Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Определяем объем влажных продуктов сгорания метана



м33

Горючее вещество — сложная смесь химических соединений.Если известен элементный состав сложного горючего вещества, то состав и количество продуктов сгорания 1 кг вещества можно определить по уравнению реакции горения отдельных элементов. Для этого составляют уравнения реакции горения углерода, водорода, серы и определяют объем продуктов сгорания, приходящийся на 1 кг горючего вещества. Уравнение реакции горения углерода имеет вид

С + Оа + 3,76N2 = СО2 + 3,76N2

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4/12=1,86 м3 СО2 и 22,4-3,76/12 = 7,0 м3 N2.

Аналогично определяют объем (в м3) продуктов сгорания 1 кг серы и водорода. Полученные данные приведены ниже

СО2 N2 H2O SO2

Углерод 1,86 7,0 — —

Водород — 21,0 11,2 —

Сера ..... — 2,63 — 0,7

При горении углерода, водорода и серы кислород поступает из воздуха. Однако в состав горючего вещества может входить кислород, который также принимает участие в горении. В этом случае воздуха на горение вещества расходуется соответственно меньше.

В составе горючего вещества могут находиться азот и влага, которые в процессе горения переходят в продукты сгорания. Для учета их необходимо знать объем 1 кг азота и паров воды при нормальных условиях. Объем 1 кг азота равен 0,8 м3, а паров воды 1,24 м3.

В воздухе при 0°С и давлении 101325 Па на 1 кг кислорода приходится 3,76-22,4/32 = 2,63 м3 азота.

На основании приведенных данных определяют состав и объем продуктов сгорания 1 кг горючего вещества.

Пример 7. Определить объем и состав влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля, состоящего из 75,8% С, 3,8% Н, 2,8% О, 1,1% N, 2,5% S, №=3,0%, А = 11,0%. Объем продуктов сгорания будет следующий, м3:

Компоненты СО2 Н2О N2 SO2
Углерод 1,86-0,758=1,4 -    
Водород   11,20,038=0,425    
Сера        
Азот в горючем веществе - -    
Влага в горючем веществе   1,24-0,03=0,037    
Сумма 1,4 0,462    
Углерод     7-0,758=5,306 -
Водород     21-,038=0,798 -
Сера     2,630,025=0,658 0,70,025=0,017
Азот в горючем веществе     0,80,011=0,0088  
Влага в горючем веществе     - -
Сумма     6,7708—0,0736 - 0,017 =6,6972

Из общего объема азота вычитают объем азота, приходящийся на кислород в составе каменного угля 0,028.2,63=0,0736 м3. Итог таблицы указывает состав продуктов сгорания каменного угля. Объем влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля равен

Vn,c= 1,4+ 0,462+ 6,6972+ 0,017 = 8,576 м3/кг

Горючее вещество — смесь газов. Количество и состав продуктов сгорания для смеси газов определяют по уравнению реакции горения компонентов, составляющих смесь. Например, горение метана протекает по следующему уравнению

СН4 + 2О2 + 2-3,76N2 = СОа + 2Н2О + 7,.52N2

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м3 метана получается 1 м3 диоксида углерода, 2 м3 паров воды и 7,52 м3 азота. Аналогично определяют объем (в м3) продуктов сгорания 1 м3 различных газов:

 

  СО2 Н2О N2 SO2
Водород 1,0 1,88
Оксидуглерода 1,0 1,8 8
Сероводород 1,0 5,64 1,0
Метан 1,0 2,0 7,52
Ацетилен 2,0 1,0 9,4
Этилен 2,0 2,0 11,28 -

На основании приведенных цифр определяют состав и количество продуктов сгорания смеси газов.

