Вопрос 1. Уравнение материального баланса

Баланс (от фр. balance - весы) - совокупность показателей для оценки какого-либо явления путем сопоставления или противопоставления отдельных его сторон. Для процессов массо- и теплообмена баланс - это математическое выражение закона сохранения массы или энергии, которое связывает значения массы или теплоты исходных (приход) и конечных (расход) веществ. При этом приход всегда равен расходу.

пг

реактор

расход

приход

горючее

окислитель

Рис.2.1. Схематическое изображение материального баланса

процесса горения

В процессах горения исходными веществами являются горючее и окислитель, а конечными - продукты горения (ПГ) (рис.2.1.). Последние представляют собой многокомпонентную смесь:

С0₂ + СО + Н₂0 + С_тв+...

или в общем виде: ПГ, + ПГ₂ + ...+ ГТГ_; + ... + ПГ_П = ШГ_;

С учетом прихода и расхода для материального баланса можно записать:

Горючее + Окислитель = Продукты горения После расчета стехиометрических коэффициентов уравнение материального

баланса процесса горения будет иметь следующий вид:

п_г(Гор) + Пок(Ок) = Е mi ПГ|,

где Гор и Ок - химические формулы горючего и окислителя; ПГ, - химическая формула i-го продукта горения;

п_г> n_0K, mj - стехиометрические коэффициенты при соответствующих исходных и конечных веществах.

Данное уравнение является обобщенным выражением материального баланса любой химической реакции окисления. Оно не несет информации о промежуточных стадиях процесса, которых может быть великое множество, а выражает только начальное и конечное состояние системы. Поэтому его называют также суммарным или брутто-уравнением реакции горения. Для решения многих инженерно-технических задач этого уравнения бывает достаточно. Рассмотрим расчетные методы определения отдельных составляющих материального баланса процессов горения.

Вопрос 2. Расход воздуха на горение.

Удельным теоретическим объемом воздуха V_B° называется минимальный его объем, необходимый для полного сгорания единицы массы (или одного киломоля) горючего вещества при нормальных условиях (Т° =273.15 К, Р°=1х10⁵ Па).

Теоретическое количество воздуха (или другого окислителя) рассчитывают по уравнению материального баланса реакции горения с учетом стехиометрических коэффициентов. Воздух состоит из азота, кислорода, водорода, углекислого и инертных газов. При расчетах водород, углекислый и инертные газы (их около 1% об.%) добавляют к азоту, которого в воздухе 78 % об. Поэтому принимают, что воздух состоит из 21 % об. кислорода и 79 % азота. Легко посчитать, что на 1 объем кислорода приходится 3.76 объема азота (79 : 21 = 3.76 ). Таким образом, состав воздуха в уравнениях реакций горения - ( 0₂ + 3.76 N₂).

Общее уравнение материального баланса процесса горения в воздухе выглядит следующим образом:

Гор + Р(0₂ + 3,76 N₂) = I mi [FTi] + (3-3,76 N₂.

Алгоритм расчета теоретического количества воздуха зависит от агрегатного состояния вещества и его химической природы. Для удобства вычислений горючие вещества подразделяют на три основные группы:

1 - индивидуальные химические соединения с известной химической формулой (метан, ацетон, спирты и т.д.);

2 - конденсированные горючие вещества неизвестного химического строения, но с известным элементным составом (элементный состав отражает содержание в веществе химических элементов С, Н, О, S, N, С1 и др. в % масс.);

3 - смесь газов или паров.