Горючее – сложное вещество с известным элементным составом

 

Состав таких веществ выражается в массовых долях (w, %) каждого элемента. При горении кислород воздуха расходуется на окисление углерода С, водорода Н, серы S и других горючих составляющих.

 

Рассчитаем, какой теоретический объем воздуха необходим для сгорания 1 кг каждого элемента при нормальных условиях.

1 кг х м³

С + (О₂ + 3,76N₂) = СО₂ + 3,76N₂

12 кг 4,76×22,4 м³

V_в(С)^теор = х = = 8,885 м³ – объем воздуха для сгорания 1 кг углерода.

 

1 кг х м³

Н + 0,25(О₂ + 3,76N₂) = 0,5Н₂О + 0,25×3,76N₂

1 кг 0,25×4,76×22,4 м³

V_в(Н)^теор = х = = 26,656 м³ – объем воздуха для сгорания 1 кг водорода.

 

1 кг х м³

S + (О₂ + 3,76N₂) = SО₂ + 3,76N₂

32 кг 4,76×22,4 м³

V_в(S)^теор = х = = 3,332 м³ – объем воздуха для сгорания 1 кг серы.

 

Углерод, водород и сера являются основными составляющими большинства органических соединений. Значительное число органических веществ имеют в своем составе кислород, и, следовательно, воздуха на горение будет затрачено меньше.

Рассчитаем объем воздуха, в котором содержится 1 кг кислорода.

 

32 кг О₂ - 4,76×22,4 м³ воздуха

1 кг - х м³

 

V_в(О)^теор = х = = 3,332 м³ – объем воздуха, содержащий 1 кг кислорода.

 

Сопоставим полученные значения.

V_в(Н)^теор : V_в(С)^теор : V_в(S)^теор :V_в(О)^теор =

= 26,665 : 8,885 : 3,332 : 3,332 = 1 : 1/3 : 1/8 : 1/8

 

Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг вещества сложного элементного состава в общем виде можно записать следующим образом:

 

V_в^теор = V_в(С)^теор × + V_в(Н)^теор × + V_в(S)^теор × - V_в(О)^теор × , м³ (7)

где

w (С), w (Н), w (S), w (О) – массовые доли элементов в веществе, %.

 

После подстановки в формулу (7) полученных выше расчетных значений теоретический объем воздуха для сгорания заданной массы (m)вещества сложного элементного состава при нормальных условиях определяется по формуле:

 

V_в^теор =m ×0,267 , м³/кг. (8)

 

Расчет объема воздуха, необходимого для горения вещества сложного элементного состава

Пример 4. Определить объем воздуха, необходимого для полного сгорания 5 кг торфа следующего состава (в %): С – 56,4 %, Н – 5,04 %, О – 24,0 %, S – 0,06 %, N – 3,6 %, зола – 10,9 %. Горение протекает при a = 1,5, условия нормальные.

 

1. По формуле (8) определяем теоретический объе воздуха, необходимый для горения данной массы образца торфа:

 

V_в^теор = 5 × = 27,7 м³

2. С учетом коэффициента избытка воздуха реально на сгорание данной массы образца торфа будет затрачено воздуха

V_в^пр = V_в^теор × a = 27,7 × 1,5 = 41,6 м³.