Пример 8. Определить объем влажных продуктов сгорания 1 м3 доменного газа, состоящего из 10,5% СО2, 28% СО, 0,3% СН4, 2,7% Н2 и 58,5% N2. Объем продуктов сгорания будет следующий, м3:

  СО2 Н2О N2
Оксид углерода 1. 0,28=0,28 1,88. 0,28=0,526
Водород 1..0,027=0,027 1,88..0,027=0,05
Метан 1. 0,003=0,003 2. 0,003=0,006 7,52. 0,003=0,022
Диоксид углерода в составе газа 0,105
Азот в составе газа ... 0,585
Сумма 0,388 0,033 1,183

Объем продуктов сгорания 1 м3 доменного газа равен

Vn,c = 0,388 + 0,033+ 1,183 = 1,604 м33

Анализ продуктов сгорания, взятых на пожарах в различных помещениях, показывает, что в них всегда содержится значительное количество кислорода. Если пожар возникает в помещении с закрытыми оконными, дверными или другими проемами, то пожар при наличии горючего может продолжаться до тех пор, пока содержание кислорода в смеси воздуха с продуктами сгорания в помещении не снизится до 14—16% (об.). Следовательно, на пожарах в закрытых помещениях содержание кислорода в продуктах сгорания может быть в пределах от 21 до 14% (об.). Состав продуктов сгорания, взятых во время пожаров в помещениях с открытым­и проемами (подвал, чердак), показывает, что содержание в них кислорода может быть ниже 14% (об.):

  СО СО2 О2
В подвалах 0,15-0,5 0,8-8,5 10,6-19
На чердаках 0,1-0,6 0,3-4,0 16,0-20,2

По содержанию кислорода в продуктах сгорания на пожарах можно судить о коэффициенте избытка воздуха, при котором происходило горение.

Пример 9.Определить коэффициент избытка воздуха при пожаре в помещении, если во взятом на анализ дыме содержалось 19% (об.) О2. Коэффициент избытка воздуха находим, пользуясь отношением (8)

.

 

Теплота сгорания

Химические реакции сопровождаются поглощением или выделением энергии, в частности тепла. Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла, а также образующиеся при этом соединения называются эндотермическими. При эндотермических реакциях нагрев реагирующих веществ необходим не только для возникновения реакции, но и в течение всего времени их протекания. Без нагревания извне эндотермическая реакция прекращается.

Реакции, сопровождающиеся выделением тепла, а также образующиеся при этом соединения называются экзотермическими. Все реакции горения относятся к экзотермическим. Вследствие выделения тепла они, возникнув в одной точке, способны распространяться на всю массу реагирующих веществ.

Количество тепла, выделяемое при полном сгорании вещества и отнесенное к одному молю, единице массы (кг, г) или объема (м3) горючего вещества, называется теплотой сгорания. Теплоту сгорания можно вычислить по табличным данным, пользуясь законом Гесса. Русский химик Г. Г. Гесс в 1840 г. открыл закон, который является частным случаем закона сохранения энергии. Закон Гесса состоит в следующем: тепловой эффект химического превращения не зависит от пути, по которому реакция протекает, а зависит лишь от начального и конечного состояний системы при условии, что температура и давление (или объем) в начале и конце реакции одинаковы.

Поясним это на примере вычисления теплоты сгорания метана. Метан можно получить из 1 моль углерода и 2 моль водорода. При сжигании метана пoлучается 2 моль воды и 1 моль диоксида углерода

С + 2Н2 = СН4 + 74,8 кДж (Q1);

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Qгор..

Те же продукты образуются при сгорании водорода и углерода. При этих реакциях общее количество выделившегося тепла равно 963,5 кДж.

а + О2 = 2Н2О + 570,6 кДж;

С + О2 = СО2 + 392,9 кДж

963,5 кДж(Q)

Поскольку начальные и конечные продукты случаях одинаковы, их общие тепловые эффект должны быть равны согласно закону Гесса, т. е.

Q1 + Qгор. = Q, откуда

Qгор. = Q – Q1,

следовательно, теплота сгорания метана будет равна Qгор. = 963,5 — 74,8 = 888,7 кДж/моль

Таким образом, теплота сгорания химического соединения (или их смеси) равна разности между суммой теплот образования продуктов сгорания и теплотой образования сгоревшего химического соединения (или веществ, составляющих горючую смесь).