1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания




Название1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
страница4/13
Дата публикации26.08.2013
Размер1.45 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Математика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
^

3. Расход воздуха при горении


Важной характеристикой процесса горения различных веществ является расход воздуха, обеспечивающий горение.

Минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы (кг) или объема (м3) горючего вещества, называется теоретически необходимым и обозначается . Величину находят по уравнению реакции горения.

Пусть на m кмоль горючего вещества приходится n кмоль кослорода и кмоль азота. Обозначив массу (в кг) горючего вещества, численно равную молекулярной массе через М, составляют пропорцию:

-

-

где 22,4 – объём 1 кмоль газов (при и 101,3кПа)

Теоретически необходимый объём воздуха для сгорания 1 кг вещества равен (из пропорции)

(2.14)

Если объем воздуха необходимо привести к иным условиям, пользуются соотношением

, (2.15)

где Т – заданная температура, К;

Р – заданное давление, кПа.

Теоретически необходимый объем воздуха для сгорания 1 м3 горючих газов находится по соотношению

(2.16)
Пример. Определить расход воздуха при сгорании 1кг клетчатки, , являющейся основой древесины, при температуре воздуха и давлении 100кПа.

Решение. 1. Составляем уравнение реакции горения клетчатки, принимая в (1.34) значения индексов а=6, b=10, с=5, d=0



На горение 1 кмоль клетчатки требуется кмоль воздуха.

2 Необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг клетчатки при нормальных условиях определяется по соотношению (2.14)



3. Расход воздуха при заданных условиях горения определяется по соотношению (2.15)

.
В практике пожарного дела элементный состав горючего вещества часто задают в весовых (массовых) процентах. Пусть в состав горючего вещества входят C, H, O, S, зола (А), влага (W). Расход воздуха при горении такого вещества можно определить следующим образом. Составляют уравнения реакций горения углерода, водорода и серы и находят массовые соотношения реагирующих веществ [6]:



Если для сгорания 12 кг углерода требуется 32 кг кислорода, то для сгорания 0,01 кг углерода, то есть 1% (от массы 1 кг углерода) потребуется кислорода кг, для водорода соответственно потребуется кг и для серы кг кислорода.

Для сгорания 1 кг горючего вещества потребуется кислорода

, кг,

где , , , - содержание углерода, водорода, серы и кислорода в горючем веществе, % (масс.).
Массу воздуха , кг, необходимую для сжигания 1 кг вещества, можно найти по соотношению

(2.17)

Расход воздуха , где , находится по соотношению

(2.18)

Пример. Определить расход воздуха при сгорании 1 кг торфа, в состав которого входят углерод (40%), водород (4%), кислород (13%), азот (20%), влага (13%), зола (10%).

Решение. 1. Азот, зола и влага горючего при определении расхода воздуха не учитываются, так как они не принимают участия в реакции горения.

2. Расход воздуха при сгорании 1 кг торфа вычисляем по соотношению (2.18)

.
Расход воздуха для полного сгорания некоторых широко известных веществ приведён в табл. 9.

Таблица 9

^ Расход воздуха при полном сгорании 1 кг
горючего вещества при нормальных условиях


Горючее

вещество



Горючее

вещество



Ацетон

Ацетилен

Бутан

Бензин

Водород

Древесина (W=7%)

7,35

11,93

30,94

11,1

2,38

4,18

Керосин

Метан

Нефть

Оксид углерода

Пропан

Природный газ

10,8

9,52

10,8

2,38

23,8

5,0



^ 4. Возгорание и самовозгорание горючего вещества

Возгоранием горючего вещества называется возникновение горения под воздействием внешнего источника зажигания. Под источником зажигания понимается горящий предмет или объект, а также электрический разряд с запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ. Если возгорание сопровождается появлением пламени, то такой процесс возникновения горения называется воспламенением. Воспламенение хотя и является частным случаем возгорания, однако в реальной действительности имеет наибольшее распространение.

Самовозгорание – процесс возникновения горения при отсутствии источника зажигания. Самовозгорание наблюдается, при резком увеличении скорости экзотермических реакций в объеме вещества, когда скорость выделения тепла превышает скорость его рассеивания. Самовозгорание вещества первоначально происходит в зоне максимальных температур или “горячей” точке, затем горение распространяется по всему объему.

Резкое первоначальное увеличение скорости экзотермических реакций в веществе связано в основном с ростом температуры в зоне реакций под воздействием теплового импульса (при этом температура импульса ниже температуры самовозгорания вещества), микробиологического или химического импульсов. Если самовозгорание сопровождается пламенным горением, то оно называется самовоспламенением.

Процессы воспламенения и самовоспламенения горючего вещества характеризуются соответствующими температурами.

^ Температура воспламенения - наименьшая температура горючего вещества и материала, при которой от постороннего источника зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

^ Температура самовоспламенения – наименьшая температура горючего вещества и материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся самопроизвольным возникновением пламенного горения.

Следует также отметить температуру вспышки – наименьшую температуру вещества и материала, при которой над его поверхностью образуются пары (газы), способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания; при этом после сгорания части или всего объема парогазовоздушной смеси горение прекращается.

Знание указанных температур важно при оценке в реальных условиях степени пожарной опасности теплового режима обработки различных материалов, условий хранения, эксплуатации. При этом более подробно необходимо остановиться на процессах самовоспламенения, так как они могут привести к неожиданному возгоранию горючих материалов и, как следствие, к возникновению пожара.

