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:

Х_СО2=

Х_Н2О=

Х_N2 = (9)

Х_О2 = %

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), n_c и n_н - 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 = .<...