Розрахунок обсягу продуктів горіння
Запишемо рівняння матеріального балансу процесу горіння кожного компонента даної суміші:
Розрахуємо кількість молей кожного продукту горіння, що утворюється при згорянні 1 моля суміші горючих речовин за формулою:
(1.1)
де , , - Число молей СО2, що утворюються при згорянні відповідного компонента;
Підставляючи чисельні значення рівняння (1.1), отримаємо:
= 1 ∙ 0,75 + 2 ∙ 0,2 + 5 ∙ 0,05 = 1,4 моль/моль
Аналогічно знайдемо кількість молей Н2О та N2 у продуктах горіння:
nH2O = 3 ∙ 0,2 + 6 ∙ 0,05 = 0,9 моль/моль
n N2 = 3,76 (0,5 ∙ 0,75 + 3,5 ∙ 0,2 + 8 ∙ 0,05) = 5,55 моль/моль.
При згорянні бідних сумішей, тобто. що містять надмірну кількість повітря, в продуктах горіння, крім СО2, Н2О і N2, буде міститися повітря, що не брало участі в горінні. Надлишок повітря знаходимо з рівняння:
де n 0 - теоретична кількість повітря, необхідне для згоряння 1 моля суміші горючих речовин; α-коефіцієнт надлишку повітря.
Для визначення теоретичного кількості повітря можна скористатися рівнянням розрахунку загальної кількості молей кисню та азоту, тобто. повітря, що бере участь у згорянні кожного компонента горючої суміші.
n 0 в = ∑ (nO2i + nN2i) · (1.3)
З вищенаведених рівнянь матеріального балансу видно, що кількість повітря, необхідного для згоряння 1 моля суміші горючих газів дорівнює:
n 0 в = (0,5 + 0,5 · 3,76) · + (3,5 + 3,5 · 3,76) · + (8 + 8 · 3,76) · =
0,5 · 4,76 · 0,75 +, 5 · 4,76 · 0,2 + 8 · 4,76 · 0,05 = 4,76 · (0,5 · 0,75 + 3,5 · 0,2 + 8 · 0,05) = 7,02 моль/моль.
Для суміші стехіометричного складу коефіцієнт надлишку повітря α = 1, а надлишок повітря Δnв = 0.
Для бідних сумішей, що містять надмірну кількість повітря, коефіцієнт α можна знайти зспіввідношення:
(1.4)
де φг - концентрація пального в газоповітряній суміші.
НКПР суміші горючих речовин знаходимо за формулою Ле Шательє, а НКПР кожного окремого пального компонента можна знайти за апроксимаційною формулою або взяти з довідкової літератури.
Апроксимаційна формула має вигляд:
Виконаємо розрахунки НКПР кожного палива.
= 11,1% про.
Розмір по2 взято з рівняння матеріального балансу. Аналогічно:
Довідкові значення НКПР для З, С2Н6 і C5H12 становлять 12,5; 2,9 та 1,47 % про. [2]. Як видно, вони не дуже відрізняються від розрахункових величин. Для розрахунку НКПР суміші горючих речовин використовуватимемо довідкові значення, які встановлено експериментально.
За правилом Ле-Шательє:
де μi – об'ємні частки відповідного пального компонента.
Підставляючи чисельні значення μi і отримаємо:
Стехіометричну концентрацію паливної речовини визначають із співвідношення
(1.7)
Для згоряння 1 моля суміші горючих речовин потрібно 7,02 моля повітря n 0 в.
Тому
Для побудови залежностей Твзр=f(φг) та Рвзр=f(φг) необхідно визначити значення Твзр та Рвзр при кількох концентраціях паливної речовини.
Рекомендується крім φн і φстех вибрати наступні концентрації паливної речовини: 1,2 φн, 1,4φн та 0,8φстех. Для всіх цих п'яти значень концентрації паливної речовини необхідно розрахувати коефіцієнт надлишку повітря (α) за формулою 1.3, надлишок повітря (Δnв) за формулою 1,2 такількість молей продуктів горіння (nпг). Наприклад наведемо розрахунки для концентрації пального, що дорівнює НКПР (φн).
Δnв = 7,02 · (2,18 -1,0) = 8,28
Тоді повний обсяг продуктів горіння
Підставляючи чисельні значення, отримаємо:
nпг = 1,4 + 0,9 + 5,55 + 8,28 = 16,13
Аналогічні розрахунки необхідно провести й інших концентрацій пального речовини.