В качестве примера рассмотрим самовоспламенение химически однородной горючей системы (смеси горючих газов, паров или пылей с воздухом), находящейся в ёмкости объёмом V. При низкой температуре смеси Тн реакция между горючим веществом и кислородом смеси практически не протекает. Чтобы она началась, нужно смесь подогреть до более высокой температуры То. При определенном значении То начнётся химическая реакция окисления с выделением тепла. Количество выделяемого тепла в единицу времени (называемое скоростью выделения тепла) q1 оценивается по соотношению

(2.1)

В этом соотношении: Qсг – теплота сгорания горючего вещества, V- объём горючей смеси, k - константа скорости реакции, v - порядок реакции, c - концентрация горючего в смеси, E- энергия активизации, Rгазовая постоянная, Т – температура смеси.

При необходимости величина Qсг может быть определена согласно рекомендациям § 1.6,величины V, R считаются известными, величина Eможет быть определена, например, согласно рекомендациям [6], величины k, v будут пояснены несколько позже.

Выделившаяся теплота передаётся горючей смеси, и она нагревается. Как только температура смеси превысит температуру внешней среды, начнётся теплоотвод через стенки в окружающую среду. Количество отводимого тепла q2 приближенно принимается пропорциональным разности температур смеси и окружающей среды

, (2.21)

где - коэффициент теплоотдачи от газа стенкам емкости,

S – площадь поверхности стенок емкости,

Т и Т0 – температура смеси и стенок емкости соответственно.

Качественно соотношение значений q1=q1(T) и q2=q2(T) представлено на рис.6.

Система кривых q1', q1'', q1''' соответствует различным скоростям химической реакции в зависимости от различных начальных концентраций горючего вещества смеси. При протекании реакции по кривой q1''' вначале вследствие превышения тепловыделения над теплоотводом смесь, начиная с температуры T0 ,будет разогреваться до температуры TА. Дальнейшее повышение температуры смеси, вызванное самонагреванием, прекратится, так как в точке “А” q1'''= q2, а выше точки “А” q1'''< q2, то есть скорость тепловыделения меньше скорости отвода тепла. Рассматриваемый случай соответствует процессу медленного окисления. В этой области дальнейший разогрев смеси возможен только при внесении тепла извне.



Рис.6 . Изменение скорости тепловыделения и теплоотвода при
различных концентрациях горючей смеси
Если смесь окажется разогретой до температуры T > TА, то при естественном процессе смесь вернется в стационарное состояние, характерное для точки “А”. Таким образом, точка “А” характеризует устойчивое стационарное состояние. Если при внесении тепла извне температура смеси превысит ТС , то возможно возгорание смеси. Принято считать, что точка “ С” отражает неустойчивое состояние: при T<Тс самовозгорание (самовоспламенение) смеси не произойдет, при T> Тс – произойдет.

Если реакция протекает по кривой q1' , то тепловыделение с самого начала превышает теплоотвод. В этом случае смесь будет непрерывно саморазогреваться, скорость реакции быстро примет высокие значения и в результате в системе произойдёт самовоспламенение, при этом горение смеси возможно в форме взрывного горения.

Граница между областями неограниченного и ограниченного разогрева реагирующей смеси соответствует протеканию реакции по кривой q1''. При этом смесь в начале может саморазогреваться до температуры, при которой наступает тепловое равновесие (точка “В”). Однако в отличие от состояния, характерного для точки “А”, это равновесие неустойчивое. Даже незначительное повышение температуры Т вызовет прогрес-сирующий разогрев смеси, приводящий к самовоспламенению.

Условия перехода рассматриваемой системы к самовоспламенению является касание линии теплоотвода кривой тепловыделения, когда q1''= q2. Температура ТВ этого теплового равновесия является температурой самовоспламенения.

Как отмечалось ранее, система кривых q1' , q1''., q1''' на рис.6 соответствует различным скоростям химической реакции в зависимости от различных начальных концентраций горючего вещества в смеси. Для получения представления о роли этого фактора рассмотрим случай, когда молекулы двух реагирующих веществ взаимодействуют друг с другом в соотношении 1:1.

Количественно зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ определяется открытым в 1867 году законом действия масс [6]. Согласно этому закону скорость химической реакции в рассматриваемом случае определяется по соотношению

v= k [A] [B], (2.3)

где [A]и[B]- концентрации веществ А и В;

k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции.

В более общем случае скорость реакции m A+ n B = l AB выражается соотношением

v (2.4)

Сумма показателей (m+n) и называется порядком реакции.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Похожие:

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОт чего зависит температура тела?
Удельная теплоёмкость. Теплота нагревания и охлаждения Удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания топлива

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОгонь играет громадную роль в жизни человека. Применение огня для...
Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей внутреннего сгорания, дизелей, паровых...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания icon1 Химические реакции при сгорании топлива
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЕтся комплекс мероприятий, направлен ных на ликвидацию возникшего...
Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЗадачи пожарной профилактики 4 2 Сущность процесса горения и развития...
Основные законодательные документы и нормативно-правовые акты в области пожарной безопасности 7

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconПродукция
Этот катализатор, встречающийся только в mpg-boost™, ускоряет реальную скорость, при которой топливо смешивается с воздухом в камере...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБилеты органическая химия
Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconХимические свойства алифатических альдегидов
Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего...
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества,...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconТехнологии работы биокатализатора mpg отличаются от химической присадки....
Садки к топливу являются обычными детергентами, то есть простыми очистителями камеры сгорания. Катализатор mpg также мягко очищает...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов