Температура воспламенения и пределы воспламеняемости горючих газов. 1 страница
Date: 2014-03-11; view: 1137.
Мысал
Мысал
Егер отынның органикалық массасындағы сутегінің H0 құрамы 5% болса, құрғақ отың сутегінің құрамын анық алу талап етіледі. Жұмыс отынның күлділігі АР=10%, ылғалдылық WP=20%, күкірттің құрамы SP=9%. .
Органикалық массаның құрғақтығын есептеу формуласы бойынша
Алдымен құрғақ массаның АС күлділігін анықтап, құрғақ массалар жұмыс күкіртінің құрамын есептейміз
SC және AC белгілеріне қарсы формула қоя отырып сутегінің жиынтық мағынасын анықтаймыз
Егер құрғақ газдың құрамдары белгілі болса, ылғалды газдардың құрамдарың анықтап алу қажет: домендық - 10,7 %, 0,02С; 28,5 % СОС; 2,5 % Н2С; 58,2 %
Домендық газды анықтау үшін – d - 30г/м3
Бұдан кейін К коэффиценттің мағынасын табамыз
Ылғалды газдардың құрамдарын есептейміз
;
1м3 газды құрғақ отың төменгі жану жылуы қалыпты жағдайда анықталады, Мдж/м3, оның құрамы бойынша және жекелей газды отын жануының жылулығы мына формула бойынша анықталады
Q CO, QH2, QСН4, QСmHn, QH2S -тиісті газдардың жану жылуы, Мдж/м3
CO, H2, CH4, СmHn, H2S – тиісті газдардын құрғақ газды отынның құрамындағы, %
Қатты және сұйық отынның немесе қатты отынның қосындысының жану жылуы, Мдж/м3
Р/- отынның біреуінің салмақтық үлгісі
QHP және QHPN қосынды құрамдарының жану жылуы, Мдж/кг
Газ құрамынды отынның қосындысының жану жылуы, Мдж/м3
Х- отынның біреуінің көлемдік үлгісі
QHPжәне QHPN қосынды құрамдарының жану жылуы, Мдж/м3.
3. Жануға қажетті ауаның саны
Отынның толық жануына қажетті кислород саны, көлемі мен массасының саны 1 моль отын үшін, жанудың стехноматериялық теңестірілуімен анықталады. Сонымен, көмірқышқыл үшін 
деп жазуға болады
1кг көмірқышқылына 
аламыз, ал күкірт пен сутегі үшін сәйкес
Оттегінің суммарлық қажеттілігі, кг, 1кг сұйық немесе қатты отың жұмыстық массасы толық жану кезінде отындағы кислородтың есебімен қоса алғанда мынаған тен болады
оттегінің жиынтық массасын алғаннан кейін ρО2=1,429 кг/м3 көлемі бойынша ауадағы 21% оттегі есепке ала отырып және тиісті қайта құруларын ескеріп теориялық қажетті ауаны анықтау үшін формула аламыз
Массалық көрсеткіші, кг/кг
Газ құрамды отынды жағу үшін ауаның саны жану үшін жанудың мына стехиометриялық тендеуінен анықталады
СО+0,5 О2= СО2 CH4+ 2О2= СО2+2H2O
1+0,5=1 1+2=1+2
H2S+1,5 О2=S О2+ H2O H2+0,5 О2= H2O
1+1,5=1+1 1+0,5=1
C2 H4+3О2=2СО2+2H2O
1+3=2+2 және т.б.
Осыған сәйкес кислород пен азоттың қажетті саны мынадай болады:
яғни, ауаның саны мынадай болады
4. Ауа артықтығының коэффиценті
Теориялық қажетті мөлшердегі ауамен VBO отынды жағу кезіндегі бөлігі жанбай қалады, сондықтан толық жану үшін ауаны артық береді. Ауа артықтығының коэффиценті дегеніміз оның теориялық анықталған көлеміне (VBO) деген жақты жұмсаған ауаның қатынасы
Жағудың жану немесе басқадай камераларын сынау кезінде жану коэффенценті мен ауаның жанудың құрғақ өнімдерінің газды сораптамасының деректері бойынша анықталады. Жану өнімінде отынды құрайтын СО, СН4, Н2 болмағанда, толық жану жағдайы үшін
толық емес жану кезінде
Жану есебі 1кг сұйық отынға, немесе 1м3 газ құрамды отынға жасалған. Толық жану өнімі (түтінді газдар) құрғақ газбен су буының қосындысы 
, м3/кг немесе м3/м3
Құрғақ түтінді газ (Vcr) көлемі деген үш атомды газдардың көлемінің суммасы 
, жағуға түскен азоттың минималды көлемі (α=1кезінде) немесе артық ауаның көлемі 
, м3/кг немесе м3/м3
5. Жану өнемінің есебі
Отың жанғанда жанатың элементтер тотықтырғыштарымен өзара әрекетке түседі, яғни оттегімен және осыған сәйкес тотықтырғыш CO2, SO2, H2O құрайды. Қышқылдану ауадағы (21%) кислородтың есебінен болғандықтан жану өнемінде аталған қышқылдардан басқа ауада бұрын енген азот та болады. Егер толық жану кезінде отын ауамен бірге берілген оттегіге сезінсе, онда осы кезде болған оттегімен отынның саның бірлестігін стехиометриялық деп атайды, ал теориялық кажетті берілген ауаның санылы VO, м3/кг немесе м3/м3.
