Расчет параметров продуктов горения бензола в воздухе
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 )
. 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
. 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)
. 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
, ΣiAi⋅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).
. 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:CO2=6
, VH2O=3 , VC6H6=1 , VO2=7,5 , VN2=7,5⋅3,76
. Определяем расчетное количество продуктов
сгорания одного киломоля горючего:
, (2)
Подставляя в (2) значения стехиометрических
коэффициентов продуктов сгорания и горючего, получаем:
, (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.
, (5)
. 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)
. 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.
. 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%