Материальный баланс реакций горения

Стехиометрические реакции горения. Для решения технических задач, связанных со сжиганием топлива, необходимо уметь сводить материальные балансы по стехиометрическим уравнениям.

Продуктами полного сгорания топлива является двуокись углерода СО₂, сернистый газ SO₂ и водяные пары Н₂О. Кроме того, компонентами продуктов сгорания топлива являются азот N₂, содержав­шийся в атмосферном воздухе, и избыточный кислород О_2. Наличие в продуктах сгорания кислорода связано с тем, что процесс горения протекает не идеально, поэтому требуется подавать его больше, чем теоретически необходимо.

По уравнениям реакций окисления горючих элементов топлива, зная их молекулярную массу, плотность и объемы, можно найти массу и теоретический (стехиометрический) объем воздуха и продуктов полного сгорания. Наиболее удобно проводить рас­четы, исходя из значений массы молекул (молей), величины которых для горючих элементов топлива приведены в табл. 4.4.

При полном сгорании углерода

С + О₂ = СО₂; (4.31)
12,0 кг С + 32,0 кг О₂ = 44,0 кг СО₂

или

1 кг С + 32/12 кг О₂ = 44/12 кг СО₂,

чему соответствует

1 кг С + 2,67 кг О₂ = 3,67 кг СО₂, (4.32)

1 кг С + (2,67/ ) м³ О₂ = (3,67/ ) м³ СО₂ ,

т. е. при сжигании 1 кг углерода требуется 1,866 м³ кислорода (при = 1,428 кг/м³) и обра­зуется 1,866 м³ двуокиси углерода (при = 1,964 кг/м³).

При окислении - горении водорода:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О; (4.33)

1 кг Н₂ + 8 кг О₂ = 9 кг Н₂О;

т. е. при полном сгорании 1 кг водорода требуется 5,60 м³ кислорода и образуется 11,20 м³ водяного пара.

Аналогично при горении летучей серы:

S + O₂ = SO₂; (4.34)
32,0 кг + 32,0 кг О₂ = 64,0 кг SО₂;
1 кг S +1 кг О₂ = 2 кг SО₂.

Для полного сгорания 1 кг серы требуется 0,70 м³ кислорода и образуется 0,70 м³ сернистого газа.

Таблица 4.4