Үш атомды газдардың теориялық көлемі
азот 
Газ құрамды отынды есептеу кезінде жану өнімінің құрамы мына түрде анықталады:
үш атомды газдың көлемі
, м3/м3
азоттың теориялық шығыны
, м3/м3
артық ауаның көлемі
, м3/м3
су буының көлемі
м3/м3 жану өнімінің қосындылық саны
Жану өнімінің пайыздық құрамы мынадан анықталады
және т.б.
Есептің нақты дұрыс екендігің тексеру үшін жану барысының материялдық балансын жасайды.
Жану барысының материялдық балансы
| баланс статьясы | 1м3 газ құрамды отынға | 1кг сұйық немесе қатты отынға |
| Кіріс, кг 1 отын 2 ауа | 1*jг α*VB0*jB | I α *VB0*j B |
| барлығы | jг+ α Vв0*j в | I+ α *Vв0*j в |
| шағын, кг отынның жанған өнімі | Vпг*jпг | Vпг*jпг |
Баланстың байланыстығы 0,5 % көп болмау керек.
Кезкелген құрамды газдың жиындық салмағы мына формула бойынша анықталады
jСО2 ; jH2О ; jСО - газ қоспаларының құрамдарының жиынтық салмағы
CO2; H2O; CO - газ қоспадағы осы құрамдардын пайыздық мөлшері.
Бақылау сұрақтары:
1. Отынның жанатын құрамы?
2. Жану жылуы дегеніміз не?
3. Ауа артықтығының коэффиценті деген не?
4. Жану барысының материялдық балансы
5 дәріс - Жану өнімінің энтальпияларын есептеу және жану температурасың анықтау - 1сағат
Жоспар:
1. Жанудың калориметриялық температурасы
2. Толық және толық емес жанудың негізгі теңдеуі
3. Толық емес жану теңдеуі
4. Жану өнімдерінің диссоциациясы
5. Бақылау сұрақтары
1. Жанудың калориметриялық температурасы
Отынның химиялық энергиясы жану кезінде түтінді газдың физикалық жылуына айналады, ол осы кезде басқа көздермен бірге олардың жылу ұстағышың және температурасын анықтайды.
Жанудың калориметриялық температурасы дегеніміз егер жағуға енгізілген барлық жылу газды ысытуға ықпал етсе отынды толық жағу кезінде газдың ысуы. Қышқылдың минималды мөлшері бар және жану құрамдарының ысуы жанудың калориметриялық температурасың ыстық шығарған деп атайды. Жанудың калориметриялық температурасы жанудың сандық бірлігіне қатысты жылу балансында болады (1кг немесе1м3)
немесе
Тендеудің сол жағы жану өнімінің жылу ұстауымен 
температурасы кезінде көрсетіледі
- отынның жылуының төменгі жылуы
α - артық ауа коэффиценті
- жануға берілген ауаның жылу ұстауы
- отынның жылу ұстауы
Жану өнімінің жылу ұстауы температураға байланысты болғандықтан, tк температураны анықтау үшін оны алдымен тапсырады, содан кейін егер қажет болса алықтайды.
Отынның ыстықтығы
Отынның ыстық бөлігі 
құрамына байланысты, яғни жанармай жану жылуы жоғары, ал ыстық бөлуі төмен болуы мүмкін.
2. Толық және толық емес жанудың негізгі теңдеуі
Бастапқы заттар химиялық реакцияларға түседі және стехиометриялық қосылыстарда жаңа өнімдер тудырады. Бұл заңға сәәйкес отынның ыстық құраушылары анықталған көлемде оттегімен химиялық реакцияға түседі. Отттегі шығыны мен пайда болған жану өнімдері, әрбір ыстық құраушысының 1 молі үшін жазылған жанудың стехиометриялық теңдеуден анықталады.Бұл теңдеулерді жанғыштың 1 кг әкеле, газтәрізді заттарды массалық көлемдерін тығыздыққа бөліп, оттегі саны мен отынның м3 әрбір құраушысының 1 кг Р=760 мм.сын.бағ. мен О ºС шығарамыз. Мысалы:
1) 
2) 
3) 
Отынның 1 кг құрамындағы ыстық элементтер жануына оттегінің жинақ шығыны мен отын О2 көлемін ала отырып, 1 кг қатты отын немесе сұйық отынды жағуға теориялық қажетті оттегі санын аламыз.
Ауада көлем бойынша 21 % О2 бар, сондықтан 1 кг отынды жағу үшін теориялық қажетті оттегі құрамы келесідей:
Теориялыққа қатысты оттыққа келіп кірген оттегі санының қатынасын ауа шығыны коэффициенті дейміз.
Толық жану кезінде ауадағы оттегі көміртегі, күкірт пен бос сутегі жануына кетеді, көмірқышқылы, күкіртті газ, сулы бу шығады және бос күйде қалатыны:
- бос оттегі саны
- сәйкес көміртегі, күкіртті газ пайда болуына және 1 кг отынды жағу кезінде бос сутегі жануына кететін оттегі шығыны.
Стехиометриялық теңдеулерге сәйкес оттынның толық жануы кезінде көміртегі жануына оттегі шығыны пайда болатын көміртегікөлеміне тең, ал күкірт жануына оттегі шығыны пайда болған күкіртті газ көлеміне тең.
Сондықтан көміртегі мен күкірт отынына оттегі шығыны тең:
W теңдеуді түрлендіріп, алатынымыз:
Ауа азоты жану өнімдеріне кіреді. Оның санын азоттың теориялық және артық санымен анықтайды:
Артық азот бос оттегімен (VО2) бірге, артық ауа береді (α - 1)Vº. Ауаның жалпы шығынын келтірілген құраушылар О2 мен N2, С құрғақ газдар саны бойынша, шығатын қорытынды:
Соңғы теңдеуге кірген барлық құраушыларды берумен құрғақ газдар көлемінен %, жеңілдете шығатыны:
Осындай жолмен құрғақ газдар көлемін белгілей:
β мәнін отынның элементарлы құрамы арқылы беруге болады:
β коэффициентінің физикалық шамасы отынның бос сутегінің қышқылдануына ауа О2 шығынын үшатомды газдар жасауға О2 шығынын белгілейді.
Белгілі пайыздық құрам бойынша жану өнімдеріндегі О2 құрамы мен β коэффициенті бойынша үшатомды газдарды пайыздық құрамын анықтауға болады.
Осында О2=0 болса, яғни α=1 болғанда, RО2 өзінің максималды шамасына тең:
Егер отынның ыстық құраушылары көміртегі мен күкірт болып, оттегі мен сутегі болмаса, онда отынның толық жануы кезінде ауаның теориялық қажетті санындағы үшатомды газдар саны 21%, яғни β=0 тең болушы еді.
β коэффициенті мен RО2 шамасы отынның элементарлы химиялық құрамына байланысты, сондықтан отынның маңызды сипаттамасы болып табылады. Отынның кейбір түрлері үшін β коэффициенті мен RОмах2 шамасы:
| Отын | β | RОмах2 |
| Отын Шымтезек Кашпир сланеці Подмосковный көмірі Челябинский көмірі Кемеровский көмірі Мазут Саратов табиғи газы | 0,035 0,073 0,21 0,088 0,09 0,119 0,3 0,78 | 20,3 19,6 17,4 19,3 19,1 18,7 16,1 11,8 |
3. Толық емес жану теңдеуі
Жетілмеген оттық қондырғыларында немесе оттықтың берекесіз режимінде, немесе жайсыз жылулық және аэродинамикалық жағдайларда жанғыш отынның бөлігі соңғы өнімге дейін қышқылданбайды, ал толық емес жану өнімдерін тудырады. Толық емес жанудың мүмкін өнімі СО2 бірге пайда болатын, сутегі құрамды газдармен салыстырғанда оттегімен реакцияға аз түсетін көміртегі қышқылы (СО).
Жану өнімдерінде СО құрамы пайыз үлесімен көрінеді, ол газ анализінің дәлдігі шегінде болады. Сондықтан СО құрамын дәлдікпен анықтау үшін хроматографиялық газанализатор көмегімен лабораториялық анализ жасалады. Бұл мақсатта есептік әдіс те қолданылу мүмкін. Есеп негізіне толық емес жану теңдеуі жатады
Стехиометрикалық теңдеуге сәйкес СО пайда болуына шығындалатын 
, осылайша:
Үшатомды газдар мен СО көлемін құрғақ газдардың жалпы көлемі арқылы соңғы теңдеуде шығатыны:
Теңдеуде (5) құрғақ газдар көлемі тең:
Толық емес жануды аламыз:
Соңғы түрде келесідей белгіленеді:
Стехиометрикалық теңдеуге сәйкес СО2 1 м3 мен СО (1 м3) пайда болуына 0,54 кг көміртегі шығындалады, сондықтан көмірқышқыл мен көміртегі оксидінің жинақ көлемі тең, ал күкіртті газ көлемі құрайды:
Сондықтан үшатомды газдар мен көміртегі оксиді жинақ көлемі келесі формуламен есептеледі:
Толық емес жану теңдеуі (7) жану өнімдерінің құрамында СО көміртегі қышқылының құрамын есептік анықтау үшін қолданылады, алынатыны:
β анықтау үшін қажетті жағылатын отынның белгілі құрамы бойынша және газдарды RO2 мен О2 талдау бойынша олар жеңіл және нақты өндіріледі.
4. Жану өнімдерінің диссоциациясы
υ>1700ºC-1800 ºC жоғары температура кезінде жылуды жұтумен СО2 мен Н2О диссоциациясы біліне бастайды. Диссоциацияның эндотермиялық реакциялары теңдеу бойынша жүреді:
| <== previous lecture | | | next lecture ==> |
| Жану жылуы | | | Температура воспламенения и пределы воспламеняемости горючих газов. 2 страница |